Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa quá trình sấy tinh bột trong dây chuyền sản xuất tinh bột sắn

Trong quá trình chuyển động lên trên theo chiều cao cột ống sấy, quá trình trao đổi nhiệt ẩm giữa dòng khí khô nóng tác nhân sấy và tinh bột ẩm được thực hiện, nhờ đó tốc độ bốc hơi nước

Viện NC Thiết kế chế tạo máy nông nghiệp

Báo cáo tổng kết đề tài:

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống

tự động hóa điều khiển quá trình sấy

tinh bột trong dây chuyền sản xuất

tinh bột sắn

Cnđt: Phan Đức Chiến

8494

Hà nội – 2010

tài

• Cụng ty cổ phần thương mại và tự động hoá ADI đó cử cỏn bộ kỹ thuật hướng dẫn và cung cấp cho đề tài cỏc thiết bị điều khiển như đồng hồ nhiệt, biến tần đời mới để phục vụ cho việc thiết kế và lắp đặt hệ thống điều khiển tự động

quỏ trỡnh sấy tinh bột

• Nhà mỏy chế biến tinh bột sắn Yờn Thành- Nghệ An thuộc tổng cụng ty mỏy Động lực và mỏy Nụng nghiệp đó tạo điều kiện cho đề tài ứng dụng sản phẩm của đề tài vào thực tế sản xuất đạt kết quả tốt

Qua đõy, cơ quan chủ trỡ và nhúm tỏc giả xin gửi lời cỏm ơn chõn thành tới cỏc quý vị về sự giỳp đỡ nờu trờn

CÁC Kí HIỆU VIẾT TẮT

md(kg/h): Lưu lượng môi chất mang nhiệt (dầu thực vật)

tdv, tdr (0C): Nhiệt độ môi chất mang nhiệt vào (tdv) và ra (tdr)khỏi caloriffe

L0, L’0 (Kg/h):Lưu lượng

L0 không khí khô cần cho sấy, làm nguội, hoà trộn (L02)

t0 (0C):Nhiệt độ không khí môi trường

t1 (0C) :Nhiệt độ tác nhân sấy

t2 (0C): Nhiệt độ không khí thải sau sấy

t‘0 (0C): Nhiệt độ không khí thải làm nguội

ϕ0 (%): Độ ẩm tương đối của không khí môi trường

ϕ1 (%): Độ ẩm tương đối của tác nhân sấy

ϕ2 (%): Độ ẩm tương đối của không khí thải sau sấy

ϕ‘

0 (%): Độ ẩm tương đối của không khí thải sau làm nguội

d0 (g/kgkk): Lượng chứa ẩm của không khí môi trường

d1= d0 (g/kgkk): Lượng chứa ẩm của tác nhân sấy

d2 (g/kgkk): Lượng chứa ẩm của không khí thải sau sấy

d‘0 (g/kgkk): Lượng chứa ẩm của không khí thải sau làm nguội

I0 (Kcal/kgkk): Entanpi của không khí môi trường

I1 (Kcal/kgkk): Entanpi của tác nhân sấy

I2 (Kcal/kgkk): Entanpi của không khí thải sau sấy

I‘0 (Kcal/kgkk): Entanpi của không khí thải sau làm nguội

G1 (Kg/h): Lưu lượng nguyên liệu sấy

TSP/ngµy: TÊn s¶n phÈm/ngµy

TBS: ThiÕt bÞ sÊy

HTS: HÖ thèng sÊy

YFACO: C«ng ty cæ phÇn thùc phÈm, n«ng l©m s¶n Yªn B¸i

DTA: Delta A Sevise Temperatyre Controller

DTB: Delta B Sevise Temperatyre Controller

mở đầu

Sự phát triển không ngừng của kỹ thuật sấy hiện đại các loại vật liệu ẩm luôn có quan hệ mật thiết với việc sử dụng nhiệt độ sấy cao, thời gian sấy ngắn nhằm đạt mục đích cường hoá quá trình sấy, ở một số trường hợp đặc biệt, người

ta còn tạo ra tác nhân sấy với độ ẩm thấp hoặc sử dụng các loại tia bức xạ với công suất lớn Vì vậy để có thể điều khiển hiệu quả quá trình sấy diễn ra sôi

động trong thời gian ngắn không thể không áp dụng các kỹ thuật tự động điều chỉnh và điều khiển do điều khiển bằng tay (thủ công) không thể đảm bảo độ ổn

định chính xác của nhiệt độ sấy cao hoặc các tham số khác như: độ ẩm, lưu lượng riêng, cường độ bức xạ… của tác nhân sấy Việc áp dụng kỹ thuật điều khiển tự động quá trình sấy còn thực sự cần thiết ở phương diện kỹ thuật an toàn

ví dụ khi sấy các loại vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ dễ cháy nổ

Tự động điều khiển quá trình sấy đóng góp quan trọng vào việc nâng cao chất lượng sử dụng của các loại sản phẩm sau sấy và nâng cao hiệu quả sử dụng của thiết bị sấy như: tăng năng suất sấy, đảm bảo chất lượng sấy, tăng tính ổn định trong khi sấy, giảm nhẹ cường độ và tạo thuận lợi cho công nhân vận hành góp phần không nhỏ vào việc giảm các chi phí sấy Vì vậy tự động hoá quá trình sấy đã

và đang trở thành giải pháp kỹ thuật được áp dụng rộng rãi nhằm đạt được nhiều mục đích, một mặt đảm bảo năng suất lao động tăng đáng kể, mặt khác bảo đảm quá trình sấy diễn ra với hao phí nguyên nhiên liệu thấp nhất, chất lượng sản phẩm sau sấy đồng đều, ổn định và tốt nhất Đối với các thiết bị có quá trình sấy diễn ra nhanh, các tham số quá trình sấy cần đảm bảo chính xác, quá trình sấy không thể thực thực hiện nếu không áp dụng các giải pháp điều chỉnh, điều khiển tự động

Có thể thấy với các ý nghĩa về kỹ thuật và kinh tế như đã nói trên, ngày nay rất nhiều giải pháp điều chỉnh và (hoặc) điều khiển tự động phức tạp đã được áp dụng rộng rãi Kỹ thuật tổ hợp các giải pháp tự động hoá và cơ giới hoá ngày nay đã

đạt tới trình độ hiện đại nhất định góp phần quan trọng vào việc hoàn thiện ở mức

độ cao các thiết bị sấy nói chung và sấy nông sản, thực phẩm nói riêng

Kỹ thuật sấy hiện đại dùng để thực hiện công nghệ sấy tinh bột nói chung

và tinh bột sắn nói riêng phần lớn đó được thiết kế dựa trên nguyên lý sấy đối lưu kiểu khí động (tác nhân sấy là dòng khí chuyển động, buồng sấy dạng ống (đứng

hoặc nằm ngang) Quá trình trao đổi nhiệt – ẩm trong các thiết bị sấy khí động luôn diễn ra với nhiệt độ tác nhân sấy cao (từ 2000C đến 4000C) và thời gian sấy rất ngắn khoảng (2 ữ 3giây) Để các thiết bị sấy hoạt động hiệu quả và an toàn thỡ cần/nờn ỏp dụng đến giải pháp tự động điều chỉnh (điều chỉnh các tham số sấy) và điều khiển quá trình sấy một cách đồng bộ nhằm đảm bảo sự ổn định độ

ẩm sản phẩm, năng suất sấy và giảm các chi phí sấy Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống tự động hoá điều khiển quá trình sấy tinh bột thực sự

có ý nghĩa về kinh tế – kỹ thuật và mang tính thời sự cao, đặc biệt là trong bối cảnh hiện nay khi mà nền công nghiệp trong nước đã có thể tự thiết kế, chế tạo các thiết bị sấy khí động với nhiều quy mô năng suất khác nhau Thành công của

đề tài sẽ làm cho tính sử dụng của thiết bị sấy hoàn thiện hơn đồng thời sẽ là

đóng góp đáng kể vào mục tiêu đưa nhanh các tiến bộ khoa học tiên tiến vào thực tiễn sản xuất nói chung và sản suất các sản phẩm nông nghiệp chất lượng cao nói riêng của nước ta trong xu thế hội nhập quốc tế sôi động hiện nay

Được sự đồng ý của vụ khoa học công nghệ - Bộ Công thương theo quyết

định về việc đặt hàng thực hiện các nhiệm vụ khoa học và công nghệ năm 2010

số 6228/QĐ-BTC ngày 10/12/2009 của Bộ Trưởng Bộ Công Thương, Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp đã xây dựng và tổ chức thực hiện

đề tài “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống tự động hoá điều khiển quá trình

sấy tinh bột trong dây chuyền sản xuất tinh bột sắn” Với mục tiêu: tích hợp và

chế tạo trong nước 01 hệ thống tự động điều khiển quá trình sấy tinh bột sắn và lắp đặt để ứng dụng trong điều kiện thực tế sản xuất trên hệ thống thiết bị sản xuất tinh bột sắn đồng bộ do Viện đã chuyển giao cho các đơn vị sản xuất

Chương 1 Tổng quan về kỹ thuật tự động điều khiển, điều chỉnh

và kiểm soát quá trình sấy tinh bột sắn

1.1 Giới thiệu công nghệ sản xuất tinh bột sắn Các yếu tố điều kiện của quá trình sấy tinh bột sắn

1.1.1 Sơ lược về công nghệ sản xuất tinh bột sắn từ củ sắn tươi

Công nghệ sản xuất tinh bột sắn từ củ sắn tươi theo phương thức công nghiệp với qui mô lớn ( ≥ 200tấn củ/ngày đêm) và chất lượng sản phẩm cao được mô tả tóm tắt bằng sơ đồ hình 1.1

Hình 1.1: Sơ đồ khối công nghệ sản xuất tinh bột sắn

Khâu chuẩn bị nguyên liệu củ sắn bao gồm các nguyên công như: tiếp nhận, làm sạch đất bám dính, làm sạch vỏ gỗ và rửa củ

Khâu làm nhỏ củ bao gồm hai nguyên công: làm nhỏ sơ bộ (thái, băm thành lát) và mài củ

Tách ly dịch sữa nhằm tách bã củ (thô và xơ mịn) ra khỏi hỗn hợp củ, nước sau mài Thông thường khâu này được thực hiện theo nhiều nguyên công nhỏ như: tách bã thô, tách xơ mịn và tách sạn cát Các nguyên công được lặp đi, lặp lại một số lần (tuỳ thuộc yêu cầu về chất lượng sản phẩm và tính chất cơ lý

và giống củ sắn)

Dịch sữa sau khi đã được làm sạch các tạp chất cơ học (bã, xơ, sạn cát)

được chuyển tới công đoạn tinh lọc làm sạch (các tạp chất hữu cơ) và cô đặc (nâng cao nồng độ tinh bột trong dịch sữa) sau đó được chuyển tới khâu tách bớt

Chuẩn bị

nguyên liệu

Làm nhỏ (cắt, mài)

Tách ly dịch sữa

Làm sạch cô

đặc dịch sữa

Tách bớt nước

Sấy khô

Đồng nhất kích thước Vào bao

Bảo quản

nước bằng phương pháp cơ học để nhận được tinh bột dưới dạng ẩm (độ ẩm sau tách nước dao động từ 32% ữ 38%)

Để trở thành hàng hoá và có thể bảo quản lâu dài với độ ẩm cân bằng từ 12,5% ữ 13% tinh bột cần được làm khô bằng phương pháp sấy (làm khô chủ

động) trước khi vào bao để chuyển vào kho để bảo quản

Do tính liên tục và khép kín của công nghệ, các bước sản xuất tinh bột sắn từ

củ sắn tươi luôn phải đảm bảo tính đồng bộ, liên hoàn và chịu sự tác động qua lại về chất lượng làm việc của từng nguyên công ví dụ: chất lượng của khâu công nghệ tách bớt nước chịu ảnh hưởng rất lớn từ nồng độ đậm đặc của dịch sữa tinh bột sau khi làm sạch và cô đặc Tương tự như vậy, khâu làm khô bằng phương pháp nhân tạo với việc sử dụng không khí nung nóng chịu ảnh hưởng rất lớn từ độ ẩm của tinh bột sau khi đã qua nguyên công tách nước bằng cơ học

Trong công nghệ sản xuất tinh bột sắn nguyên công sấy khô tinh bột đạt tới độ ẩm bảo quản lâu dài đóng vai trò hết sức quan trọng Độ ẩm của sản phẩm tinh bột khi sử dụng hoặc giao nhận khi mua bán luôn là một chỉ tiêu được quan tâm hàng đầu, thậm chí nhiều tiêu chuẩn quốc gia về chất lượng tinh bột (Thái Lan, Trung Quốc, Nhật Bản) lấy chỉ tiêu độ ẩm sản phẩm làm chỉ tiêu đầu tiên

để phân loại (siêu: loại 1, loại 2, loại 3) Vì vậy cũng như hầu hết các kỹ thuật sấy khác, sấy tinh bột bằng phương pháp khí động không thể thiếu các giải pháp

kỹ thuật nhằm đảm bảo tính ổn định cao của độ ẩm sản phẩm

1.1.2 Kỹ thuật sấy tinh bột bằng khí động

ở tất cả các dây chuyền thiết bị sản xuất tinh bột sắn theo phương thức công nghiệp có công suất từ 50 tấn sản phẩm/ngày trở lên đều phải sử dụng các thiết bị sấy liên tục Các loại thiết bị sấy tinh bột liên tục kiểu hầm (tunel) có thể

dễ dàng gây quá nhiệt cho sản phẩm và từ đó gây hồ hoá tinh bột nên chúng đã hoàn toàn được thay thế bằng các thiết bị (hoặc tổ hợp các thiết bị) sấy khô kiểu khí động (en Pneumatic), là loại thiết bị hiện nay đã vượt xa các thiết bị sấy thông dụng nhất để sấy tinh bột từ bất cứ nguồn nào

Các thiết bị sấy khô tinh bột kiểu khí động còn được gọi là thiết bị sấy nâng nhiệt tức thời với đặc trưng là nhiệt độ tác nhân sấy trước khi tiếp xúc với

tinh bột ẩm rất cao so với nhiệt độ hồ hoá của tinh bột và thời gian quá trình trao

đổi nhiệt ẩm rất ngắn

Hình 1 2 Giới thiệu nguyên lý hoạt động của tổ hợp thiết bị sấy kiểu khí động

được áp dụng trong các dây chuyền thiết bị sản xuất tinh bột sắn với công suất

từ 50 tấn tinh bột/ngày trở lên

Tinh bột đã được rút bớt nước (tinh bột ẩm) được nạp vào thiết bị làm tơi xốp (1), sau đó nhờ thiết bị chuyển tải dạng vít vô tận chuyển chúng theo nguyên tắc có kiểm soát (có thể thay đổi khối lượng chuyển tải trong một đơn vị thời gian) tới thiết bị chuyển tải kín (vừa chuyển tải vừa giữ vai trò như một nút khí

động) cung cấp tinh bột ẩm cho thiết bị vẩy tinh bột (4) vào dòng khí nóng (được nung nóng tới khoảng 1800 ữ 2000C nhờ thiết bị trao đổi nhiệt (5) thổi từ dưới lên với lưu lượng khoảng 8 ữ 10m3/giây tại đầu dưới một ống thẳng đứng (6) có

đường kính thích hợp với năng suất sấy và cao khoảng 15 ữ 27m [3] Không khí nóng bốc lên cao một cách tự nhiên, nhưng dòng khí được hỗ trợ bằng quạt sấy (7) nhanh chóng đưa tinh bột lên đỉnh cột ống Tinh bột nóng ẩm cần từ 2 – 3 giây

để dịch chuyển từ đầu dưới ống sấy tới đỉnh ống và trong khoảng thời gian đó tinh

bột sẽ được làm khô sau đó tinh bột được tách khỏi không khí ẩm nhờ bộ cyclon thu gom (8) [3] Trong quá trình chuyển động lên trên theo chiều cao cột ống sấy, quá trình trao đổi nhiệt ẩm giữa dòng khí khô nóng (tác nhân sấy) và tinh bột ẩm được thực hiện, nhờ đó tốc độ bốc hơi nước từ tinh bột ẩm vào dòng khí nóng diễn ra rất nhanh giữ cho các hạt riêng rẽ của tinh bột không tăng nhiệt độ quá mức (quá giới hạn nhiệt độ hồ hoá) và không đủ thời gian hoặc độ ẩm cần thiết để hồ hoá tinh bột Tinh bột còn nóng (nhiệt độ khoảng 45-500C) thường được làm nguội tới nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ môi trường nhờ đưa vào một ống khí động khác (9) không dùng khí nóng (thông thường dùng không khí môi trường đã làm sạch bụi bẩn) và được tách

ra khỏi dòng khí làm nguội nhờ Cyclon (10) để từ đó lấy ra để đóng bao hoặc đồng nhất kích thước nếu có yêu cầu sau đó đóng bao bảo quản

1.1.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy tinh bột bằng kỹ thuật sấy kiểu khí động và khả năng điều chỉnh, kiểm soát chúng khi sấy

Tương tự như khi thiết kế các thiết bị sấy nói chung, khi thiết kế thiết bị sấy khí động cũng cần phải tớnh toỏn một số thụng số như: lượng hơi nước cần

được bốc hơi (được tính toán dựa trên cơ sở của năng suất sấy), độ ẩm nguyên liệu và độ ẩm sản phẩm và đây cũng chính là đại lượng phản ánh khả năng làm việc của thiết bị sấy Tuy nhiên khả năng này của một thiết bị với các thông số thiết kế kỹ thuật cụ thể lại phụ thuộc vào sự ổn định của độ ẩm nguyên liệu Mặt khác quá trình sấy chịu sự tác động của hai yếu tố là nhiệt độ và lưu lượng tác nhân sấy Hai yếu tố này được lựa chọn trên cơ sở đặc tính cơ lý nhiệt của nguyên liệu song cũng thường xuyên phải điều chỉnh (tăng/giảm) tuỳ thuộc vào

điều kiện thời tiết khí hậu (ảnh hưởng của không khí môi trường nơi đặt thiết bị sấy) Điều chỉnh, kiểm soát và điều khiển quá trình sấy tinh bột kiểu khí động thực chất là điều chỉnh các mối quan hệ của các thông số quá trình sấy tới khả năng làm bay hơi nước của thiết bị sấy để nhận được độ ẩm sản phẩm theo mong muốn

1.1.3.1.Độ ẩm nguyên liệu (tinh bột) - yếu tố đầu vào của quá trình sấy

Đối với các thiết bị sấy trong công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất tinh bột sắn, nguyên liệu sấy là bột ở dạng ẩm ướt (độ ẩm, trong khoảng 32 ữ 38%) nhận được sau quá trình tách bớt nước trong dịch sữa tinh bột Dịch sữa này là

sản phẩm của các quá trình phân ly và cô đặc (xem hình 1.1) và ở trạng thái thể lỏng Theo yêu cầu của công nghệ sản xuất, dịch sữa sau khi phân ly và cô đặc phải có nồng độ vật chất khô (VCK) khoảng 36% (xấp xỉ 360kg/m3 dịch sữa) [3] Trên thực tế, trừ một số dây chuyền thiết bị của Châu Âu (chủ yếu sản xuất tinh bột khoai tây), công đoạn phân ly và cô đặc thường không được kiểm soát chặt chẽ nghiêm túc (không có kỹ thuật tự động điều chỉnh, kiểm soát) vì thế nồng độ VCK trong dịch sữa thường thay đổi hỗn loạn Do vậy khi chuyển dịch sữa này lên các máy tách nước bằng cơ học với các chế độ làm việc không đổi dẫn tới độ ẩm của nguyên liệu (tinh bột ẩm) sau khi tách bớt nước và trước khi cung cấp cho thiết bị sấy cũng biến động theo Mặt khác, do nguyên lý làm việc của các loại thiết bị tách nước bằng phương pháp cơ học (thông thường dùng các thiết bị ly tâm kiểu trống nằm ngang, hoạt động giỏn đoạn / theo mẻ) lắng tinh bột bằng lực ly tâm, tinh bột bám vào mặt trong của tang trống theo từng lớp trong suốt thời gian nạp dịch sữa vào máy do vậy độ ẩm của từng lớp có sự khác nhau theo chiều dày của lớp tinh bột được lắng trong máy

Các đặc thù của công đoạn “chuẩn bị” nguyên liệu (tinh bột ẩm) cho thiết

bị sấy kiểu khí động đã nêu, dẫn tới tình trạng độ ẩm của tinh bột ẩm trước khi cung cấp cho thiết bị sấy luôn luôn là một đại lượng biến đổi “hỗn loạn” ngay cả khi đã áp dụng các biện pháp tự động điều khiển quá trình làm việc của thiết bị tách nước bằng cách điều chỉnh quan hệ giữa độ ẩm của tinh bột sau tách nước

và thời gian kéo dài giai đoạn tách nước nhằm mục đớch (cố định độ ẩm của sản phẩm sau tách nước) Vì vậy không thể không áp dụng các giải pháp điều chỉnh các tham số tham gia quá trình sấy như: lưu lượng tác nhân sấy, nhiệt độ tác nhân sấy, thời gian sấy và lưu lượng nguyên liệu cung cấp vào quá trình sấy để

đảm bảo độ ẩm sản phẩm theo yêu cầu

1.1.3.2.Lưu lượng và độ ẩm tác nhân sấy

Đối với các thiết bị sấy tinh bột, tác nhân sấy được sử dụng là không khí trời được nung nóng (nhờ bộ trao đổi nhiệt) Lượng chứa ẩm trong một đơn vị khối lượng không khí khô (tính bằng g ẩm/kg kkhô) phụ thuộc vào trạng thái không khí môi trường và không thay đổi sau khi được nung nóng (sau calorifer)

có vai trò tạo ra thế năng sấy, quyết định tới khả năng “nhận” hơi nước thoát ra

từ vật cần sấy trong suốt quá trình trao đổi nhiệt ẩm Tuy nhiên công nghệ sấy tinh bột ẩm với nhiệt độ tác nhân sấy cao (thường từ 1800C ữ 2000C) dù độ ẩm của không khí trời có cao (thậm chí cả khi xấp xỉ với điểm đọng sương) khi được nung nóng tới nhiệt độ tác nhân cần thiết, độ ẩm của tác nhân sấy vẫn đảm bảo < 5% [3] Điều này có nghĩa là độ ẩm của tác nhân sấy trong công nghệ sấy tinh bột là đại lượng ít tác động đến hiệu quả trao đổi nhiệt ẩm và được xem như đại lượng không đổi

Khi lượng chứa ẩm (g/kgkkk) đã được lựa chọn và là đại lượng không đổi, trong quá trình sấy, lưu lượng riêng (tính bằng kg kkk/kg ẩm) lúc này đóng vai trò như một “kho chứa” ẩm di động Khi lưu lượng riêng của tác nhân sấy tăng

có nghĩa là khả năng chứa ẩm thoát ra từ vật sấy tăng và ngược lại nếu thiếu sẽ gây ra hậu quả đọng ẩm (thành sương) trong thiết bị sấy

ở một thiết bị sấy khí động cụ thể khi mà công suất sấy đã được cố định (khả năng nhận và chuyển tải hơi nước có ngưỡng) việc tìm cách thay đổi lưu lượng tác nhân sấy thường không được lựa chọn là giải pháp nhằm điều chỉnh tinh/điều chỉnh trơn (vô cấp) chế độ sấy, đặc biệt ở các thiết bị sấy khí động luôn cần tới nhiệt độ tác nhân sấy cao, nếu lưu lượng sấy thay đổi lớn dẫn tới làm thay đổi khả năng trao

đổi nhiệt của các thiết bị trao đổi nhiệt và điều này rất khó thực hiện khi cả hệ thống cung cấp nhiệt năng đã được thiết kế cho một thiết bị sấy cụ thể Thông thường, yêu cầu này được điều chỉnh “cứng” (cài đặt sẵn) tuỳ thuộc trạng thái không khí môi trường đặc trưng bởi nhiệt độ (t0) và độ ẩm tương đối (ϕ0)

1.1.3.3.Nhiệt độ tác nhân sấy và thời gian sấy

Công nghệ sấy tinh bột ẩm được thực hiện bằng các thiết bị sấy kiểu khí

động bao giờ cũng đặc trưng bởi nhiệt độ sấy rất cao và thời gian sấy ngắn nhằm

đảm bảo tránh hiện tượng tinh bột bị hồ hoá (một phần hoặc toàn bộ hạt tinh bột)

và biến màu Hiện thượng hồ hoá và biến màu xẩy ra khi nhiệt độ thân hạt tinh bột vượt quá nhiệt độ giới hạn cho phép (khoảng 55 ữ 600C tuỳ theo độ ẩm của tinh bột) hậu quả là độ dẻo và độ trắng của tinh bột sản phẩm giảm, ảnh hưởng lớn đến giá trị sử dụng [3]

Thời gian sấy là yếu tố có quan hệ mật thiết với nhiệt độ sấy Nhiệt độ tác nhân sấy được lựa chọn căn bản dựa vào tính chất nhiệt - lý của tinh bột, thời gian sấy cần phải đảm bảo sao cho trong quá trình sấy nhiệt độ tinh bột không vượt quá nhiệt độ cho phép Nguyên tắc này được giải quyết hiệu quả khi áp dụng các thiết bị kiểu khí động thay thế cho các kiểu sấy cổ điển như sấy hầm, sấy băng chuyền…

Nhiệt độ tác nhân sấy và thời gian sấy ở các thiết bị sấy khí động được lựa chọn phù hợp với công nghệ sấy nâng nhiệt tức thời vì vậy hai yếu tố này thường

được giữ cố định trong quá trình sấy Hơn thế nữa, việc điều chỉnh thay đổi thời gian sấy khi lưu lượng sấy đã được cố định hoặc có sự thay đổi nhỏ không thể thực hiện được do không điều chỉnh được các kích thước cơ bản của ống sấy (tiết diện ống và chiều cao ống sấy)

1.1.3.4.Lượng cung cấp nguyên liệu sấy

Trong điều kiện các tham số của tác nhân sấy (lưu lượng, nhiệt độ) và thời gian sấy không đổi, lưu lượng nguyên liệu ẩm cung cấp cho quá trình sấy là yếu

tố ảnh hưởng trực tiếp đến khối lượng nước bốc hơi trong quá trình sấy và quyết

định đến độ ẩm của sản phẩm khi khả năng rút ẩm của tác nhân sấy và thông số thiết kế của thiết bị sấy không đổi Sự thay đổi lưu lượng nguyên liệu cung cấp cho quá trình sấy tất yếu sẽ làm thay đổi độ ẩm của sản phẩm sau sấy Đây chính

là quan hệ cần được điều chỉnh “mềm” trong quá trình sấy nhằm hướng tới mục tiêu đảm bảo cho độ ẩm của sản phẩm không đổi và có giá trị như mong muốn

1.2.Tình hình áp dụng những giải pháp kỹ thuật tự động điều khiển quá trình sấy tinh bột bằng thiết bị sấy kiểu khí động Phân tích, nhận xét về khả năng ứng dụng

1.2.1 Sự cần thiết của các kỹ thuật điều khiển, tự động điều khiển quá trình sấy tinh bột

Khi thiết kế các thiết bị sấy nói chung bao gồm cả các thiết bị sấy tinh bột kiểu khí động, người thiết kế luôn dành sự quan tâm thích đáng đến việc lựa chọn các giải pháp kỹ thuật hợp lý để thực hiện các nội dung điều khiển, hiệu chỉnh và kiểm soát quá trình sấy Mức độ kỹ thuật của các giải pháp từ đơn giản

đến phức tạp và hiện đại tuỳ thuộc vào các yêu cầu kinh tế – kỹ thuật cụ thể Có

trường hợp chỉ áp dụng những biện pháp thủ công nhưng cũng có nhiều trường hợp cần phải áp dụng tới các kỹ thuật tự động một phần hoặc toàn phần, thậm chí các giải pháp đã được lập trình với việc sử dụng những tiến bộ khoa học tiên tiến, hiện đại

Đối với các thiết bị sấy kiểu khí động dùng để sấy tinh bột nói chung và sấy tinh bột sắn nói riêng, ngoài các lý do chung, có thể liệt kê các lý do có tính

đặc thù để làm cơ sở chứng minh cho sự cần thiết phải áp dụng giải pháp kỹ thuật hợp lý thực hiện việc điều khiển quá trình sấy:

-Bản chất kỹ thuật của công nghệ sấy tinh bột sắn đòi hỏi sử dụng nhiệt độ sấy cao, thời gian sấy ngắn (nâng thân nhiệt của tinh bột một cách tức thời) Nếu không áp dụng các giải pháp điều khiển có hiệu quả rất dễ xảy ra những hiện tượng không mong muốn, kể cả khả năng gây cháy, nổ…

-Sấy chỉ là một trong nhiều khâu công nghệ sản xuất tinh bột sắn và chịu

sự ảnh hưởng chất lượng của các công đoạn khác, đặc biệt là công đoạn rút bớt nước bằng phương pháp cơ học (máy tách nước) Tinh bột ẩm (nguyên liệu của quá trình sấy) do nhiều lý do khác nhau, luôn mang độ ẩm không ổn định (thay

đổi hỗn loạn) đòi hỏi phải có sự điều chỉnh các tham số của quá trình sấy nhằm

đạt được độ ẩm của sản phẩm theo yêu cầu định trước

-Yêu cầu về chất lượng sản phẩm tinh bột nói chung trong đó có độ ẩm của các sản phẩm nói riêng rất khắt khe, đặc biệt là tinh bột hàng hoá Sai lệch

về độ ẩm so với yêu cầu chất lượng, tinh bột có thể giảm cấp loại gây thiệt hại không nhỏ cho sản xuất

-Kỹ thuật sấy tinh bột thường là những yếu tố hợp các thiết bị cơ điện, nhiệt thực hiện những chức năng và có những công năng riệng biệt, song lại cần hoạt động với sự đồng bộ cao Nếu không áp dụng các kỹ thuật tự động điều chỉnh, kiểm soát mang tính liên động, kịp thời và chính xác thì hiệu quả quá trình sấy không thể đảm bảo Một số trường hợp, khi áp dụng các giải pháp kỹ thuật đơn giản kém chính xác và trình độ thao tác thấp, thiếu kinh nghiệm dẫn tới quá trình sấy không thể thực hiện được

1.2.2 Giải pháp kỹ thuật đ∙ và đang được áp dụng ở trong và ngoài nước Phân tích, nhận xét

Cùng với sự hoàn thiện không ngừng của các thiết bị sấy kiểu khí động, kỹ thuật tự động điều khiển, điều chỉnh quá trình sấy cũng không ngừng phát triển

và ngày càng hoàn thiện về mọi mặt từ cấu trúc của hệ thống tới thiết bị đo – kiểm và kỹ thuật của các cơ cấu chấp hành Tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thể, các hệ thống tự động điều khiển, điều chỉnh có thể chỉ là những thiết bị hiển thị, cảnh báo nhưng cũng có thể là cả một hệ thống thiết bị làm việc theo phương pháp lôgíc, đồng bộ và thậm chí được lập trình với việc ứng dụng các tiến bộ mới của cụng nghệ thụng tin Các thiết bị đo kiểm (nhiệt độ, áp suất, vận tốc không khí,

độ ẩm…) được sử dụng có mức độ kỹ thuật cao, đảm bảo sai số thấp và phương pháp đo hiện đại tiện dụng (trực tiếp, gián tiếp, từ xa…)

Qua quỏ trỡnh thực hiện đề tài nhúm tỏc giả đó tham khảo các tài liệu và thông qua việc khảo sát thực tiễn các thiết bị sấy kiều khí động nhập ngoại của một số nước (Trung Quốc, Thái Lan, Hà Lan…) dùng để sấy tinh bột sắn có thể rút ra một số nhận định sau:

- Mục đích không đổi của các giải pháp kỹ thuật áp dụng là đảm bảo độ

ẩm sản phẩm ổn định với sai số nhỏ nhất so với giá trị định trước của nó

- Bản chất của các phương án áp dụng là lấy sự ổn định của lượng hơi ẩm thoát

ra từ quá trình sấy làm cơ sở để điều chỉnh các tham sô tham gia quá trình sấy

-Nội dung của các phương án gồm hai phần cơ bản: Một là kỹ thuật kiểm soát, điều chỉnh, điều khiển các tham số của tác nhân sấy, hai là kỹ thuật điều khiển, điều chỉnh các thiết bị chấp hành

ở các nước có nền công nghiệp phát triển, kỹ thuật sấy tinh bột (chủ yếu

là tinh bột khoai tây) với việc sử dụng cỏc thiết bị sấy khí động dạng ống (đứng hoặc nằm ngang) thường áp dụng một số phương án kỹ thuật điều chỉnh, điều khiển cơ bản Mỗi phương án có sự lựa chọn thông số ra chỉ thị và thông số chịu

sự điều chỉnh hoặc cố định khác nhau

1.2.2.1.Phương án thứ nhất (xem hình 1.3 và 1 4)

Nội dung kỹ thuật cụ thể của phương án này là dựa trên cơ sở sự thay đổi

độ ẩm nguyên liệu (tham số ra tín hiệu điều khiển) để tiến hành điều chỉnh các tham số tham gia quá trình sấy nhằm đảm bảo ổn định lượng hơi nước bay hơi

trong quá trình sấy từ đó nhận được sự ổn định giá trị độ ẩm sản phẩm Phương

án này được thể hiện bằng hai phương pháp

+ Phương pháp làm thay đổi lưu lượng/lượng nguyên liệu sấy (hình 1.3) Phương pháp này thực hiện việc khống chế lượng hơi nước thoát ra trong quá trình sấy thông qua việc thay đổi lượng nguyên liệu ẩm cung cấp cho quá trình sấy trong khi kiểm soát để cố định lưu lượng và nhiệt độ tác nhân sấy Bản chất của phương pháp là lấy sự thay đổi của độ ẩm nguyên liệu làm tín hiệu điều chỉnh lượng cung cấp nguyên liệu vào thiết bị sấy nhằm cố định lượng hơi nước bay hơi trong quá trình sấy

CĐ

CA

CĐ I

: Bộ trao đổi nhiệt kiểu dầu – khí CT: Cảm biến nhiệt độ

: Cơ cấu cấp nguyên liệu sấy CA: Đầu đo độ ẩm

CĐ: Thiết bị chuyển đổi hoặc/ và khuyếch đại tín hiệu đo

I

II

III

IV

Hệ thống hoạt động theo nguyên tắc sau:

Trước tiên việc ổn định (điều chỉnh để khống chế điều chỉnh cứng ) lưu lượng tác nhân sấy được thực hiện nhờ “bộ điều chỉnh” lưu lượng thông qua tín hiệu áp suất của dòng không khí Tín hiệu áp suất đo được bằng cảm biến áp suất (CP) truyền đến thiết bị đo áp suất và khuyếch đại (nếu cần) từ đó được truyền dẫn đến cơ cấu chấp hành (van đóng mở) lắp phía cửa quạt sấy (III) Nhiệt độ tác nhân sấy được giữ cố định nhờ phương pháp điều chỉnh trực tiếp thông qua việc

ấn định qua bộ calorife (1) bằng van thông giữa hai đường cấp và thải môi chất mang nhiệt (hơi nước hoặc dầu thực vật)

Độ ẩm của nguyên liệu cấp vào quá trình sấy được cảm biến độ ẩm (CA) liên tục chuyển đến tổ hợp xử lý (đo, hiển thị, khuyếch đại hoặc chuyển đổi tín hiệu) để từ

đó chuyển đến bộ phận chấp hành làm thay đổi lượng nguyên liệu cấp vào quá trình sấy (thay đổi tốc độ vòng quay của bộ phận cấp nguyên liệu ẩm IV)

Khả năng áp dụng phương pháp này tồn tại một số nhược điểm sau:

-Năng suất của thiết bị tính theo sản phẩm khô sẽ bị giảm khi độ ẩm của nguyên liệu tăng so với tính toán thiết kế

-Thiết bị đo độ ẩm nguyên liệu ẩm cao (thường từ 32 ữ 38%) bao gồm: cảm biến ẩm, ẩm kế, thường sử dụng theo nguyên lý đo nhiệt dung riêng Trong trường hợp dòng nguyên liệu luôn chuyển động, độ chính xác của cảm biến ẩm

và ẩm kế thường có sai số lớn

-Hệ thống khống chế, điều chỉnh thông số của tác nhân sấy không đảm bảo

được sự đồng bộ giữa việc điều chỉnh lưu lượng thông qua việc điều chỉnh áp suất dòng khí và nhiệt độ cài đặt do yêu cầu của công nghệ sấy Cách điều khiển này chỉ có thể áp dụng đối với các địa phương (nơi sử dụng thiết bị) có độ ẩm của không khí thấp (<50%) Khi đó “enthalpy” (năng lượng nhiệt riêng) của tác nhân sấy ở nhiệt độ không đổi được điều chỉnh bù trừ thông qua lưu lượng tác nhân sấy +Phương pháp cố định lượng nguyên liệu sấy (hình 1.4)

Phương pháp này thực hiện theo nguyên tắc kiểm soát để khống chế nhiệt

độ tác nhân sấy phù hợp với công nghệ sấy Cố định lượng nguyên liệu ẩm cung

cấp cho quá trình sấy Kiểm soát và điều chỉnh lượng hơi nước bốc hơi trong quá trình sấy thông qua việc thay đổi (hiệu chỉnh trơn) lưu lượng tác nhân sấy

Nhiệt độ tác nhân sấy được cảm biến nhiệt độ (CT) đo và cung cấp tín hiệu cho tổ hợp xử lý bao gồm hiển thị giá trị khuyếch đại và/hoặc chuyển đổi dạng tín hiệu (ĐT và CĐ) để cung cấp đến thiết bị chấp hành làm thay đổi lưu lượng của môi chất mang nhiệt chảy qua bộ trao đổi nhiệt (1)

∼

CT ĐT

CĐ

CA ĐA

CĐ II

II

IV

III

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển quá trình sấy theo phương pháp

cố định nhiệt độ tác nhân sấy Điều chỉnh lưu lượng tác nhân theo sự thay đổi

của độ ẩm nguyên liệu

Chú thích:

: Bộ trao đổi nhiệt kiểu dầu – khí CT: Cảm biến nhiệt độ

∼ : Cơ cấu chấp hành

CĐ: Thiết bị chuyển đổi hoặc/ và khuyếch đại tín hiệu đo

Hệ thống điểu khiển hoạt động theo quy trình sau:

I

II

III

IV

Độ ẩm của nguyên liệu được đo bởi cảm biến độ ẩm (CA) một cách liên tục và chuyển tín hiệu đến tổ hợp xử lý (hiển thị giá trị, khuyếch đại và/hoặc chuyển đổi thành dạng khác) sau đó tín hiệu đã xử lý được cung cấp cho bộ phận thực hiện thích hợp với sự thay đổi độ ẩm nguyên liệu sấy

Sử dụng phương pháp này, năng suất tính theo sản phẩm khô của thiết bị hầu như không bị thay đổi so với thiết kế Tuy vậy vẫn tồn tại những nhược điểm như đã phân tích trong khi sử dụng phương án đầu và tồn tại lớn nhất khi sử dụng phương pháp này là khi thay đổi lưu lượng tác nhân sấy sẽ dẫn tới làm thay đổi vận tốc dịch chuyển của nguyên liệu sấy (vì tiết diện ống sấy không đổi) sẽ dẫn tới chế độ làm việc của các thiết bị phụ trợ bị “rối loạn” gây hậu quả xấu Đồng thời khi có sự thay

đổi đáng kể của lưu lượng tác nhân sấy sẽ dẫn tới khả năng phải thay đổi khả năng làm việc của bộ TĐN khi muốn cố định nhiệt độ tác nhân sấy

1.2.2.2.Phương pháp thứ hai (xem hình 1 5 và 1 6) [3]

Nội dung của phương án này là lấy tín hiệu do sự thay đổi độ ẩm (so với giá trị cài đặt) của sản phẩm để “chỉ huy” các hệ thống thiết bị điều khiển quá trình sấy nhằm cố định lượng nước bay hơi trong quá trình sấy từ đó hoàn tất mục tiêu ổn định độ ẩm sản phẩm với giá trị mong muốn Phương án kỹ thuật này cũng được thực hiện theo hai cách

+Phương pháp cố định nhiệt độ và lưu lượng tác nhân sấy Điều chỉnh lượng nguyên liệu cung cấp cho quá trình sấy theo sự thay đổi độ ẩm của sản phẩm (hình 5) [3]

Nguyên tắc hoạt động của phương pháp này gần tương tự với phương pháp đầu của phương án, thứ nhất (mục a) Sự khác nhau giữa hai phương pháp ở chỗ, với phương án này, tín hiệu ra lệnh cho các thiết bị điều chỉnh lượng cung cấp nguyên liệu ẩm cho quá trình sấy được lấy từ sự sai lệch của độ ẩm sản phẩm so với giá trị cài đặt của nó Khi có sự thay đổi của độ ẩm sản phẩm so với giá trị cài đặt, các thiết bị điều chỉnh như: cảm biến độ ẩm (CA), hiển thị, khuyếch đại hoặc và chuyển

đổi tín hiệu bị tác động để làm việc và chuyển tín hiệu thích hợp cho cơ cấu chấp hành làm thay đổi lượng cung cấp nguyên liệu ẩm cho quá trình sấy trong khi đó lưu lượng và nhiệt độ tác nhân sấy, nhờ hệ thống điều chỉnh được giữ cố định

Có thể nhận thấy, các nhược điểm của phương pháp này cũng tương tự như phương pháp đầu của phương án thứ nhất Năng suất sấy trung bình sẽ giảm khi

độ ẩm của nguyên liệu tăng, thiết bị đo độ ẩm sản phẩm phức tạp và khó đảm bảo độ chính xác dẫn tới tín hiệu “chỉ huy” không thể ổn định và tin cậy

CĐ

CA ĐA

CĐ I

II

IV

III

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển quá trình sấy theo phương pháp

cố định nhiệt độ và lưu lượng tác nhân sấy Điều chỉnh lưu lượng cung cấp

nguyên liệu theo sự thay đổi độ ẩm sản phẩm

Chú thích

: Bộ trao đổi nhiệt kiểu dầu – khí CT: Cảm biến nhiệt độ

CĐ: Thiết bị chuyển đổi hoặc/ và khuyếch đại tín hiệu đo

+ Phương pháp cố định nhiệt độ tác nhân sấy và lượng nguyên liệu ẩm cung cấp cho quá trình sấy Điều chỉnh lưu lượng tác nhân sấy theo sự thay đổi

độ sai lệch độ ẩm sản phẩm so với giá trị định trước của nó

I

II

III

IV

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống điều khiển quá trình sấy khi sử dụng phương pháp này cũng tương tự như đã trình bày trong phương pháp thứ hai của phương án 2 (hình 1.4) Tồn tại lớn nhất của phương pháp là khả năng đo và phát tín hiệu “chỉ huy” của thiết bị đo độ ẩm sản phẩm Quan hệ tương tác giữa lưu lượng và nhiệt độ tác nhân sấy cũng không được giải quyết triệt để Tính khả thi của phương pháp thấp đặc biệt là khi không khí trời có độ ẩm cao trong khi khả năng cung cấp nhiệt (để nung nóng tác nhân sấy) đã được cố định tương ứng với hệ thống cấp nhiệt cụ thể Thay đổi lưu lượng tác nhân sấy dẫn tới tốc độ dòng tác nhân cũng thay đổi theo, điều này không có lợi cho hiệu quả làm việc của các cyclon vốn rất nhạy cảm với vận tốc đầu vào của nó

∼

∼

CT ĐT

CĐ

CA ĐA

CĐ I

II

IV

III

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển quá trình sấy theo phương pháp

cố định nhiệt độ tác nhân sấy và lưu lượng nguyên liệu cấp vào sấy Điều chỉnh

lưu lượng tác nhân sấy theo sự thay đổi độ ẩm sản phẩm

Chú thích

: Bộ trao đổi nhiệt kiểu dầu – khí CT: Cảm biến nhiệt độ

CĐ: Thiết bị chuyển đổi hoặc/ và khuyếch đại tín hiệu đo

I

II

III

IV

1.2.2.3.Phương án kỹ thuật thứ 3 (xem hình 1.7) [3]

ưu điểm nổi bật của hai phương án kỹ thuật điều khiển đã trình bày (bao gồm 4 phương pháp, mỗi phương án 2 phuơng pháp) là tín hiệu chỉ thị cho hệ thống điểu khiển làm việc đều là tín hiệu gián tiếp phản ánh năng suất của quá trình sấy (lượng hơi nước thoát ra mang ra ngoài) tuy vậy tính trực tiếp phản ánh khá tin cậy nếu các thiết bị

đo, xử lý tín hiệu làm việc có hiệu quả Cho đến ngày nay, các đầu đo độ ẩm nhanh trong điều kiện nguyên liệu cần đo đang chuyển động, có tính cơ - lý – nhiệt khá đặc biệt như tinh bột phần lớn là các thiết bị hoạt động theo nguyên tắc điện dung riêng (sự thay đổi độ ẩm dẫn tới thay đổi điện dung riêng) phạm vi ứng dụng giới hạn cho một

số nguyên liệu dạng hạt rời vì thế các thông số thiết kế của chúng phần lớn được xây dựng được dùng cho một loại nguyên liệu cụ thể, có một số thiết bị đo độ ẩm nhanh,

có thể dùng để đo cho nhiều loại nguyên liệu có tính chất cơ lý khác nhau song nó làm việc theo nguyên tắc mẫu cần đo phải ở trạng thái tĩnh, khối lượng mẫu và phạm vi đo tương ứng với từng loại nguyên liệu

Nhằm khắc phục tồn tại của hai phương pháp đã nêu, những năm gần đây,

ở các nước phát triển (Hà Lan, Đức, Thái Lan) phổ biến ứng dụng phương án thiết kế hệ thống tích hợp các thiết bị đo và điều chỉnh các tham số sấy trên các máy sấy khí động dựa trên nguyên tắc lấy nhiệt độ bầu khô của khí thải ra sau quá trình sấy để làm tín hiệu “ra lệnh”/tớn hiệu đầu vào cho các hệ thống thiết bị

điều khiển

Cơ sở lý thuyết của phương án dựa trên định luật của Đalton là khối lượng

ẩm bốc hơi vào không khí ở điều kiện áp suất không đổi và vận tốc không khí không đổi phụ thuộc vào hiệu nhiệt độ bầu khô và bầu ẩm của không khí Theo tinh thần nội dung định luật này, các công cụ đo độ ẩm không khí bằng cặp nhiệt

kế đã ra đời, phổ biến sử dụng thay thể cho các thiết bị đo trước đó (ví dụ như đo

độ ẩm bằng sợi, lò xo, ẩm kế…)

Cơ sở thực tiễn của phương pháp này là các hệ thống thiết bị tự động hoặc bán tự

động điều khiển quá trình sấy trên các thiết bị sấy kiểu khí động (ống đứng hoặc ống nằm ngang) nhập ngoại của Hà Lan (tại YFACO Yên Bái) Thái Lan (tại Ninh Bình) hoặc một số thiết bị sấy nhập của Trung Quốc, Đài Loan giải rác sử

dụng trên toàn quốc đều áp dụng phương án lấy nhiệt độ bầu khô của khí thải để làm tín hiệu chỉ huy cho các thiết bị điều khiển, điều chỉnh chế độ sấy

Hình 1.7 giới thiệu nguyên lý hoạt động của hệ thống thiết bị điều khiển quá trình sấy lắp trên các thiết bị nhập của Thái Lan đang được sử dụng ở nhiều

Đ P

CĐ

CT ĐT

CĐ I

II

IV

III

Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển quá trình sấy theo phương pháp

cố định lưu lượng và nhiệt độ tác nhân sấy Điều chỉnh lượng cung cấp nguyên liệu cho quá trình sấy theo sự thay đổi của nhiệt độ bầu khô của khí thải

Chú thích:

: Bộ trao đổi nhiệt kiểu dầu – khí CT: Cảm biến nhiệt độ

CĐ: Thiết bị chuyển đổi hoặc/ và khuyếch đại tín hiệu đo

Hệ thống điều khiển thực hiện cùng một lúc hai chức năng cơ bản: điều chỉnh để cố định nhiệt độ và lưu lượng tác nhân sấy và điều chỉnh để cố định khả

I

II

III

IV

năng sấy phản ánh qua lượng hơi nước bay hơi sau quá trình sấy thông qua việc

điều chỉnh lượng nguyên liệu ẩm cung cấp cho quá trình sấy

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống tương tự như nguyên tắc đã trình bày

ở phương pháp thứ nhất của phương án 1 và 2 (hình vẽ 1.3 và 1.5) sự khác biệt với hai phương pháp đã nêu là ở phương án này lấy sự sai lệch (so với giá trị chuẩn cài đặt) của nhiệt độ khí thải sau quá trình sấy để chỉ thị cho cơ cấu chấp hành lắp trên thiết bị cung cấp nguyên liệu sấy thực hiện việc điều chỉnh lượng nguyên liệu cung cấp nhằm đảm bảo ổn định khả năng bốc hơi nước của quá trình sấy đã được lựa chọn nhằm đảm bảo độ ẩm sản phẩm như mong muốn

áp dụng phương án này có thể xảy ra khả năng làm giảm năng suất sấy trung bình theo khối lượng sản phẩm khô khi có sự sai lệch lớn về độ ẩm nguyên liệu Tuy vậy nhìn một cách tổng thể phương án này có tính khả thi rõ rệt đối với một đề tài nghiên cứu ứng dụng, điều kiện để nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các thiết bị điều khiển chuyên dụng (đo độ ẩm nguyên liệu và sản phẩm) phù hợp với phương hướng sử dụng các thiết bị đo đã tiêu chuẩn hoá có tính năng thích hợp

ở nước ta hiện có khoảng trên 60 cơ sở sản xuất tinh bột sắn (với công suất quy đổi 50TSP/ ngày) theo phương thức công nghiệp khâu sấy khô tinh bột

đều sử dụng kỹ thuật sấy đối lưu cưỡng bức bằng thiết bị sấy khí động dạng ống

đứng và nằm ngang sử dụng các lò cấp nhiệt dùng các loại nhiên liệu phổ biến như: than, dầu FO hoặc Do Một số lò cấp nhiệt cho quá trình nung nóng không khí có sử dụng các môi chất mang nhiệt như hơi nước, dầu tải nhiệt (dầu thực vật

có nhiệt độ sôi cao)

Có thể nhận thấy mức độ cơ giới hoá và tự động hoá quá trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn nói chung và công nghệ sấy nói riêng ở hầu hết các dây chuyền thiết bị còn đang ở mức thấp, đặc biệt là các dây chuyền thiết bị do trong nước tự sản xuất Một vài hệ thống thiết bị do trong nước tự sản xuất Một vài hệ thống thiết bị nhập ngoại được trang bị các giải pháp tự động điều khiển (ví dụ dây chuyền thiết bị nhập của Hà Lan lắp đặt tại YFACO Yên Bái) ở mức độ khá

đồng bộ hoặc ở mức trung bình (ví dụ các hệ thống nhập của Thái Lan)

Những năm gần đây (từ 2002) đến nay Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp (Bộ công thương) từ kết quả nghiên cứu triển khai của các đề tài cấp Bộ và dự án khoa học áp dụng thử vào sản suất đã cung cấp cho thị trường

07 hệ thống thiết bị đồng bộ để sản xuất tinh bột sắn từ củ sắn tươi Do nhiều lý

do, mức độ áp dụng những giải pháp tự động điều khiển các khâu công nghệ nói chung và khâu sấy nói riêng cũng đang ở mức thấp Đối với khâu sấy, các biện pháp kỹ thuật điều khiển mới chỉ dừng lại ở việc áp dụng một số giải pháp đơn giản về kỹ thuật và hạn chế ở mặt tác dụng ví dụ: đã áp dụng giải pháp tự động chống cháy nổ, đo và hiển thị nhiệt độ sấy để làm tín hiệu cho động tác điều khiển (tăng – giảm) bằng tay làm thay đổi lượng cấp nguyên liệu sấy

Thực tế cho thấy, điều chỉnh quá trình sấy tinh bột sắn bằng các giải pháp

đơn giản như hiện nay đã và đang sử dụng trên các hệ thống thiết bị do nước ta sản xuất dẫn tới nhiều hệ quả hệ luỵ, sản phẩm sau sấy thường khó đạt được các chỉ tiêu chất lượng (chủ yếu là độ ẩm, độ dẻo và độ trắng) đôi khi gây tổn thất nghiêm trọng cho sản xuất Phương pháp điều chỉnh chế độ sấy tinh bột theo nguyên tắc “cứng” và chỉ dựa trên kinh nghiệm và kỹ năng của người thao tác khó có thể đảm bảo cho quá trình sấy diễn ra có hiệu quả trong khi các yếu tố

ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sấy luôn thay đổi Vì thế sự cần thiết phải áp dụng tiến bộ kỹ thuật tự động điều khiển quá trình sấy tinh bột là một yêu cầu vừa có tính thời sự vừa mang tính chất kinh tế – kỹ thuật, đồng thời phù hợp với trình độ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hiện nay của nước ta

Chương 2 Khảo sát quan hệ của các thông số nhiệt ẩm trong quá trình sấy tinh bột bằng thiết bị sấy khí động Đề xuất thông số kỹ thuật cho hệ thống tự động điều

chỉnh chế độ sấy

• Mục đích: Thông qua các lần tiến hành thực nghiệm sấy trong điều kiện sản

xuất để thiết lập mối quan hệ định lượng đại số giữa nhiệt độ tác nhân sấy và thông

số môi trường (độ ẩm và nhiệt độ) đồng thời xác lập quan hệ đại số giữa nhiệt độ (không) khí thải với độ ẩm sản phẩm cũng như giữa nhiệt độ khí thải với lượng nguyên liệu ẩm cung cấp cho quá trình sấy Tạo lập những cơ sở mang tính chất định hướng cho việc lựa chọn những thông số cũng như yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống tự

động điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy và độ ẩm sản phẩm sau sấy

• Nội dung: Việc khảo sát chế độ làm việc của hệ thống sấy tinh bột kiểu khí động bao gồm các nội dung cơ bản sau:

-Xác định điều kiện sấy thông qua việc xác định các thông số của không khí môi trường Bao gồm : xác định nhiệt độ không khí (t0), độ ẩm tương đối (ϕ0) và tính toán lượng chứa ẩm / (d0) (xỏc định độ ẩm tuyệt đối d0)

-Xác định các thông số của không khí sấy, bao gồm nhiệt độ tác nhân sấy (ts), độ ẩm tương đối (ϕs) và lưu lượng tác nhân sấy (L0)

- Xác định quan hệ đại số giữa nhiệt độ khí thải của quỏ trỡnh sấy (t2) và

độ ẩm sản phẩm sau khi sấy (w2) trong điều kiện chế độ sấy và năng suất sấy (tính theo lượng hơi nước bay hơi) không đổi

- Xác định quan hệ giữa nhiệt độ khí thải của quỏ trỡnh sấy (t2) tương ứng với độ ẩm sản phẩm sau khi sấy (w2) với lượng cung cấp nguyên liệu sấy thông qua quan hệ w2 = f(t2, nv)

- Xác định trên cơ sở các số liệu thực nghiệm sai lệch cho phép, phạm vi

điều chỉnh của hai đại lượng cần điều chỉnh là nhiệt độ tác nhân sấy (ts) và nhiệt

độ khí thải sau sấy (t2) Tạo /thiết lập cơ sở cho việc lựa chọn các thông số kỹ thuật của dụng cụ /thiết bị tự động điều khiển

2.1 Điều kiện và phương pháp tiến hành khảo sỏt thực nghiệm

2.1.1 Điều kiện tiến hành thực nghiệm

Do tính chất của thời vụ, việc tiến hành thực nghiệm được tổ chức làm 2

đợt Đợt 1 mang tính thăm dò và được thực hiện tại nhà máy chế biến tinh bột

sắn Văn Yên Yên Bái (có công suất thiết kế 100 ữ 120TSP/ngày) Đợt 2 được tổ

chức thực hiện tại nhà máy sản xuất tinh bột sắn Lào – Viêng (nước cộng hoà

dân chủ nhân dân Lào) từ ngày 16/3/2010 đến hết ngày 22/3/2010

Các lần thực nghiệm được tiến hành trong điều kiện toàn bộ hệ thống thiết bị (trong đó có hệ thống sấy) làm việc đồng bộ, liên tục (trong suốt thời gian kéo dài một mẻ thực nghiệm) với năng suất thực tế và trong các điều kiện vận hành bình thường Việc điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy (ts), nhiệt độ khí thải sau sấy (t2) được tiến hành bằng tay theo phương pháp đóng- mở le hoà trộn không khí Điều chỉnh nhiệt độ khí thải thông qua việc điều chỉnh tốc độ vòng quay của vít cấp liệu bằng việc thay đổi tần số dòng điện cấp cho động cơ liền hộp số của vít nhờ tác động bằng tay vặn núm điều chỉnh của bộ biến đổi tần số

2.1.2 Phương pháp thực nghiệm và đo đạc các thông số

Phương phỏp thực nghiệm được tiến hành thụng qua việc đo đạc (xỏc định) cỏc thụng số như: Nhiệt độ tỏc nhõn sấy, độ ẩm và nhiệt độ mụi trường, nhiệt độ khớ thải sau sấy, tần số chỉ thị cho vũng quay của vớt cấp liệu và độ ẩm của sản phẩm Cỏc vị trớ điểm đo trong quỏ trỡnh tiến hành thực nghiệm được miờu tả túm lược như hỡnh vẽ 2.1 dưới đõy

∼

Hình 2.1: Sơ đồ vị trí đo và lấy mẫu đo các thông số thực nghiệm

Cú thể túm lược phương pháp đo và lấy mẫu để xác định độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy – w2 như sau:

-Các thông số đặc trưng cho không khí trước calorifer được đo tại phía trước bộ lọc không khí của calorifer (hỡnh 2.1) Lưu lượng thể tích của không khí cấp vào calorifer (v0) được đo tại nhiều điểm và tính giá trị trung bình (tương ứng với nhiệt độ không khí) để tính được lượng không khí khô (L0)

-Nhiệt độ tác nhân sấy (ts), nhiệt độ khí thải sau sấy (t2) và nhiệt độ tác nhân sấy sau khi tiếp xúc với vật liệu sấy (ts’) được đo bằng đồng hồ đo nhiệt độ kiểu nhiệt điện trở, hiện số với can nhiệt loại K Vị trí đo theo chỉ dẫn trên sơ đồ hình 2.1

-Điểm lấy mẫu để xác định độ ẩm nguyên liệu sau quá trình sấy nằm trên

đoạn ống dẫn nguyên liệu sau sấy sang bộ phận làm nguội sản phẩm (xem hình 2.1) Các mẫu được đánh số ký hiệu và đựng trong túi ny lông kín để đưa về phòng thí nghiệm xác định độ ẩm (w2) bằng phương pháp cân sấy(sử dụng thiết

bị cân sấy bằng tia hồng ngoại STARIUS - MA 45 )

- Đo và điều chỉnh tần số của động cơ cấp nguyên liệu sấy bằng biến tần HITACHI có núm điều chỉnh bằng tay

Trong điều kiện cụ thể của hệ thống sấy Vít tải nguyên liệu sấy có các thông số hình học và động học như sau:

S )dD(V

2

=π

ư

Vít xoắn được lắp với động cơ liền hộp số giảm tốc, có tốc độ đầu trục nđc

= 43vòng/phút liên động trực tiếp với trục vít thông qua khớp nối Sự liên hệ giữa tốc độ vòng quay của vít (nv) với tần số của dòng điện cấp cho động cơ điện thể hiện qua biểu thức (2.1) sau đõy:

cl cl

50 =

= = 0,86.zcl (vòng/phút) (2.1) Trong đó:

-nđc = 43vòng/phút

-Zcl-Giá trị tần số đọc được trên đồng hồ đo (Hz)

-Ngoại trừ số đo về lưu lượng không khí trước calorifer (V0) còn lại các số

đo và lấy mẫu để đo (w2) đều được thực hiện tại cùng một thời điểm với tần số 5phút lấy số liệu một lần trong suốt quá trình kéo dài mẻ thực nghiệm

2.1.3 Phương pháp xử lý các số liệu đo

- Giá trị trung bình của các đại lượng đo được tính theo công thức

N

XX

)XX(

N

1 i

2 i

2.1.4 Thiết bị, dụng cụ đo sử dụng trong tiến trỡnh thớ nghiệm

-Đồng hồ đo hiện số có cảm biến nhiệt điện trở (loại K) với khoảng đo 0 ữ 4000C với sai số 0,1%giá trị đo được

-Phong tốc độ hiện số Khoảng đo từ 0 ữ 30m/s

-Nhiệt kế bầu khô - ướt Khoảng đo từ 0 ữ 500C và độ ẩm từ 14 ữ 95%

-Biến tần hiện số và có khả năng điều chỉnh từ 0 ữ 50Hz

-Máy đo độ ẩm kiểu cân sấy bằng tia hồng ngoại kiểu KET Khoảng đo độ ẩm từ 0ữ50% -Túi ny lông dùng để lấy mẫu số lượng đủ dùng

2.2 Phân tích, đánh giá các kết quả thực nghiệm

2.2.1 Tổng hợp các kết quả thực nghiệm

Bảng 2.1 sau đõy giới thiệu tổng hợp các kết quả đo lường của 6 thông số nhiệt - ẩm đối với 6 lần tiến hành thực nghiệm trên hệ thống sấy khí động trong dây chuyền sản xuất tinh bột công suất 100TSP/ngày tại nước cộng hoà dân chủ nhân dân Lào (nhà máy Lào – Viêng) từ ngày 16 -23/3/2010

Tổng hợp các kết quả đo và xử lý (tính toán) của 7 đại lượng nhiệt ẩm đối với 6 lần tiến hành thực nghiệm được trỡnh bày trờn bảng 2.2

Các số liệu của nhật kớ thớ nghiệm cỏc lần thực nghiệm, người đọc cú thể tỡm thấy ở cỏc bảng thuộc phần phụ lục

- 30 -

Bảng 2.1 Tổng hợp kết quả đo các thông số nhiệt ẩm của quá trình sấy trên thiết bị sấy khí động 100TSP/ngày

Mẻ 1 (16/3)

Mẻ 2 (18/3)

Mẻ 3 (19/3)

Mẻ 4 (20/3)

Mẻ 5 (21/3)

Mẻ 6 (22/3)

Số lần

đo

Giá trị trung bình

Số lần

đo

Giá trị trung bình

Số lần

đo

Giá trị trung bình

Số lần

đo

Giá trị trung bình

Số lần

đo

Giá trị trung bình

Số lần

đo

Giá trị trung bình

1 Nhiệt độ không khí môi trường t0 (0C) 42 30,523 42 27,9 42 27,730 42 30,590 42 27,730 42 31,227

- 31 -

Bảng 2.2 Tổng hợp kết quả đo các thông số nhiệt ẩm của quá trình sấy trên thiết bị sấy khí động 100TSP/ngày

Giá trị trung bình mỗi mẻ thử nghiệm Kết quả tính toán

Phương sai

Giá trị thực nghiệm các thông số nhiệt ẩm được thể hiện chi tiết trong bảng 2.1 và 2.2 Các thông số đó có các mối tương quan (liên hệ mật thiết với nhau), để biết rõ hơn về các mối tương quan đó người đọc có thể tham khảo ở hình 2.2 và 2.3 Qua hai đồ thị này cho thấy mối quan hệ mật thiết giữa nhiệt độ khí thải (t2) và độ ẩm của sản phẩm (w2) được thể hiện rất rõ nét khi t2 giảm thì

độ ẩm của sản phẩm w2 tăng, điều đó hoàn toàn đúng với quy luật thực tiễn

H ình 2.2 Đồ thị biểu diễn các mối quan hệ của các thông số nhiệt ẩm

H ình 2.3 Đồ thị biểu diễn các mối quan hệ của các thông số nhiệt ẩm có xét

đến số vòng quay của vít cấp vật liệu sấy

Theo tài liệu [1], thay các giá trị đó nờu trờn, thỡ lượng chứa ẩm của không khí trước khi được nung nóng thành tác nhân sấy có thể xác định theo phương trỡnh (2.4) sau:

42,402600

,

Do vậy: d0 = 0,621

04,0x449,0760745

040,0x449,0.621,0PB

P

0 0

0 0

ư

=ϕ

200C và ϕ0 = 75 ữ 80% hoặc khi t0 = 250C và ϕ0 = 60 ữ 65%

• Đối với nhiệt độ tác nhân sấy (t s ) và độ ẩm tác nhân sấy (ϕs )

Với phương pháp điều chỉnh lượng không khí hoà trộn bằng tay chúng ta

có nhiệt độ tác nhân sấy ts = 197,330C với phương sai ±4,030

42,402600

,

Do vậy: ϕs =

)011,0621,0.(

84,14

760

745.011,0

+ = 0,0011 = 0,11%

Trên cơ sở giá trị của ϕs = 0,0011 (hay 0,11%) có thể giúp cho các chuyên gia về công nghệ sấy tính toán để dẫn tới lựa chọn được giá trị cài đặt nhiệt độ sấy tuỳ thuộc vào lượng chứa ẩm (d0 = d1) của không khí trước khi đươc hõm/ nung nóng thành tác nhân sấy

Có thể nhận thấy: Khi d0 = d1 tăng, cần phải chọn nhiệt độ tác nhân sấy tăng để đảm bảo độ ẩm tương đối của tác nhân sấy (thể sấy) không đổi và tiệm cận với 1,0% (xem thêm tài liệu [1])

Dụng cụ dùng để điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy cần phải đảm bảo sai lệch cho phép so với giá trị cài đặt ≤ ±40

C (nhỏ hơn phương sai của ts khi điều chỉnh bằng thủ công) Phạm vi điều chỉnh có thể chọn ±50C so với giá trị cài đặt

Về quan hệ giữa nhiệt độ khí thải sau sấy (t 2 ) với độ ẩm sản phẩm sau sấy (w 2 )

và tốc độ vòng quay của vít cấp nguyên liệu sấy (n v )

Từ kết quả của 6 lần tiến hành thực nghiệm (xem bảng 2.1v à 2.2) cho thấy: -Nhiệt độ khí thải được điều chỉnh thông qua việc điều chỉnh lượng cung cấp nguyên liệu sấy/nguyờn liệu trước khi sấy thụng qua việc thay đổi tốc độ quay của vít tải cấp nguyên liệu sấy có giá trị trung bình đạt t2=51,1050C với phương sai ±1,450 C (sai lệch so với giá trị trung bình ±1,450C)

-Khi nhiệt độ khí thải tăng/giảm 10C, độ ẩm sản phẩm giảm/tăng 0,255%.Như vậy quan hệ giữa độ ẩm sản phẩm (w2) và nhiệt độ khí thải sau sấy (t2) là quan

hệ tỷ lệ nghịch với tỷ lệ xấp xỷ 1/0,255 Có nghĩa là khi tăng giá trị của nhiệt độ khí thải sau sấy (t2) 10C so với giá trị cài đặt có thể nhận được độ ẩm nguyên liệu giảm tương ứng 0,255% và ngược lại

-Quan hệ giữa nhiệt độ khí thảI sau sấy (t2) và tốc độ vòng quay của vít cấp nguyên liệu diễn ra theo quy luật sau: Khi t2 tăng/giảm 10C so với giá trị trung bình, tốc độ của vít tải cung cấp nguyên liệu được điều chỉnh tăng/giảm xấp xỉ 2,8vòng/phút Như vậy quan hệ t2 = f(nv) là quan hệ tuyến tính tỷ lệ thuận Do tốc độ vòng quay của vít tải cung cấp nguyên liệu sấy trong trường hợp cụ thể (đã trình bày ở phần 2.2 chương II) tỷ lệ thuận với giá trị tần số dòng điện cung cấp cho động cơ điện của vít tải theo tỷ số: 43/50 = 0,86 nên khi t2 tăng/giảm 10C

so với giá trị trung bình (hoặc so với giá trị cài đặt) bộ điều chỉnh tần số cần thay

đổi tăng/giảm xấp xỉ 2,4Hz (0,86 x 2,8vòng/phút)

2.3 Một số nhận định mang tính định lượng đối với tính năng kỹ thuật của các mạch điều khiển

2.3.1 Yêu cầu đối với mạch điều khiển nhiệt độ tác nhân sấy

Việc lựa chọn nhiệt độ tác nhân sấy để cài đặt phụ thuộc vào lượng chứa ẩm

có trong không khí trước khi nhiệt độ nung nóng tạo thành tác nhân sấy Giá trị của nhiệt độ tác nhân sấy còn được lựa chọn thông qua yêu cầu của công nghệ sấy Tuy vậy qua kinh nghiệm thực tế, nhiệt độ tác nhân sấy cần được lựa chọn trong phạm vi

từ 1900C đến 2200C nhằm đảm bảo độ ẩm tác nhân sấy luôn có giá trị ≤0,1%

Sai lệch cho phép khi điều chỉnh phải đạt giới hạn < ±4% với giá trị cài

đặt Phạm vi điều chỉnh là ±50C

2.4.2.Yêu cầu đối với mạch điều chỉnh nhiệt độ khí thải (t 2 )

Qua phân tích các số liệu thực nghiệm, kết hợp với yêu cầu về độ ẩm của sản phẩm cần đạt có thể kiến nghị mối quan hệ giữa đại lượng cài đặt (t2) đại lượng mục tiêu (w2) và đại lượng chấp hành (zcl) như trình bày ở bảng 2.3

Bảng 2.3 Quan hệ t 2 = f(w 2 ,z cl ) sai lệch cho phép và phạm vi điều chỉnh của các đại lượng

TT Thông số Ký

hiệu Giá trị

Sai lệch cho phép

Phạm vi

điều chỉnh

Chương 3 Nhiệm vụ Thiết kế VÀ kỹ thuật hệ thống

điều khiển quá trình sấy tinh bột sắn

bằng thiết bị sấy khí động

3.1 Nhiệm vụ thiết kế và các cơ sở lý thuyết điều khiển các mạch

3.1.1 Sơ đồ nhiệt - ẩm quá trình sấy

Hình 3.1 mô tả quá trình sấy tinh bột sắn bằng thiết bị sấy khí động thông qua sự biến thiên của các đại lượng đặc trưng cho tác nhân sấy, nguyên liệu ẩm

và sản phẩm khô

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý sấy tinh bột bằng khí động

a- Không khí trời sẽ được dùng để hõm nóng lờn làm tác nhân sấy (với các đại lượng đặc trưng: L0, t0, ϕ0, d0 và I0)

b- Môi chất mang nhiệt lưu chuyển trong calorifer (có các đại lượng đặc trưng

d-Nguyên liệu sấy là tinh bột ẩm nhận được sau nguyên công tác bớt nước (xem sơ đồ công nghệ sản xuất hình (3.1) với các đại lượng đặc trưng: G1, w1, θ1 e-Không khí thải ra sau quá trình sấy có gia nhiệt (sấy bằng không khí đã nung nóng) có các đại lượng đặc trưng L0, t2, ϕ2, d2 và I2

f-Không khí trời dùng để làm nguội sản phẩm sau sấy đặc trưng bởi: L’0, t0, ϕ0,

3.1.2 Thuật toán xác định các quá trình nhiệt động cơ bản của không khí ẩm

Khi tính toán thiết kế các thông số trạng thái của không khí ẩm có thể xác

định bởi biểu đồ I-d với độ chính xác nhất định Tuy nhiên khi cần lập trình các chế độ sấy khác nhau khi các yếu tố điều kiện thay đổi thì phương pháp sử dụng biểu đồ I - d rất bất tiện Vì vậy, dưới đây giới thiệu các thuật toán cho phép hiểu

rõ hơn và tính toán chính xác mọi quá trình xử lý không khí ẩm

a.Thuật toán xác định các thông số trạng thái của không khí môi trường (t 0 , ϕ0 ,

bo

.P00,621

t235

42,402600

,12exp

-Entanpy (I0) được xác định theo công thức sau:

I0 = 1,004 + d0(2500+1,842.t0) kJ/kgkk (3.3)

b.Thuật toán xác định các thông số trạng thái của tác nhân sấy t 1 , ϕ1 , d 1 và I 1

-Nhiệt độ tác nhân sấy xác định bởi nhiệt kế (khi thiết kế, nhiệt độ này được lựa chọn tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ sấy)

-Độ ẩm của tác nhân sấy (ϕ1) được xác định theo quan hệ đại số sau :

)d621,0(P

Bd

1 1

1 1

-Entanpy (I1) được xác định theo (3.3) khi thay d0 = d1 và t0 = t1

Từ các quan hệ đại số của các quá trình nhiệt động cơ bản khi đốt nóng không khí không tăng ẩm dùng làm tác nhân sấy có thể rút ra những nhận định liên quan đến nhiệm vụ thiết kế hệ thống điều chỉnh tác nhân sấy như sau:

1-Thế sấy, biểu diễn bằng quan hệ ϕ1 = f(d1, Pb1) theo công thức (3.4) cho thấy:

Để có được thế sấy ổn định khi d 1 = d 0 (lượng chứa ẩm của không khí môi trường) thay đổi (do ϕ0 và t 0 thay đổi) cần phải điều chỉnh đại lượng P b1 thông qua quan hệ P b1 = f(t 1 ) biểu diễn bởi công thức (3.2) khi thay t 0 = t 1

Có thể thấy khi d1 = d0 nhỏ (do ϕ0 và t0 nhỏ) có thể giảm nhiệt độ tác nhân sấy (t1) mà vẫn giữ được thể sấy hợp lý từ đó giảm được chi phí năng lượng nhiệt, dẫn tới giảm khả năng cung cấp nhiệt năng của calorifer

Ngược lại khi d1 = d0 lớn, cần chọn t1 tương thích để đảm bảo ϕ1 = const

2 - Giá trị cài đặt của nhiệt độ tác nhân sấy (t1) được xác định nhờ kết quả giải tích số quan hệ d0 = f(ϕ0, t0) và Pb1 = f(t1) trong điều kiện đảm bảo độ ẩm tác nhân sấy (ϕ1) không đổi

3.1.3 Cơ sở lý thuyết cho việc điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy (t 1 )

Phương trình cân bằng nhiệt của calorifer và tác nhân sấy được biểu diễn bằng công thức sau:

md (tdv – ttR).Cpd.ηTĐN = Cpk.Lo(t1-to) (kJ/h) (3.5)

Trong đó:

-Cpd – Nhiệt dung riêng của môi chất mang nhiệt ứng với

2

t

tdv + dr

(kJ/kg0C)

-ηTĐN- Hiệu suất bộ trao đổi nhiệt

-CpR- Nhiệt dung riêng của không khí khô Cp = 1,004kJ/kg0C

-L0-Lưu lượng không khí khô của tác nhân sấy (kg/h)

Từ phương trình cân bằng nhiệt (3.5) có thể rút ra những nhận định cho nhiệm vụ thiết kế mạch điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy sau đây :

1-Có thể điều chỉnh t1 thông qua việc điều chỉnh tdv và tdR khi md, Lo được

cố định Tuy nhiên khả năng này rất khó khi các lò cấp nhiệt sử dụng nhiên liệu cứng (than, củi) Khả năng này chỉ thích hợp cho các loại lò cấp nhiệt dùng nhiên liệu lỏng, khí (dầu DO, FO, khí gaz…) Vì vậy trong nhiệm vụ thiết kế này không đề cập tới

2- Điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy t1 bằng một mạch điều khiển kín lấy sự thay

đổi nhiệt độ tác nhân sấy (∆t1) làm tín hiệu để thay đổi lưu lượng môi chất mang nhiệt (mdv) cấp vào cho calorifer, trong khi cố định lưu lượng không khí khô của tác nhân sấy (L0 = const) Sự thay đổi ∆t1 do những phần tử gây nhiễu như : nhiệt độ không khí môi trường (t0), nhiệt dung riêng của môi chất (Cpd) và nhiệt độ môi chất vào (tdv) và ra (tdr) bộ TĐN của môi chất mang nhiệt Tuy nhiên, việc điều chỉnh mdv một mặt làm thay đổi vận tốc của môi chất mang nhiệt trong bộ TĐN, dẫn tới làm thay đổi hệ số TĐN, mặt khác

sự thay đổi nhiệt khối của môi chất mang nhiệt, bao giờ cũng kèm theo quán tính nhiệt rất lớn, dẫn tới tính ‘trễ’ của quá trình điều chỉnh lớn

3- Điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy với ∆t1 nhỏ, có thể thực hiện có hiệu quả thông qua việc điều chỉnh lượng không khí hoà trộn thứ cấp (hoà trộn với không khí sau calorifer) có nhiệt độ t0 < t1 trong điều kiện L0 = L01 + L02 không đổi

3.1.4 Quan hệ đại số của các đại lượng cơ bản của đối tượng sấy và hiệu quả quá trình sấy

a-Lượng hơi nước cần làm bay hơi của quá trình sấy [1]

2

2 1 2 2

2 1 1

w100

wwGw100

wwGW