BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DƯỢC PHẨM: SẤY TẦNG SÔI

Thổi không khí qua lớp hạt từ d-ới lên trên, trạng thái của các hạt và cả lớp hạt phụ thuộc vào vận tốc dòng khí đi xuyên qua lớp hạt và có thể có các trạng thái sau: Khi tốc độ khí nhỏ,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

☼☼☼☼☼☼☼

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ

SẢN XUẤT DƯỢC PHẨM BÀI: SẤY TẦNG SÔI

GVHD: Nguyễn Sỹ Xuân Ân Sinh viên: Võ Như Sinh MSSV: 61002738

TPHCM, 5/2014

I T

1.1

S y l qu tr nh t h m r kh i v t li u tu th o t nh h t v m v t li u tu

th o yêu u v m l m kh v t li u m h n t th s n h t h m

kh nh u như: phư n ph p h phư n ph p ho l phư n ph p nhi t ron

qu tr nh s y t n s i t s n phư n ph p nhi t - n nhi t n n l m y h i

m l nh h n h p kh n kh m hư o ho h i nư tron i u ki n x onst th nhi t kh i kh i m n m tư n i kh n kh t n n n tr n th i

o ho h i nư 2 = 100%) N u ti p t i m nhi t kh th tron h n h p

kh t u xu t hi n nh n i t sư n m o h i nư tron h n h p kh n ưn t

l i th h m m h n h p kh t u i m Nhi t h n h p kh tư n n v i

tr n th i o ho h i nư i l nhi t i m sư n k hi u l t s

N

Nhi t u ư t l m t th n s trưn ho kh n n p nhi t kh n kh

l m y h i nư ho n khi kh n kh o ho h i nư

h i lư n riên h n h p kh n kh m n t n kh i lư n riên kh n kh

kh v kh i lư n riên h i nư n nhi t

Đ – d

x nh tr n th i kh n kh m n ư i t s n th - th L.K.Ramdin)

3

; m /kg bh kkk

RT V

h n r t nhi u so v i tr n lư n m h tron v t v quy t nh ho n to n s l n

truy n m tron v t ron trư n h p tr n lư n m n n v i l m o n h y

m o qu n trư n lên khi s y kh th o l i h n l n v t x p m o n khi s y kh

n i n n vi n hiên u v t nh to n tron kỹ thu t s y n ư i t kh o s t

Nư tron v t li u m th hi l m nh m: nư t o v nư liên k t

- Nư t o n m m t v t li u p su t riên n p su t h i nư o ho n

v i nhi t hi n t i v t li u m Nư t o n m tron v t li u m l lư n nư

t o r trên m t v t m h i nư p su t riên t i tr o ho nhi t

hi n t i v t m

- Nư liên k t t o r trên v t m h i nư p su t nh h n p p su t o ho v i nhi t hi n t i v t m

o kh n n ph n n ho h v ho t n m nh h t nên tron kh i v t li u m

kh n nư n uyên h t m ư i n un h u n t h nư r kh i v t

li u m th n n n lư n n h y l n h n n n lư n liên k t nư v i v t li u

nun v t li u n nhi t o S u khi t h m th t nh h t ho l v t th y i

t s t h nư m t tinh th n m nư :

v n m tron kh n i n khun Nư tron v t th n y kh n ph i l nư

n uyên h t m ư i n un h Vi nư th m t n o i v o tron v t h y

n ư l i t tron v t th r n o i i n như nư th m qu m n n n h t un

n liên k t n y v i v t th o m nư trên m t v nư tron m o qu n

- Nư s n tron qu tr nh h nh th nh v t m v nư tron t o th v t

n v t t h trư n h p liên k t n y n l m ho nư y h i n n p v t

h y ph v u tr v t S u khi t h nư v t i n n nhi u th th y i t nh

h t v th m h th y i tr n th i ph

- Nhi u v t m u tr m o qu n như v i tron v t th n y v s

m o qu n v t th n y khi tron nư nư s th o m o qu n th m nh p v o

v t th hi v t th n y tron kh n kh m th h i nư s n ưn t trên m t

ron qu tr nh s y h t m ư huy n t trun t m r m t n o i h t t

m t h t m ư h i v o m i trư n s y u tr nh trên h th hi n ư tron

i u ki n p su t h i riên ph n h t l n h n p su t riên ph n m i trư n

vư t qu i i h n s y nh hư n x u t i h t lư n l m i n ho l m lư n

th h t như l m i m n y m m t n t l r n y o nư h i trên

h n kh n n ho h n h p kh n kh v i kh i l l m nhi m v huy n nhi t

t n n v h i m h t n th i l m nhi m v huy n h i m r ên n o i

v h n ư i l t nh n s y

1.5

1.5

Cho một lớp vật liệu dạng hạt lên l-ới nằm ngang nằm bên trong ống đặt thẳng đứng ,tiết diện ngang của ống có thể là hình trụ, hình vuông, hình chữ nhật Hạt không lọt l-ới Thổi không khí qua lớp hạt từ d-ới lên trên, trạng thái của các hạt và cả lớp hạt phụ thuộc vào vận tốc dòng khí đi xuyên qua lớp hạt và có thể có các trạng thái sau:

Khi tốc độ khí nhỏ, thì lớp hạt ở trang thái bất động (hình 5a), các đặc tr-ng của nó nh- bề mặt riêng, độ xốp không thay đổi khi thay đổi vận tốc dòng khí Lúc này dòng khí đi qua lớp hạt tuân theo quá trình lọc, chiều cao lớp hạt không thay đổi (đoạn AB trên hình 6a) và trở lực của lớp hạt tĩnh tăng lên cùng với sự tăng vận tốc dòng khí tuân theo quy luật hàm số mũ :

Δ P = ( vn)

Nếu lớp hạt gồm các hạt nhỏ, cùng kích th-ớc, không bị dính kết vào nhau thì trở lực tăng theo đ-ờng OA( hình 5b) Nếu h t có kích th-ớc lớn, giữa các hạt có sự kết dính thì để thắng lực kết dính này cần phải tiêu tốn thêm năng l-ợng, thì trở lực sẽ tăng theo đường cong OA’ v¯ có cực đại như đường 2 hoặc 3

Tăng vận tốc khí đến một giá trị tới hạn nào đó thì lớp hạt bắt đầu trở nên linh

động, chiều cao lớp hạt bắt đầu tăng lên, các hạt dần dần chuyển động và đ-ợc khuấy trộn với nhau, trở lực đạt đến một giá trị nhất định và giữ nguyên không đổi (đoạn BE trên hình 5a, đoạn AB trên hình 6b ).Đó là trạng thái tầng sôi, các hạt rắn lơ lửng trong pha khí và chuyển động hỗn loạn, độ xốp của hạt tăng lên theo sự tăng của vận tốc khí Trạng thái này duy trì trong giới hạn từ vận tốc bắt đầu sôi (còn gọi là vận tốc sôi tối thiểu) vs tới vận tốc phụt (còn gọi là vận tốc kéo theo) vf

Tiếp tục tăng vận tốc dòng khí cho đến khi v-ợt quá giá trị vf thì trạng thái sôi chấm dứt, các hạt rắn bị dòng khí cuốn theo ra khỏi thiết bị Lúc này xảy ra quá trình vận chuyển hạt rắn bị dòng khí thổi, vf còn gọi là vận tốc treo tự do vì tại đây độ xốp của lớp hạt rất lớn Thực tế là các hạt bị treo lơ lửng trong không khí, t nh kh n trọng l-ợng của hạt (có tính đến lực đẩy Acsimet) và sức cản của dòng khí chỉ cần tăng vận tốc khí v-ợt quá vf một chút là các hạt rắn bị kéo theo ( hình I.1c, đoạn BC hình 6b )

Nếu tác nhân gây lỏng giả là chất khí thì th-ờng xảy ra hiện t-ợng sôi không

đều, một phần khí trong lớp sôi d-ới dạng bọt khí, túi khí ( chứ không phải là dạng pha liên tục ), các túi khí này khi lên bề mặt lớp sôi thì vỡ ra, làm cho chiều cao lớp sôi dao

động ( đ-ờng CE và CF trên hình 5a) Khi số tầng sôi ch-a lớn thì hiện t-ợng này không gây ảnh h-ởng xấu đến quá trình mà chỉ làm tăng mức độ khuấy trộn cuả lớp

mà thôi.Tuy nhiên, nếu tăng số tầng sôi lên thi có bọt khí lớn xuất hiện nhiều trong lớp sôi và làm các hạt bắn tung lên cao Nếu tiếp tục tăng lên nữa thì các bọt khí lớn lên và

hòa tan vào nhau tạo thành hiện t-ợng phân tầng trong thiết bị, làm tăng l-ợng hạt bị bắn tung lên và bị kéo theo khỏi thiết bị

Hiện t-ợng này càng dễ xảy ra khi tăng kích th-ớc hạt, tăng vận tốc dòng khí, giảm đ-ờng kính thiết bị Chế độ sôi phân tầng có ảnh h-ởng xấu đến quá trình nh-: Làm sự tiếp xúc của các hạt rắn và pha kém đi, trở lực của tầng sôi bị dao động Vì vậy,cần tránh không để hiện t-ợng này xảy ra

Trong thực tế sản xuất, th-ờng gặp các hạt có kích th-ớc khác nhau, nh-ng hình dạng thì nh- nhau hoặc cùng kích th-ớc và hình dạng nh-ng khối l-ợng riêng khác nhau thì sẽ tạo nên sự phân lớp Những hạt lớn hơn hoặc nặng hơn sẽ ở d-ới, còn những hạt nhỏ hơn, nhẹ hơn sẽ ở lớp trên Hạt càng nhỏ và càng nhẹ sẽ ở xa l-ới phân khối khí

Hình 6: Quan hệ giữa trở lực và chiều cao lớp hạt vào vận tốc khí

a Sự phụ thuộc của chiều cao lơp sôi vào vận tốc khí

b Sự thay đội trở lực của lớp sôi vào vận tốc khí

Qua nghiên cứu cho thấy, vật liệu dạng hạt có kích th-ớc trong dải 0,001ữ65

mm đều có thể tạo đ-ợc lớp sôi Nh-ng để tạo đ-ợc lớp sôi đồng đều thì hạt có kích

th-ớc (0,010,20) mm là dễ có khả năng nhất Những hạt lớn gây ra sự dao động chiều

cao lớp sôi rất lớn, còn những hạt nhỏ lại dễ dính với nhau và tạo nên hiện t-ợng vòi

rồng

Trạng thái lỏng giá còn có thể tạo ra nhờ tác động cơ học, ví dụ nh- khuấy trộn

hoặc rung Khi đó có hiện t-ợng giả lỏng cơ học ( phân biệt với tr-ờng hợp lỏng giả

khí động )

Do trong tầng sôi các hạt đ-ợc khuấy trộn đều nên quá trình truyền nhiệt cũng

nh- truyền chất xảy ra rất mạnh mẽ

Để đặc tr-ng cho c-ờng độ khuấy trộn của hạt trong lớp sôi, ng-ời ta đ-a ra đại

l-ợng Ks (h số tầng sôi), là tỷ lệ giữa vận tốc làm việc ( Vlv) và vận tốc sôi tối thiểu:

Để xác định vận tốc tối thiểu ( vận tốc tới hạn d-ới ), ng-ời ta cho rằng, tại thời điểm

bắt đầu sôi, trở lực thủy lực của dòng khí bằng trọng l-ợng của lớp sôi Nếu tiết diện

của thiết bị là không đổi theo chiều cao thì điều kiện trên có thể viết nh- sau:

(Độ chênh áp qua lớp sôi)x(tiết diện ngang của thiết bị)=(thể tích của lớp sôi)x(phần

hạt trong lớp sôi)x(trọng l-ợng riêng của hạt)

F và - e

e

2 3 h

1

11 =

+ε độ xốp của lớp hạt ở trạng thái sôi

Trong giới hạn Re = 0,001  4000 các công thức có sai số 3,4%

Để xác định vận tốc sôi tối thiểu ng-ời ta còn có thể dựa vào quan hệ giữa vận tốc sôi

tối thiểu và vận tốc treo V s Vận tốc treo là vận tốc mà tại đó, hạt ở trạng thái lơ lửng do

có sự cân bằng của ngoại lực ( ví dụ: trọng lực và thủy lực ) tác dụng lên nó

Romancov và các cộng sự thì đ-a ra quan hệ sau:

0,6

0,1046 0,1175

k

4.g.d( ) 3.C.

-=

2

h k f

Để lớp hạt tồn tại ở chế độ sôi, cần phải cung cấp một năng l-ợng cho lớp hạt

đó Năng l-ợng này dùng để thắng các lực ma sát giữa các hạt với nhau, giữa hạt với

môi tr-ờng , giữa hạt với thành thiết bị và năng l-ợng cho sự biến đổi động l-ợng của dòng khí Ngoài ra, còn phải kể đến năng l-ợng để tăng thể tích lớp hạt, trong đó phần lớn năng l-ợng dùng để thắng lực ma sát giữa môi tr-ờng và bề mặt hạt ( trở lực lớp hạt )

Từ điều kiện cân bằng lực giữa áp suất thủy động của hạt và lực cản của dòng khí, ta có:

Nghĩa là:

ΔP =(rh-rk)(1 -e0).g.H0 (16) Khi áp dụng cho thiết bị có thành đứng hoặc hơi nghiêng, các công thức (15), (16) cho kết quả sơ với thực nghiệm th-ờng lớn hơn (1015)%

Hình 7: Mô tả một phân bố lớp hạt sôi

d Tốc độ làm việc và giới hạn làm việc

Để đặc tr-ng cho giới hạn tồn tại của lớp sôi, ng-ời ta đ-a ra đại l-ợng:

Kmax = 1400 5, 22

18 0, 61

Ar Ar

+

Trong vùng chảy dòng thì Kmax = 77,7

Trong vùng chảy xoáy thì Kmax = 8,56

Th-ờng Kmax nằm giữa 10 và 90

Đối với hệ số tầng sôi:

K s = V lv

Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng, mức độ khuấy trộn mãnh liệt nhất ứng với số tầng sôi bằng 2 ( Ks = 2) Giá trị tối -u Ks của mỗi quá trình công nghệ tiến hành ở trạng thái tầng sôi dao động rất lớn

Khi tính toán chế độ sấy tầng sôi có thể chọn tốc độ làm việc theo công thức sau:

2 k

e Trở lực của lớp l-ới phân phối khí

Kết cấu của lớp phân phối gió có ảnh h-ởng rất lớn đến chế độ thủy động của lớp sôi Trong thực tế, rất nhiều loại l-ới khác nhau, song chúng cần phải thỏa mãn các

yêu cầu sau:

- Phân phối đều dòng khí qua lớp sôi

- Có trở lực thủy lực nhỏ

- Dễ chế tạo và lắp ráp, bền trong sử dụng

Groshe đã nghiên cứu ảnh h-ởng của ba dạng l-ới phân phối khí đến cấu trúc lớp sôi, đó là dạng tấm mỏng đột lỗ, l-ới đan và l-ới xốp Kết quả cho thấy: Lớp xốp cho lớp sôi có cấu trúc đều nhất ( độ xốp của lớp thực tế hầu nh- không thay đổi trong toàn lớp), còn l-ới đan thì cho kết quả tồi nhất Dạng tấm mỏng đột lỗ cũng cho kết quả khá tốt Trừ lớp gần sát l-ới thì không có độ giãn nở (độ xốp rất nhỏ ) khi vận tốc khí nhỏ

L-ới xốp tuy đảm bảo phân phối đều dòng khí trong lớp hạt, nh-ng trong sản xuất công nghiệp nó lại rất ít đ-ợc sử dụng vì nó đòi hỏi làm sạch khí ( tách bụi ) hết sức nghiêm ngặt Khá phổ biến trong thực tế là l-ới phân phối dạng lỗ Chúng có thể chia làm 3 loại:

(a) (b) (c)

(a)L-ới lỗ h-ớng thẳng đứng; (b)L-ới lỗ h-ớng nghiêng; (c)L-ới kết hợp

Hình 8: Cấu tạo l-ới phân phối khí dạng d-ới lỗ

* L-ới lỗ hứớng thẳng đứng:

Đ-ờng tâm các lỗ vuông góc với mặt phẳng l-ới và trùng với h-ớng thẳng đứng của dòng khí L-ới dạng này khi tỷ số H0/D không lớn (H0 là chiều cao lớp hạt ở trạng thái tĩnh, D là đ-ờng kính thiết bị) Nh-ợc điểm cơ bản của loại này là vùng chết giữa các lỗ ngay phía trên l-ới

Trong đó:

Vl - Vận tốc khí qua l-ới đ-ợc tính nh- sau: Vl =

: Tỷ số tiết diện của l-ới phân phối khí

Đối với l-ới h-ớng lỗ thẳng đứng có tỷ số tiết diện khoảng 7% thì vận tốc khí sau:

1.6

nhi u lo i thi t s y t n s i kh nh u tu thu v o qu tr nh h t lư n s n

ph m n to n v n h nh yờu u m i trư n ti t ki m n n lư n hi t ư

 h thu th i i n s y

h un p nhi t  i lưu

(a) ; (b)

: (a) ; (b)

; (b)

9

không rõ ràng

- Chiều cao lớp hạt chỉ ảnh h-ởng lớn trong giai đoạn đầu của quá trình sấy, khi độ

ẩm và vận tốc sấy lớn Chiều cao lớp hạt càng lớn thì tốc độ sấy càng nhỏ Càng về sau quá trình sấy khi độ ẩm nhỏ đi thì sự ảnh h-ởng này không đáng kể