TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY
Khái niệm
Trong công nghệ hóa chất, thực phẩm, quá trình tách nước ra khỏi vật liệu (làm khô vật liệu) là rất quan trọng Tùy theo tính chất và độ ẩm của vật liệu, mức độ làm khô của vật liệu mà thực hiện một trong các phương pháp tách nước ra khỏi vật liệu sau đây: Phương pháp cơ học (sử dụng máy ép, lọc, ly tâm…).
Phương pháp hóa lý (sử dụng canxi clorua, acid sunfulric để tách nước).
Phương pháp nhiệt (dùng nhiệt để bốc hơi ẩm trong vật liệu).
Sấy là một quá trình bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt Nhiệt cung cấp cho vật liệu ẩm bằng cách dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc bằng năng lượng điện trường có tần số cao Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng của vật liệu, tăng độ liên kết bề mặt và bảo quản được tốt hơn.
Trong quá trình sấy, nước được bay hơi ở nhiệt độ bất kì do sự khuếch tán bởi sự chênh lệch độ ẩm ở bề mặt vật liệu đồng thời bên trong vật liệu có sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.
Quá trình sấy được khảo sát về bề mặt: tĩnh lực học và động lực học.
Trong tĩnh lực học: xác định bởi mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy cùng tác nhân sấy dựa trên phương pháp cân bằng vật chất và năng lượng, từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và lượng nhiệt cần thiết.
Trong động lực học: khảo sát mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm vật liệu với thời gian và các thông số của quá trình sấy.
Ví dụ: Tính chất và cấu trúc của vật liệu, kích thước vật liệu, các điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy và thời gian thích hợp.
Mục đích của quá trình sấy
Giảm trọng lượng vật liệu sấy giảm chi phí chuyên chở vật liệu sấy Làm tăng giá trị cảm quan cho thực phẩm, giữ được hương vị màu sắc Ngăn cản vi sinh vật như nấm mốc, nấm men, vi khuẩn phát triển loại bỏ phần nước tự do trong sản phẩm, giảm hoạt độ của nước, làm chậm các quá trình sinh học giúp bảo quản thực phẩm được lâu hơn.
Các phương pháp sấy
Trong phương pháp sấy nóng tác nhân sấy (TNS) và vật liệu sấy (VLS) được đốt nóng.
Do tác nhân sấy được đốt nóng nên độ ẩm tương đối φ giảm dẫn đến phân áp suất hơi nước pam trong tác nhân sấy giảm Mặt khác, do nhiệt độ của vật liệu sấy tăng lên, nên mật độ hơi trong các mao quản tăng lên do vậy làm cho phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu tăng Như vậy, trong các hệ thống sấy nóng có hai cách để tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường: thứ nhất là giảm phân áp suất hơi nước của tác nhân sấy bằng cách đốt nóng nó và cách thứ hai là tăng phân áp suất hơi trong vật liệu sấy Trong các hệ thống sấy đối lưu người ta sử dụng cả hai cách này. Ngược lại, trong các hệ thống sấy tiếp xúc, sấy bức xạ và hệ thống sấy dùng dòng điện cao tần chỉ sử dụng cách đốt nóng vật.
Hệ thống sấy nóng thường được phân loại theo phương pháp cung cấp nhiệt Ưu điểm của phương pháp sấy nóng:
Thời gian sấy bằng các phương pháp sấy nóng ngắn hơn so với phương pháp sấy lạnh.
Năng suất cao và chi phí ban đầu thấp.
Nguồn năng lượng sử dụng cho phương pháp sấy nóng có thể là khói thải, hơi nước nóng, hay các nguồn nhiệt từ dầu mỏ, than đá, rác thải, cho đến điện năng.
Thời gian làm việc của hệ thống cũng rất cao.
Nhược điểm của phương pháp sấy nóng:
Chỉ sấy được các vật sấy không cần có các yêu cầu đặc biệt về nhiệt độ.
Sản phẩm sấy thường hay bị biến màu và chất lượng không cao.
Hệ thống sấy đối lưu: Trong hệ thống sấy này, vật liệu sấy nhận nhiệt bằng đối lưu từ một dịch thể nóng mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò.
Hệ thống sấy tiếp xúc: Trong hệ thống sấy tiếp xúc, vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng Như vậy, trong các hệ thống sấy tiếp xúc người ta tạo độ chênh phân áp suất hơi nước nhờ tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy Trong số này chúng ta thường gặp hệ thống sấy lô và hệ thống sấy tang…
Hệ thống sấy bức xạ: Trong hệ thống sấy bức xạ, vật liệu sấy nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để ẩm dịch chuyển từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và từ bề mặt khuếch tán vào môi trường Như vậy, trong hệ thống sấy bức xạ người ta tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường chỉ bằng cách đốt nóng vật.
Các hệ thống sấy khác: Ngoài ba hệ thống sấy trên, trong các hệ thống sấy nóng còn có các hệ thống sấy dùng dòng điện cao tần hoặc dùng năng lượng điện từ trường để đốt nóng vật Trong các hệ thống sấy loại này, khi vật liệu sấy đặt trong một trường điện từ thì trong vật xuất hiện các dòng điện và chính dòng điện này đốt nóng vật Như vậy, cũng như các hệ thống sấy bức xạ và hệ thống sấy tiếp xúc, các hệ thống loại này cũng chỉ tạo ra độ chênh phân áp suất giữa vật liệu sấy và môi trường bằng cách đốt nóng vật.
1.3.2 Phương pháp sấy bức xạ
Phương pháp sấy bức xạ là phương pháp sấy mà trong đó vật liệu sấy nhận nhiệt từ nguồn bức xạ để ẩm dịch chuyển từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và từ bề mặt khuếch tán vào môi trường Như vậy, trong hệ thống sấy bức xạ người ta tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường chỉ bằng cách đốt nóng vật.
1.3.3 Phương pháp sấy đối lưu
Phương pháp sấy đối lưu là phương pháp sấy dùng không khí nóng hoặc khói lò làm tác nhân sấy có nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ (t, , w…) phù hợp, chuyển động chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy bay hơi rồi theo tác nhân sấy vào môi trường Trong phương pháp sấy đối lưu nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt truyền từ tác nhân sấy đến vật liệu sấy bằng cách truyền nhiệt đối lưu.
Phân loại hệ thống sấy đối lưu
Người ta thường phân loại hệ thống sấy đối lưu chủ yếu theo cấu tạo của các thiết bị sấy Có thể gặp các hệ thống sấy đối lưu sau đây:
Cấu tạo chủ yếu của hệ thống sấy buồng là buồng sấy Trong buồng sấy có bố trí các thiết bị đỡ vật liệu sấy mà ta gọi chung là thiết bị chuyển tải (TBCT) Nếu dung lượng của buồng sấy bé và thiết bị chuyển tải là các khay sấy thì người ta thường gọi hệ thống sấy buồng này là tủ sấy Nếu dung lượng của buồng sấy là lớn và thiết bị chuyển tải là các xe goòng thì người ta gọi là hệ thống sấy buồng kiểu xe goòng Nói chung, thiết bị chuyển tải trong hệ thống sấy buồng rất đa dạng.
Hình 1.1: Hệ thống sấy buồng
Hệ thống sấy hầm Đặc điểm chủ yếu của hệ thống sấy hầm là bán liên tục hoặc liên tục và cũng như hệ thống sấy buồng nó có thể sấy được nhiều dạng vật liệu sấy Tuy nhiên, do cấu tạo, năng suất của nó lớn hơn năng suất của hệ thống sấy buồng.
Hình 1.2: Hệ thống sấy hầm
Trong hệ thống sấy này thiết bị sấy là một tháp sấy, trong đó người ta đặt một loạt kênh dẫn và kênh thải tác nhân sấy xen kẽ nhau Vật liệu sấy trong hệ thống sấy tháp là dạng hạt tự chảy từ trên xuống dưới Tác nhân sấy từ các kênh dẫn xuyên qua lớp hạt chuyển động đi vào các kênh thải để ra ngoài Như vậy, hệ thống sấy tháp là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt Cùng dạng với hệ thống sấy tháp chúng ta cũng gặp những hệ thống sấy tương tự, ở đó hạt chuyển động từ trên xuống còn tác nhân sấy đi ngang qua lớp hạt thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ẩm Hệ thống sấy tháp là hệ thống sấy liên tục.
Hình 1.3: Hệ thống sấy tháp
Hệ thống sấy thùng quay
Thiết bị sấy trong hệ thống sấy thùng quay như tên gọi là một thùng sấy hình trụ tròn đặt nghiêng một góc nào đó Trong thùng sấy người ta bố trí các cánh xáo trộn Khi thùng quay, vật liệu sấy vừa chuyển động từ đầu này đến đầu kia của thùng sấy vừa bị xáo trộn từ trên xuống dưới Tác nhân sấy cũng vào ở đầu này và ra ở đầu kia của thùng sấy Như vậy, hệ thống sấy thùng quay cũng là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt hoặc cục nhỏ và có thể làm việc liên tục.
Hình 1.4: Hệ thống sấy thùng quay
Hệ thống sấy khí động
Có rất nhiều hệ thống sấy khí động Thiết bị sấy trong hệ thống sấy này có thể là một ống tròn hoặc hình phễu, trong đó tác nhân sấy có tốc độ cao vừa làm nhiệm vụ sấy vừa làm nhiệm vụ vận chuyển vật liệu sấy từ đầu này đến đầu kia của thiết bị sấy Tốc độ của tác nhân sấy có thể đạt (40 ÷ 50) m/s Vật liệu sấy trong các hệ thống sấy này phải là những hạt, mảnh nhỏ và độ ẩm cần lấy đi trong quá trình sấy thường là độ ẩm bề mặt.
Hình 1.5: Hệ thống sấy khí động
Hệ thống sấy tầng sôi
Trong hệ thống sấy tầng sôi, thiết bị sấy là một buồng sấy, trong đó người ta bố trí ghi đỡ vật liệu sấy Tác nhân sấy có thông số thích hợp được đưa vào dưới ghi và làm cho vật liệu sấy chuyển động bập bùng trên ghi như hình ảnh bọt nước sôi Vì vậy, người ta gọi là hệ thống sấy tầng sôi Đây cũng là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt Hạt khô nhẹ hơn sẽ ở phần trên của lớp sôi và được lấy ra khỏi thiết bị sấy một cách liên tục Trong hệ thống sấy tầng sôi, truyền nhiệt và truyền ẩm giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy rất tốt nên trong các hệ thống sấy hạt hiện có thì hệ thống sấy tầng sôi có năng suất lớn, thời gian sấy nhanh và vật liệu sấy được sấy rất đều.
Nguyên liệu lỏng vào Nguyên liệu lỏng vào
Hình 1.6: Hệ thống sấy tầng sôi
Cơ chế thoát ẩm ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy
Cơ chế thoát ẩm ra khỏi nguyên liệu sấy gồm hai quá trình là khuyếch tán nội và khuyếch tán ngoại.
1.4.1 Quá trình khuếch tán nội
Quá trình khuếch tán nội là quá trình chuyển dịch ẩm từ các lớp bên trong ra lớp bề mặt của vật ẩm Động lực của quá trình này là do sự chênh lệch nồng độ ẩm giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt Ngoài ra quá trình khuếch tán nội còn diễn ra do sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt Qua nghiên cứu ta thấy rằng ẩm dịch chuyển từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp Vì vậy, tùy thuộc vào phương pháp sấy và thiết bị sấy mà dòng ẩm dịch chuyển dưới tác dụng của nồng độ ẩm và dòng ẩm dịch chuyển dưới tác dụng của nhiệt độ có thể cùng chiều hoặc ngược chiều với nhau.
Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển cùng chiều với nhau sẽ làm thúc đẩy quá trình thoát ẩm, rút ngắn thời gian sấy Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển ngược chiều nhau sẽ kìm hãm sự thoát ẩm, kéo dài thời gian sấy
1.4.2 Quá trình khuếch tán ngoại
Sự định kỳ chuyển hơi nước trên bề mặt nguyên liêu vào không khí gọi là quá trình khuếch tán ngoại Lượng nước bay hơi trong khuếch tán ngoại thực hiện dưới điều kiện áp suất hơi nước bão hòa trên bề mặt nguyên liêu liệu (E) lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí (e).
Lượng nước bay hơi trong quá trình khuếch tán ngoại thực hiện được dưới điều kiện áp suất hơi nước bão hòa (E) lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí (e).
Sự chênh lệch đó là ΔPP =E −e Lượng hơi nước bay hơi tỷ lệ thuận với ΔPP , với bề mặt bay hơi và thời gian làm khô
1.4.3 Mối quan hệ giữa quá trình khuếch tán nội và khuếch tán ngoại
Khuếch tán nội và khuếch tán ngoại có một mối quan hệ chặt chẽ với nhau, quá trình khuếch tán nội là động lực của quá trình khuếch tán ngoại và ngược lại Tức là khi khuếch tán ngoại được tiến hành thì khuếch tán nội mới có thể được tiếp tục và như thế độ ẩm của nguyên liệu mới được giảm dần Tuy nhiên trong quá trình sấy ta phải làm sao cho hai quá trình này ngang bằng với nhau, tránh trường hợp khuếch tán ngoại lớn hơn khuếch tán nội Vì khi đó sẽ làm cho sự bay hơi ở lớp bề mặt diễn ra mãnh liệt làm cho bề mặt của sản phẩm bị khô cứng, hạn chế sự thoát ẩm Khi xảy ra hiện tượng đó ta khắc phục bằng cách sấy gián đoạn (quá trình ủ ẩm) mục đích là để thúc đẩy quá trình khuếch tán nội
1.4.4 Các giai đoạn trong quá trình sấy
Nếu chế độ sấy tương đối dịu, tức là nhiệt độ và tốc độ chuyển động của không khí không lớn, đồng thời vật có độ ẩm tương đối cao, thì quá trình sấy sẽ xảy ra theo ba giai đoạn: giai đoạn làm nóng vật, giai đoạn sấy tốc độ không đổi và giai đoạn sấy tốc độ giảm dần.
Giai đoạn làm nóng vật:
Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng cho tới khi nhiệt độ vật đạt đến bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt Trong quá trình này toàn bộ vật sấy đuợc gia nhiệt Ẩm lỏng trong vật cũng được gia nhiệt cho đến khi đạt được nhiệt độ sôi ứng với phân áp suất hơi nước trong môi trường không khí trong buồng sấy Do được làm nóng nên độ ẩm của vật có giảm chút ít do bay hơi ẩm còn nhiệt độ của vật tăng dần từ nhiệt độ ban đầu cho đến khi bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt Tuy vậy sự tăng nhiệt độ trong quá trình xảy ra không đồng đều ở phần ngoài và phần trong vật Vùng trong vật đạt tới nhiệt độ nhiệt kế ướt chậm hơn.
Giai đoạn sấy đẳng tốc:
Kết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ của tác nhân sấy bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt. Tiếp tục cung cấp nhiệt, ẩm trong vật sẽ hóa hơi còn nhiệt độ của vật giữ không đổi nên nhiệt lượng cung cấp chỉ để làm hóa hơi nước Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt vật, ẩm lỏng ở bên trong vật sẽ truyền ra ngoài bề mặt vật để hóa hơi Do nhiệt độ không khí của tác nhân sấy không đổi, nhiệt độ vật cũng không đổi nên chênh lệch nhiệt độ giữa vật và môi trường cũng không đổi Do vậy tốc độ bay hơi ẩm của vật cũng không đổi. Điều này sẽ làm cho tốc độ giảm của độ chứa ẩm của vật theo thời gian ( ∂ u/ ∂ τ )không đổi, có nghĩa là tốc độ sấy không đổi ∂u/∂τ=const.const.
Trong giai đoạn sấy tốc độ không đổi biến thiên của nhiệt độ chứa ẩm theo thời gian là tuyến tính Ẩm được thoát ra trong giai đoạn này là ẩm tự do
Khi độ ẩm của vật đạt tới trị số tới hạn u k =u cbmã thì giai đoạn sấy tốc độ không đổi chấm dứt Đồng thời cũng là chấm dứt giai đoạn thoát ẩm tự chuyển sang giai đoạn sấy tốc độ giảm.
Giai đoạn sấy giảm tốc: Ở giai đoạn sấy này thì lượng nước còn lại trong nguyên liệu ít và chủ yếu là nước liên kết do đó năng lượng liên kết lớn Vì vậy, việc tách ẩm cũng khó khăn hơn và cần năng lượng lớn hơn nên đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy thường có dạng cong Tuy nhiên, hình dạng của đường cong là phụ thuộc vào dạng liên kết ẩm trong vật liệu và tùy thuộc vào dạng vật liệu sấy. Độ ẩm của vật liệu cuối quá trình sấy tùy thuộc vào độ ẩm của môi trường không khí xung quanh
1.4.5 Một số yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ làm khô Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí:
Việc tăng cao nhiệt độ không khí sẽ tăng nhanh tốc độ làm khô.
Lượng nước trong nguyên liệu giảm xuống ở nhiệt độ sấy càng cao, như vậy ở nhiệt độ cao tốc độ làm khô sẽ nhanh hơn Nhiệt độ sấy phải ở giới hạn cho phép vì nhiệt độ làm khô cao sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, dễ làm cho thịt cá bị sấy chín và gây nên sự tạo màng cứng ở lớp ngoài cản trở sự di chuyển của nước từ trong ra.
Nếu nhiệt độ làm khô quá thấp, dưới giới hạn cho phép thì quá trình làm khô sẽ chậm lại dẫn tới sự thối rữa, hủy hoại thịt cá Đối với nguyên liệu gầy, người ta làm khô cao hơn nguyên liệu béo.
Quá trình làm khô tiến triển, sự cân bằng của tốc độ khuếch tán nội và ngoại bị phá vỡ, tốc độ khuếch tán ngoại lớn nhưng tốc độ khuếch tán nội chậm dẫn đến hiện tượng tạo vỏ cứng ảnh hưởng tới quá trình làm khô. Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối không khí: Độ ẩm tương đối của không khí cũng là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến quá trình làm khô Theo kinh nghiệm thì: độ ẩm tương đối của không khí lớn hơn 65% thì quá trình làm khô sẽ chậm lại rõ rệt, còn độ ẩm tương đối 80% thì quá trình làm khô dừng lại và bắt đầu xảy ra hiện tượng ngược lại, tức là nguyên liệu sẽ hút ẩm. Độ ẩm của không khí tốt nhất để làm khô trong giới hạn 50 ÷ 70% Độ ẩm quá nhỏ cũng không tăng được tốc độ sấy vì tốc độ làm khô phụ thuộc nhiều vào sự khuếch tán nội của nước trong nguyên liệu.
Làm khô trong nhiệt độ tự nhiên khó đạt được độ ẩm tương đối của không khí 50 ÷ 60% Một trong những phương pháp để nâng cao độ khô của không khí là có thể tiến hành làm lạnh để cho hơi nước ngưng tụ lại Hạ thấp nhiệt độ của không khí xuống tới nhiệt độ đọng sương, nước sẽ ngưng tụ đồng thời làm độ ẩm tuyệt đối của không khí cũng được hạ thấp Như vậy để làm khô không khí người ta thường dùng phương pháp làm lạnh. Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động không khí:
Tính chất vật lý của bã đậu nành
Hình 1.8: Bã đậu nành thực tế
Bã đậu nành là một thành phần từ hạt đậu nành thu được, sau quá trình sàng lọc để làm sữa đậu nành, váng đậu, đậu phụ Thức ăn này thu được khi đã xay nhuyễn phần đậu đã tách, ép lấy dầu thông qua quá trình tinh chiết hoặc dùng dung môi hoà tan.
Có nhiều người nghĩ rằng bã đậu nành đã bị “vắt kiệt” chất dinh dưỡng và không nên sử dụng nữa Tuy nhiên, bên trong nó vẫn chứa rất nhiều dưỡng chất hữu ích với sức khỏe của chúng ta Cụ thể, khi sử dụng bã đậu nành, mỗi người sẽ nhận được những lợi ích sau đây:
Nguồn cung cấp khoáng chất và nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể
Bã đậu nành chứa nhiều chất đạm, canxi, kali, tinh bột,… Cứ 100gram bã đậu nành lại chứa 81mg calcium, 350mg potassium, khoảng 14gram carbohydrate và khoảng 17gram chất đạm thực vật.
Bã đậu nành còn chứa một số sinh tố như vitamin E, K, B1, B2 Ngoài ra nó còn cung cấp thêm folic acid cùng một số khoáng chất khác như kẽm, magiê, sắt, phốt pho, đồng, và muối natri.
Góp phần cải thiện hệ tiêu hóa
Mỗi 100gram bã đậu nành chứa đến 12gram chất xơ, nhiều hơn so với các loại thực phẩm khác, kể cả rau xanh Chất xơ chứa trong bã đậu nành không hòa tan trong nước nên sẽ giúp loại bỏ các độc tố tích tụ trong thành ruột, ngăn ngừa việc ứ đọng mỡ thừa trong cơ thể, tránh bị táo bón và còn có thể giúp phòng ngừa bệnh ung thư ruột.
Bã đậu nành nhiều chất xơ nhưng lại tạo ra ít năng lượng nên nếu sử dụng thường xuyên, những sản phẩm từ bã đậu nành sẽ giúp những người béo cắt giảm bớt lượng calories dư thừa Những người muốn giảm cân nên tìm đến những loại thực phẩm chứa thành phần này.
Tốt cho tim mạch và huyết áp
Bã đậu nành không hề chứa cholesterol nên rất tốt với những ai bị bệnh cao huyết áp và người có mỡ trong máu cao.
Nguyên liệu làm đẹp tuyệt vời Đây là một trong những công dụng quan trọng nhất của bã đậu nành khiến chị em sẽ “mê mẩn” loại thực phẩm này hơn Bạn có thể dùng bã đậu nành để rửa mặt, đắp mặt nạ hàng ngày để có một làn da trắng sáng, mịn màng Ngoài ra, bã đậu nành còn cung cấp độ ẩm cho làn da khô rất hiệu quả, làm mờ vết thâm nám và trị mụn rất tốt.
Những người nông dân châu Á như Trung Quốc, Nhật Bản và Hàn Quốc đã dùng bã đậu nành để làm thức ăn cho gia súc, phân bón hoặc phân ủ tự nhiên cho cây trồng (do trong bã đậu nành có nhiều nitơ tốt cho sự phát triển của cây lại không gây hại cho môi trường). Ở các vùng nông thôn, người ta thường cho bã đậu nành vào thùng trộn phân hoặc đào hố, lấp đất để ủ bã đậu nành cho đến khi hoàn thành quá trình tự phân hủy thì có thể bón phân cho cây Một cách khác được những người nông dân áp dụng là ngâm bã đậu nành với nước qua một ngày rồi đem tưới cho cây.
Nhưng tính chất vật lý của bã đậu nành được chọn trung bình như sau:
- Nhiệt độ của tác nhân sấy t1 < 100 o C
Quy trình sản xuất
Trái đậu nành khi chín rất dễ nhận biết, ngoài vỏ từ màu vàng chuyển sang màu xám, hoặc xám đen, đó là lúc bên trong trái hột đã đến độ già cho ta thu hoạch được.
Phân biệt 2 giai đoạn chín của đậu nành.
Thời kỳ chín sinh lý: Khi đậu có 50% số lá trên cây đã chuyển sang màu vàng.
Thời kỳ chín hoàn toàn: hầu hết tất cả các lá trên cây đã vàng, rụng Khoảng 95% số trái trên cây chuyển sang màu nâu xám Lúc này là thời điểm thích hợp nhất để thu hoạch. Thu hoạch đậu nành có 2 cách:
- Dùng máy gặt đập liên hợp: công việc tiến hành nhanh, nhưng thất thoát năng suất.
- Bằng tay: công việc tuy chậm, tốn nhiều công sức, nhưng đem lại kết quả tốt.
Khi thu hoạch, cắt cây về phơi khô đập lấy hạt Nên thu vào lúc nắng ráo, phơi khô, đập ngay, hoặc đập sau ủ 1-2 ngày Hột đậu được đập ra phải qua khâu sàng sảy kỹ để loại bỏ những tạp chất, những hột lép…sau đó mới phơi ra nắng Nên phơi 3 nắng nhẹ, phơi ở nhiệt độ 200 C và độ ẩm không khí khoảng 75% là hột có thể đạt được độ ẩm tốt, và có thể đem bảo quản Độ ẩm của hột đạt khoảng 12% bảo quản được 3 năm, nếu độ ẩm Đậu nành có thể trồng được quanh năm nhưng với mỗi thời vụ canh tác khác nhau sẽ ảnh hưởng rõ rệt đến sự sinh trưởng cây trồng, tình hình sâu bệnh, năng suất, phẩm chất hạt, chi phí sản xuất.
Một số thời vụ gieo trồng đậu nành chủ yếu:
Vụ xuân hè: gieo tập trung từ 15/02 đến 20/03: Diện tích gieo trồng vụ này tập trung ở các tỉnh đồng bằng Sông Cửu Long (An Giang, Đồng Tháp) Ở miến Bắc đây là vụ đậu nành được trồng nhiều ở các tỉnh Hà Bắc, Lạng Sơn, Cao Bằng Ở miền Nam thời vụ này đậu nành thường hay bị sâu bệnh gây hại hơn các thời vụ khác.
Vụ hè thu: gieo trồng thích hợp nhất từ 05/04 đến 20/04 Nhược điểm của vụ này là lúc xuống giống phụ thuộc hoàn toàn vào mưa đầu mùa, thường dẫn đến gặp hạn sau khi gieo, ảnh hưởng tời tỷ lệ mọc mầm và mật độ cây trồng Vụ này có thời gian chiếu sáng trong ngày dài, vì vậy các giống đậu nành có xu hướng kéo dài thời gian sinh trưởng, thân lá phát triển mạnh Do đó nên lưu ý mật độ cây trồng này có thưa hơn các vụ khác.
Thời gian cho phép bảo quản phụ thuộc vào đặc tính giống, công nghệ trước thu hoạch, nhiệt độ và ẩm độ không khí lúc bảo quản Trong đó, nhiệt độ và ẩm độ không khí là yếu tố quan trọng Giảm càng thấp ẩm độ, càng tăng thêm thời gian bảo quản Tuỳ theo cơ sở vật chất có được mà có điều kiện bảo quản khác nhau Thường sau khi phơi khô 2-3 giờ thì đưa vào bảo quản trong chum, vại hoặc bao tải đã được vệ sinh sạch sẽ Chum, vại đựng đậu giống phải đựng đầy, có biện pháp chống ẩm.
Bảo quản: Có 2 cách bảo quản đậu nành
Bảo quản bằng chum hoặc lọ: Chum hoặc lọ sành, lọ thủy tinh không bị nứt, nẻ rửa sạch phơi khô, phía dưới đáy cho một lớp vôi bột khô, sau đó rải 1 lớp lá xoan khô rồi đổ đậu giống lên trên Đổ đậu giống song phủ lên trên một lớp lá xoan, nút kỹ và đưa vào bảo quản nơi khô ráo, thoáng Có thể đặt dưới đáy lu vài cục than sống trước khi đổ đầy hột vào Sau đó lại để lên mặt đậu vài cục than sống nữa để hút ẩm, rồi mới đậy nắp kín lại.
Bảo quản bằng túi ni lon: Đậu tương sau khi phơi khô cho vào 2 lần túi ni lon, phía ngoài cùng là bao xác rắn, buộc kín sau cho vào thùng phi cho vào giữa hòm thóc hoặc cót thóc hoặc để nơi khô ráo thoáng Có thể cho đậu tương giống vào can nhựa khô sạch xong nút chặt vùi vài trong hòm thóc hoặc cót thóc Bao đặt trong kho không nên chất quá cao.
Bã đậu nành chính là một loại phế phâm sau quá trình làm đậu phụ hay sữa đậu nành Bã thường có màu trắng sữa hoặc hơi ngà và có độ mịn nhất định Thời gian trước đây, bã đậu nành thường được dùng để làm nguyên liệu chế biến thức ăn chăn nuôi.
Chất khô: 89% (chất béo thực vật, protein, acid amin, fiber và khoáng chất)
Khoáng chất đa lượng, vi lượng, …
Như vậy, ở trong bã đậu nành có chứa rất nhiều đạm, chất xơ và các khoáng chất, … Đây là một nguyên liệu rất tốt để làm thành phân bón hữu cơ vi sinh dành cho cây trồng, mang lại hiệu quả dinh dưỡng cao.
Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha của lỏng trong vật liệu thành hơi Hầu hết các vật liệu trong quá trình sản xuất đều chứa pha lỏng là nước và người ta thường gọi là ẩm Như vậy trong thực tế có thể xem sấy là quá trình tách ẩm bằng phương pháp nhiệt Để tăng hiệu quả trong quá trình sấy ta chọn phương pháp sấy đối lưu ngược chiều. Tức là vật liệu và tác nhân sấy chuyển động ngược chiều nhau.
1.6.3 Đặc điểm của sấy ngược chiều Ứng dụng cho trường hợp vật liệu sấy có độ ẩm nhỏ vì để tránh tạo thành một lớp “ vỏ khô” làm cản trở việc thoát ẩm và dễ bị nứt rạn vật sấy.
Vật liệu sấy có độ ẩm lớn không cho phép sấy quá nhanh.
Vật liệu sấy chịu được nhiệt độ cao lúc sắp khô.
Vật liệu sấy có tính hút ẩm lớn.
Tác nhân sấy nóng nên độ ẩm tương đối φ giảm dẫn đến phân áp suất trong tác nhân sấy giảm Mặt khác nhiệt độ vật liệu sấy tăng nên mật độ hơi trong các mao dẫn tăng lên do đó phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật sấy cũng tăng theo Nghĩa là ở đây có sự chênh lệch phân áp suất giữa bề mặt vật liệu sấy và môi trường nhờ đó mà có sự dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và đi vào môi trường.
Có 2 cách để tạo ra độ chênh lệch phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường: Giảm phân áp suất của tác nhân sấy
Tăng phân áp suất hơi nước trong vất liệu sấy.
Chọn tác nhân sấy Đối với ớt trong quá trình sấy yêu cầu sạch không bị ô nhiễm, bám bụi và yêu cầu nhiệt độ sấy nên ta chọn tác nhân sấy là không khí trao đổi nhiệt qua calorifer với khói thải
Sấy thùng quay là một thiết bị chuyên dung để sấy hạt Loại thiết bị này được dung rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy các vật ẩm dạng hạt có kích thước nhỏ. Trong hệ thống sấy này, vật liệu sấy được đảo trộn mạnh, tiếp xúc nhiều với tác nhân sấy, do đó trao đổi nhiệt mạnh, tốc độ sấy mạnh và độ đồng đều sản phẩm cao Ngoài ra thiết bị còn làm việc với năng suất lớn. Để sấy bã đậu nành theo giáo trình sấy nông sản và một số giáo trình khác cũng đã nêu ra rất nhiều các thiết bị như :
Máy tầng sôi,băng tải, thùng quay, sấy tháp
TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT
Chọn thiết bị sấy
Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt, cục nó được dùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy các loại hạt nhỏ, ngũ cốc Cấu tạo chính của HTS sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ tròn Thùng sấy được đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang theo tỷ lệ 1/15 ÷ 1/50 Thùng sấy quay với tốc độ(1,5 ÷ 8) vòng/phút nhờ một động cơ điện thông qua một hộp giảm tốc VLS từ phiễu chứa đi vào thùng sấy cùng với các tác nhân Thùng sấy quay tròn, VLS vừa bị xáo trộn vừa đi dần từ đầu cao của thùng xuống đầu thấp Trong quá trình này, TNS và VLS trao đổi nhiệt ẩm cho nhau. Vật liệu đi hết chiều dài thùng sấy được lấy ra và vận chuyển vào kho chứa nhờ một băng tải còn TNS đi qua xyclon để thu hồi VLS cuốn theo và thải ra môi trường.
Hình 2.1.Sơ bộ hệ thống sấy thùng quay Để tăng cường quá trình xáo trộn và quá trình trao đổi nhiệt ẩm người ta bố trí trong thùng sấy các cánh khuấy Có rất nhiều cách bố trí cánh khuấy.
Hình 2.2 Biểu diễn cấu tạo cánh khuấy đơn và hình ảnh trao đổi nhiệt ẩm giữa tác nhân và vật liệu
Giới thiệu phương pháp sấy nóng
Để sấy bã đậu nành , ta dùng phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy nóng nên độ ẩm tương đối φ giảm dẫn đến phân áp suất trong tác nhân sấy giảm Mặt khác, nhiệt độ vật liệu sấy tăng nên mật độ hơi trong các mao dẫn tăng lên do đó phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật sấy cũng tăng theo Nghĩa là ở đây có sự chênh lệch phân áp suất giữa bề mặt vật liệu sấy và môi trường nhờ đó mà có sự di chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và đi vào môi trường.
Có hai cách để tạo ra độ chênh lệch phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường.
Giảm phân áp suất của tác nhân sấy bằng cách đốt nóng nó.
Tăng phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy. Ở thiết bị sấy thùng quay các giai đoạn của quá trình sấy phân bố ổn định theo chiều dài thùng.Trong thùng sấy, bã đậu nành được nâng lên đến độ cao nhất định sau đó rơi xuống Trong quá trình đó, vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy thực hiện quá trình truyền nhiệt làm bay hơi ẩm Nhờ độ nghiêng của thùng mà vật liệu sấy sẽ vận chuyển đi dọc theo chiều dài thùng Khi đi hết chiều dài thùng sấy, vật liệu sấy sẽ đạt được độ ẩm cần thiết cho quá trình bảo quản là 10%.
Sơ đồ nguyên lý của thiết bị:
Chọn tác nhân sấy và chế độ sấy
Chọn tác nhân sấy: Đối với bã đậu nành trong quá trình sấy không yêu cầu cao về mặt vệ sinh nên ta chọn tác nhân sấy là không khí nóng.
Thông thường, chế độ sấy trong hệ thống sấy thùng quay được hiểu là bao gồm ba yếu tố: nhiệt độ tác nhân sấy vào thùng sấy t1 và nhiệt độ ra khỏi thùng sấy t2, không có hồi lưu, bã đậu nành được nâng lên đến độ cao nhất định sau đó rơi xuống Trong quá trình đó, vật liệu sấy tiếp xúc với tác nhân sấy, thực hiện các quá trình truyền nhiệt và làm bay hơi ẩm Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thùng t2 được tính sao cho tổn thất do tác nhân sấy mang đi là nhỏ nhất Tốc độ tác nhân sấy đi trong thùng sẽ được quyết định sơ bộ sau khi tính toán lưu lượng tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết, chọn tiết diện thùng sấy Tốc độ được chọn sơ bộ này sẽ được kiểm tra lại sau khi tính toán xong quá trình sấy thực.
Chọn chế độ sấy căn cứ vào hai tiêu chí, một là sự làm việc của thiết bị và hai là căn cứ vào vật liệu sấy. Đối với vật liệu sấy là bã đậu nành cần có một chế độ sấy thích hợp để đảm bảo giữ được các tính chất và các thành phần có trong hạt nên ta chọn thông số của tác nhân sấy như sau:
Thông số tác nhân sấy:
Thông số của vật liệu sấy:
Nhiệt độ vật liệu vào: tv1 =const to =const 30 o C, Độ ẩm không khí áp suất khí quyển p=const.757 mmHg là khí hậu ở Đà Nẵng. Độ ẩm ban đầu của vật liệu: ω 1=const 68% Độ ẩm của vật liệu sau khi sấy: ω 2 %
Gầu tải đưa vật liệu lên phễu chứa Thông qua đĩa phân phối,vật liệu sấy được đưa vào thùng sấy có khối lượng bằng một mẻ sấy.
Chọn thời gian sấy
Việc xác định thời gian sấy đóng vai trò quan trọng trong tính toán thiết kế và vận hành thiết bị sấy Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại vật liệu sấy, hình dáng, kích thước hình học của vật liệu, độ ẩm đầu và cuối của vật liệu, loại thiết bị sấy, phương pháp cung cấp nhiệt, chế độ sấy (nhiệt độ, độ ẩm tương đối và tốc độ tác nhân sấy).
Phương pháp xác định thời gian sấy bằng giải tích khó thực hiện được và độ chính xác thấp Thực tế thường được chọn theo thực nghiệm đối với bã đậu nành, với thiết bị sấy thùng quay:
Ta có thời gian sấy là: 40-60 phút/mẻ(10.13) (T210-TL1)
Tính toán quá trình sấy lý thuyết
Quá trình sấy lý thuyết không có hồi lưu biểu diễn trên đồ thị I-d (hình vẽ)
+ Điểm 0( t0, là trạng thái không khí bên ngoài.
+ Điểm 1 (t1,là trạng thái không khí vào buồng sấy.
+ Điểm 2( t2,là trạng thái không khí sau quá trình sấy lý thuyết.
2.2.1 Tính toán trạng thái không khí bên ngoài
Vì không khí bên ngoài lấy vào thiết bị sấy là không khí trong phân xưởng nên thường cao hơn và ổn định hơn so với trạng thái không khí bên ngoài Ở Việt Nam chưa có nghiên cứu sâu về vấn đề này vì vậy có thể chọn t0 =const 30 o C và , áp suất khí quyển p =const.757 mmHg là khí hậu ở Đà Nẵng. d 0 b2 ϕ 0 p b h 0 p−ϕ 0 p b h o
Từ đó ta có: p b h0 =exp( 12− 235,5+t 4026,42 0 ) = exp ( 12− 235,5+ 4026,42 30 ) d 0 b2 0,65.0,042
Rk là hằng số chất khí, Rk=const.287 J/kg kkk.
2.2.2 Tính toán trạng thái không khí vào buồng sấy
-Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1 giờ
-Nhiệt độ đốt nóng cho phép th t 0 =2,218−4,343 lnτ+ 23,5
Trong đó: t 0 : là nhiệt độ cho phép đót nóng hạt τ: là thời gian sấy ω tb : là độ ẩm trung bình ω tb =0,5.( ω 1+ω 2 )=0,5 (68+ 10) =const.38.5
2.2.3 Xác định nhiệt độ TNS ra khỏi thùng sấy t2
Khi tính toán nhiệt độ t1 chúng ta đã chọn trước t” =const 10 o C Như vậy, chúng ta chọn nhiệt độ t2 với điều kiện t2 ≤ th+10 hay t2 ≤ 55 o C Để đảm bảo tính kinh tế chúng ta sẽ chọn t2 sao cho độ ẩm tương đối không quá bé nhưng cũng không quá gần trạng thái bão hoà, chẳng hạn chọn ± 5)% Tuy nhiên, khi đó theo các công thức ϕ = ρ ρ a b phân áp suất hơi nước pa trong TNS sẽ tăng, do đó cường độ sấy sẽ giảm Nếu chọn t2 bằng nhiệt độ cho phép, nghĩa là: t 2 =t v 2 +5=t h +57+5B° CKhi đó ta có:
- Lượng chứa ẩm của tác nhân sau quá trình sấy lý thuyết d20 :
Từ đặc điểm của quá trình sấy lý thuyết ta có I =const conts ta có thể tính được d20 theo công thức (3.33) (T60-TL1) d 2 = I 1 −C pk t 2
2500+1,97i 2 với Cpk là nhiệt dung riêng của không khí khô và hơi nước, ta lấy Cpk =const 1,004 kJ/kg.K Như ở trên, ta có: p bh1 =(exp.)( 12− 235,5+ 4026,42 t 1 ) = exp ( 12− 235,5+60 4026,42 ) =0,20 ¯ ¿ sấy lý thuyết nên d1 =const d0 =const 0,01729 kg/kg kkk. φ 757
I1 =const t1+d1.(2500+1,97.t1)=const.60+0,01729.(2500+1,97.60)=const.105,26 kJ/kg kkk. d 1 = I 1 −C pk t 2
-Phân áp suất hơi nước bão hoà ở nhiệt độ t2 =const 42 o C
Ta có: p bh2 =exp{ 12− 235,5 4026,42 +t 2 } =exp { 12− 235,5+ 4026,42 50 } = 0,122 ¯ ¿
Như vậy, với nhiệt độ t2 =const 42 o C độ ẩm tương đối của TNS ra khỏi thùng sấy còn quá bé so với điều kiện kinh tế Ta chọn t2 =const 42 Với nhiệt độ được chọn lại, ta được: Lượng chứa ẩm: d20 =const 0,0272 kg ẩm/kg kkk.
Phân áp suất bão hoà của khói ở nhiệt độ t2 =const 42 o C là:
P bh2 =0,055¯. Độ ẩm tương đối
Như vậy, nhiệt độ t2 được chọn lại bằng 42 o C là hợp lý về mặt tiết kiệm nhiệt lượng. Để kiểm tra nhiệt độ t2 có hợp lý hay không về mặt trao đổi ẩm chúng ta phải biết quan hệ giữa áp suất hơi nước trên bề mặt dạng hạt ph=const.f(t.wChính độ chênh lệch (ph-pa) quyết định cường độ sấy ở phần cuối của thùng sấy Do đó nhiệt độ t2 không những phải đảm bảo tính kinh tế về mặt tiết kiệm nhiệt lượng như trên mà còn phải đảm bảo độ chênh lệch (ph-pa) đủ lớn.
2.2.4 Lượng TNS lý thuyết cần thiết l 0 = 1 d 20 −d 1 = 1
Dựa vào phụ lục 5 (Tr.349-TL1), dùng phương pháp nội suy hai chiều ta tính được thể tích khói ẩm chứa một kg khói khô trước và sau quá trình sấy lý thuyết tương ứng, từ (t1,(30 o C,68%)ta có v1=const 0,9639 m/kg kk, từ (t2, C;10% ta có v2 =const 0,9327 m 3 /kg kk Do đó:
- Lưu lượng thể tích của TNS trước quá trình sấy V1 bằng:
- Lưu lượng thể tích TNS sau quá trình sấy lý thuyết v20 bằng:
-Lưu lượng thể tích trung bình Vtb0 bằng:
2.2.5 Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy lý thuyết
+ Lượng nhiệt tiêu tốn để bay hơi 1kg ẩm bão hoà: q=l 0 ( I 1−l 0 )'9,48.(133−91,08),71kJ kg ẩm.
+ Lượng nhiệt tiêu tốn cho cả quá trình sấy:
Xác định kích thước thiết bị thùng quay
Các dữ liệu ban đầu:
+Năng suất thiết bị G2=const 1.82 kg/h
+Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy w
+Độ ẩm cuối của vật liệu sấy: w
2.3.1 Lượng ẩm bốc ra khỏi quá trình sấy
Khối lượng vật liệu sấy vào thùng sấy:
2.3.2 Xác định kích thước của thùng sấy
Xác định thể tích thùng sấy:
Thể tích thùng quay được tính theo công thức:
G1: Khối lượng vật liệu đi vào thùng quay [kg/h].
Thời gian sấy cho 1 mẻ sấy, [ giờ ].
÷ 0,25): hệ số điền đầy, chọn
: Khối lượng riêng của vật liệu sấy,[kg/m3 ]
Xác định đường kính và chiều dài thùng sấy:
Chúng ta chọn tỷ số:L/D=const.3,5 hay L=const.3,5D Khi đó đường kính thùng sấy được xác định bởi đẳng thức:
Do đó chiều dài thùng sấy L là:
TÍNH TOÁN NHIỆT QUÁ TRÌNH SẤY
Mục đích tính toán nhiệt
Mục đích của tính toán nhiệt là xác định tiêu hao không khí dùng cho quá trình sấy
L, kg/h và tiêu hao nhiệt Q, kJ/h Trên cơ sở tính toán nhiệt xác định các kích thước cơ bản của thiết bị Đồng thời qua việc thiết lập cân bằng nhiệt và căn bằng năng lượng của hệ thống sẽ xác định được hiệu suất sử dụng nhiệt, và hiệu suất sử dụng năng lượng của hệ thống cũng như tiêu hao riêng nhiệt của thùng sấy và hệ thống.
Tính tổn thất nhiệt
3.2.1 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra ngoài
Nhiệt dung riêng của bã đậu nành ra khỏi thùng sấy:
Cv2 Là nhiệt dung riêng của bã đậu nành khi ra khỏi thùng sấy.
Ca Là nhiệt dung riêng của nước.
Cvk Là nhiệt dung riêng của bã đậu nành
Khi đó tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi bằng:
3.2.2 Tổn thất nhiệt ra môi trường
Giả thiết tốc độ tác nhân sấy (TNS) trong thùng sấy Cũng như hệ thống sấy hầm, để tính tổn thất ra môi trường chúng ta phải giả thiết tốc độ TNS w(m/s) Sau khi tính toán xong lượng TNS thực chúng ta sẽ phải kiểm tra lại giả thiết này Cơ sở để giả thiết tốc độ
TNS trong thiết bị sấy thực tế là tốc độ lý thuyết wo, [m/s] Tốc độ này chính là tỉ số giữa lưu lượng thể tích trung bình Vtbo và tiết diện tự do của thùng sấy Chúng ta đã chọn hệ số điền đầy =const 0,15, do đó tiết diện tự do của thùng sấy có thể tính gần đúng bằng:
Khi đó tốc độ TNS lý thuyết wo bằng: w 0 =V tbo
Chúng ta giả tiết tốc độ TNS trong quá trình sấy thực w =const 2 m/s.
Như vậy các dữ liệu để tính mật độ dòng nhiệt gồm:
- Nhiệt độ dịch thể nóng trong trường hợp này là nhiệt độ trung bình của TNS vào và ra khỏi thùng sấy: tf1 =const 0,5.(t1 + t2) =const 0,5.(30+42) =const 36 o C
- Nhiệt môi trường: tf2 =const to =const 30 o C
- Thùng sấy làm bằng thép có chiều dày =const 3 mm và ta có hệ số dẫn nhiệt
=const 71,58 W/mK Thùng sấy sẽ được bọc một lớp cách nhiệt dày δ2 =const 50mm với hệ số dẫn nhiệt λcn =const 0,2 W/mk Như vậy thùng sấy có đường kính D3/D1 =const 0,931/0,825 Do đó kết cấu thùng sấy thoả mãn quan hệ D3/ D1 < 2 nên có thể xem trao đổi nhiệt đối lưu giữa TNS với môi trường qua vách phẳng.
- Phía trong thùng sấy là trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức với tốc độ tác nhân giả thiết bằng w =const 2m/s Khi đó hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa TNS với bề mặt trong của thùng sấy tính theo công thức (7.46) (T144-TL1) α 1 =6,15+4,17.w=6,15+4,17.2,49W m 2 K
- Trao đổi nhiệt đối lưu phía ngoài giữa mặt thùng sấy với không khí xung quanh theo kinh nghiệm là trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên chảy rối Do đó, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu
sẽ được tính theo công thức (7.50) (T145-TL1) α 2 =1,715.( t w2 – t w 1 )0,333
Trong đó: tw2 là nhiệt độ mặt ngoài của thùng sấy, nhiệt độ này chưa biết.
- Như vậy mật độ dòng nhiệt sẽ phải thoả mãn đẳng thức q1 =const q2 =const q3.
Trong đó: q1 =const .(tf1 – tw1) q2 =const δ λ (tw1 – tw2) q3 =const .(tw2 – tf2) Ở đây tw1 là mhiệt độ của thùng sấy cũng chưa biết Đương nhiên khi mật độ dòng nhiệt thoả mãn các đẳng thức trên đây thì nó cũng phải thoả mãn phương trình truyền nhiệt: q =const k(tf1 – tf2)
Trong đó: k là hệ số truyền nhiệt và bằng: k= 1
Trao đổi nhiệt đối lưu phía ngoài giữa mặt thùng sấy với không khí xung quanh theo kinh nghiệm là trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên chảy rối Do đó, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α2 sẽ được tính theo công thức α 2 =1,715 ΔPt 0,33 =1,715.¿
Giả thiết nhiệt độ mặt ngoài của thùng sấy : tw3 =const t0 + 10 =const 30 + 10 =const 40 o C
Khi đó hệ số trao đổi nhiệt đối lưu : α2 =const 1,715.10 0,33 =const 4 W/m 2 K
Từ q3 =const tw2 – tf2), ta có q3 =const 1,715.(tw2 – 25) 0,333 ta có: t w 2 =t w 1 – q 1 δ λ
Diện tích bao quanh thùng sấy F: Vì chúng ta tính truyền nhiệt qua thùng sấy như là truyền nhiệt qua vách phẳng, do đó diện tích bao quanh thùng sấy bằng diện tích phần hình trụ tính theo đường kính trung bình Như vậy diện tích F bằng DtbL và diện tích ống dẫn và ống thải hai đầu thùng sấy, trong đó:
Theo kinh nghiệm ta lấy:
Do tổn thất nhiệt ra môi trường Qmt bằng:
Trong hệ thống sấy thùng quay, tổng tổn thất nhiệt bằng tổng tổn thất nhiệt do VLS mang đi và tổn thất nhiệt toả ra môi trường Tổn thất này bằng:
Q v +Q mt 844+1233,54P77,54kJ h q v +q mt ),5+8,978,47 kJ kg ẩm
Tính toán quá trình sấy thực tế
3.3.1 Tính toán giá trị tổng tổn thất ¿C a t 0 −( q v +q mt )=4,1868.30 – 38,47,134kJ kgẩm với là tổng đại số của tổn thất nhiệt và gia nhiệt bổ sung, [kJ/kg ẩm]
3.3.2.Xác định các thông số của TNS sau quá trình sấy thực
Nếu tính bằng đồ thị I-d chúng ta đặt đoạn C0E0=const.(C0D0)(Md/MI) Nối BE0 cắt đường t2=const.42 o C ta sẽ được điểm C biểu diễn trạnh thái của TNS sau quá trình sấy thực Từ C ta xác định được entanpi I2, lượng chứa ẩm d2 và lượng ẩm tương đối sau quá trình sấy thực Tất nhiên chúng ta có thể tính bằng các công thức giải tích.
Hình 3.1 Quá trình sấy thực tế Để tính các thông số TNS sau quá trình sấy thực, trước hết ta tính nhiệt dung riêng dẫn xuất của tác nhân sấy trước quá trình sấy Cdx(d1) Ta có:
C dx ( d 1)=C pk +C pa d 1 =1,004+1,97.0,0239=1,051kJ kg K
Lượng chứa ẩm d2 của TNS sau quá trình sấy thực bằng: d 2 =d 1 +C dx ( d 1) ( t 1 ⥂1−t 2 ) i 2 −ΔP =0,01729+ 1,051.(60−35)
Entanpi I2 của trạng thái này có thể tính theo công thức: i 2 =C pk t 2 +d 2 i 2 =1,004.42+0,0297.2568,958,45kJ kg kk Độ ẩm tương đối của TNS sau quá trình sấy thực: φ 2 = B d 2 p b 2 (0,621+d 2)=
3.3.4 Lưu lượng thể tích trung bình trong quá trình sấy thực
+Lưu lượng thể tích ở trạng thái trước quá trình sấy V1 Trên kia chúng ta đã có thể tích của 1 kg khói khô ở trạng thái t1=const.60 o C và v1=const.0,9639 m 3 /kg kk
+Lưu lượng thể tích của TNS sau quá trình sấy thực Thể tích của 1 kg khói khô ở trạng thái t2 =const 42 o C và v2 =const.0,9327 m 3 /kg kk
+Lưu lượng thể tích trung bình trong quá trình sấy thực Vtb:
V tb≈3485m 3 h Đây là một trong hai căn cứ để chọn quạt.
3.3.5 Kiểm tra lại giả thuyết về tốc độ TNS
Tốc độ TNS trong quá trình sấy thực bằng: w=V tb
Như vậy giả thuyết w=const.2 m/s khi tính tổn thất là hoàn toàn có thể xem là chính xác.
3.3.6 Thiết lập bảng cân bằng nhiệt Để thiết lập bảng cân bằng nhiệt ta tính:
-Nhiệt lượng tiêu hao q: q=l ( i 1−i 0 )&,73 (105,26 −74,25 )8,89 kJ kg ẩm
+Nhiệt lượng có ích q1: q 1 =i 2 −C a t v 1 %88,65−4,18.30$63,05kJ kgẩm
+Tổn thất nhiệt do TNS mang đi q2: q 2 =l C dx ( d 0) ( t 2−t 0 )&,73.1,0381.(42−30)8,74kJ kgẩm
+Tổng nhiệt lượng có ích và tổng các tổn thất q’: q ’=q 1 +q 2 +q v +q mt $63,05+138,74+27,95+8,97&38,71kJ kgẩm
Về nguyên tắc nhiệt lượng tiêu hao q và tổng nhiệt lương có ích và các tổn thất q’ phải bằng nhau Ở đây do nhiều lý do,có thể do quá trình tính toán chúng ta đã làm tròn số hoặc sai số do tra đồ thị v.v ,mà chúng ta đã phạm sai số tuyệt đối q=const.q-q’ bằng: q=q−q ’8,89−2638,71=−1809,32kJ kgẩm
Hay sai số tương đối ε=ΔPq q =−1809,82
Sai số này trong tính toán nhiệt là cho phép.
T Đại lượng Ký hiệu kJ/kg ẩm
2 Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy q2 138,74
3 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy qv 27,95
4 Tổn thất nhiệt do môi trường qmt 8,97
5 Tổng nhiệt lượng tính toán q’ 2638,71
6 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 828,89
Qua số liệu cho trong bảng cân bằng nhiệt có thể thấy tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi và tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi là đáng kể Tổn thất nhiệt ra môi trường rất bé, có thể bỏ qua Vì vậy chọn nhiệt độ của tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy t2 Đóng một vai trò quan trọng Khi thiết kế một hệ thống sấy thùng quay chúng ta cần lưu ý vấn đề này Hơn nữa, qua việc tính toán đồ án có thể thấy nhiệt độ cho phép của bã đậu nành th lớn hơn rất nhiều so với nhiệt độ kinh tế t2 Vì vậy, có thể trong tính toán hệ thống sấy bã đậu nành không cần quan tâm đến vấn đề này.
TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ CỦA HỆ THỐNG SẤY
Thiết bị khử bụi
4.1.1 Tính chất của bụi trong không khí
Khi sấy các vật liệu xốp nhẹ dạng hạt trong HTS thùng quay VLS có thể có một phần nhỏ bay theo TNS Theo kinh nghiệm,VLS bay theo TNS có thể đạt từ (2 ÷ 30) g/m3. Lượng VLS bay theo phụ thuộc vào kích thước hạt và tốc độ tác nhân Khi TNS là khói lò thì trong TNS còn có thể có những hạt nhiên liệu chưa cháy hết hoặc các hạt tro bay theo Trong trường hợp này nồng độ hạt trong tác nhân có thể đạt từ (10÷30)g/m 3
Người ta phân bụi theo kích thước hạt:
-Bụi nhỏ có kích thước hạt(đường kính tương đương)