Hệ thống sấy có nhiệt độ sấy lạnh 0°C < t< tn Việt Nam là một nước có khí hậu nóng âm, vì thế hút âm và sấy lạnh là những công nghệ đặc biệt phù hợp với các loại nông sản thực phẩm mà
Trang 1Bài tập lớn: kỹ thuật sấy GVHD: Hà Văn Tuấn
A - LỜI MỞ ĐẦU:
Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công nông
nghiệp Trong công nghiệp chế biến nông lâm, hái sản kỹ thuật sấy đóng vai trò đặc biệt quan trọng Việt Nam là nước có khí hậu nhiệt đới với gần 80% dân số làm nghề nông nên các loại nông sản thực phẩm đa dạng, phong phú và có sản lượng rất lớn Vì vậy, nghiên cứu phát triển công nghệ sấy các loại nông sản
thực phẩm có thé coi là nhiệm vụ chiến lược trong sự nghiệp phát triển kinh tế
Trước đây, nông sản thực phâm được phơi dưới ánh nắng mặt trời nên sản phẩm thu được thường có chất lượng thấp, thời gian phơi sấy lâu và bị phụ thuộc vào thời tiết Công nghệ sấy phát triển cho ta tạo ra các sản phẩm có giá trị và chất lượng cao
Trong bài tập lớn này, đề tài của chúng tôi có nhiệm vụ: nghiên cứu công nghệ sấy lạnh và tính toán thiết kế hệ thống sấy hầm dùng để sấy 500 kg thuốc lá/ mẻ
Đây là lần đầu tiên tiếp nhận nhiệm vụ, thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào
sâu chuyên nghành Do kiến thức và tài liệu tham khảo còn hạn chế, nên chúng
tôi không thể tránh khỏi sai sót trong quá trình thiết kế Chúng tôi, mong nhận
được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn
Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của Thầy Giáo Hà Văn Tuấn để chúng tôi có thể hoàn thành tốt bài tập lớn này, trong thời gian som
Trang 2MỤC LỤC
A - LỜI MỞ ĐẦU:
;:E 01008000 icinn
CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SÂY LẠNH 3
I Giới thiệu về công nghệ sấy lạnh
II Các hệ thống sấy lạnh -
1 Hệ thống sấy có nhiệt độ sấy lạnh 0°C < t < tại - - 3
2 Hệ thống sấy thăng hoa
a Giới thiệu hệ thông máy sấy thăng hoa
d Tính nhiệt các thiết bị cơ bán của hệ thống sấy thăng hoa 7
3 Hệ thống sấy chân không 2© ¿S2 t2 k£E2E2EEEESEEerkrrkrrk 10
a Bom pittong oo ăỘỪDỪDỪỦ 17
d Bơm chân không dầu 2 s2 2+ +2 £+E++E++E£EEzEEerxerxsrx 18
CHUONG II: TÍNH TOAN THIET KE HAM SÁY . - 19
IV xác định thông số TNS trước và sau calorifer s 20
V Tính toán quá trình sấy lí thuyẾt - 2-2 s22 xezzz 20
VI Xác định kích thước sấy hằm
VII Tính toán nhiệt hầm sấy, 2 ©2222s+2E+2EE2EEtEEt2EErrrxrrrerrx
"_ Tốn thất do vật liệu mang đi -©-2- 52 2cscccsceEzserrecrecres
" Tốn thất do TBCT q„:
e Tốn Thất Ra Môi Trường:
VIII Tính toán quá trình sây thực
IX Thiết lập cân bằng nhiệt
XI Công Suất Nhiệt Của Calorifer Và Lượng Hơi Cần Thiết 35
XID Tai liệu tham khảo .2-22- S2 SESEEEt2EEcSEEEtEEErrrkerrrrrrrxee 36
Trang 3
Bài tập lớn: kỹ thuật sấy GVHD: Hà Văn Tuấn
B - NOI DUNG
CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SÁY LẠNH
I Giới thiệu về công nghệ sấy lạnh
Phương pháp sây lạnh là ứng dụng công nghệ sáy nhiệt độ thấp đề bảo quản và chế biến nông sản, thực phẩm Phương pháp này được thực hiện bằng cách giảm độ âm tương đối trong không khí đề tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa hơi nức trong không khí và hơi nước trong nông sản, thực phâm Bằng cách này
độ ẩm sẽ tách ra khỏi nông sản, thực phâm và đi vào không khí Khi làm lạnh
không khí trong thiết bị trao đổi nhiệt xuống thấp hơn nhiệt độ đọng sương,
không khí bảo hòa âm sẽ ngưng đọng và tách ra khỏi không khí Không khí sau
đó đi qua dàn nóng sẽ sấy khô nông sản, thực phẩm
Ưu điểm của công nghệ này sấy lạnh có thể xây dựng được từng quy
trình công nghệ say hợp lý đối với từng loại rau, củ, quả Sau khi sấy, nông sản thực phẩm giữ được nguyên màu sắc, mùi vị, thành phần dinh dưỡng thất thoát không đáng kể (khoảng 5%), nói cách khác là không làm biến chất sản phâm, đạt tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm của Việt Nam và các chỉ tiêu kỹ thuật
II Các hệ thống sấy lạnh
1 Hệ thống sấy có nhiệt độ sấy lạnh 0°C < t< tn
Việt Nam là một nước có khí hậu nóng âm, vì thế hút âm và sấy lạnh là
những công nghệ đặc biệt phù hợp với các loại nông sản thực phẩm mà vẫn đảm bảo được chất lượng như hàm lượng dinh dưỡng, màu sắc, mùi vị cho sản
phẩm Đối với các sản phẩm như củ cà rốt, thì là, hành môi trường chế biến những sản phẩm này yêu cầu về nhiệt độ không được quá 25° C và độ âm phải nhỏ hơn 45 - 50% Do đó sấy lạnh là giải pháp hữu hiệu nhất đề thực hiện chức
năng hút ẩm và sấy lạnh Tính mới của công nghệ này là quá trình sấy được thực hiện ở nhiệt độ thấp, tạo môi trường nhiệt độ cùng chiều với môi trường độ
ấm để tăng cường độ sấy Mặt khác, máy lạnh này được bảo vệ hành trình hút
ẩm theo phương thức đơn giản, an toàn và dễ thực hiện Ngoài ra, công nghệ này có nhiều ưu điểm kĩ thuật khác như: hút am nhưng không làm tăng nhiệt độ
môi trường Không chỉ có các ưu điểm về kĩ thuật thông thường, công nghệ này còn có một ưu điểm đặc biệt khác là giá thành lắp đặt rẻ hơn rất nhiều so với các thiết bị ngoại nhập (giảm được 46% chi phí), nguồn nguyên nhiên liệu sử dụng cũng thấp hơn các công nghệ sấy khác (giảm 45%) Riêng chất lượng, sau khi ứng dụng sản xuất tại Viện Công nghệ thực tham cho thay: củ cà rot vẫn giữ được màu đỏ tự nhiên, bóng thắng, củ cải trắng ngà, thắng và xốp, hành xanh tự nhiên, giữ nguyên mùi thơm, thì là xanh tự nhiên, mùi thơm mạnh Với các mặt
ưu điểm trên thì công nghệ hút â am va say lạnh bằng bơm nhiệt này có khả năng ứng dụng rất cao cho nhiều loại sản phâm khác nhau như nông sản (cà rốt, hành,
được liệu .)
Trang 4
2 Hệ thống sấy thăng hoa
Say thăng hoa là phương pháp sấy bằng cách hạ thấp nhiệt độ sản phẩm sấy xuống dưới điểm đông lạnh (dưới -10oC) và được đặt trong bình chân không có
áp suất gan VỚI ap suat chân không tuyệt đối, khi đó nước thoát ra khỏi sản phẩm sấy ở trạng thái rắn, tức là thăng hoa âm Mô hình hệ thống thiết bị sấy thăng hoa gôm 5 bộ phận: bình thăng hoa, bình ngưng của máy lạnh, máy nén của máy lạnh, bình ngưng-đóng băng, bơm chân không Pương pháp sây thăng hoa thực hiện bằng cách làm lạnh vật đồng thời hút chân không để cho vật sấy
đạt đến trạng thái thăng hoa của nước Âm thoát ra khỏi vật nhờ quá trình thăng
hoa
a Giới thiệu hệ thống máy sấy thăng hoa
> _ Thông số kỹ thuật:
- Năng suất 10 kg nguyên liệu/mẻ
- Nhiệt độ lạnh đông (-45 + -25)° C, nhiệt độ thăng hoa (-45 + 35) C
- Áp suất buồng thăng hoa là 0.008 mmHg
- Hệ thống tự động hóa hoàn toàn bằng máy tính
- Quá trình lạnh đông sản phẩm trược tiếp ngay trong buồng thăng hoa
- Thoi gian sấy rút ngắn xuống khoảng (10 - 14)h/mẻ do truyền nhiệt trong quá trình sây băng bức xạ nhiệt
- Thiết bị chế tạo trong nước nên giá thành khoảng bằng 1⁄4 so với thiết bi
- Công nghệ sinh học, công nghệ emzyne, công nghệ tế bào
- Y hoc, phan tich,
- Trong cac phong thi ngiệm nghiên cứu
> San pham tiéu biéu:
- Say thăng hoa cho các loại thực phẩm cao cấp
- Thực phẩm chức năng, vắc xin
> Hệ thống sấy thăng hoa luôn có 4 bộ phận chính
- Bộ phận lanh đông ( dối với tất cả các loại máy STH có trên thị trường thì bộ phận này tách rời khỏi hệ thống, nó được lạnh đông bằng hệ thống lạnh riêng)
- Buông thăng hoa chứa sản phẩm sấy
- Hệ chân không
Trang 5
Z0TZ
- Hệ thông tự động điều khiến
> Quá trình say thing hoa (STH) lu6n trải qua 3 giai đoạn nối tiếp nhau:
- Giai đoạn 1: lanh dong sản pham ở nhiệt độ (-45 + -25)” C
- Giai đoạn 2: sấy thăng hoa ở nhiệt độ (-45 + 0)° C, ở áp suất 0.008
a ——————
Hình 11-16 $ở đồ thiết bị sấy tc phẩm bằng phướng pháp thăng hoa
1 Bình thăng hoa; 2- Van, 3- Xyfôn 4- Bìnbhúa nước nóng: 5- Bình ngưng, 6- Bình phân ly;
7- Giàn ngưng của máy lạnh, 8- Bình ch amôniac, 9- Máy nén, 10 Bém chân không,
1, 12, 13- Động có diện, 14- Bơm ly tâm; fhin lọc: 16- Tam gia nhiệt f7- Chân không kế:
18- Van diều chỉnh; 19- Khay chúa sản phẩt20- Tấm gia nhiệt dưới, 2!- Bộ diều chỉnh nhiệt
Trang 6
Bình thăng hoa (buông sắy thăng hoa)
Thường có cấu tạo hình trụ có đáy và nắp là các chỏm cầu Nắp đậy có roăng chèn
kín vì bình làm việc ở chế độ chân không 1 + 0.1 mmHg Vật liệu để trên khay đặt trên các giá có định trong buồng sấy Nhiệt cấp cho quá trình thăng hoa thực
hiện bằng bức xạ từ những hộp kim loại dẹt đặt xen kẽ với các khay vật liệu
Chất tải nhiệt là nước được bơm vào các hộp kim loại Đồng thời với nhiệt bức
xạ ở phần vật liệu tiếp xúc với khay xảy ra quá trình dẫn nhiệt từ bề mặt tới vật
liệu
Bình ngưng có nhiệm vụ ngưng tụ hơi âm thoát ra và làm đóng băng âm này
trong quá trình sây, bình ngưng sẽ giảm nhẹ sự làm việc của bơm chân không
Bơm chân không
Bơm chân không có nhiệm vụ hút khí tạo ra chân không ban đầu cho bình
thăng hoa và trong thời gian sấy có nhiệm vụ hút hết khí không ngưng, bảo đảm
sự làm việc của thiết bị
Hệ thống làm lạnh
Hệ thông làm lạnh: nhiệm vụ của hệ thống làm lạnh là làm lạnh sản phẩm đến
nhiệt độ yêu cầu (dưới điểm 3 thể) và làm lạnh bình ngưng để ngưng tụ và đóng
băng âm thoát ra, tạo điều kiện duy trì chân không và chế độ làm việc trong hệ
thông
c Nguyên lý hoạt động
Phương pháp sấy thăng hoa do kỹ sư G.I Laappa-Stajenhexki phát minh năm
1921 Sấy thăng hoa thực hiện ở điều kiện áp suất và nhiệt độ thấp Chế độ làm
việc (áp suất và nhiệt độ) thấp hơn điểm 3 thể của nước (nhiệt độ 0,0098° C,
áp suất 4,58mmHg) Ở áp suất nhất định nhiệt độ thăng hoa của vật chất là không đổi Khi áp suất tăng thì nhiệt độ thăng hoa cũng tăng Trong quá trình thăng hoa nhiệt lượng để bay hơi âm khoảng 672 + 677 kcal/kg (nhiệt độ tir -100 + 0° C)
Ưu điểm của phương pháp sấy thăng hoa là: sấy ở nhiệt độ thấp nên giữ được
các tính chất tươi sống của sản phẩm Nếu dung đề sấy thực phẩm sẽ giữ được chất lượng và hương vị của sản phẩm, không bị mất các vitamin,và tiêu hao
năng lượng dé bay hoi 4m thap
Tuy vậy sấy thăng hoa có nhược điểm là giá thành thiết bị cao: tiêu hao năng lượng lớn, tiêu hao điện năng lớn Chỉ đứng sau kiểu sấy bằng dòng điện cao tân
Trang 7
Bài tập lớn: kỹ thuật sấy GVHD: Hà Văn Tuấn
Quá trình sấy thăng hoa có 3 giai đoạn:
Giai đoạn làm lạnh sản phẩm
Trong giai đoạn này do hút chân không làm áp suất trong buồng sấy giảm, âm
thoát ra chiếm khoảng 10 + 15% Việc bay hơi ầm làm cho vật liệu nhệt độ say
giám xuống dưới điểm 3 thẻ có thể làm lạnh vật liệu trong buồng lạnh riêng
Giai đoạn thăng hoa
Giai đoạn này chế độ nhiệt trong buông sấy đã ở chế độ thăng hoa Âm trong vật đưới dạng răn sẽ thăng hoa thành hơi và thoát ra khỏi vật hơi ẩm này sẽ đến bình ngưng và ngưng lại thành lỏng sau đó thành băng bám trên thành ống
Trong giai đoạn này nhiệt độ vật không đổi
Giai đoạn bay hơi ấm còn lại
Tronga giai đoạn này nhiệt độ của vật tăng lên Am trong vat la am liên kết
va 0 trang thai long Qua trinhd sấy ở giai đoạn này giống như quá trình say &
các thiết bị sấy chân không thông thường Nhiệt độ trong buồng sấy lúc nào cũng cao hơn giai đoạn thăng hoa
d Tính nhiệt các thiết bị cơ bán của hệ thống sấy thăng hoa
Tính toán nhiệt quá trính sấy thăng hoa
Tiêu hao nhiệt trong sấy thăng hoa được xác định bằng phương trình:
Q=Q + Qm + Qos - (Q’ + Q”), [keal/chuky]
Trong đó:
Qx - nhiệt tiêu hao trong quá trình làm lạnh
Qịn - nhiệt tiêu thụ trong quá trình thăng hoa
Qop - nhiét dé bay hoi 4m con lai
Q’ - nhiét toa ra cua vat liéu trong qua trinh lam lạnh từ nhiệt đô dau đến nhiệt độ thăng hoa
Q7 - nhiệt toả ra trong chu kỳ bay hơi ẩm khi hút chân không Vì Q° + Q7 dung để tiêu hao tong quá trình bay hơi âm khi hút chân không nên ta có:
Q.=Q'+Q”
Vi vay”: Q = Qm + Qos
Nhiét trong buồng say truyén đến vật bằng bức xạ là chủ yếu (75 + 85)
Nhiệt truyền bằng dẫn nhiệt và đối lưu nhỏ vì vậy trong tính toán lấy truyền nhiệt bức xạ làm cơ sở, nhiệt truyền bằng dẫn nhiệt và đối lưu chỉ được tính
thêm bằng hệ số k= 1,2 + 1,25
Do vậy diện tích bề mặt gia nhiệt là:
Q
KA 96, GY Gh | Trong đó: H- hệ số tương hỗ giữ hai bề mat song song H = 1
Trang 8
qd — TFA (Tủ)
£ì Fy, £,
Trong đó: F¡ - bề mặt tấm gia nhiệt
F: - bề mặt vật liệu tiếp thu bức xạ
Tính toán bình ngưng
Bình ngưng làm nhiệm vụ ngưng tụ và đóng băng âm thoát ra Nhiệt toả
ra trong bình ngưng là: Q¿ = W(r+rp)+ W”C (tụ - ty)
Ở đây: W’ - lượng âm cần ngưng tụ
r - nhiệt ngưng tụ bay hơi
tr) - nhiệt đông đặc của nước
CÐ- nhiệt dung riêng của hơi
tị „ t, - nhiệt độ của hơi và của băng
Mặt khác theo phương trình truyền nhiệt thì: Q¿ = KEL At
Ở đây: F, - điện tích bề mặt ống trong bình ngưng
At - chênh nhiệt độ giữa hơi NH; và hơi nước trong bình ngưng
Ở day: Sa, db - chiéu dày vách ô ống và chiều day lớp băng
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của NH; lỏng sôi trong ống là:
=4,2( 1+ 0,007t, )q”
Trong công thức n này trị số mật độ dòng nhiệt q chưa biết, cần giả thiết sơ
bộ sau đó kiểm tra lại t, là nhiệt độ bề mặt ông bình ngưng
Hệ số trao đổi nhiệt của hơi nước ngưng tụ bên ngoài ống của bình ngưng
được xác định theo công thức:
_2:7544' 1, =T, To= Thy _ „ø3600 T,
Trong đó: 2 - hệ số dẫn nhiệt của hơi nước trong bình ngưng
_ - độ nhớt động lực, [kgs/m”]
q'- cường độ ngưng tụ của hơi, [kg/m”h]
T - nhiệt độ bảo hoà của hơi trong bình ngưng, [k]
T, - nhiệt độ của băng, [k]
Ta có:
Trang 9
Bài tập lớn: kỹ thuật sấy GVHD: Hà Văn Tuấn
Nhiệt lam tan bang 1a: Qo = Gury + GpCo( th - ty ) + GrCr( tw - tye )
O day: G, - khéi luong bang, [kg]
rp - nhiệt đông đặc của nước, r, = 80 kcal/kg
Œp - nhiệt dung riêng của băng, Cụ = 0,52 kcal/kgK
t - nhiệt độ nước, [°C]
t, - nhiệt độ băng, [°C]
Gr - khối lượng ống của bình ngưng, [kg]
Tw1s two - nhiệt độ đầu và cuối của ống, [°C]
Cr - nhiệt dung riêng của ống, [kcal/kgK]
Khối lượng băng xác định theo công thức
Gụ= Frỗ„py, [kg/chukỳ]
Trong đó: Fr- bề mặt bắm băng, [m7]
5, - chiéu dày lớp băng, [m]
p› - khối lượng riêng của băng, [kg/m']
Hệ số truyenf nhiệt từ hơi NH; tới băng là:
Trong đó: r- nhiệt hoa hoi cia NH; , [kcal/kg]
y - trong luong riéng của NH; , [kg/m*]
2 - hệ số dẫn nhiệt của hơi NH;, [kcal/mh°C]
_- độ nhớt động lực của NHạ, [kg/m”s]
Trang 10
qr - phụ tải nhiệt của bình ngưng trong điều liện làm viêc định mức [kcal/m*h]
-9
QF F
Q - nhiệt truyền cho bình ngưng, [kcal/h]
Thời gian xả băng là:
TP KRAAt” Uh]
Q - nhiệt độ cần thiết dé xa bing, [kcal]
At - độ chênh nhiệt độ giữa hơi nóng và băng Xác định thời gian hút chân không
Thời gian hút chân không là:
P - áp suất cần thiết trong binh thang hoa, [mmHg]
- ap suất giới hạn tạo nên được của bơm, [mmHg]
K - hệ sô dự phòng
3 Hệ thống sấy chân không
Phương pháp sấy chân không được áp dụng để sấy các loại vật liệu có chứa nhiều hàm lượng tỉnh dầu, hương hoa, dược phẩm; các nông sản thực phẩm có
yêu cầu nhiệt độ sấy thấp nhằm giữ nguyên chất lượng và màu sắc, không gây
phá hủy, biến tính các chất; và đặc biệt phương pháp sây chân không được dùng
để sây các loại vật liệu khô chậm khó sây (như gồ sôi, gô giẻ ), các loại go quí nhằm mang lại chất lượng sản phẩm sây cao đáp ứng được các yêu cầu sử dụng trong và ngoài nước, rút ngắn đáng kể thời gian sấy,và đặc biệt là có khả năng tiến hành sấy ở nhiệt độ sấy thấp hơn nhiệt độ môi trường Do đó sản phẩm sấy
chân không giữ được hầu như đầy đủ các tính chất ban đầu của vật liệu, sản
phẩm bảo quản lâu và ít bị tác động bởi điều kiện bên ngoài
Tuy có nhiều ưu điểm nhưng phương pháp sấy chân không vẫn còn chưa được sử dụng phố biến trong công nghệ sây nước nhà Bởi do giá thành thiết bị cao, vận hành phức tạp, rất khó đảm bảo độ kín cho một hệ thống chân không
lớn Do đó phương pháp say này chỉ được áp dụng với quy mô nhỏ, dùng sây
những loại vật liệu quí hiếm, khô chậm, khó sấy và có yêu cầu cao về chất
Trang 11Bài tập lớn: kỹ thuật sấy GVHD: Hà Văn Tuấn
Nguyên lý cơ bản của phương pháp sấy chân không đó là sự phụ thuộc vào
áp suất điểm sôi của nước Nếu làm giảm (hạ thấp) áp suất trong một thiết bị chân không xuống đến áp suất mà ở đấy nước trong vật bắt đầu sôi và bốc hơi
sẽ tạo nên một dòng chênh lệch áp suất đáng kể dọc theo bề mặt vật, làm hình thành nên một dòng ấm chuyển động trong vật liệu theo hướng từ trong ra bề
mặt vật Điều này có nghĩa là ở một áp suất nhất định nước sẽ có một điểm sôi
nhất định, do vậy khi hút chân không sẽ làm cho áp suất trong vật giảm đi và đến mức nhiệt độ vật (cũng là nhiệt độ của nước trong vật) đạt đến nhiệt độ sôi
của nước ở áp suất đấy, nước trong vật sẽ hóa hơi và làm tăng áp suất trong vật
và tạo nên một chênh lệch áp suất hơi Ap = (pu- pn) giữa áp suất bão hòa hơi
nước trên bề mặt vật và phân áp suất hơi nước trong môi trường đặt vật sấy, đây
chính là nguồn động lực chính tạo điều kiện thúc đây quá trình di chuyển âm từ bên trong vật ra ngoài bề mặt bay hơi của quá trình sấy chân không Và ở đấy, dưới điều kiện chân không, quá trình bay hơi điễn ra nhanh chóng và qua đó quá
trình khô vật sẽ rất nhanh, thời gian sấy giảm xuống đáng kể Bên cạnh đó, nhờ
chỉ sấy ở nhiệt độ thấp (có thể thấp hơn nhiệt độ môi trường) nên nhiều tính chất đặc trưng ban đầu: tính chất sinh học, hương vị, màu sắc, hình dáng của sản
phẩm được giữ lại gần như đầy đủ Sản phâm sấy chân không bảo quản lâu dai
va it bị tác động bởi môi trường
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động
Chú thích:
Thiết bị ngưng tụ âm
Bơm chân không
Phin lọc âm, lọc bụi
Ông xoắn ruột gà, bằng đồng
Chốt cửa tủ sấy
Khay sấy
: Đồng hồ rơ le nhiệt độ
9 Van xả khí phá chân không h
10 Van hút chân không /
11 Ap ké chan khong
12 Nhiệt kế thủy ngân
13 Khóa chân không
Trang 12Chế độ sấy: tùy thuộc vào đặc tính, tính chất của từng loại vật liệu sấy sẽ ảnh hưởng đến tốc độ sấy mà ta cần quan tâm xem xét đề chọn các thông số áp
suất, nhiệt độ thích hợp cho từng loại vật liệu sấy
Phương pháp cập nhiệt: trong buồng sây chân không, đối tượng sấy thường được gia nhiệt bằng phương pháp tiếp xúc hoặc bức xạ
Với phương pháp cập nhiệt bằng tiếp xúc, đối tượng sây được đặt trực tiếp lên nguồn nhiệt hoặc tiệp xúc với nguôn nhiệt qua những tắm vật liệu dẫn nhiệt tốt Nguồn năng lượng nhiệt có thé là điện năng hoặc hơi nước nóng Để nâng cao hiệu quả truyền nhiệt cần tạo điều kiện tiếp xúc tốt giữa đối tượng sấy và bề
mặt dẫn nhiệt
Cấp nhiệt bằng bức xạ là phương thức cấp nhiệt cho đối tượng sấy có hiệu quả cao, đang được sử dụng rộng rãi Bởi bức xạ không chỉ tạo được một dòng cấp nhiệt lớn trên bề mặt vật (khoảng 20+ 100 lần so với dòng nhiệt cấp đo đôi lưu), mà còn xuyên sâu vào lòng đối tượng một lớp nhất định (phụ thuộc vào
đặc tính quang học của nguồn và đối tượng)
Dòng năng lượng bức xạ Q chiếu vào đối tượng bị phản xạ một phần Qạ,
Qe
hấp thụ một phần Qạ, và phần còn lại xuyên qua đối tượng Qo Tỉ lệ Oo =R;
“ =A; Q _ D được gọi là độ phản xạ, độ hấp thụ, và độ xuyên suốt của đối
tượng
Năng lượng bức xạ có hiệu quả nhiệt lớn nhất là bức xạ hồng ngoại Vì với bức
xa hong ngoại các đối tượng có độ hấp thụ lớn nhất
Nguồn năng lượng bức xạ hồng ngoại thường là các sợi đốt của đèn điện
hoặc các vật liệu răn khác được đốt nóng đến một nhiệt độ nhất định Muốn chọn nguồn bức xạ có hiệu quả cao để cấp nhiệt cần phải hiểu biết đặc tính
quang học của đối tượng sấy Nguồn bức xạ cần chọn có độ chiếu cực đại ở bước sóng mà tại điểm đó đặc tính hấp thụ nhiệt của đối tượng sấy là lớn nhất
a Phân loại thiết bị sấy chân không
Có hai loại hệ thống sây chân không cơ bản được phân biệt theo phương thức gia nhiệt cho vật liệu như sau:
- _ Thiết bị sấy chân không kiểu gián đoạn
Tủ sấy
Tủ sây chân không là một thiết bị sây đơn giản nhất, có dạng hình trụ hoặc hình hộp chữ nhật, được cấp nhiệt bằng hơi nước, nước nóng hoặc sợi đốt điện trở Vật liệu được xếp vào khay và cho vào tủ sây đặt trực tiếp lên nguồn nhiệt
hoặc được cấp nhiệt bằng bức xạ Trong thời gian làm việc tủ được đóng kín và được nối với hệ thống tạo chân không (thiết bị ngưng tụ và bơm chân không)
Việc cho liệu vào và lấy liệu ra được thực hiện bằng tay Tủ sấy chân không có
Trang 13
Bài tập lớn: kỹ thuật sấy GVHD: Hà Văn Tuấn
6- Cửa tháo sản phâm
7- Ống nối với thiết bi ngưng tụ
Sáy chân không có trục vít đảo
Để tăng khả năng truyền nhiệt chuyển khối, sản phẩm trong thùng sấy được đảo trộn nhờ trục gắn cánh đảo 3 Thùng sấy hình trụ dài có hai lớp để chứa và tải chất tải nhiệt (hơi nước hoặc nước nóng)
Trục và cánh đảo có thể đổi chiều quay theo định kỳ (5+8 phút) để tăng sự đảo trộn đều đặn và chống bết dính theo chiều quay Ngoài các cánh đảo còn có các ống đảo phụ 5 đề phá vỡ sự vón cục và đảo đều theo chiều đọc thùng sấy
Năng suất thùng sấy phụ thuộc vào tính chất, độ âm ban đầu của vật liệu, nhiệt
độ của chất tải nhiệt và độ chân không
Ở các thùng sấy này, tiếp liệu và tháo sản phẩm phần lớn đã được cơ giới
hóa Hơi thứ bốc từ sản phẩm được dẫn qua bộ lọc tới thiết bị ngưng tụ Đối với
hơi nước thường dùng thiết bị ngưng tụ dạng phun tia, còn với nhũng loại hơi
cần thu hồi thì dùng thiết bị ngưng tụ bề mặt Dé hút khí không ngưng người ta thường dùng bơm chân không vòng nước Nguyên liệu cho vào thùng sấy tốt nhất khoảng 80% thể tích thùng
Trang 14
- _ Thiết bị sấy chân không liên tục
Quá trình sấy chân không liên tục có thể được thực hiện theo các nguyên lý:
> Thùng quay, băng tải, tháp cho các vật liệu dạng hạt
Với những vật liệu đạng hạt thường sấy trong các tháp sây chân không Đối với vật liệu rời, có thê sấy liên tục bằng thiết bi say chân không băng tải
Phu tiếp liệu
> Lô cuốn cho các vật liệu dạng dịch nhão
Với loại vật liệu lỏng có độ dính ướt cao, có thể sử dụng thiết bị say chan không lô cuốn Lô cuốn quay quanh trục nằm ngang được đốt nóng từ bên trong bằng hơi nước Lô quay được một vòng thì vật liệu cũng được sấy khô và được tay gạt gạt khỏi lô cán và tải vào vít tải hay tang tháo liệu liên tục mà vẫn đảm
bảo độ chân không
Với nhưng vật liệu dạng bột nhão người ta sử dụng thiết bị sấy chân không
hai lô cán Bột nhão được cấp vào khe của hai lô cán ngược quay chiều nhau, bị cuốn và cán mỏng lên bề mặt hai lô cán, bên trong gia nhiệt bằng hơi nước Vật
liệu trên lô quay gần được một vòng thì khô và được dao gạt vào vít tải và tải ra ngoài
Trang 15Bài tập lớn: kỹ thuật sấy GVHD: Hà Văn Tuấn
>_ Sấy phun chân không đối với các vật liệu lỏng có độ nhớt không cao
4- Thùng trung gian
5- Bom
6- Thiết bị gia nhiệt
9 7- Budng say phun
9- Bơm chân không
Sơ đồ hệ thống sấy phun chân không
Trong hệ thống sấy phun chân không này, dịch lỏng được gia nhiệt sơ bộ ở thùng chứa được bơm bơm qua bộ lọc 2, sang thùng trung gian 4, sau đó được bơm cao áp 5 đây qua thiết bị trao đối nhiệt 6 và phun vào buồng chân không 7
Ở đấy âm được bốc hơi trong diều kiện chân không, sản phẩm được làm khô
hoặc kết tỉnh rơi xuống và được vít tải 8 tải ra ngoài Những hạt vật liệu khô nhỏ bị cuốn theo hơi âm được tách bằng xyclon 10, còn hơi ẩm được hút qua thiết bị ngưng tụ và bơm chân không ra ngoài
Một số dịch lỏng có độ nhớt không cao được sấy liên tục đưới dang mang mỏng trong chân không Trong thiết bị này, dịch được vòi phun phun lên bề mặt thiết bị hình trụ tạo thành màng mỏng và được cấp nhiệt bằng áo nhiệt từ phía bên ngoài vào Vòi phun quay quanh trục tạo màng liên tục Màng được sấy khô
và được dao gạt 2 gạt khỏi bề mặt đồn xuống đáy và tháo ra ngoài qua các cơ cấu tháo liệu liên tục và kín Bề mặt thiết bị vừa giải phóng được phun tiếp
màng mới và tiếp tục chu trình trên Thời gian sấy có thể hiệu chỉnh bằng số vòng quay và góc lệch giữa vòi phun và dao gạt 43
Trang 16b Kỹ thuật tạo chân không
- Bơm chân không
Bơm chân không là thiết bị dùng để hút khí và hơi của các vật chất khác
nhau ra khỏi thể tích cần hút, bằng chuyển động cơ học hay tạo sự liên kết
chúng trong đó bằng cơ chế hấp thu (hấp thụ vật lý, hóa học, hấp thụ , hấp phụ 1on do phóng điện khí )
Việc chọn loại bơm phụ thuộc vào loại và lưu lượng khí cần hút cũng như vùng áp suất làm việc Các bơm chân không hút khí ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyên và đây ra ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển một ít Các loại bơm được đặc trưng bằng các thông số sau:
> Tóc độ bơm (vận tốc hút khi) Sg, 1⁄s hoặc mÌ⁄h, được xác định bằng thê tích khí đo bơm hút trong một đơn vị thời gian ứng với áp suất tồn tại ở trong bơm:
> Ấp suất đối cao nhất P„ là áp suất cao nhất ở lỗi ra của bơm mà bơm vẫn có
thé hoạt động bình thường Áp suất đối của nhiều loại bơm bằng áp suất khí quyền Tuy vậy cũng có không ít những bơm có áp suất đối cao nhất thấp hơn
áp suất khí quyền Trong trường hợp đó bơm không thể hoạt động độc lập mà cân phải có một bơm thứ hai mắc vào lối ra của bơm này đề tạo chân không sơ
cấp cho nó Như vậy, để đảm bảo được điều kiện làm việc bình thường của hệ
thông hai bơm này thì áp suất đối cao nhất của bơm thứ nhất phải nằm trong vùng hoạt động của bơm sơ cấp và năng suất bơm của bơm sơ cấp phải lớn hơn hoặc bằng năng suất bơm thứ cấp: p; S, >P2S„,
Trong đó: p¡, pa - áp suất ở lối vào của bơm sơ cấp và thứ cấp
Sg,, Sp,- Tốc độ bơm của bơm sơ cấp va thứ cấp
Bơm cơ học là loại bơm dựa trên nguyên tắc của chuyển động cơ học để hút
khí Các bơm này thông thường có một động cơ làm chuyển động bộ phận (pittông, rôto) tạo thể tích thay đối để hút và nén khí Quá trình hút và nén khí được thực hiện dựa trên nguyên tắc mở rộng và thu hẹp thể tích làm viéc của các khoang bơm Các bơm cơ học có vùng hoạt động từ 1 at đến 10ÌmMHg và tốc độ bơm tương đối lớn Bơm có thể được dùng độc lập trong các hệ thống yêu cầu độ chân không không cao, hoặc có thể dùng tạo độ chân không sơ cấp cho các bơm khác trong hệ thông chân không
Trang 17
Bài tập lớn: kỹ thuật sấy GVHD: Hà Văn Tuấn
2 Van phân phối
3 Cơ câu dẫn động van phân phối
4 cơ cấu dẫn động píttông
Sơ đồ động học của bơm pÍtông
Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa học và thực phẩm
Bao gồm hai nhóm:
+ Bơm chân không pittông khô, chỉ hút khí
+ Bơm chân không pittông âm, có thể hút hỗn hợp khí- lỏng, áp suất giới hạn tạo được thấp hơn bơm chân không pittông khô
Về cấu tạo hai nhóm này không khác gì nhau, chỉ khác nhau ở bộ phận van phân phối Bơm chân không âm không cần van phân phối mà van hút và van đây của
nó có kích thước lớn hơn để tải một lượng chất lỏng lớn qua đó
b Bơm vòng nước
Do không cần có dầu bôi trơn nên bơm vòng nước rất thuận tiện trong công
nghiệp hóa học và được dùng rộng rãi Bơm thích hợp để hút các loại khí có bụi
hoặc hơi nước nhờ giữa guồng quay và vỏ bơm có có sự quay tương đối của
không khí nên không bị bản, tắc Giới hạn áp suất đo bơm tạo ra phụ thuộc vào nhiệt độ vòng nước, bằng khoảng 15 đến 110mmHg
Trang 187 Bom rotor canh gat
Cửa lối vào
bơm rotor cánh gait
> Kết cấu của bom rôto cánh gạt gần giống như bơm vòng nước
Bơm cũng gồm một rôto 2 quay lệch tâm với buồng bơm 3 Khi
rôto quay với vận tốc lớn, các bản văng ra theo rãnh dẫn và tựa vào
buông bơm 4 tạo ra nhiều khoang bơm giữa hai bản và thành
buồng Thể tích khoang bơm thay đổi nhờ sự quay lệch tâm của rôto và buồng bơm Phần thể tích khoang bơm tăng được nối với lối vào bơm đề hút khí, phần thể giảm được nói với lối ra của bơm
để nén khí ra ngoài Các van an toàn 5 bảo vệ hiện tượng quá áp
khi ở lối vào có áp suất quá cao Áp suất giới hạn đạt được của bơm đến 10mmHg
d Bơm chân không dầu
Bơm được làm kín bằng dầu nên khả năng tạo được độ chân không sâu Áp
suất giới hạn đạt được đến 10°mmHg Bơm có thé được dùng độc lập hoặc
dùng làm bơm sơ cấp Để bơm các hỗn hợp khí và hơi nước (hoặc khí không
ngưng), bơm chân không dầu còn được cấu tạo thêm bộ phận thăng bằng khí để
khắc phục hiện tượng ngưng tụ hút khí (do một lượng hơi bị hóa lỏng dưới áp
suất lớn và hòa với đầu trong khoang bơm, rồi đi trở lại sang phía lối vào của
bơm và bốc hơi trở lại, hơi này lại tiếp tục bị hóa lỏng làm giảm khả năng hút khí của bơm.) Người ta đưa vào khoang nén của bơm một lượng khí quyền (gọi
là lượng khí thăng bằng) Với lượng khí đưa vào, áp suất trong khoang nén đó đạt tới áp suất khí quyên trước khi hơi nước bị nén đến áp suất bão hòa, tức là trước khi xảy ra hiện tượng ngưng tụ khí Khi đạt đến áp suất khí quyền, van xả
ở lối ra mở, hỗn hợp khí và hơi nước bị đây ra ngoài Lượng khí đưa vào tỉ lệ với thành phần hỗn hợp khí cần hút
Và ngoài ra còn có một số loại bơm khác nữa như ( bơm chân không hai rotor; bom phun tia; bơm chân không dòng nước; bơm ejectơ dòng hơi; bơm
khuếch tán; bơm phân tử; bơm chân không hấp thụ; bơm ion hấp thụ; bơm
ngưng tụ)