QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SẤY ppt

NỘI DUNGPHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY Khái niệm: Sấy là quá trình làm khô vật liệu bằng phương pháp bay hơi do nhiệt.. quá trình sản xuất đều chứa pha lỏng là nước và người t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

PHÂN CÔNG LÀM VIỆC

1 Nguyễn Thị Thúy Hồng Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy,các thông số

đặc trưng, công thức tính toán quá trình sấy

2 Nguyễn Thị Hiền Cân bằng vật liệu và nhiệt lượng trong quá

trình sấy, các thiết bị sấy

3 Lê Bình Hòa Các thông số đặc trưng, công thức tính toán

6 Triệu Thị Hiệu Cân bằng vật liệu và nhiệt lượng trong quá

trình sấy, các thiết bị sấy

7 Nguyễn Thị Bích Hồng Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy, các thiết bị

sấy

MỤC LỤC

Mục lục 3

Mở đầu 4

Nội dung 5

Phần 1: cơ sở lý thuyết của quá trình sấy 5

1.1 Khái niệm, nguyên tắc,phân biệt quá trình sấy 5

1.2 các phương pháp sấy 6

1.3 một số nhân tố ảnh hưởng tới tốc độ sấy 8

Phần 2: các thông số đặc trưng và công thức tính toán quá trình sấy 9

2.1 đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy 9

2.2 tính nhiệt trị của nhiên liệu 10

2.3 xác định lượng không khí khô lý thuyết cho quá trình sấy 12

2.4 xác định lượng không khí khô thực tế cho quá trình sấy 12

Phần 3: cân bằng vật liệu và nhiệt lượng trong quá trình 15

3.1cân bằng lượng ẩm trong vật liệu 15

3.2cân bằng nhiệt lượng trong máy sấy 17

3.3sấy lý thuyết và sấy thực tế 20

Phần 4:các thiết bị sấy 23

4.1máy sấy đối lưu 23

4.2máy sấy thùng quay 24

4.3Thiết bị sấy kiểu phun bụi 26

4.4thiết bị sấy tầng sôi 28

4.5 một số thiết bị sấy khác 29

Phần 5: Bài tập áp dụng 34

Phần 6: tài liệu tham khảo 38

MỞ ĐẦU

Trong công nghiệp hóa chất,thực phẩm, quá trình tách nước ra khỏi vậtliệu (làm khô vật liệu) là rất quan trọng

Phương pháp làm khô sản phẩm thực phẩm đơn giản nhất là phơi nắng,

có ưu điểm là tận dụng được năng lượng mặt trời,tiết kiệm chất đốt; nhưng thờigian làm khô kéo dài, làm giảm nhiều vitamin C (đến 80%) và caroten(tiền sinh

tố A), màu sắc sản phẩm kém, đòi hỏi nhiều diện tích sân phơi, khó giải quyếtđược khối lượng lớn và đặc biệt là phụ thuộc vào thời tiết

Để chủ động việc làm khô phải sử dụng các thiết bị sấy

Trong bài tiểu luận này nhóm sẽ trình bày về quá trình và thiết bị sấy Sấy

là quá trình tách nước trong sản phẩm bằng nhiệt Đó là quá trình khuếch tánnước từ các lớp bên trong ra bề mặt sản phẩm và hơi nước từ bề mặt sản phẩmkhuếch tán ra môi trường xung quanh

Trong quá trình làm bài còn nhiều thiếu sót rất mong nhận được ý kiếnđóng góp của thầy và các bạn!

NỘI DUNG

PHẦN I:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY

Khái niệm: Sấy là quá trình làm khô vật liệu

bằng phương pháp bay hơi do nhiệt Nhiệt

được cung cấp cho vật liệu ẩm bằng dẫn

nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc bằng năng lượng

điện trường có tần số cao Mục đích của quá

trình sấy là giảm khối lượng của vật liệu,

tăng độ bền và bảo quản được tốt, đây là

phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản,

an toàn và dễ dàng

Đối tượng của quá trình sấy là các vật ẩm, là

những vật liệu có chứa một lượng chất lỏng

nhất định Chất lỏng chứa trong vật liệu ẩm

thường là nước một số ít vật ẩm chứa chất

lỏng khác là dung môi hựu cơ Quá trình sấy yêu cầu các tác động cơ bảnđến các vật ẩm là:

- Cấp nhiệt cho vật ẩm làm cho ẩm trong vật hóa hơi

- Lấy hơi ẩm ra khỏi vật liệu và thải vào môi trường

 Ở đây quá trình hóa hơi của ẩm lỏng trong vật là bay hơi nên có thểxảy ra ở bất kì nhiệt độ nào

Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt biến đổi

quá trình sản xuất đều chứa pha lỏng là nước và người ta thường gọi là ẩm.

Phân loại quá trình sấy với một số quá trình làm khô khác:

Có một số quá trình có thể làm giảm ẩm trong vật thể nhưng không phải

Để cung cấp nhiệt cho vật thể dùng các phương pháp sau: dẫn nhiệt(cho vật ẩm tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao hơn), trao đổi nhiệt đốilưu (cho vật ẩm tiếp xúc với chất lỏng hay khí có nhiệt độ cao hơn), traođổi nhiệt bức xạ (dùng các nguồn bức xạ cấp nhiệt cho vật), dùng điệntrường cao tầng để nung nóng vật

Để lấy ẩm ra khỏi vật và thải vào môi trường có thể dùng nhiềubiện pháp nhu: dung môi chất sấy, dùng máy hút chân không, khi sấy ởnhiệt độ cao hơn 100oC hơi ẩm thoát ra có áp suất lớn hơn áp suất khíquyển sẽ tự thoát vào môi trường

Khi dung môi chất sấy làm nhiệm vụ thải chất ẩm do mỗi chất sấytiếp xúc với vật ẩm, ẩm sẽ thoát ra do 3 lực tác động: do chênh lệch nồng

độ ẩm trên bề mặt vật và môi chất sấy, do chênh lệch nhiệt độ giữa ẩmthoát ra và môi chất sấy sinh ra lực khuếch tán nhiệt, do chênh lệch phần

áp suất hơi nước trên bề mặt vật ẩm trong mỗi chất sấy

Khi dùng bơm chân không làm nhiệm vụ thải ẩm hơi ẩm được bơmchân không hút đi và thải vào môi trường

Có thể sử dụng thiết bị ngưng tụ hơi (hay ngưng kết) làm cho ẩmngưng thành lỏng (hoặc rắn và thải vào môi trường bằng cách xả ( ứngdụng vào trong sấy thăng hoa)), thường dùng kết hợp máy hút chânkhông với thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm để thải ẩm.

Cách phân loại các thiết bị sấy đúng đắn và khoa học nhất là căn cứvào các điểm cơ bản đã phân tích ở trên

1.2.1 Phân loại phương pháp sấy theo cách cấp nhiệt

Phương pháp sấy đối lưu: trong phương pháp này việc cấp nhiệt

cho vật ẩm thực hiện bằng cách trao đổi nhiệt đối lưu (tự nhiên haycưỡng bức) trường hợp này mỗi chất sấy làm nhiệm vụ cấp nhiệt

Phương pháp sấy bức xạ: ở phương pháp này gia nhiệt cho vật ẩm

thực hiện bằng trao đổi bức xạ nhiệt Người ta dùng đèn hồng ngoạihay các bề mặt rắn có nhiệt độ cao hơn để bức xạ nhiệt tới vật ẩm.Trường hợp này môi chất sấy không phải làm nhiệm vụ gia nhiệt chovật ẩm

Phương pháp sấy tiếp xúc: trong phương pháp sấy này việc cấp

nhiệt cho vật liệu sấy thực hiện bằng dẫn nhiệt do vật sấy tiếp xúc với

bề mặt có nhiệt độ cao hơn

Phương pháp sấy dùng điện trường cao tầng: trong phương pháp

này người ta để vật ẩm trong điện trường tần số cao Vật ẩm sẽ đượcnóng lên Trường hợp này môi chất sấy không làm nhiệm vụ gia nhiệtcho vật

1.2.2 Phân loại theo chế độ thải ẩm.

Phương pháp sấy dưới áp suất khí quyển: trong phương pháp này

áp suất trong buồng sấy bằng áp suất khí quyển việc thoát ẩm do môi chấtsấy đảm nhiệm hoặc sấy ở nhiệt độ cao hơn 100oC, ẩm tự thoát vào môitrường

Phương pháp sấy chân không: trong phương pháp này áp suất

trong buồng sấy nhỏ hơn áp suất khí quyển vì vậy không thể dùng môichất sấy để thải ẩm.việc thải ẩm dùng máy hút chân không hoặc kết hợpvới thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm

1.2.3 Phân loại phương pháp sấy theo cách xử lí không khí

Phương pháp sấy dùng nhiệt: trong phương pháp này ta phải gia

nhiệt không khí rồi đưa vào buồng sấy hoặc gia nhiệt không khí ngaytrong buồng sấy phương pháp sấy đối lưu là một phương pháp sấy dùng

sử lí nhiệt

Phương pháp sấy dùng sử lý ẩm (hút ẩm): trong phương pháp này người

ta xử lý không khí bằng cách hút ẩm, độchứa hơi giảm làm cho độ ẩm tương đốgiảm, dẫn đến nhiệt độ giảm, nhiệt kếước giảm tức là chênh độ chênh áp suấthơi nước

Phương pháp kết hợp gia nhiệt

và hút ẩm: dùng chất hút ẩm rắn hoặc dùng bơm nhiệt để gia nhiệt và hút

ẩm

1.3 Một số nhân tố ảnh hưởng tới tốc độ sấy

Tốc độ sấy phụ thuộc vào một số yếu tố chủ yếu sau:

- Bản chất của vật liệu sấy như cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tínhliên kết ẩm,…

- Hình dạng vật liệu sấy: kích thức mẫu sấy, bề dày lớp vật liệu,… Diệntích bề mặt riêng vật liệu càng lớn thì tốc độ sấy càng nhanh

- Độ ẩm đầu, độ ẩm cuối và độ ẩm tới hạn của vật liệu

- Độ ẩm, nhiệt độ và tốc độ của không khí

- Chênh lệch giữa nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của không khí sấy,nhiệt độ cuối cao thì nhiệt độ trung bình của không khí càng cao, do

đó tốc độ sấy cũng tăng Nhưng nhiệt độ cuối không nên quá cao vìkhông sử dụng triệt để nhiệt

- Cấu tạo thiết bị sấy, phương thức và chế độ sấy.

PHẦN II:

CÁC THƠNG SỐ ĐẶC TRƯNG VÀ CƠNG THỨC TÍNH

TỐN QUÁ TRÌNH SẤY

2.1 Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy

2.1.1 Khái niệm về tốc độ sấy

ĐN: Tốc độ sấy là lượng ẩm (kg) bay hơi trên một mét vuông bề mặt

vật liệu sấy trong một đơn vị thời gian

dWU

F.d



Trong đó: W – là lượng ẩm bay hơi trong thời gian sấy (kg)

F - là bề mặt chung của vật liệu sấy (m2)

F = f.G

Với f – bề mặt riêng của vật liệu sấy

G – khối lượng vật liệu sấy

Ví dụ: bắp có f = 0,65 m2/kg

1, 2 - độ ẩm ban đầu và cuối của vật liệu sấyThực nghiệm chứng tỏ rằng tốc độ sấy thay đổi theo quá trình, nó giảmdần cùng với sự giảm hàm ẩm của vật liệu Có đến 90% lượng ẩm tự dobay hơi trong một nữa thời gian đầu, còn 10% bay hơi trong nữa thờigian sau.

2.2 Tính nhiệt trị của nhiên liệu

Nhiệt trị là nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu Có 2khái niệm nhiệt trị: nhiệt trị cao Qc và nhiệt trị thấp Qt

Nhiệt trị thấp bằng nhiệt trị cao trừ đi phần nhiệt lượng do hơi nướctrong sản phẩm cháy ngưng tụ lại Trong các nhiên liệu rắn và lỏng gồm cócác thành phần như sau: C, H, O, N, S, nước (A) và các chất không cháykhác gọi chung là tro (Tr) Nếu thành phần khối lượng của các chất là khốilượng của chất đó có trong 1kg nhiên liệu Ta có:

Trong nhiên liệu rắn và lỏng, ngoài thành phần nước A chứa trong nhiênliệu còn có nước do phản ứng cháy hydrô sinh ra Từ phản ứng cháyhydrô ta thấy rằng cứ 1kg hydrô cháy hết sẽ cho ta 9 kg nước Do đó,nếu lấy ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất khí trời là r = 2500 kJ/kg thìnhiệt trị thấp của nhiên liệu là:

Q  Q 2500(9H A)   (kJ/kg) (2.4)

Hay: Qt  Qc  589(9H A) Q   c  600(9H A) 

Đối với nhiên liệu gỗ có độ ẩm tương đối  = thành phần ẩm A

Thành phần ẩm là một thông số quan trọng của gỗ và theo Krechetovcác thành phần khác như oxy, cacbon, hydrô … đều có thể biểu diễn quađộ ẩm tương đối hay thành phần ẩm Chẳng hạn thành phần hydrô củagỗ có thể biểu diễn qua thành phần ẩm A dưới dạng H = 0,061(1 - A)

Vì vậy Krechetov đưa ra công thức gần đúng tính nhiệt trị cao của gỗkhi biết thành phần ẩm của nó:

o c

ω 1

19800 Q

H 860,05C H

637,46C H

590,66C 358,2CH

Trong tính toán năng lượng nói chung và nhiên liệu nói riêng, để tiện sosánh người ta đưa ra khái niệm nhiên liệu quy chuẩn Nhiên liệu quy

chuẩn là nhiên liệu có nhiệt trị thấp Qtqc 7000kcal / kg hay

tqc

Q 29309kJ / kg

2.3 Xác định lượng không khí khô lý thuyết cho quá trình cháy

Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy 1kg nhiên liệu là lượngkhông khí khô vừa đủ cung cấp oxy cho phản ứng cháy Với thành phầnkhối lượng oxy chứa trong không khí khô lấy tròn 23%, từ các phản ứngcháy ta có thể tính được lượng không khí khô lý thuyết L0 cần thiết đểđốt cháy 1kg nhiên liệu bằng:

0

32C 16H 32(S O)

12 2 32 L

nm4

2.4 Xác định lượng không khí khô thực tế cho quá trình cháy

Trong thực tế tùy thuộc vào việc tổ chức quá trình cháy và độ hoànthiện của buồng đốt mà lượng không khí khô thực tế L để cháy hết 1kgnhiên liệu lớn hơn lượng không khí khô lý thuyết L0 Tỷ số Giữa L va L0

người ta gọi là hệ số không khí thừa của buồng đốt bd Như vậy:

0

L L

Khi bd càng lớn thì khả năng cung cấp oxy càng tốt nhưng nhiệt độbuồng đốt lại giảm và do đó quá trình cháy lại không tốt Như vậy, đốivới mỗi loại buồng đốt và một loại nhiên liệu bất kỳ sẽ có một hệ sốkhông khí thừa tối ưu Trong các lò đốt lấy khói của HTS có thể lấy

bd

 = 1,2 – 1,3

Vật liệu ẩm

Không khí Vật liệu khô Không khí

B K

Khói A

A

3

4 Nhiên liệu

Hình : Sơ đồ nguyên lý sử dụng khói lò làm TNS trong các TBS đối lưu

1 Buồng đốt ; 2 Buồng hòa trộn ; 3 Buồng sấy

Cân bằng nhiệt cả buồng đốt lẫn buồng hòa trộn chúng ta có thể tính hệsố không khí thừa như sau:

bd: hiệu suất buồng đốt

C ,Cnl pk : nhiệt dung riêng của nhiên liệu và khói khô

i ,ia ao: entanpy của hơi nước chứa trong khói sau buồnghòa trộn và không khí ngoài trời, tính theo công thức:

d0 : độ chứa hơi ẩm của không khí ứng với nhiệt độ t0

t : nhiệt độ của khói sau buồng hòa trộn

Đối với gỗ, Krechetov thấy rằng do thành phần Hydrô cũng có thể biểudiễn qua thành phần ẩm của nó và bằng H = 0,061(1 - A) Do đó thànhphần (9H + A) trong (2.15) bằng:

(9H + A) = 9 x 0,061(1 - A) + A = 0,549 + 0,451A

Thành phần tro Tr của các loại gỗ theo Krechetov cũng có thể biểu diễn quathành phần ẩm A của nó dưới dạng Tr = 0,02(1 - A) Khi đó, kết hợp (2.17),thành phần 1 – (9H + A +Tr) trong (2.15) bằng:

G1, G2 : là lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi máy sấy, (kg/s)

Gk : lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy, (kg/s)

1, 2

  : độ ẩm của vật liệu khi vào và ra khỏi máy sấy, (%)

W : lượng hơi ẩm tách ra khỏi vật liệu sấy, (kg/s)

L : lượng không khí khô đi qua máy sấy, (kg/s)

2 2

Trong đó Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu sấy là:

1

1 2

2

2 1

2 2

100

100

100 100

100 100

2

1 2

1

2

1 1

1

100

100

100 100

100 100

G G

2 1 1

W

 Lượng không khí khô đi qua máy sấy:

Giả sử lượng không khí khô không bị mất mát khi đi qua máysấy

Trong quá trình sấy lượng không khí đi vào máy sấy có mangtheo một lượng ẩm là (L.d2) Sau khi sấy xong, không khí nhận

thêm một lượng ẩm từ vật liệu chuyển vào là W và lượng ẩmcủa không khí khi ra khỏi máy sấy sẽ là (L.d3)

Ta có phương trình cân bằng độ ẩm

1 3 2 3

3

.

d d

W d

d

W L

d L W d L

1 1

d d d d W

L l

Q : nhiệt lượng tiêu hao chung (tổng cộng) cho máy sấy, (J)

Q : nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh, (J)

C1, C2 : Nhiệt dung riêng của vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi máy sấy, (J/kg.độ) (thường C1 gần bằng C2)

G , C , t vc2 vc2

Không khí sấy xong

L, I 3 Bộ gia nhiệt bổ xung

Nguồn nhiệt (hơi nước, khói lò, điện trở)

vc1 vc1 1 1

G , C , t

G , , Vật liệu ban đầu

vc1

vc2

+ Nhiệt lượng mang vào:

 Do không khí mang vào l.I1

 Do vật liệu mang vào G1C11 = G2C21 + W.Cn1

( G1 = G2 + W) và ( C1 = C2)

 Do được cung cấp ở bộ gia nhiệt sưởi Qs

 Do nhiệt bổ sung ở phòng sấy Qb

+ Nhiệt lượng mang ra:

 Do không khí mang ra l.I3

 Do vật liệu mang ra G2.C2.2

 Do bộ phận vận chuyển mang ra

Gvc2.Cvc2.tvc2 = Gvc.Cvc.tvc2

 Do mất mát ra môi trường xung quanh Qxq

+ Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng như sau:

Nhiệt lượng vào = nhiệt lượng ra

L W

Q Q

Trong đó q được gọi là nhiệt lượng tổn thất chung vì nó không làm bốc hơinước trong vật liệu mà chỉ để đốt nóng vật liệu, thiết bị vận chuyển và tổnthất ra môi trường

(3.2) q l(I I )s  3  1   q q C  b  n 1 (3.3)

Ta đặt:

Bs = qb + Cn1 là nhiệt lượng bổ sung chung do cung cấp ở phòng sấy

và do hơi nước mang vào

 = Bs - q là nhiệt lượng bổ sung thực tế vì chỉ có phần nhiệt

lượng bổ sung này mới tham gia vào quá trình bốc hơinước trong vật liệu sấy

Cuối cùng ta có:

3.3 sấy lý thuyết và sấy thực tế

3.3.1 Sấy lý thuyết

Trong qúa trình sấy lý thuyết người ta coi như phần nhiệt bổ sung chung

Bs = qb + Cn1 chỉ đủ để bù vào phần nhiệt tổn thất chung q

Tức là:

Bs = q =  = 0

= l( I3 – I1) (do  = 0) (4.4) Mặt khác khi qua bộ gia nhiệt sưởi, không khí được đốt nóng từ nhiệt độ t1

 t2 nên enthalpy của không khí thay đổi từ I1 –> I2

3

I = I 2 1

KẾT LUẬN: Trong quá trình sấy lý thuyết, enthalpy của không khí không

đổi khi qua máy sấy (I = const) hay nĩi cách khác , trong quá trình sấy lýthuyết, một phần nhiệt lượng của khơng khí cĩ bị mất đi cũng chỉ để làm bốchơi nước trong vật liệu, hơi nước mang nhiệt độ đĩ sau đĩ nhập lại vào dịngkhí

Trong quá trình sấy thực tế, do lượng nhiệt bổ sung chung khác với lượng nhiệttổn thất chung do đĩ # 0 Ta cĩ: l(I3 – I1) - = l(I2- I1)