Báo cáo về thiết bị sấy tiếp xúc

báo cáo về thiết bị sấy tiếp xúc

Nhận xét của Giáo Viên

Mục lục

Lời nói đầu 3

1.1 Khái niệm 4

1.2 Nguyên tắc làm việc và cấu tạo 4

1.3 Lý thuyết tính toán 11

1.3.1 Trao đổi nhiệt khối khi sấy tiếp xúc với bề mặt nóng11 1.3.2 Hệ thống sấy tiếp xúc trong chất lỏng nóng 15

2 Tính toán và lựa chọn máy sấy 17

2.1 Tính toán thiết bị sấy 17

2.1.1 Yêu cầu tính toán 17

2.1.2 Phần tính toán 18

2.2 Chọn lựa máy sấy 21

2.2.1 Cơ sở cho việc chọn lựa 21

2.2.2 Phương pháp chọn 25

3 Khái niệm 27

4 Vị Trí của sóng điện dòng cao tần 27

5 Nguyên lý làm việc 27

6 Quá trình làm nóng bằng điện trường cao tần 29

7 Ưu, nhược điểm 30

7.1 Ưu điểm 30

7.2 Nhược điểm 31

8 Ứng dụng 31

Lời nói đầu

Nước ta là một nước có nền nông nghiệp rất phát triển với sản

lượng xuất khẩu nông sản rất lớn, trong năm 2011 riêng mặt hàng gạo

thì tổng lượng gạo xuất khẩu cĩ thể đạt 8 triệu tấn với kim ngạch đạt gần

4 tỉ USD.

Và một công đoạn rất quan trọng trong sản xuất nông nghiệp là

khâu bảo quản sau thu hoạch, trong đó máy sấy là một thiết bị không thể

thiếu trong công việc bảo quản nông sản

Và với bài báo cáo về thiết bị sấy tiếp xúc chúng tôi hi vọng sẽ

mang đến cho các bạn một cái nhìn khái quát về thiết bị sấy này.

Trong quá trình thu thập tài liệu, nghiên cứu cũng như biên soạn

không thể thiếu những sai sót, do đó mong các bạn thông cảm và rất hân

hạnh nhận được những đóng góp từ các bạn.

PHẦN I THIẾT BỊ SẤY TIẾP XÚC

1.1 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 trường chất nóng Người ta chia hệ thống

sấy tiếp xúc thành hai loại: loại tiếp xúc trong chất lỏng và loại tiếp xúc bề mặt

1.2 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 bang

cách cho 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 phía bên kia của vách Phía kia của vách tiếp xúc trực tiếp với vật liệu

sấy Sấy tiếp xúc có thể ở áp suất môi trường, ẩm bốc ra hòa vào không khí môi trường

lọt vào Am được hút ra và thải vào môi trường Sấy tiếp xúc với bề mặt nóng có thể tiến

hành dưới áp suất khí quyển hay trong chân không Khi sấy tiếp xúc dưới áp suất khí

quyển thì lượng ẩm thoát ra sẽ hòa vào không khí trong môi trường xung quanh, như vậy

cần bố trí hệ thống thông gió để đảm bảo độ ẩm và nhiệt độ thích hợp trong không gian

đặt thiết bị sấy, đáp ứng tốt cho quá trình sấy cũng như điều kiện làm việc của người vận

hành Trường hợp sấy tiếp xúc trong chân không lượng ẩm thoát ra được quạt hút ra

ngoài Như vậy cần xây dựng buồng kín bao bọc không gian chưa bề mặt nóng và vật sấy

để ngăn không khí bên ngoài lọt vào

Trường 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 nước ở áp suất khí quyển.Trong phương pháp này, vật liệu sấy được nhúng ngập

vào chất lỏng nóng như dầu, các loại chất lỏng vô cơ hoặc hữu cơ khác Chất lỏng đóng

vai trò cấp nhiệt, ẩm thoát ra từ vật lieu sấy xuyên qua chất lỏng thoát ra ngoài, hòa vào

không khí của không gian đặt thiết bị sấy

Trong công nghiệp giấy và dệt may sử dụng phổ biến phương pháp này Trong

công nghiệp thực phẩm: công nghiệp đồ hộp, sấy rau quả, dược phẩm

Máy sấy kiểu trục cán

Trong kiểu này bề mặt gia nhiệt là một trục rỗng, môi chất gia nhiệt là hơi nước

ngưng tụ bên trong Vật liệu sấy là các loại bột nhão như sữa, thức ăn gia súc Vật liệu

sấy được đổ vào bề mặt trục Trục quay làm vật liệu được cán thành lớp mỏng và được

sấy khô Chiều dày lớp vật liệu khoảng 1 – 2 mm Cường độ bay hơi ẩm trên bề mặt A =

Hình 1.1 Hệ thống sấy kiểu trống (trục cân)1- Thùng sấy 2- Cơ cấu cấp liệu 3- Vỏ thiết bị4- Bộ phận khuấy 5- Bộ phận gạt 6- Vết tải

Sấy tang trống (sấy trục lăn) (roller dryer)

Các trục rỗng bằng thép quay chậm được đun nóng bên trong bằng hơi nước áp

suất cao đến 120-170oC Một lớp mỏng nguyên liệu được trải đều lên bề mặt bên ngoài

bằng phương pháp nhúng, phun, trải hoặc bằng các trục lăn nạp liệu phụ Trước khi trục

lăn hoàn thành 1 vòng quay (khoảng 20 giây đến 3 phút) sản phẩm sấy được cào ra bằng

lưỡi dao tiếp xúc đều với mặt trục theo chiều dài của nó

Thiết bị sấy có thể có 1 trục, 2 trục hoặc trục kép Thiết bị đơn trục được sử dụng

rộng rãi, vì chúng linh động, tỷ lệ diện tích bề mặt trục sử dụng để sấy lớn, dễ dàng tiếp

cận để bảo dưỡng và không có nguy cơ bị hư hại do kim loại rơi vào giữa hai trục Thiết

bị sấy trục có tốc độ sấy cao, hiệu quả năng lượng cao, chúng thích hợp với nguyên liệu

dạng sệt có kích thước các cấu tử lớn quá mức để có thể sấy phun được Sấy trục lăn

dùng trong sản xuất khoai tây dạng mãnh (flake), ngũ cốc nấu sẵn, mật đường, xúp bột,

pu rê trái cây và sữa tách kem (whey)

Hình 1.2 Sơ đồ thiết bị sấy tang trống

trục đơn

Hình 1 3 Sơ đồ thiết bị sấy tang trống trục

kép

Tuy nhiên, do giá thành trục lăn cao và thành phần nguyên liệu nhạy cảm nhiệt dễ bị hư

hại, nên trong sản xuất lớn chúng đã bị thay thế bằng phương pháp sấy phun

Máy sấy kiểu lô quay

Bề mặt gia nhiệt là những lô hình trụ rỗng Chất tải nhiệt là hơi nước đưa vào ở đầu trục

này của lô và nước ngưng bay ra ở đầu trục kia hoặc đưa hơi vào và lấy nước ngưng ra ở

cùng một đầu trục Vật liệu sấy có dạng tấm mỏng như giấy, vải; vật lieu áp sát vào các

lô và chuyển động cùng với lô quay như kiểu băng tải Băng vật lieu (vải, giấy) chuyển

động áp sát vào bề mặt các lô sấy, nó được gia nhiệt và sấy khô Sản phẩm được cuốn lại

thành cuộn Các lô sấy quay với số vòng quay 40 – 50 v/ph Khi sấy giấy, để đảm bảo

Hình 1.4 Nguyên lý làm việc của lô sấy giấy 1- Chăn ẩm 2- Chăn khô 3- Băng giấy 4- Không khí nóng

5- Môi trường gia nhiệt chăn

Sấy bằng quả cầu nóng

Buồng sấy được gắn với vít tải quay chậm có chứa các quả cầu bằng sứ, được làm

nóng bằng không khí nóng, thổi vào buồng sấy Nguyên liệu dạng viên, cục được sấy chủ

yếu do sự dẫn nhiệt do sự tiếp xúc với những quả cầu nóng và được dịch chuyển qua

buồng sấy bằng vít tải, để thoát ra ở đáy Thời gian sấy được kiểm soát bằng tốc độ vít tải

và nhiệt độ của những quả cầu nóng

Máy sấy băng chuyền chân không và kệ sấy chân không (vacuum band dryer,

vacuum shelf dryer)

Hình 1.5 : Sơ đồ thiết bị sấy băng chuyền chân không

Nguyên liệu dưới dạng sệt được trải hoặc phun lên 1 băng chuyền thép chạy qua 2

trục lăn rỗng trong 1 buồng chân không có áp suất 1-70 mmHg Lúc đầu nguyên liệu

được sấy bằng trục lăn được làm nóng bằng hơi nước và sau đó bằng ống xoắn trao đổi

nhiệt có hơi nước làm nóng hoặc các thiết bị cấp nhiệt bức xạ đặt ở phía trên các băng

chuyền Sản phẩm sấy được làm nguội bằng trục lăn thứ 2 có nước lạnh ở trong và được

tách ra bằng lưỡi dao

Kệ sấy chân không gồm các kệ đặt trong 1 buồng chân không với áp súât 1-70

mmHg Nguyên liệu được đặt thành 1 lớp mỏng trên các khay thép phẳng được làm cẩn

thận để đảm bảo sự tiếp xúc tốt với các kệ Hơi nước hoặc nước nóng chạy qua các kệ để

cấp nhiệt cho quá trình sấy Quá trình sấy nhanh và sự hư hại do nhiệt đến sản phẩm được

hạn chế giúp cho 2 phương pháp này thích hợp với các nguyên liệu nhạy cảm với nhiệt

Tuy nhiên, cần cẩn thận để tránh sản phẩm khỏi bị cháy trên các khay trong các kệ sấy

chân không và sự co ngót làm giảm sự tiếp xúc giữa nguyên liệu với bề mặt nóng ở cả 2

thiết bị Chúng có giá thành cao, chi phí vận hành cao và năng suất thấp, được dùng chủ

yếu để sản xuất các sản phẩm sấy phồng (puff dried)

Một số hình ảnh về thiết bị sấy tiếp xc

Hình 1.6 Hệ thống sấy kiểu lô quay1- Lô sấy 2- Bánh xe định hướng 3- Ống dẫn hơi nước 4- Van thải nước ngưng

5- Bánh răng trụ 6- Bánh răng côn 7- Băng tải vào máy sấy

Hệ thống sấy kiểu trống dùng sấy các loại bột nhão Vật liệu bám vào bề mặt trụ

được hâm nóng Vật liệu nhận nhiệt bằng dẫn nhiệt qua lớp vật liệu dày 1,2 mm và thải

ẩm trực tiếp vào không gian máy Vật liệu đã khô được tháo ra bằng hệ thống dao gạt

khỏi bề mặt trống Cường độ bay hơi ẩm A = (30-70) kg/m2h

Loại rulơ sấy tải, giấy … vv, vật liệu bám vào các lô sấy và cùng chuyển động với

nó Vật liệu nhận nhiệt từ lò sấy được đốt nóng và thải ẩm vào môi trường

Sản phẩm được 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

Nhận xét:

-Sấy tiếp xúc: nhiệt được cung cấp bằng dẫn nhiệt

- ưu điểm chính so với sấy đối lưu :

+ không cần thiết phải đun nóng lượng lớn không khí trước khi sấy do đó hiệu quả

nhiệt cao hơn

+ quá trình sấy có thể thực hiện khơng cần sự có mặt của oxy nên các thành phần

dễ bị oxy hoá của nguyên liệu được bảo vệ

- Nhu cầu nhiệt riêng thông thường là 2000-3000 kJ/kg nước bay hơi so với 4000-10.000

kJ/kg nước bay hơi của máy sấy đối lưu Tuy nhiên, thực phẩm có độ dẫn nhiệt thấp, trở

thành khô hơn nên khó dẫn nhiệt hơn trong quá trình sấy, vì vậy cần phải sấy lớp mỏng

để nhiệt dẫn nhanh, tránh gây hư hại cho sản phẩm

1.3 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN

1.3.1 Trao đổi nhiệt khối khi sấy tiếp xúc ( dẫn nhiệt) với bề mặt nóng.

Hình 1.4 trình bày đường cong nhiệt độ và đường cong sấy xenlulô trên bề mặt nóng với

nhiệt độ t = 1300C Hình 1.5 cho ta đường cong nhiệt độ và đường cong tốc độ sấy ở t =

1170

Hình 1.7 Đường cong nhiệt độ và Hình 1.8 Đường cong tốc độ sấy và

đường cong sấy trên mặt nóng đường cong nhiệt độ

I – Nhiệt độ 0,8 mm so với mặt nóng: II – Ởkhoảng cách 0,2 mm III – Ở khoảng cách 0,35 mm; IV – Ở khoảng cách 0,43 mm

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 nào 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 dưới vật liệu và bề mặt nóng bị phá hoại, và nguyên

nhân chính là chi phí nhiệt tiếp xúc tiến với quá trình tạo nên hơi ẩm Tiếp xúc với mặt

truyền nhiệt giảm, làm giảm nhiệt độ vật liệu

Khi lượng ẩm ban đầu của vật liệu cao và nhiệt độ bề mặt tiếp xúc cao(>1000C)

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 1000C và xảy ra sự bốc hơi của lỏng Đường cong nhiệt

độ xác nhận việc gây ra građien nhiệt độ bên trong vật liệu hướng về bề mặt nóng

Hình 1.6 cho trường nhiệt độ và ẩm độ trong vậtliệu ở t = 1160C 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 Đặctính của trường nhiệt độ và ẩm độ cho thây sự ngưng

tụ nước bên trong vật liệu không xảy ra Gradien ẩm

độ và nhiệt độ là nguyên nhân chính tạo thành hơitrong lớp tiếp xúc và trên mặt thoáng

Cường độ tạo hơi phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt đốtnóng 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

Hình 1.9 Trường nhiệt độ(đường chấm) và

hàm lượng ẩm(đường liền) khi sấy tiếp xúc vật

liệu xốp mao quản

Tuy nhiên tốc độ ở độ sâu trong vùng II, 7 – 10 lần(đối với xenlulô) vượt quá tốc độ ở độsâu đặc trưng đầu giai đoạn thứ hai (b2 = 7 – 10 lần b1).

Hệ số b1,b2 đặc trưng cho tốc độ độ sâu vùng bốc hơi

Hình 1.10 Đường cong giải tích, đặc trưng độ sâu vùng bốc hơi

khi tiếp xúc với xenlulôNhiệt độ ở độ sâu vùng bốc hơi tbh thay đổi theo thời gian

Trong đó ttx – 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 lượng riêngcủa vật liệu)

Sự chuyển hơi qua khi sấy tiếp xúc, gần đúng thứ nhất có thể viết

Ở đây qmđ – mật độ dùng phân tử của hơi (kg/m2s)

- Gradien áp suất hơi nước bên trong vật liệu (Pa/m hoặc mmHg/m)

Kp – Hệ số dịch chuyển phân tử hơi (sự dẫn hơi) trong vật xốp ống mao (kg/msPa) hoặc

Hệ số Kp không phụ thuộc thông số chế độ là sức cản thủy lực của vật liệu Giảm chiềudày vật liệu,Kp tăng đột ngột ( hình 1.7).

Áp suất hơi bão hòa Ph chất lỏng trong ống mao là hàm của nhiệt độ và bán kính ốngmao r

Gradien hàm lượng ẩm có dạng :

Trong đó :

fs(r) – Hàm phân bố ống mao theo tiết diện vật liệu

- mật độ chất lỏng và chất khôThay vào công thức(1.1) giá trị của ta có:

Khi t > 1000, thành phần thứ nhất của phương trình đóng vai trò chính do đó có thể bỏqua sự phụ thuộc vào ph vào r và u Khi đó đối với thời kỳ sấy thứ nhất vật liệu mỏng, mật

Để đặc trưng cơ cấu tạo thành và di chuyển hơi bên trong vật liệu trong quá trình sấy tiếp xúc,B.B Krasnhicop đã dùng mô hình hóa chuẩn biến đổi pha

Trong đó: -qm: dòng hơi chung thóat khỏi vật liệu

qmđ – dòng hơi tạo thành trong lớp tiếp xúc hoặc bên trong vật liệu(thời kỳ thứhai)

Trong thời kỳ thứ nhất sau đó bắt đầu thời kỳ thứ hai, giảm đột ngột tới giá trịkhông đổi trong vùng I của thời kỳ thứ hai Sau đó bắt đầu tăng một chút

Thời kỳ chuẩn được tính như đối với dòng nhiệt tương ứng

Ở đây: qh – dòng nhiệt di chuyển bốc hơi

q – dòng nhiệt chung, nhận được từ bề mặt nóng

qd – dòng nhiệt dẫn nhiệt qua vật liệu

ch – nhiệt dung riêng của hơi

đặc trưng % dòng dẫn nhiệt

Chú ý rằng trong quá trình sấy dẫn nhiệt (tiếp xúc), vai trò là di chuyển của ẩm lỏng rakhỏi lớp, gần mặt tiếp xúc với mặt nóng ra mặt thoáng của vật liệu(7,5% dòng nhiệtchung) Hệ số dẫn nhiệt tương đương có tính tới di chuyển nhiệt của lỏng, sẽ tăng nhiệtkhi nhiệt độ trong bình của vật liệu tăng.(xenlulô khi u = 0,6 – 1,8 kg/), = 1,16(0,095 –0,288.10-2t)

W/m0k

Bảng 1.1 Chỉ tiêu sấy tiếp xúc sản phẩm ra trên máy sấy chân không 1 trục

1.3.2 Hệ thống sấy tiếp xúc trong chất lỏng nóng

Ưu điểm của phương pháp này là cường độ bay hơi ẩm cao, có thể giảm đáng kểthời gian sấy, vật lieu được gia nhiệt đều đặn hơn so với các phương pháp sấy khác.

Ví dụ: Sấy gỗ trong chất lỏng hữu cơ với nhiệt độ 120 – 1500C, gỗ có chiều dày 25mm,độ ẩm ban đầu 60%, độ ẩm cuối 12%, thời gian sấy là 6 – 10h Trong khi đó nếu sấytrong buồng sấy đối lưu thời gian sấy là 60 – 70 h

Nhược điểm: hơi ẩm cùng các chất khí có hại làm ô nhiễm môi trường làm việc củakhu vực đặt thiết bị sấy, để tránh ô nhiễm môi trường dùng buồng sấy kín Các chất khí vàhơi nước thoát ra được hút và xả ra ngoài sẽ được xử lý hay thoát vào ống xả có chiều caophù hợp với quy định về điều kiện vệ sinh môi trường

Bộ phận chính là bể chứa chất lỏng và bộ phận đốt nóng nó Vật liệu sấy nhúngngập trong chất lỏng, nên tính toán nhiệt là tính tiêu hao cho một chu kỳ sấy

Nhiệt lượng tiêu hao Q gồm: đốt nóng Q1, sấy Q2, giai đoạn lấy vật liệu ra

Q = Q1 + Q2 + Q3Nhiệt giai đoạn đốt nóng:

Q1 = Qvl + Qvc + Qmt + QbxNhiên liệu nóng vật liệu

Qvl = Gvl.Cvl(tvl2 – tvl1)Nhiệt hâm nóng cơ cấu vận chuyển:

Qvc = Gvc.Cvc(tvc2 – tvc1)Nhiệt thải ra môi trường: trong giai đoạn đốt nóng:

Nhiệt thải ra môi trường trong giai đoạn đôt nóng là tổn thất qua thành đáy và mặt thoángcủa bể chứa Vì mặt thoáng có nhiệt độ cao, nên cần tính tới trao đổi nhiệt bức xạ Fi(I =1…N) là diện tích mặt trao đổi nhiệt thứ i , hệ số truyền nhiệt Ki và độ chênh lệch

+Nhiệt giai đoạn sấy

Q2 = Qbh + Qqn + Qđn+Nhiệt bốc hơi

Qbh = W.r , W = G1 – G2