Tiểu luận - hệ thống sấy tầng sôi

- Nước liên kết tạo ra trên vật ẩm hơi nước có áp suất nhỏ hơn áp bãohòa với nhiệt độ hiện tại của vật ẩm.Do khả năng phản ứng hóa học và hòa tan mạnh các chất nên trongkhối vật liệu ẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA SAU ĐẠI HỌC

GVHD : TS Nguyễn Anh Tuấn

HV : Nguyễn Phương Hảo MSHV : 54CH003

Lớp : CNSTH 2012

Nha Trang, tháng 7 năm 2013

1 9 5 9

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

MỞ ĐẦU 3

TỔNG QUAN 4

I LÝ THUYẾT VỀ SẤY 4

1 Các dạng liên kết ẩm trong hạt 4

1.1 Liên kết hóa học 4

1.2 Liên kết hóa lý 4

1.3 Liên kết cơ lý 5

2 Phân loại vật liệu sấy 6

2.1 Vật xốp mao dẫn 6

2.2 Vật keo 7

2.3 Vật keo xốp mao dẫn 7

3 Cơ chế tách ẩm trong hạt 7

4 Các giai đoạn xảy ra trong qúa trình sấy hạt 8

II THỦY ĐỘNG LỰC HỌC CỦA QUÁ TRÌNH SẤY TẦNG SÔI 10

1 Cơ chế tạo lớp lỏng giả (tầng sôi) 10

2 Trao đổi nhiệt và truyền ẩm trong tầng sôi 14

3 Các hệ thống và thiết bị sấy tầng sôi 16

4 Các thông số của hệ thống sấy tầng sôi 25

4.1 Chiều cao lớp sôi 25

4.2 Tốc độ dòng khí 25

4.3 Trở lực của lớp sôi 26

4.4 Diện tích ghi (lưới) 26

4.5 Khối lượng vật liệu trên ghi (lưới) 26

4.6 Chiều cao lớp hạt vật liệu ban đầu 27

4.7 Thời gian lưu lại trung bình của vật liệu trong lớp sôi (thời gian gian sấy) .27

4.8 Trở lực của lớp lưới phân phối khí 28

4.9 Tốc độ tới hạn W th 29

4.10 Tốc độ làm việc tối ưu 29

5 Những giải pháp để tăng năng suất sấy 30

5.1 Xác định độ ẩm của vật liệu sấy 30

5.2 Kiểm tra trạng thái của vật liệu và buồng sấy 30

5.3 Kiểm tra thông số của môi chất sấy 31

5.4 Kiểm tra tốc độ sấy 31

5.5 Sử dụng thiết bị khử bụi 32

5.6 Tự động hóa quá trình sấy 33

MỘT SỐ HÌNH ẢNH CỦA HỆ THỐNG SẤY TẦNG SÔI 34

MỘT SỐ VIDEO CỦA HỆ THỐNG SẤY TẦNG SÔI 44

MỞ ĐẦU

Công nghiệp thực phẩm đang phát triển rất mạnh mẽ theo đó là quátrình bảo quản lương thực và thực phẩm Một trong những phương pháp bảoquản đó là sấy Có rất nhiều phương pháp sấy và mỗi một phương pháp đều

có những đặc điểm nổi bật phù hợp với nguyên liệu Và phương pháp sấytầng sôi đã và đang được áp dụng rộng rãi trong những năm gần đây Sấytầng sôi là một trong những phương pháp sấy tiên tiến nhất Quá tình sấytrong lớp sôi bề mặt tiếp xúc pha rất lớn, vật liệu được khuấy trộn rất mãnhliệt nên cường đọ sấy rất cao, sấy đồng đều

So với quá trình sấy khác thì sấy tầng sôi có rất nhiều ưu điểm, cụ thểlà:

- Cường độ sấy lớn, năng suất cao

- Cấu tạo đơn giản, sấy đồng đều

- Có thể cơ khí hóa và tự động hóa hoàn toàn

- Do tính linh động của lớp sôi nên dễ dàng nạp nguyên liệu vàtháo sản phẩm, dễ thực hiện quá trình liên tục, dễ điều chỉnh các thông số nhưlưu lượng và áp suất

- Trở lực tương đối nhỏ và ổn định, không phụ thuộc vào tốc độpha khí trong giới hạn tồn tại trạng thái lỏng giả

Do tất cả những ưu điểm trên mà kỹ thuật sấy tầng sôi được sử dụngngày càng nhiều trong công nghiệp như một phương pháp tăng cường độ quátrình Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một số nhược điểm:

- Khó khống chế chế độ làm việc ổn định

- Do vật liệu đảo trộn mạnh nên dễ bị vỡ vụn, tạo bụi, bào mònthiết bị và tốn năng lượng cho các thiết bị thu hồi

- Thời gian lưu của các hạt trong lớp sôi không đều

Do đó việc tìm hiểu về hệ thống sấy tầng sôi là cần thiết và là một yêucầu thực tế

- Nước liên kết tạo ra trên vật ẩm hơi nước có áp suất nhỏ hơn áp bãohòa với nhiệt độ hiện tại của vật ẩm.

Do khả năng phản ứng hóa học và hòa tan mạnh các chất nên trongkhối vật liệu ẩm không có nước nguyên chất mà ở dưới dạng dung dịch.Muốn tách nước ra khỏi vật liệu ẩm thì cần có năng lượng bằng hay lớn hơnnăng lượng liên kết nước với vật liệu ẩm Do đó ta cần biết được các dạngliên kết của vật liệu ẩm

1.1 Liên kết hóa học

Liên kết hóa học của vật chất với nước rất bền vững, trong đó các phân

tử nước đã trở thành một bộ phận trong thành phần hóa học của phân tử vật

ẩm Loại này chỉ có thể được tách ra khi có phản ứng hóa học vì chúng cónăng lượng rất cao Đôi khi phải nung vật liệu đến nhiệt độ cao Sau khi tách

ẩm thì tính chất hóa lý của vật thay đổi Xét sự tách nước của một tinh thểngậm nước:

Quá trình này gọi là quá trình nung vì cần nhiệt độ rất cao

1.2 Liên kết hóa lý

Trong liên kết hóa lý người ta chia làm hai loại liên kết: Liên kết hấpphụ và liên kết thẩm thấu

CuSO4.5H2O CuSO4 + 5H2O

*Liên kết hấp phụ: Liên kết hấp phụ của nước gắn liền với các hiên

tượng xảy ra trên bề mặt giới hạn pha Nhất là trong các vật keo có cấu tạodạng hạt có bán kính tương đương nhỏ khoảng từ 0,001 ÷ 0,1 μm Cấu tạocủa dạng vật liệu ẩm này có bề mặt riêng khá lớn nên năng lượng tự do mạnh.Khi tiếp xúc với ẩm có xu hướng hút nước vào bề mặt tự do của hạt tạo raliên kết hấp phụ giữa nước và bề mặt

F = U – T.STrong đó:

F - năng lượng tự do của phân tử

U - nội năng

S - entropi

T - nhiệt độ tuyệt đối

Năng lượng tự do trên một đơn vị bề mặt giới hạn thì chính bằng sứccăng bề mặt hạt σ

*Liên kết thẩm thấu: Liên kết thẩm thấu là liên kết mang tính cơ học

của nước với vật liệu có tính keo – xốp mao dẫn Những vật liệu này có cấutrúc khung, nước thấm vào và nằm trong không gian các khung Nước trongvật thể này không phải là nước nguyên chất mà dưới dạng dung dịch Việcnước thấm từ ngoài vào trong vật hay ngược lại từ trong vật thể ra ngoàigiống như nước thấm qua màng ngăn cách từ dung dịch có nồng độ thấp sangdung dịch có nồng độ cao

Khi nước ở lớp bề mặt bay hơi thì nồng độ dung dịch ở đó tăng lên vànước ở sâu bên trong sẽ thấm ra ngoài Ngược lại, khi ta đặt vật thể vào trongnước thì nước sẽ thấm vào bên trong

cấu trúc vật Sau khi tách nước vật bị biến dạng nhiều, có thể thay đổi tínhchất và thậm chí thay đổi cả trạng thái pha

- Nhiều vật ẩm có cấu trúc mao quản như gỗ, vải trong các vật thểnày có vô số các mao quản Các vật thể này khi để trong nước, nước sẽ theomao quản thâm nhập vào vật thể Khi vật thể này để trong không khí ẩm thìhơi nước sẽ ngưng tụ trên bề mặt mao quản và theo các mao quản thâm nhậpvào vật thể Muốn tách các hạt ẩm loại này thì ta cần làm cho ẩm bay hơihoặc đẩy ẩm ra bằng áp suất lớn hơn áp suất mao dẫn

- Liên kết có thể do dính ướt lên bề mặt vật thể Liên kết dạng này dễtách bằng cách bay hơi đồng thời có thể tách băng cách lau chùi, thấm thổi, lytâm

2 Phân loại vật liệu sấy

Có nhiều cách phân loại vật liệu sấy Cách phân loại được sử dụngnhiều trong kỹ thuật là cách phân loại dựa vào tính chất vật lý của vật thể.Theo cách này thì các vật liệu ẩm được chia làm 3 nhóm: vật xốp mao dẫn,vật keo và vật keo xốp mao dẫn

2.1 Vật xốp mao dẫn

Những vật mà trong đó ẩm liên kết với vật liệu chủ yếu bằng mối liênkết mao dẫn được gọi là vật xốp mao dẫn Chúng có khả năng mọi chất lỏngdính ướt không phụ thuộc vào thành phần ẩm hoá học của chất lỏng Các vậtliệu xây dựng, than củi cát thạch anh là những thí dụ về vật liệu xốp maodẫn Những vật này lực mao dẫn lớn hơn rất nhiều so với trọng lượng ẩmchứa trong vật và quyết định hoàn toàn sự lan truyền ẩm trong vật Trongtrường hợp trọng lượng ẩm cân bằng với lực mao dẫn hay mao quản trươnglên, khi sấy khô thì co lại Phần lớn các vật xốp mao dẫn khi sấy khô thì dònnhư bánh mỳ, rau xanh v.v

2.2 Vật keo

Vật keo là những vật có tính dẻo do cấu trúc hạt Trong vật keo ẩm liênkết ở dạng hấp phụ và thẩm thấu Ví dụ keo động vật, vật liệu cenlulose, tinhbột, đất sét Các vật keo có điểm chung là khi sấy bị co ngót khá nhiều và vẫngiữ được tính dẻo.

Để đơn giản công việc nghiên cứu và tính toán, trong kỹ thuật sấyngười ta khảo sát các vật keo như các vật giả xốp mao dẫn Khi đó các vật keođược xem như vật xốp mao dẫn có cấu trúc mao quản nhỏ

2.3 Vật keo xốp mao dẫn

Những vật thể mà trong đó tồn tại ẩm liên kết có trong cả keo là vậtxốp mao dẫn thì được gọi là vật keo xốp mao dẫn Các loại vật này như gỗ,than, bùn các loại hạt và một số thực phẩm Về cấu trúc, các vật này thuộcloại xốp mao dẫn nhưng về bản chất lại là các vật keo có nghĩa là thành maodẫn của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao quản trương lên, khi sấy khôthì co lại Phần lớn, các vật xốp mao dẫn khi sấy kho thì co lại, trở nên dònnhư bánh mỳ, rau xanh,

3 Cơ chế tách ẩm trong hạt

Trong quá trình sấy hạt, ẩm được chuyển từ trung tâm ra bề mặt ngoàicủa hạt, từ bề mặt hạt, ẩm dược bốc hơi vào môi trường sấy Quá trình trênchỉ thực hiện được trong điều kiện áp suất hơi riêng phần của hạt lớn hơn ápsuất riêng phần của môi trường Khi đó, bề mặt của hạt sẽ khô đi và sẽ xuấthiện gradient ẩm giữ lõi và bề mặt của hạt và gây nên sự dịch chuyển ẩm từphần trung tâm của hạt ra bề mặt hạt Quá trình sấy có thể tăng cường bằngcách:

- Tăng áp suất hơi riêng phần của hạt

- Giảm áp suất hơi riêng phần của môi trường

- Đồng thời cả hai biện pháp trên

Nhưng đối với mỗi loại hạt tại một hàm ẩm nhất định nào đó ta chỉ cóthể tăng nhiệt độ tới một nhiệt độ cho phép nhất định, gọi là nhiệt độ đốt nóngcho phép của hạt Nếu vượt qúa giới hạn đó sẽ gây ảnh hương xấu tới chất

lượng làm giống hoặc làm lương thực của hạt, như làm giảm độ nẩy mầm,tăng tỷ lệ bị rạn gẫy do nước bốc hơi trên bề mặt là quá mạnh.

Giảm áp suất của môi trường bằng cách tăng cường đối lưu, tăng tốc độcủa tác nhân sấy nhưng ta cũng chỉ tăng tốc độ của tác nhân sấy tới một trị sốnhất định, nếu vượt trị số đó lượng không khí nóng hoặc khói lò đó sẽ khôngtận dụng hết để làm khô hạt, hiệu suất sấy sẽ thấp

Không khí nóng hoặc hỗn hợp không khí với khói lò làm nhiệm vụchuyển nhiệt để đốt nóng và bốc hơi ẩm của hạt, đồng thời làm nhiệm vụchuyển hơi ẩm ra bên ngoài và chúng được gọi là tác nhân sấy

4 Các giai đoạn xảy ra trong qúa trình sấy hạt

Quá trình sấy hạt xảy ra theo 3 giai đoạn:

* Giai đoạn nâng nhiệt độ vật liệu (Giai đoạn I): Nâng nhiệt của vật liệukhi tác nhân sấy bắt đầu tiếp xúc với vật liệu Giai đoạn này rất ngắn có thểxem như không tồn tại Nó chỉ tương ứng với việc nâng nhiệt độ của vật liệuđạt được nhiệt độ sấy (khi đó năng lượng chỉ dùng để bay hơi nước)

Nhiệt độ đó không thể đạt ngay lập tức vì rằng lúc đầu nhiệt độ còn kháthấp so với nhiệt độ của tác nhân sấy và bản thân nó lại thường có độ dẫnnhiệt kém, khi tốc độ sấy tăng nhanh

* Giai đoạn tốc độ sấy không đổi hay giai đoạn đẳng tốc (Giai đoạn II):Giai đoạn đẳng tốc tương ứng với việc bay hơi ẩm tự do trên bề mặt vật liệu.Trong giai đoạn này, tốc độ di chuyển ẩm từ trong bề mặt vật liệu lớn hơn tốc

độ bay hơi ẩm từ bề mặt vào môi trường (không khí nóng) Nhiệt độ bề mặtvật liệu sấy không đổi và đúng bằng nhiệt độ bầu ướt không khí sấy Tronggiai đoạn này, tốc độ sấy không đổi khi các thông số của tác nhân sấy khôngđổi

* Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần hay giai đoạn giảm tốc (Giai đoạn III):Khi trên bề mặt vật liệu không còn ẩm tự do nữa thì áp suất hơi riêng phần ở

đó giảm xuống rõ rệt và do vậy tốc độ sấy các lớp trong bề mặt vật liệu nhỏhơn tốc độ bay hơi từ bề mặt vào môi trường

Đôi khi người ta còn chia giai đoạn này thành 2 giai đoạn khác nhau:Giai đoạn đầu (trên bề mặt không còn ẩm tự do song ở lớp sâu phía trong thìvẫn còn) và giai đoạn cuối (không còn ẩm tự do trong toàn bộ vật liệu).

Khi nước tự do đã hoàn toàn biến mất thì trong vật liệu chỉ còn ẩm liênkết Việc tách ẩm liên kết càng về sau càng khó khăn do ở những lớp sau,năng lượng liên kết của ẩm trong vật liệu càng mạnh hơn Mặt khác các chấthoà tan trong vật liệu (ví dụ: đường muối ) do nước vận chuyển đến bề mặtvật liệu đã bịt kín các lỗ mao quản làm cản trở quá trình khuếch tán ẩm củavật liệu

Trong giai đoạn này nhiệt độ của vật liệu sấy dần dần tăng lên và cuốicùng bằng nhiệt độ tác nhân sấy Sở dĩ là do tốc độ bay hơi giảm xuống đãkéo theo hiệu ứng làm lạnh (do bay hơi) cũng giảm xuống Nếu ta tiếp tục sấycho đến khi không còn khả năng thoát ẩm trong vật liệu, có nghĩa là vật liệuđạt được độ ẩm cân bằng thì nhiệt độ của vật liệu sẽ bằng nhiệt độ của môitrường xung quanh (nhiệt độ của các tác nhân sấy) và do đó có thể vượt quánhiệt độ cho phép của vật liệu

Thực tế trong giai đoạn này người ta thường duy trì nhiệt độ tác nhânsấy thấp hơn (vài độ) so với nhiệt độ cho phép của vật liệu để đảm bảo chấtlượng sản phẩm

II THỦY ĐỘNG LỰC HỌC CỦA QUÁ TRÌNH SẤY TẦNG SÔI

1 Cơ chế tạo lớp lỏng giả (tầng sôi)

Ta hãy khảo sát hiện tượng sau đây: Đổ một lớp vật liệu dạng hạt lênlưới nằm ngang bên trong ống đặt thẳng đứng, tiết diện ngang của ống (có thể

là hình tròn, vuông, chữ nhật), hạt không lọt lưới Thổi không khí đi qua lớphạt chiều từ dưới lên, trạng thái của các hạt và cả lớp hạt phụ thuộc rất lớnvào vận tốc của dòng khí đi xuyên qua lớp hạt

Ta thấy khi vận tốc dòng khí nhỏ thì lực do nó sinh ra bé hơn trọnglượng hạt nên các hạt đứng yên Tăng tốc độ dòng khí dần lên đến giá trị xấp

xỉ vận tốc tăng của hạt thì sẽ xảy ra hiện tượng các hạt động đậy làm thể tíchkhối hạt lớn lên Lúc này xem như lực đẩy của dòng khí cân bằng trọng lượnghạt Tăng tiếp vận tốc dòng khí, ta thấy hiện tượng hạt và khí chuyển độnggiống hệt quá trình sôi (các bóng khí xuyên qua lớp hạt rồi nổ bùng ở bề mặtlớp hạt, tạo ra chuyển động mãnh liệt và hỗn độn của hạt Trường hợp tiết

diện ngang ống dẫn nhỏ, lớp hạt dày thì có thể xảy ra hiện tượng các bóng khínhập lại với nhau bên dưới các lớp hạt tạo ra sự phân lớp.

Nếu ta thay ống tiết diện đều bằng ống có tiết diện thay đổi như hìnhnón thì sẽ xảy ra hiện tượng phụt cộng với sôi, tuần hoàn nên ta gọi là sôi tuầnhoàn

Áp dụng hiện tượng trên để sấy ta gọi là sấy tầng sôi và sấy tầng sôituần hoàn Các quá trình này có trao đổi nhiệt và truyền ẩm giữa tác nhân sấy

và vật sấy với cường độ cao, thời gian sấy giảm xuống, năng suất tăng lên

Động lực học và sức cản trong tầng sôi và tầng sôi tuần hoàn:

Khi dòng khí đi qua lớp hạt thì nó chịu sức cản khí động do lớp hạt gâynên Trở lực khí động phụ thuộc vào tốc độ dòng khí

Quá trình sôi tuần hoàn

Khi tốc độ dòng khí W K W K' thì lớp hạt đứng yên Tốc độ tăng từ 0đến '

Ngược lại khi giảm tốc độ dòng khí từ giá trị W K.thxuống 0 thì p

giảm dần mà không có bước nhảy như khi tăng Điều đó được giải thích nhưsau: Để đưa các hạt từ trạng thái tĩnh sang động cần nhiều năng lượng hơn (đểkhắc phục lực liên kết giữa các hạt) giữ cho chúng ổn định chuyển động

Tăng tốc dòng khí W K W K' dẫn tới chiều cao lớp hạt H tăng lên làmcho độ xốp  cũng lớn lên ( = 0,55 – 0,75), trong khi đó pgần như khôngđổi Khoảng tốc độ dòng khí W K' W K W K.l

là vùngổn định gọilà tốc độlắng của hạt Khi tốc đọ dòng khí là W K W K.l thì hạt bị cuốn theo dòngkhí H=∞; độ xốp đạt giá trị lớn nhất, chế độ tầng sôi bị phá vỡ và chuyểnthành chế độ vận chuyển hạt

Trong tính toán thiết kế máy sấy tầng sôi thì các đại lượng: trở lực lớphạt tĩnh p, trở lực lớn nhất pmax, vận tốc tới hạn (lúc bắt đầu sôi) W K.th,vận tốc lắng W K.l Vận tốc đầu W K B vàcuối W K E là rất quan trọng

Khí thổi vào ở đáy ghi với tốc độ vk Khi tốc độ khí tăng lên đến trị sốnhất định thì chiều cao H của lớp vật liệu bắt đầu tăng lên Tăng tốc khí thổivào thì tốc độ khí trong lớp cũng tăng lên, trở lực của lớp cũng tăng Khi tốc

độ khí đạt tới trị số vkp = vcbmin (tốc độ cân bằng đối với hạt nhỏ) thì trở lực đạtcực đại

Sau đó nếu tăng tốc độ khí thổi lên vkp > vcbmin thì trở lực trong lớp vậtliệu giảm đi vì lúc này trong lớp bắt đầu suất hiện các kênh cho phép khí lọtqua dễ dàng Do trở lực của lớp giảm nên tốc độ của khí trong lớp tăng lên.Khi tốc độ khí thổi đạt đến trị số v’ thì trở lực giảm đến cực tiểu, đồng thời

tốc độ khí trong lớp đạt cực đại Nếu tiếp tục tăng tốc độ khí thổi vào vk > v’ts

thì trở lực của lớp lại tăng lên vì lúc này các hạt lớn bắt đầu được nâng lên,tốc độ khí trong lớp giảm xuống Khi tốc độ khí thổ đạt trị số vk > v” thì trởlực và tốc đọ khí trong lớp giữ không đổi Đương nhiên trong giai đoạn nàynếu tăng tốc độ khí thổi đến trị số nhất định vk  vcbmax (tốc độ cân bằng ứngvới các hạt lớn nhất) thì tốc độ khí trong lớp hạt lại tăng lên, trở lực các lớpgiảm đi Lúc này đa số hạt bay theo khí thoát ra ngoài

Như vậy ta thấy trạng thái của lớp trải qua 2 chế độ:

- Chế độ lớp chặt ứng với tốc độ khí thổi vk < vcbmin;

- Chế độ lớp sôi ứng với tốc độ khí thổi vk > vcbmin;

Ở chế độ lớp sôi có thể chia ra hai giai đoạn:

- Giai đoạn 1: vk < v” là giai đoạn sôi của các hạt nhỏ và trung bình

- Giai đoạn 2: vk > v”s là giai đoạn sôi xoáy, giai đoạn này toàn bộ hạt ởtrạng thái sôi Tốc độ khí trong lớp gần như giữ không đổi

Nếu tốc độ khí thổi tăng lên đến một trị số nhất định thì tốc độ khítrong lớp lại tăng lên, trở lực giảm đi và khi vk  vcbmax thì đa số hạt bay theokhí

Thiết bị sấy tầng sôi làm việc trong giai đoạn bắt đầu sôi xoáy, lúc nàycác hạt nhỏ bay theo khí thoát không đáng kể thì:

v” = 0,15  0,2 vcbmax

Tốc độ khí thổi trong thiết bị sấy tầng sôi cần chọn là vk > v”s và cầnđược xác định thích hợp

2 Trao đổi nhiệt và truyền ẩm trong tầng sôi

Quá trình trao đổi nhiệt và truyền ẩm giữa các vật sấy (các hạt) và tácnhân sấy trong tầng sôi xảy ra rất mạnh Đó là kết quả tiếp xúc bề mặt lớngiữa các hạt rời chuyển động hỗn loạn trong dòng tác nhân sấy chảy rối Cónhiều giả thuyết dưa ra các phương trình chuẩn số Nusselt từ đó để hệ số tỏanhiệt  giữa tác nhân sấy và các hạt:

đ t

d

Nu



  (kcal/m2.h.độ)

d . - đường kính tương đương của hạt, m

Chuẩn số Nusselt được tính như sau:

34 , 0

.

65 , 0 74 ,

0151 , 0

d

H F

Nu

Với F e  30  100

34 , 0

.

65 , 0 6 ,

0283 ,

d

H F

Nu

Với F e  100  200

Trong đó:

H - chiều cao lớp hạt khi sôi, m

Đối với hạt ngũ cốc ta có thể chọn H = (0,18 ÷ 0,25) m, sau đó tínhkiểm tra:

3

2

3

) (

4

K K

K l đ

t e

v

g d

 - tra theo nhiệt độ trung bình

3 Các hệ thống và thiết bị sấy tầng sôi

Dựa trên nguyên lý sấy tầng sôi, mà người ta thiết kế hệ thống sấy chophù hợp với từng loại vật sấy, có năng suất cao, chất lượng tốt và không gây ônhiễm môi trường, giá thành hạ

Máy sấy tầng sôi được áp dụng rộng rãi để sấy các vật sấy dạng hạt,dạng bột nhão, dung dịch Đối với các vật sấy bột nhão, dung dịch thì phải

dùng các vật mang dạng hạt trơ với vật sấy, không thấm nước, chịu va đập vàchịu nhiệt Vật sấy bám dính trên bề mặt ngoài của các hạt mang (hạt chủ).Quá trình sấy tầng sôi diễn ra đối với các hạt có dính vật sấy dạng nhão Sảnphẩm sấy thu được ở dạng bột, được thu hồi nhờ các xyclon và lọc túi Cácvật mang lại được trộn với bột nhão để sấy tiếp

Các hệ thống máy sấy tầng sôi có cấu tạo đơn giản, làm việc liên tụchoặc gián đoạn, cường độ sấy cao hơn hẳn so với sấy tháp và sấy thùng quay

Hệ số tỏa nhiệt theo dung tích là v  5800  12000 (W/m3.độ), hệ số bay hơi

ẩm trên diện tích lưới (ghi) là A F  60  3000 (kg/m2.h), thời gian sấy ngắn, sảnphẩm khô đều, chất lượng tốt

Nhược điểm của máy sấy tầng sôi là phải tạo ra tốc độ tác nhân sấy đủlớn để duy trì qúa trình sôi làm tăng chi phí năng lượng cho quạt Tác nhânsấy phải được cấp đều trên toàn diện tích lưới (ghi), nếu không thì chế độ sôi

bị phá vỡ Cần phải có cơ cấu đảo để tránh hiện tượng các hạt liên kết và bịtbớt lỗ lưới cũng phá vỡ chế độ sôi

Phân loại máy sấy tầng sôi dựa trên các đặc điểm như: làm việc liên tụchay theo chu kỳ, hình dạng tiết diện ngang của buồng sấy là hình tròn hay tứdiện, các hạt vừa sôi vừa chuyển dịch theo một hướng quy định hay không,buồng sấy có một hay nhiều tầng sôi

Nguyên liệu ẩm được nạp vào buồng sấy nhờ vít tải, quạt làm việc theochế độ sấy Sản phẩm chủ yếu lấy ra ở cửa của buồng sấy, sản phẩm có kíchthước nhỏ bị cuốn theo tác nhân sấy được thu hồi bằng xyclon và lọc túi Cáccửa lấy sản phẩm đều phải có bộ phận đóng gió (lấy sản phẩm nhưng tác nhânsấy không lọt ra ngoài)

Năng suất của vít tải nạp liệu đúng bằng năng suất của hệ thống tínhtheo vật sấy ẩm Hệ thống này (Hình 1) có cấu tạo đơn giản dễ vận hành, nó

có thể làm việc liên tục hoặc theo chu kỳ (từng mẻ) Trong trường hợp sấycác loại hạt khó vỡ thì chỉ có cửa 12 là lấy sản phẩm, còn cửa 10 và 11 là bụi.Thông thường thì buồng sấy 6 là hình trụ Nếu là hình khối hộp thì tiết diệnngang nên là hình vuông, tiết diện hình chữ nhật thì cạnh dài không nên lấy

lớn gấp đôi cạnh ngắn, vì như vậy để tạo ra vùng không sôi Để hạn chế cácmảnh sản phẩm ít bay theo tác nhân thì buồng sấy hơi loe dần về phía trên.Góc loe giữa hai thành buồng sấy bằng 14- 160C (không nên lấy đến 200C).

Quạt gió (1) đưa không khí vào buồng hỗn hợp (2) ở đây không khí kếthợp với khói để được môi chất sấy có thông số nhất định theo yêu cầu của chế

độ sấy Môi chất sấy được đưa vào buồng sấy, khí nóng thổi vào từ dưới ghi(3) lên phía trên với tốc độ thích hợp Vật liệu sấy từ phễu (5) rơi xuống vít tải(4) đi vào buồng sấy tầng sôi (6) Sau đó rơi xuống mặt ghi (3), khí nóng thổilên với tốc độ thích hợp làm cho vật liệu lơ lửng và xáo trộn cùng với khí

nóng tạo thành lớp sôi Trong lớp sôi khí nóng gia nhiệt và sấy khô vật liệu.Sản phẩm khô được lấy ra từ cửa (12) Các hạt vật liệu nhỏ bay theo khí vào

xyclon (7) và bụi được tách ra ở cửa (11) Các hạt vật liệu nhỏ hơn bay vàolọc túi (9) ở đây khí thải sạch ra ngoài theo cửa (8) còn bụi sẽ ra ngoài theocửa (10)

Ở thiết bị làm việc liên tục, ghi xích chuyển động, vật liệu ẩm được đưavào ở một đầu và lấy ra ở đầu kia là vật liệu khô Thiết bị sấy tầng sôi làmviệc theo chu kỳ thì vật liệu ẩm được đặt trên ghi cố định để trong xe đẩy để

đưa vào buồng sấy Sau khi sấy khô sẽ lấy xe vật liệu ra Để tạo ra lớp sôi, tốc

Lưới (ghi) 9 Lọc túi

Vít tải nạp liệu 10, 11, 12 Sản phẩm khô

Nguyên liệu ẩm (các hạt ẩm) 13 Không khí

Hình 2 thể hiện kết cấu buồng sấy dùng cho quá trình sấy tầng sôi cáchạt không đồng nhất, dễ dính bết tạo ra các khối hạt làm phá vỡ chế độ sôi.Cách đảo 3 liên tục quay để chống sự vón cục của các hạt.

Hình 2: Buồng sấy một tầng có cánh đảo hạt

Tác nhân sấy do quạt thổi tới

Lưới (ghi)

Cánh đảo

Khí thải đi đến các xyclon và lọc túi

Nguyên liệu ẩm

Cơ cấu nạp liệu đóng gió

Cơ cấu tháo sản phẩm và đóng gió

Trục cánh đảo

Để tránh hiện tượng khô không đồng đều giữa các vùng trên lưới cókích thước rộng (buồng sấy lớn) thì ta tạo ra dòng sôi chảy từ cửa nạp liệu đếncửa tháo sản phẩm Có rất nhiều cách để tạo ra dòng sôi chảy theo một hướngtrong buồng sấy Hình 3 thể hiện cấu tạo của máy sấy tầng sôi chảy theo dòng

từ cửa vào đến cửa ra Các hạt ẩm được rót vào sát thành buồng sấy chảy nhẹxuống lưới Tác nhân sấy là khói lò tạo ra nhờ buồng đốt nhiên liệu dạng lỏng(như dầu FO) được quạt 6 hút Tác nhân theo ống dẫn 10 chui qua lưới và lớphạt, tạo ta quá trình sôi chảy của các hạt

Sở dĩ các hạt vừa sôi và vừa chảy theo hướng từ cửa vào đến cửa ra lànhờ đặt lưới (ghi) nghiêng xuống một góc từ 10 - 40 về phía cửa ra, đồng thờithu hẹp dần lưới

19

Hình 3: Máy sấy tầng sôi chảy

Thiết bị đốt 6 Quạt

Buồng đốt dầu 7 Xyclon

Cửa nạp vật sấy dạng hạt ẩm 8 Cơ cấu tháo sản phẩm hoặc bụi Buồng sấy 9 Băng tải sản phẩm

Khí thải 10 Kênh dẫn tác nhân

Ngoài ra có thể tạo ra quá trình sôi và chảy của lớp hạt bằng lướikhuyết và cách quay như hình 4 Các hạt liên tục sôi trên lưới giữa các cánh,đồng thời bị các cánh quay gạt đến vùng lưới khuyết rồi rơi xuống cửa tháo rangoài Tốc độ quay của cánh sao cho thời gian lưu của hạt trên lưới đúngbằng thời gian sấy.

Hình 4: Buồng sấy tầng sôi có vách ngăn

Cửa ra của khí thải

Cửa vào của tác nhân sấy

Lưới (ghi) khuyết

Nếu trong buồng sấy có nhiều tầng sôi thì ta gọi là buồng sấy nhiềutầng sôi Quá trình sôi ở các tầng là như nhau, nhưng nhiệt đội và độ ẩm củatác nhân sấy cho mỗi tầng thường là khác nhau Nhờ các ống chảy truyền, độdốc của ghi mà vật sấy dạng hạt từ cửa nạp lần lượt chảy qua các tầng sôi, khi

đã đạt độ khô thì chảy ra ngoài Buồng sấy nhiều tầng sôi cho phép điều chỉnhchế độ sấy (điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm của tác nhân) cho phù hợp với độ ẩmcủa vật sấy Nó rất phù hợp cho quá trình sấy các vật sấy có lượng ẩm kiênkết cao, sản phẩm khô đồng đều Buồng sấy nhiều tầng sôi có kết cấu phứctạp hơn

Hình 5 thể hiện cấu tạo của buồng sấy nhiều tầng sôi nằm ngang Nógồm có 4 tầng sôi đặt theo phương nằm ngang