Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn 77 Chơng 3 Thiết bị sấy tiếp xúc 3.1 Khái niệm Hệ thống sấy tiếp xúc là một hệ thống chuyên dùng. Vật liệu nhận trực tiếp bằng dẫn nhiệt hoặc từ một bề mặt nóng hoặc từ môi trờng chất nóng. Ngời ta chia hệ thống sấy tiếp xúc thành hai loại: loại tiếp xúc trong chất lỏng và loại tiếp xúc bề mặt. 3.2 Nguyên tắc làm việc và cấu tạo Nguyên tắc cơ bản của thiết bị sấy tiếp xúc là quá trình gia nhiệt vật liệu sấy tiếp xúc trực tiếp giữa vật liệu sấy với bề mặt gia nhiệt. ở loại thiết bị này bề mặt gia nhiệt là chất rắn( vách phẳng, vách trụ ). Chất tải nhiệt (hơi nóng hoặc khói lò) chuyển động ở kia của vách. Phía kia của vách tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy. Sấy tiếp xúc có thể ở áp suất môi trờng, ẩm bốc ra hoà vào không khí môi trờng, có thể phải bố trí hệ thống thông gió. Loại sấy ở áp suất thấp (chân không), buồng sấy cần kín ngăn không cho không khí môi trờng lọt vào. ẩ m đợc hút ra và thải vào môi trờng. Trờng hợp sấy trong chất lỏng nóng(dầu, chất lỏng vô cơ, hữu cơ) chất lỏng cấp nhiệt. ẩm thoát ra từ vật sấy xuyên qua chất lỏng ra ngoài. Chất lỏng cần có nhiệt độ sôi lớn hơn nớc ở áp suất khí quyển. Trong công nghiệp giấy và dệt may sử dụng phổ biến phơng pháp này. Trong công nghiệp thực phẩm: công nghiệp đồ hộp, sấy rau quả, dợc phẩm. Hình 3.1. Hệ thống sấy kiểu trống( trục cân) 1- Thùng sấy 2- Cơ cấu cấp liệu 3- Vỏ thiết bị 4-Bộ phận khuấy 5- Bộ phận gạt 6- Vết tải 7- Động cơ điện 8- Bộ điều tôc 9-Hộp giảm tốc Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn 78 Hình 3.2. Hệ thống sấy kiểu lô quay 1- Lô sấy 2- Bánh xe định hớng 3- ống dẫn hơi nớc4- Van thải nớc ngng 5- Bánh răng trụ 6- Bánh răng côn 7- Băng tải vào máy sấy Hình3.3. Nguyên lý làm việc của lô sấy giấy 1-Chăn ẩm 2- Chăn khô 3- Băng giấy 4- Không khí nóng 5- Môi trờng gia nhiệt chăn A Phần gia nhiệt chăn ; B- Phần bay hơi vào không khí (20%); C- Phần trăm hấp phụ ẩm(80%) Hệ thống sấy kiểu trống dùng sấy các loại bột nho. Vật liệu bám vào bề mặt trụ đợc hâm nóng.Vật liệu nhận nhiệt bằng dẫn nhiệt qua lớp vật liệu dày1,2mm và thải ẩm trực tiếp Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn 79 vào không gian máy. Vật liệu đ khô đợc tháo ra bằng hệ thống dao gạt khỏi bề mặt trống. Cờng độ bay hơi ẩm A = (30 70)kg/m 2 h. Loại ru lơ sấy tải, giấy vv, vật liệu bám vào các lô sấy và cùng chuyển động với nó. Vật liệu nhận nhiệt từ lò sấy đợc đốt nóng và thải ẩm vào môi trờng. Sản phẩm đợc cuốn vào từng cuộn. Các lô sấy quay 40-50 vòng/ phút. Khi sấy giấy, để giấy không bị đứt, rách ta dùng băng kiểu chăn len áp sát vào băng giấy và cùng chuyển động. 3.3 Lý thuyết tính toán 3.3.1.Trao đổi nhiệt khối khi sấy tiếp xúc(dẫn nhiệt) với bề mặt nóng. (Hình 3.4) trình bày đờng cong nhiệt độ và đờng cong sấy xenlulô trên bề mặt nóng với nhiệt độ t= 130 0 C. (Hình 3.5) cho ta đờng cong nhiệt độ và đờng cong tốc độ sấy ở t= 117 0 C. Hình 3.4. Đờng cong nhiệt độ và Hình3.5. Đờng cong tốc độ đờng cong sấy trên mặt nóng sấy và đờng cong nhiệt độ I - Nhiệt độ 0,8mm so với mặt nóng; II ở khoảng cách 0,2mm III - ở khoảng cách 0,35mm; IV - ở khoảng cách 0,43mm Trên đồ thị cho thấy sau pha hâm nóng( khoảng 0,07 0,1 so với thời gian cả quá trình). Nhiệt độ vật liệu tăng nhanh, sau khoảng thời gian náo đó trở nên không đổi, và sau đó bắt đầu giảm và ở thời kỳ thứ hai lại nâng lên một lần nữa. Việc giảm nhiệt độ là do sức cản nhiệt tăng do sự tiếp xúc của lớp dới vật liệu và bề mặt nóng bị phá hoại, và nguyên nhân chính là chi phí nhiệt xúc tiến với quá trình tạo nên hơi ẩm. Tiếp xúc với mặt truyền nhiệt giảm, làm giảm nhiệt độ vật liệu. Khi lợng ẩm ban đầu của vật liệu cao và nhiệt độ bề mặt tiếp xúc cao(>100 0 C).Trong giai đoạn thứ nhất, có thể trong thời gian ngắn, nhiệt độ vật liệu trực tiếp tiếp xúc với mặt nóng có thể đạt nhiệt độ 100 0 C và xẩy ra sự bốc hơi của lỏng. Đờng cong nhiệt độ xác nhận việc gây ra građien nhiệt độ bên trong vật liệu hớng về bề mặt nóng. Hàm lợng ẩm Kg/Kg Nhiệt độ vật liệu 2 % / dW s d Thời gian sấy Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn 80 (Hình 3.6) cho trờng nhiệt độ và ẩm độ trong vật liệu ở t= 116 0 C. Đồ thị cho thấy sự phân bố nhiệt độ ở lớp có nhiệt độ cao hơn tiếp xúc với mặt nóng. Nhiệt độ thấp hơn của vật liệu ở mặt thoáng. Đặc tính của trờng nhiệt độ và ẩm độ cho thấy sự ngng tụ nớc bên trong vật liệu không xảy ra. Gradien ẩm độ và nhiệt độ là nguyên nhân chính tạo thành hơi trong lớp tiếp xúc và trên mặt thoáng. Cờng độ tạo hơi phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt đốt nóng t và chiều dày lớp vật liệu. Theo B.B Kratnhicôp, độ sâu vùng bốc hơi ở giai đoạn sấy thứ hai tuân theo luật tuyến tính = b . Tuy nhiên tốc độ ở độ sâu trong vùng II, 7 ữ 10 lần(đối với xenlulô) vợt quá tốc độ ở độ sâu đặc trng đầu giai đoạn thứ hai(b 2 7 ữ 10 lần b 1 ). Hệ số b 1 , b 2 đặc trng cho tốc độ độ sâu vùng bốc hơi. Hình3.6. Trờng nhiệt độ(đờng chấm) và hàm lợng ẩm( đờng liền) khi sấy tiếp xúc vật liệu xốp mao quản Hình3.7. Đờng cong giải tích, đặc trng độ sâu vùng bốc hơi = f( ) khi sấy tiếp xúc xenlulô Nhiệt độ ở độ sâu vùng bốc hơi t bh thay đổi theo thời gian t bh = t tx exp(-k ) t rong đó t tx nhiệt độ vật liệu trong mặt tiếp xúc với mặt đốt nóng K thông số thực nghiệm phụ thuộc vào loại vật liệu, t, g (khối lợng riêng của vật liệu) Sự chuyển hơi qua khi sấy tiếp xúc, gần đúng thứ nhất có thể viết Bề mặt tiếp xúc nóng, u kg/kg Mặt hở Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn 81 q K P p m h = uuuur đ ở đây q m uuuur đ - mật độ dùng phân tử của hơi (kg/m 2 s) P h Gradien áp suất hơi nớc bên trong vật liệu (Pa/m hoặc mmHg/m) K p Hệ số dịch chuyển phân tử hơi (sự dẫn hơi) trong vật xốp ống mao (kg/msPa) hoặc (kg/ms.mmHg) Hệ số Kp không phụ thuộc thông số chế độ là sức cản thuỷ lực của vật liệu. Giảm chiều dày vật liệu, Kp tăng đột ngột(hình 3.7) á p suất hơi bo hoà P h chất lỏng trong ống mao là hàm của nhiệt độ và bán kính ống mao r P h = r r P t t p t h u h + (3.1) Gradien hàm lợng ẩm có dạng ( ) l s k u r f r n n = (3.2) Trong đó : f s (r) Hàm phân bố ống mao theo tiết diện vật liệu l , k mật độ chất lỏng và chất khô Thay vào công thức (3.1) giá trị của r ta có ( ) h h k h l s p p P t u t t f r = + (3.3) Khi t > 100 0 , thành phần thứ nhất của phơng trình đóng vai trò chính do đó có thể bỏ qua sự phụ thuộc vuatn p h vao r và u. Khi đó đối với thời kỳ sấy thứ nhất vật liệu mỏng, mật độ của dòng phân tử sẽ là t t p kq h md = (3.4) Khi t <65 ữ 85 0 C mật độ dòng khuếch tán ẩmm biểu diễn qua phơng trình dẫn ẩm không đẳng nhiệt = m q - a m k ( t + u) (3.5) Nhờ khuếch tán nên xảy ra sự di chuyển ẩm khỏi vùng bốc hơi. Ngoại trừ lớp tiếp xúc hớng gradien nhiệt độ trùng với hớng gradien ẩm độ bên trong vật liệu, do đó cờng độ dẫn nhiệt ẩm sẽ tăng mạnh trong suốt quá trình. đ ể đặc trng cơ cấu tạo thành và di chuyển hơi bên trong vật liệu trong quá trình sấy tiếp xúc, B.B Krasnhicop đ dùng mô hình hoá chuẩn biến đổi pha m m q q = đ (3.6) t rong đó: Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn 82 q m - dòng hơi chung thoát khỏi vật liệu q mđ - dòng hơi tạo thành trong lớp tiếp xúc hoặc bên trong vật liệu(thời kỳ thứ hai) t rong thời kỳ thứ nhất = const sau đó bắt đầu thời kỳ thứ hai, giảm đột ngột tới giá trị không đổi trong vùng I của thời kỳ thứ hai. Sau đó W k2 . bắt đầu tăng một chút. Thời kỳ chuẩn đợc tính nh đối với dòng nhiệt tơng ứng mh dh qc x t q qq q q = == 1 (3.7) ở đây: q h - dòng nhiệt di chuyển bốc hơi q dòng nhiệt chung, nhận đợc từ bề mặt nóng q d dòng nhiệt dẫn nhiệt qua vật liệu c h nhiệt dung riêng của hơi m qc x t = 1 đặc trng % dòng dẫn nhiệt Chú ý rằng trong quá trình sấy dẫn nhiệt(tiếp xúc), vai trò là di chuyển của ẩm lỏng ra khỏi lớp, gần mặt tiếp xúc với mặt nóng ra mặt thoáng của vật liệu(7,5% dòng nhiệt chung). Hệ số dẫn nhiệt tơng đơng tđ có tính tới di chuyển nhiệt của lỏng, sẽ tăng nhiệt khi nhiệt độ trong bình của vật liệu tăng.(xenlulô khi u = 0,6 ữ 1,8kg/kg) tđ = 1,16(0,095 ữ 0,288.10 -2 t)W/m 0 k Bảng 3.1 Chỉ tiêu sấy tiếp xúc sản phẩm ra trên máy sấy chân không 1 trục Sản phẩm sấy Chỉ tiêu Cà chua nho(độ ẩm W=72,5%) á p suất trong buồng sấy(Kpa) 5,33 Độ ẩm vật liệu% - đầu W 1 92,5 - cuối W 2 10,8 Chiều dày lát sản phẩm(mm) 0,1-0,2 Nhiệt độ sản phẩm cuối cùng( 0 C) 50-60 Thời gian sấy(S) 175 3.3.2. Hệ thống sấy tiếp xúc trong chất lỏng nóng Bộ phận chính là bể chứa chất lỏng và bộ phận đốt nóng nó. Vật liệu sấy nhúng ngập trong chất lỏng, nên tính toán nhiệt là tính tiêu hao cho một chu kỳ sấy. Nhiệt lợng tiêu hao Q gồm: đốt nóng Q 1 , sấy Q 2 ,giai đoạn lấy vật liệu ra Q = Q 1 + Q 2 + Q 3 Nhiệt giai đoạn đốt nóng: Q 1 = Q vl + Q vc + Q mt +Q bx Nhiên liệu nóng vật liệu Q vl = G vl .C vl (t vl2 t vl1 ) Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn 83 Nhiệt hâm nóng cơ cấu vận chuyển Q vc = G vc .C vc (t vc2 t vc1 ) Nhiệt thải ra môi trờng: trong giai đoạn đốt nóng Q mt = K i F i t i i= 1 N Nhiệt thải ra môi trờng trong giai đoạn đốt nóng là tổn thất qua thành đáy và mặt thoáng của bể chứa. Vì mặt thoáng có nhiệt độ cao, nên cần tính tới trao đổi nhiệt bức xạ. F i (i = 1 N) là diện tích mặt trao đổi nhiệt thứ i, hệ số truyền nhiệt Ki và độ chênh lệch t i . + Nhiệt giai đoạn sấy Q 2 = Q bh + Q qn + Q đn Nhiệt bốc hơi Q bh = W.r , W = G 1 G 2 W lợng ẩm cần bốc hơi trong giai đoạn sấy(Kg) r - nhiệt ẩn hoá hơi ở t vl2 Nhiệt lợng quá nhiệt Q qn = C h (t n2 t bh ) Nhiệt độ tác nhân sấy lớn hơn nhiệt độ bo hoà t bh , hơi nớc bay hơi khỏi vật liệu còn cần đốt nóng từ t bh tới nhiệt độ chất lỏng nóng t n2 . C h nhiệt dung riêng hơi quá nhiệt Nhiệt đốt nóng ẩm Nhiệt lợng Q đn dùng đốt nóng ẩm W = G 1 . 1 ( 1 - độ ẩm tơng đối ở thời điểm t 1 ) Q đn = W.C n (t bh t vl1 ) C n nhiệt dung riêng của nớc trong vật liệu Tổng nhiệt lợng chi phí trong giai đoạn sấy Q 2 =W [ r +C h (t n2 - t bh ) ] +W.C n (t bh t vl1 ) + Nhiệt giai đoạn lấy vật liệu ra Q 3 - Thời gian lấy vật liệu ra và đa vật liệu các vật liệu sấy giữa mẻ vào. Nhiệt lợng tính là tổn thất ra môi trờng trong thời gian Q 3 = Q mt . câu hỏi ôn tập chơng iii 1. T rình bày nguyên tắc làm việc của sấy tiếp xúc. 2. Giải thích quá trình trao đổi nhiệt khi sấy tiếp xúc với bề mặt nóng. 3. Trình bày phơng pháp sấy tiếp xúc trong chất lỏng nóng. 4. Xác định kích thớc cơ bản hệ thống sấy tiếp xúc dùng rulô với các số liệu cho - Khối lợng vật liệu sấy G 1 = 90kg/h, độ ẩm W 1 = 75% và W 2 = 10% - Rulô đốt nóng bằng hơi bo hoà có áp suất 1 atm. - Chiều dày vật liệu sấy trên mặt rulô 1 = 1 mm, 1 = 0,7 Kcal/m.h.k , C v = 0,825 Kcal/kg 0 K. - Rulô bằng gang dày 2 = 10 mm, 2 = 40 Kcal/m.h. 0 K. - Trên bề mặt vật liệu sấy ta thổi không khí tốc độ v = 1,5 m/s và t 2 = 40 0 C, = 40%. . hộp, sấy rau quả, dợc phẩm. Hình 3. 1. Hệ thống sấy kiểu trống( trục cân) 1- Thùng sấy 2- Cơ cấu cấp liệu 3- Vỏ thiết bị 4-Bộ phận khuấy 5- Bộ phận gạt 6- Vết. hớng 3- ống dẫn hơi nớc 4- Van thải nớc ngng 5- Bánh răng trụ 6- Bánh răng côn 7- Băng tải vào máy sấy Hình3 .3. Nguyên lý làm việc của lô sấy giấy 1-Chăn. 0,288.10 -2 t)W/m 0 k Bảng 3. 1 Chỉ tiêu sấy tiếp xúc sản phẩm ra trên máy sấy chân không 1 trục Sản phẩm sấy Chỉ tiêu Cà chua nho(độ ẩm W=72,5%) á p suất trong buồng sấy( Kpa) 5 ,33 Độ ẩm