quá trình và thiết bị công nghệ sinh học - Chương 13

quá trình và thiết bị công nghệ sinh học

Chương 13 THIẾT BỊ SẤY Quá trình tách ẩm bán thành phẩm vi sinh tổng hợp công đoạn cuối sản xuất chất hoạt hoá sinh học Chất lỏng canh trường chứa nấm men, vitamin, axit amin, enzim có độ ẩm 30 ÷ 60% cần phải sấy Trong thiết bị sấy, chất lỏng canh trường bị khử nước đến ÷ 12% Sấy sản phẩm thuộc lĩnh vực sản xuất phương pháp vi sinh trình phức tạp Tất sản phẩm thu nhận từ tổng hợp vi sinh chia làm hai nhóm chính: - Các sản phẩm mà sau sấy khơng địi hỏi bảo giữ khả sống vi sinh vật hay khơng địi hỏi độ hoạt hố cao chế phẩm sản phẩm sử dụng nguồn chất dinh dưỡng (nấm men gia súc, tảo, axit amin ) - Các sản phẩm mà sau sấy cần bảo giữ khả sống hay bảo giữ hoạt hố cao chế phẩm (men bánh mì, số vi khuẩn enzim, dược phẩm bảo vệ thực vật ) Tất nhiên sản phẩm nhóm ứng dụng chế độ sấy cao hơn, nhóm địi hỏi chế độ sấy thấp thời gian ngắn Tối ưu hoá việc lựa chọn phương pháp sấy kết cấu máy sấy có liên quan chặt chẽ với đặc tính sản phẩm đem sấy Để tính tốn q trình sấy cần phải biết độ ẩm sản phẩm ban đầu cuối, cấu trúc ống dẫn, độ nhớt, sức bền bề mặt, hệ số nhiệt dung, độ dẫn nhiệt, độ đẫn nhiệt độ, độ bền nhiệt, thành phần hoá học 13.1 PHÂN LOẠI CÁC MÁY SẤY Vì sản phẩm đem sấy có nhiều loại, thực tế sử dụng nhiều loại máy sấy khác Có thể nêu tổng quát phân loại sau: - Theo phương pháp nạp nhiệt, máy sấy chia loại đối lưu hay tiếp xúc - Theo dạng chất tải nhiệt: khơng khi, khí - Theo trị số áp suất phòng sấy: làm việc áp suất khí hay chân khơng - Theo phương pháp tác động: tuần hoàn, liên tục - Theo hướng chuyển động vật liệu chất tải nhiệt máy sấy đối lưu: chiều, ngược chiều với dòng cắt - Theo kết cấu: phòng, đường hầm, băng tải, sấy tầng sôi, sấy phun, thùng quay, tiếp xúc, thăng hoa, xạ nhiệt 269 13.2 CÁC SẢN PHẨM TRONG SẢN XUẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH LÀ NHỮNG ĐỐI TƯỢNG ĐỂ SẤY Khi sấy, chất hoạt hoá sinh học bị biến đổi, gây tăng nồng độ số hợp chất, bị ảnh hưởng nhiệt độ tác nhân sấy, bị ảnh hưởng oxy không khí, chịu biến đổi phản ứng mơi trường cuối tạo nên hợp chất mới, bị khử chất hoạt hoá, bị phá huỷ khả sống tế bào Cho nên tất yếu tố cần phải đề cập đến chọn phương pháp sấy chọn dạng thiết bị Như trình khử nước huyền phù, nấm men gia súc có hàm lượng chất khơ đến 20 ÷ 25% tiến hành máy sấy trục, phun máy sấy tầng sơi Q trình sấy tiến hành kiểm tra cẩn thận chế độ nhiệt độ để tránh biến tính protein Trong máy sấy trục, giới hạn nhiệt độ chất tải nhiệt 70 ÷ 800C, máy sấy phun 3000C, máy sấy tầng sôi 3000C Tiến hành sấy chất cô chứa axit amin, lizin, histidin, arginin, triptophan đến độ ẩm ÷ 10% máy sấy phun kiểu băng tải máy sấy tầng sôi Các axit amin nhạy tăng nhiệt độ sấy, có nghĩa khơng bền nhiệt Ví dụ Lizin sấy với men gia súc, cám gạo tăng nhiệt độ cao 60 ÷ 700C bị tổn thất nhiều Sự tồn axit amin, gluxit, sinh khối vi khuẩn cấu tử khác có ảnh hưởng tới giảm hiệu suất lizin sấy Dưới tác động nhiệt độ, Lizin với cấu tử tạo chất khác Tiến hành sấy chế phẩm enzim có hàm lượng chất khơ dung dịch cô ban đầu, hay phần chiết 15 ÷ 20%, sấy chủng bề mặt có độ ẩm đến 60% chất cô chứa enzim thu phương pháp hút, lọc, lắng, kết tinh máy sấy phun hay thăng hoa Các chế phẩm sấy khơ có độ ẩm khơng lớn ÷ 12% Vì đa số chế phẩm enzim khơng bền nhiệt có khả khử hoạt tính nhiệt độ cao 30 ÷ 400C Cho nên việc khử nước dung dịch huyền phù chứa enzim tiến hành điều kiện sấy nhiệt độ thấp Các kháng sinh dùng cho chăn nuôi nhạy với nhiệt độ sấy Chúng tiến hành sấy máy sấy phun, sấy băng tải đến độ ẩm ÷ 10% Tốt sấy tầng sôi Nhiệt độ cao sản phẩm sấy không 600C Tăng nhiệt độ sấy làm giảm đáng kể hoạt hoá chế phẩm, làm tăng tổn thất vitamin Quá trình sấy phân chứa vi khuẩn dược liệu bảo vệ thực vật (nitragin, vi khuẩn chứa niken, vi khuẩn chứa phospho ) có đặc điểm sau sấy cần phải bảo quản lượng tối đa vi sinh vật có khả sống hoạt hoá cao chế phẩm Thực sấy chế phẩm máy sấy phun, sấy thăng hoa cho kết tốt Trong máy sấy phun, trình xảy nhiệt độ tác nhân sấy 1300C nhiệt độ sản phẩm sấy không lớn 500C 270 13.3 MÁY SẤY THEO PHƯƠNG PHÁP THĂNG HOA Sấy thăng hoa trình tách ẩm từ sản phẩm phương pháp lạnh đông chuyển đá làm lạnh đông tạo thành sản phẩm thành hơi, qua pha loãng ngắn ngủi đun nóng sản phẩm chân khơng Khi sấy thăng hoa, ẩm chuyển dời sản phẩm dạng khơng kéo theo chất trích ly vi sinh vật Trong sản xuất vi sinh, sấy thăng hoa ứng dụng cho vi sinh vật, nấm men, vitamin, kháng sinh, enzim không bền nhiệt độ cao Thường trình sấy thăng hoa lúc làm lạnh đông bề mặt sản phẩm đến nhiệt độ − 20, − 30 C Tốc độ làm lạnh đông vật liệu không bền nhiệt ảnh hưởng tới việc bảo quản hoạt động sống vi sinh vật độ hoạt hoá chế phẩm sinh học, làm lạnh nhanh sản phẩm tạo nên đá bên tế bào, xảy biến đổi nhanh chóng thành phần dung dịch sinh lý bên bên tế bào dẫn tới phá huỷ làm chết tế bào Tất vật liệu sinh học đem sấy thăng hoa có độ ẩm khác nhau, chúng có điểm ba Ơtecti khác nhau, có cân đá, pha lỏng pha Cho nên vật liệu vi sinh , tốc độ lạnh đông chúng xác định thực nghiệm Quá trình thăng hoa xảy giá trị áp suất bề mặt vật liệu giá trị nhiệt độ điểm nằm điểm ba cân pha dung môi (nước) Thường sấy thăng hoa vật liệu vi sinh, áp suất dư = 133,3 ÷ 13,3 Pa, nhiệt độ vật liệu bắt đầu sấy − 200C, − 300C Khi độ ẩm sản phẩm bị giảm xuống tối thiểu, nhiệt độ vật liệu tăng đến + 300C, + 400C Điều kiện sấy bảo đảm q trình oxy hố tối thiểu sản phẩm hàm lượng oxy không đáng kể mơi trường khí phịng sấy Trong máy sấy thăng hoa dạng công nghiệp, việc nạp nhiệt tới sản phẩm độ dẫn nhiệt nhờ tia hồng ngoại Các máy sấy thăng hoa có tác động tuần hồn hay liên tục Hình 13.1 sơ đồ nguyên tắc sấy thăng hoa tác động tuần hồn.Thiết bị gồm phịng sấy hình trụ kín (nồi thăng hoa) 1, có giàn ống rỗng 2, vật liệu sấy cho vào Nồi thăng hoa làm việc cách tuần hồn phịng lạnh Ở chế độ làm lạnh, bơm đẩy tác nhân lạnh bên ống rỗng 271 Khí chưa ngưng tụ Nước nóng Dung dịch nước đá nóng chảy Hỗn hợp - khơng khí Chất tải nhiệt Nước lạnh Tác nhân lạnh Hơi Chất ngưng Chất tải nhiệt Tác nhân lạnh Chất tải nhiệt Hình 13.1 Sơ đồ thiết bị sấy thăng hoa tác động tuần hoàn Sự làm lạnh chất tải nhiệt tiến hành trao đổi nhiệt có đính ruột xoắn, chất làm nguội qua vào thiết bị làm lạnh Khi nồi thăng hoa làm việc chế độ máy sấy, chất tải nhiệt đun nóng trao đổi nhiệt đẩy vào ống rỗng nhờ bơm Sự ngưng tụ tạo sấy nồi thăng hoa tiến hành nồi ngưng tụ chống thăng hoa 10 Nó trao đổi nhiệt, hỗn hợp - khơng khí từ nồi thăng hoa vào khơng gian ống trao đổi nhiệt Chất làm nguội (amoniac, freon) qua ống 11 nồi chống thăng hoa vào thiết bị làm lạnh Thường để làm lạnh bề mặt thăng hoa ngưng tụ, người ta sử dụng máy nén 0 cấp có khả đảm bảo lạnh bề mặt đến nhiệt độ − 60 C, − 40 C Các khí chưa ngưng tụ tách khỏi nồi chống thăng hoa bơm chân không Hơi ngưng tụ làm lạnh dạng lớp đá bề mặt ống lạnh nồi chống thăng hoa Vì trình làm việc nồi chống thăng hoa, ống 11 bị phủ lớp đá đáng kể, nên cần làm tan băng cách chu kỳ Để thực điều đó, đẩy nước nóng từ đun vào ống 11 Hiện người ta bắt đầu sử dụng phổ biến thiết bị thăng hoa tác động liên tục Sấy thăng hoa liên tục gồm hai nồi thăng hoa hai chống thăng hoa, chúng làm việc luân phiên Năng suất thiết bị thăng hoa tác động liên tục tính theo độ ẩm bốc lớn 200 kg/h Thời gian có mặt sản phẩm máy sấy từ 40 đến 110 phút, nhiệt độ cao sản phẩm cuối trình sấy nhỏ 270C 272 13.4 MÁY SẤY PHUN Sấy phun công nghiệp vi sinh sử dụng để sấy khô chất cô dung dịch canh trường chất kháng sinh động vật, axit amin, enzym, chất trích ly nấm thu nhận môi trường dinh dưỡng rắn, dung dịch chất lắng thu nhận làm lắng enzym dung mơi vơ hay muối trung hồ, phần cô chất lỏng canh trường Nồng độ chất khô dung dịch đem sấy lớn 10% Các máy sấy phun sử dụng xí nghiệp vi sinh, cho phép tiến hành q trình chế độ tương đối mềm để loại trừ tổn thất lớn chất hoạt hoá sinh học Phun ly tâm cho khả phun sản phẩm chất lỏng tăng cường trình bốc Dung dịch đem sấy chảy qua đĩa có đầu phun với số vịng quay lớn, nhờ tiểu phần chất lỏng biến thành hạt nhỏ (sương mù) bề mặt hoạt hoá chất lỏng tăng lên Phòng dùng để sấy chế tạo loại thép khơng gỉ Chúng có đáy phẳng hay đáy nón Loại đáy phẳng phải có cấu để tháo sản phẩm khơ Cịn loại đáy hình nón thành phẩm dạng bột đẩy tác động lực ly tâm Nhanh chóng q trình sấy, nhiệt độ vật liệu sấy thấp, sản phẩm nhận dạng bột nhỏ không cần phải nghiền lại có độ hồ tan lớn, ưu việc máy sấy phun Vì sấy nhanh, nhiệt độ vật liệu suốt chu kỳ sấy không vượt nhiệt độ ẩm bốc (60 ÷ 70 C) thấp nhiều so với nhiệt độ tác nhân sấy Nhược điểm loại kích thước phịng sấy tương đối lớn, tốc độ chuyển động tác nhân sấy không lớn sức căng nhỏ phòng so ẩm bốc (2 ÷ 2,5 kg/m2⋅h), phức tạp cấu phun, hệ thu hồi bụi tháo dỡ sản phẩm Máy sấy phun có đáy phẳng Máy sấy có phịng sấy 3, sản phẩm lỏng phun phịng nhờ đĩa quay nhanh Khơng khí nóng hay khí lị đẩy vào phịng sản phẩm chuyển động thành dòng song song với vật liệu 273 Khơng khí Khơng khí nóng Chất lỏng Sản phẩm khơ Hình 13.2 Máy sấy phun đáy phẳng Các giọt chất lỏng rơi vào dịng khơng khí nóng, hay chúng bị chất tải nhiệt bao phủ lấy hướng vài giây ẩm bốc hết sản phẩm lắng xuống đáy phòng dạng bột Sản phẩm chuyển dịch nhờ cào khỏi máy sấy nhờ vít tải hay nhờ cấu vận chuyển khác Tác nhân sấy bị hút liên tục nhờ quạt Khi qua lọc để làm lắng, tiểu phần nhỏ sản phẩm bị dòng khí mang Trong máy sấy tương tự, chất lỏng phân tán đĩa phun, vịi học, vịi khí động học Các máy sấy phun làm việc có đường kính từ 500 đến 15000 mm, suất bốc ẩm từ 500 đến 15000 kg/h 274 Trong gian phịng có chiều cao giới hạn, thường người ta thiết kế máy sấy có đáy phẳng để bố trí gọn, dễ làm Khi cần thiết để nhận sản phẩm vô trùng, người ta sử dụng phịng sấy có đáy hình nón, chúng có khe hở hơn, khơng khí nhiễm bẩn qua lỗ Các máy sấy phun có đáy hình nón Thiết bị có suất ẩm bốc 1500 ÷ 3500 kg/h Máy sấy gồm: Vỏ trụ có đáy hình nón để tháo bột khô Dung dịch đẩy vào sấy bị phun nhờ cấu ly tâm 13 có đĩa 10 Tác nhân sấy đưa vào phần thiết Xả vào khí Xả khí Xả khí Thốt khí khơng khí làm lạnh Vận tải khí động học Khơng khí vào hệ vận tải khí động học Hình 13.3 Máy sấy phun đáy hình nón 275 bị theo ống dẫn Ở cuối ống dẫn lắp cấu phun hình nón Nhờ cấu 8, tạo dịng xốy khí đưa vào Các giọt sản phẩm phun đĩa bị bao phủ dịng khơng khí chuyển xuống Ẩm bốc hơi, phần tử bột nhỏ cịn lại lắng xuống đáy hình nón tháo đến cấu để chuyển sản phẩm vào hệ băng tải khí động học Để tẩy tiểu phần sản phẩm bám tường, lắp máy rung 17 Tác nhân sấy bị thải có mang theo tiểu phần nhỏ sản phẩm khỏi thiết bị sấy qua ống dẫn vào xyclon để tách bột Để khảo sát bên trong, có xe nâng 4, nguồn chiếu sáng cửa Tấm ngăn máy sấy 11 có van bảo hiểm dạng đĩa chồng dạng đường ống 12 để xả khí sấy tăng áp suất đáng kể Đĩa phun 10 quay với tốc độ 10000 vòng/phút từ động qua hộp giảm tốc Để bôi trơn cấu phun, phần thiết bị có lắp cấu học lọc mỡ 14 Vô lăng điện 15 dùng để nâng cấu phun Để tránh cháy sản phẩm máy sấy, người ta đặt cấu bảo hiểm 18 Máy sấy đặt phịng kín hay ngồi trời Hình 13.4 hệ thống sấy phun tổ hợp Bộ sấy gồm thùng chứa dung dịch chất lỏng canh trường 2, bơm ly tâm 9, thiết bị lọc khí 1, phịng sấy 4, cấu tháo dỡ để đẩy bột khơ vào băng tải khí động 10, lọc vi khuẩn 7, quạt hai chiều 6, calorife 8, thùng chứa sản phẩm khô 12, lắng xyclon 11, tháo dỡ xyclon 13, lọc khơng khí để đẩy vào calorife 276 Dung dịch Khơng khí từ khí Hình 13.4 Hệ thống sấy phun tổ hợp Đối với dạng máy sấy này, nhiệt độ tác nhân sấy vào máy điều chỉnh giới hạn 135 ÷ 3900C, 60 ÷ 1000C Độ ẩm ban đầu huyền phù 60 ÷ 100% Năng suất tính theo ẩm bốc 500 ÷ 1000 kg/h Đặc tính kỹ thuật loại máy sấy phun hình 13.4 ứng dụng cơng nghiệp vi sinh giới thiệu bảng 13.1 Bảng 13.1 Đặc tính kỹ thuật loại máy sấy hình 13.4 Đường kính bên trong, mm Chiều cao phần xilanh, mm Thể tích hoạt động, m3 Năng suất tính theo ẩm bốc hơi, kg/h Ð -1,2/09 1200 800 0,9 Ð - 4/50 4000 4000 Ð -5/120 5000 6000 Nhãn hiệu Khối lượng , kg HK BK Đ 10 - 700 - 50 500 13700 - 13000 120 1200 24500 - 22500 277 Ð - 6,5/200 6500 6000 200 2000 29000 - 27500 Ð - 8/350 8000 7000 350 3500 40000 - 37500 Ð -10/550 10000 7000 550 5500 62000 - 61000 Ð -12,5/1100 12500 9000 1100 11000 70000 - 67000 Ð -12,5/1500 12500 12000 1500 15000 80000 - 77000 13.5 MÁY SẤY PHUN KIỂU TRỤC QUAY Máy sấy kiểu trục quay ứng dụng để sấy nguyên liệu dạng lỏng, dạng bột nhão (bột nhão rong biển, nấm men, kháng sinh, vitamin ) áp suất khí hay chân khơng Độ kín buồng sấy có ý nghĩa quan trọng sấy máy sấy kiểu trục quay ngăn ngừa nhiễm bẩn sẩn phẩm Việc ứng dụng máy sấy kiểu thùng quay công nghiệp vi sinh tiện lợi, xí nghiệp có suất nhỏ Nhược điểm loại nhiệt độ trục cao (140 ÷ 1500C) cuối q trình sấy làm cho protein axit amin bị khử hoạt tính (đến 15%) Thiết bị sấy trục áp suất khí (hình 13.5) có tang quay với dẫn động Hơi nạp vào bên tang quay Một phần tang quay nằm thùng 7, dung dịch cho vào qua ống nối Bộ khuấy trộn làm chuyển đảo dung dịch thùng tráng lên tang quay lớp có bề dày 0,1 ÷ 1,0 mm Khi tang quay vịng lớp sản phẩm kịp khơ bóc khỏi bề mặt tang nhờ dao cạo Vít tải sản phẩm khơ khỏi máy Hơi có áp suất đến 0,5 MPa đưa vào qua cổ trục tang quay, nước ngưng tháo qua cổ trục theo ống xifơng Số vịng quay trục điều chỉnh theo chế độ động có bốn tốc Đường kính tang quay thường sản xuất theo cỡ 600, 800, 1000, 2000 mm Nghiêm cấm sấy thiết bị vật liệu dễ nổ bốc loại độc! Trong hình 13.5 máy sấy trục áp suất thường Năng suất máy sấy tính theo ẩm bốc phụ thuộc vào dạng sản phẩm sấy khoảng 10 ÷ 50 kg/(m ⋅h) 278 Sản phẩm trước sấy cần tán nhỏ sơ băng tải chuyền đến nhánh băng chuyền máy sấy Sản phẩm với băng chuyền đến đầu cuối đổ xuống băng Khi sấy chủng nấm, nhiệt độ khơng khí vùng 400C, vùng 520C vùng 65 ÷ 700C Cần đặt máy sấy phịng biệt lập, thơng thống Năng suất tính theo sản phẩm thơ tấn/ngày Trong máy sấy KCK bề mặt sử dụng băng khoảng nửa nhánh băng tải chạy khơng tải Để khắc phục nhược điểm sản xuất máy sấy có nhiều băng tải, vật liệu nằm nhánh nhánh băng chuyển động xuôi ngược 13.8 MÁY SẤY DẠNG BĂNG TẢI Để sấy chủng siêu nấm thường dùng loại này.Tổ hợp máy gồm tán thô 5, băng tải tiếp liệu 1, máy sấy băng tải hệ chuẩn bị khơng khí gồm: lọc 6, calorife 3, nạp phân bổ khơng khí, rung Máy sấy tủ kim loại bên có bậc băng tải lưới căng tang Mỗi chuyển tải gồm có băng tải căng hai tang có tang chủ động Các tang chuyển động đựơc nhờ động chung qua hộp giảm tốc Trong hình 13.9 máy sấy dạng băng tải Quá trình sấy thực ba vùng Khơng khí đưa vào vùng có nhiệt độ thích hợp Bậc vùng thứ nhất, ba bậc vùng thứ hai bậc cuối vùng thứ ba Canh trường ni cấy nấm mốc có độ ẩm đến 55% đưa vào máy tán Khi chuyển dời khuôn kéo (được lồng vào mặt mút máy tạo hạt), canh trường bị ép qua lỗ có đường kính mm, bị dao cắt thành mãnh có hình xilanh với chiều dài mm, rải thành lớp qua băng chuyền nạp liệu dạng rung đến nhánh máy sấy Khơng khí đưa nạp vào phía lưới vùng thứ có nhiệt độ 650C vào thời gian chuyển dịch theo băng đầu tiên, canh trường sấy đến độ ẩm 35% Khi chuyển dời theo băng vùng thứ hai Không khí vùng thứ hai có nhiệt độ 450C, canh trường sấy đến độ ẩm 10 ÷12% Ở vùng thứ ba canh trường làm lạnh (nhờ khơng khí có nhiệt độ 160C) đến 250C chuyển ngồi Khơng khí vào khỏi máy sấy lọc qua lọc dầu kim loại Máy sấy trang bị dụng cụ kiểm tra nhiệt độ khơng khí canh trường, hệ điều chỉnh tự động ghi nhiệt độ trình sấy 284 Sản phẩm ẩm Theo A Hình 13.9 Máy sấy dạng băng tải Đặc điểm kỹ thuật máy sấy băng tải: Năng suất tính theo canh trường nấm mốc khơ có độ ẩm 10%, tấn/ngày: 3,5 Số lượng băng tải lưới: Diện tích băng tải, m2: 30 Bề rộng lưới băng tải, mm: 1250 0,04 ÷ 5,7 Tốc độ điều chỉnh chuyển động băng tải, m/phút: Đường kính tang băng tải, mm: 244 40 ÷ 60 Thời gian sấy làm lạnh, phút: Nhiệt độ cao để đun nóng canh trường qúa trinh sấy, 0C: 57 Cơng suất động cơ, kW: 29 Kích thước bản, mm: máy sấy: 5560×2800×2790 tổ hợp thiết bị: 24400×5000×3950 Khối lượng, kg: 11600 Tiêu hao đơn vị cho canh trường khô: khơng khí, m3 : 17800 285 (ở áp suất 392 kPa), kg: lượng điện, kW⋅h: 6000 200 13.9 TÍNH TỐN THIẾT BỊ SẤY Các thiết bị sấy ứng dụng công nghiệp vi sinh gồm ba phần bản: máy sấy, calorife thiết bị thơng gió Máy sấy tính tốn theo lượng sản phẩm khô theo thông số chọn lựa trình Để chọn kết cấu phận của máy sấy người ta cần phải biết suất nó, loại tác nhân sấy, phương pháp đun nóng phương pháp nạp tới vật liệu sấy, phương pháp luân chuyển tác nhân sấy (tự nhiên hay cuỡng bức), phương pháp nạp tải liệu Để tính tốn thơng số q trình sấy cần phải biết độ ẩm ban đầu nhiệt độ cho phép cao sản phẩm, nhiệt dung chất khơ sản phẩm, kích thước khối lượng sản phẩm, thơng số khơng khí xung quanh khơng khí thải, nhiệt độ cho phép cao tác nhân sấy, tốc độ tác nhân sấy thời gian sấy sản phẩm Tính tốn thiết bị sấy tiến hành theo thứ tự sau: Chọn loại thiết bị sấy Tính buồng sấy: Xác định kích thước buồng, xuất phát từ suất thiết bị để nhận cấu trúc, cân vật liệu, cân nhiệt; tính tiêu hao khơng khí tiêu hao nhiệt để đun nóng; tiêu hao đơn vị nhiệt cho bốc ẩm kg Tính thiết bị đun nóng (ví dụ, calorife): Chọn kết cấu calorife tác nhân nhiệt, tính sai khác trung bình nhiệt độ, hệ số truyền nhiệt, bề mặt trao đổi nhiệt calorife, chọn calorife Tính thiết bị thơng gió: Chọn sơ đồ nạp thải khơng khí, tính sức cản theo tuyến chuyển động khơng khí thiết bị sấy, chọn quạt gió tính cơng suất động Chọn loại thiết bị để sấy sản phẩm thu từ phương pháp tổng hợp sinh học Sấy huyền phù khối vi sinh dung dịch chất hoạt hố sinh học q trình cơng nghệ phức tạp Cho nên chọn phương pháp sấy chất cần ý đến chất lượng sản phẩm sấy loại thiết bị sấy khác Để chọn loại máy sấy cần tiến hành phân tích số kinh tế - kỹ thuật trình sản phẩm cụ thể Chúng ta đưa số kinh tế - kỹ thuật phương pháp sấy nấm men gia súc lizin (bảng 13.3 13.4) Khi chọn loại thiết bị chế độ sấy tốt phải khảo sát ba nhóm số - cơng nghệ, kỹ thuật nhiệt hiệu kinh tế Nhóm thứ bao gồm: suất thiết bị, đặc điểm cấu tạo máy sấy, chế độ cơng nghệ, kích thước thiết bị, khả khí hố tự động hố q trình nạp liệu tháo sản phẩm, làm khơng khí số khác Nhóm thứ 286 hai bao gồm suất thiết bị sấy, tiêu hao nhiệt cho đơn vị ẩm bốc hơi, tổn thất nhiệt thiết bị, khả sử dụng nhiệt khí thải Nhóm thứ ba có liên quan đến phác thảo chế độ sấy thiết kế, lắp ráp máy sấy, vấn đề liên quan đến chi phí vận hành, chi trả lương Cần ý đặc biệt tới chất lượng sản phẩm, tổn thất xuất sản xuất sản phẩm đắt tiền, ý đến hiệu làm khí thải chứa khí độc Ngồi cần ý số thiết bị phụ (hệ làm sạch, quạt gió, hệ đun nóng khơng khí ) Bảng 13.3 Các số sấy nấm men gia súc với phương pháp khác Năng suất tính theo ẩm bốc hơi, kg/h Tiêu hao nhiệt cho ẩm bốc hơi, kg Năng suất đơn vị tính theo ẩm bốc Tiêu hao kim loại cho máy Máy sấy kiểu trục 1000 180 30(1) 20 Máy sấy phun 1000 200 8(2) 35 Máy sấy tầng sôi 1000 200 250 ÷ 280(2) Loại thiết bị Ghi chú: (1) Đơn vị thứ nguyên kg/(m ⋅h) (2) Đơn vị thứ nguyên kg/ (m ⋅h) Tiếp theo bảng 13.3 Công suất động cơ, kW Tiêu hao đơn vị, kJ/ kg Nhiệt độ chất tải nhiệt khỏi máy, K Máy sấy kiểu trục 20 5443 ÷ 5862 343,15 ÷ 353,15 Máy sấy phun 47 4815 (khí lị) 573,15 Loại máy sấy 6029 (khơng khí đun nóng) Máy sấy tầng sơi 40 5652 (khơng khí đun nóng) 573,15 Bảng 13.4 Các số sấy chất cô chứa lizin dùng cho gia súc với phương pháp khác Các phương pháp sấy Máy sấy dạng băng tải Tải trọng đơn vị (theo vật liệu ẩm), kg/ m2 Tốc độ chất tải nhiệt, m/ s Năng suất đơn vị tính theo ẩm bốc hơi, Nhiệt độ chất tải nhiệt, K kg/ (m2.h) Khi vào Khi 25 1,2 15 340 310 287 Máy sấy tầng sôi dạng rung 40 50 Máy sấy tầng sôi 40 65 - 32 ÷3 Máy sấy phun 388,15 389 [4 ÷ kg/(m2.h)] 363 373 Xác định kích thước buồng sấy Các kích thước buồng sấy xuất phát từ suất thời gian Máy sấy thùng quay Khi tính tốn máy sấy loại thùng quay cần xác định sức chứa thùng, đường kính, chiều dài, số vịng quay phút công suất tiêu thụ Sức chứa thùng (m ): V t = W A đó: W - lượng ẩm bốc hơi, kg/h; A - ứng suất ẩm bốc hơi, kg/ (m2⋅h) Đại lượng A phụ thuộc vào dạng sản phẩm, vào nhiệt độ tác nhân sấy t1 kết cấu máy sấy Có thể sử dụng trị số A sau đây: 130 ÷ 150 ; 300 ÷ 400 ; 500 ÷ 700 Nhiệt độ tác nhân sấy t1, C: Ứng suất ẩm bốc A, kg/(m3⋅h): 2÷4 ; ÷12 ; 15 ÷ 25 Ứng suất thùng quay theo ẩm lớn hơn, ví dụ bã củ cải, t1 = 750 C A = 185 kg/(m ⋅h); bã ngơ sau trích ly t1 = 300 C A= 40 ÷ 50 kg/(m3⋅h) Thời gian có mặt sản phẩm thùng quay (s): τ= V t ρϕ G đó: ρ - khối lượng xếp đầy sản phẩm, kg/m3; ϕ - hệ số chứa đầy thùng quay; G - khối lượng sản phẩm nạp vào thùng quay, kg/s Số vòng quay thùng, vòng/s: n= L aτDtgα đó: L - chiều dài thùng quay, m; a - hệ số phụ thuộc vào dạng ô đệm bên thùng (của cấu chuyển dời) đường kính thùng quay (ví dụ, đường kính thùng quay từ 1,2 ÷ 2,8 288 m đệm nâng 1,2; ô đệm thẳng - 0,6 ÷ 0,4; đệm ổ - 0,65 ÷ 0,33); D - đường kính thùng quay, m Tỷ số chiều dài L đường kính D thường từ ÷ 5; tgα - tg góc nghiêng thùng quay Công suất (kW) động thùng quay: N = 0,07D Lρσn đó: σ - hệ số phụ thuộc vào dạng ô đệm mức chất đầy thùng quay (khi ϕ = 0,2 ô đệm nâng 0,063; ô đệm thẳng - 0,038; ô đệm ổ - 0,01); n - số vòng quay thùng, vòng/s Máy sấy dạng băng tải Kích thước máy sấy tính xuất phát từ suất máy sấy G(kg/h) theo sản phẩm thời gian τ(s) Lượng sản phẩm băng tải (kg) = Gτ Chiều cao phần băng tải hoạt động (m): L′ = G′ (ρf ) đó: ρ - khối lượng xếp đầy sản phẩm, kg/m3; f - diện tích tiết diện ngang sản phẩm băng tải, m2 Khi sấy sản phẩm xếp đầy: f = b2 hay f = 3bh 18 đó: b - bề rộng sản phẩm xếp băng tải, m; h - Chiều cao lớp sản phẩm, m b = 0,9B − 0,05 ; h = b 12 đó: B - bề rộng băng tải, m Khi sấy sản phẩm có tiết diện vuông: F = bh Tốc độ chuyển động băng tải (m/s): 289 v = L τ = G ρf Bề rộng buồng (m) băng tải chuyển động: B b = ZB + (Z − 1)B1 + 2B đó: Z - số lượng băng tải lắp song song nhau; B1 - khoảng cách băng tải, m; B2 - khoảng cách từ băng tải biên đến tường, m B B Chiều dài buồng (m): Lb = L0 + D + 2l đó: L0 - khoảng cách tâm tang căng tang dẫn động, m; l - khoảng cách từ thùng quay đến tường buồng, m Chiều cao buồng sấy (m): H = mD + (m − 1)h1 + h2 + h3 đó: m - số lượng tầng sấy; h1 - khoảng cách tang hai tầng lân cận, m, (h1 = 0,15 m); h2 - khoảng cách từ tang đến trần buồng sấy, m, (h2 = 0,27 m); h3 - khoảng cách từ tang đến sàng thiết bị, m, (thường lấy 0,3 m) Máy sấy phun Kích thước máy sấy phun thường tính theo thể tích bên theo sức căng cho phép buồng sấy theo ẩm bốc hơi: Vb = 1,25 W A Tỷ số chiều cao buồng sấy đường kính bên thường lấy 1,1 ÷ Chiều cao hoạt động buồng sấy (m): Hb = b V πD b Đường kính buồng sấy (m): Db = (2,2 ÷ 2,4) Rf đó: Rf - bán kính lửa phun, xác định theo công thức: 290 Rf = 0,33 δ tb ρ ρ k Re Gu −0,4 Ko −0,2 0,35 đó: δtb - Đường kính trung bình giọt, m, ρ ρk - tỷ trọng dung dịch khí (thường lấy 800 ÷ 1200 0,4 ÷ 0,9 kg/m3), Re - chuẩn Reynolds; Gu - chuẩn Gucman; Ko - chuẩn Kocobuc δ tb ⎛ 1⎞ = 1,345⎜ ⎟ ⎝n⎠ 0.6 ⎛ 1⎞ ⎜ ⎟ ⎜ρ⎟ ⎝ ⎠ 0,3 ⎛ Gν ⎞ ⎟ ⎜ ⎝ d ⎠ 0,2 ⎛σ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝X ⎠ 0,1 đó: n - số vịng quay đĩa phun, vịng/s (n =130 ÷ 200); ρ - tỷ trọng huyền phù, kg/ m3 (ρ = 1050 ÷ 100 kg/m3); G - lưu lượng huyền phù, kg/s (G = 0,03 ÷ 7,0 kg/s) ν - độ nhớt động học huyền phù, m2/s [ν = (0,4 ÷ 0,3)⋅10−6 m2/s]; d - đường kính đĩa phun, m (d = 0,12 ÷ 0,35 m); σ - sức căng bề mặt huyền phù N/m2 [σ = (6 ÷ 8)10-2 N/m2]; X - chu vi thấm ướt đĩa phun, m, (X = 0,04 ÷ 0,9 m) Đối với đĩa dạng vịi phun X = Zπr, Z - số rãnh, 12 ÷ 24, r - bán kính vịi phun, m; Đối với đĩa dạng máng X = Zh, h - chiều cao máng, m, h = 0,03 ÷ 0,05 m Re = ϑ0δ tb νr đó: ϑ0 - tốc độ biên đĩa phun, m/s ( ϑ0 = 70 ÷ 170 m/s); ν r - độ nhớt động học khí, m2/s [ν r = (20 ÷ 80)10−6] Gu = 0,5(t + t ) − t m 273+ t đó: t1, t2 tm - nhiệt độ tác nhân sấy vào, khỏi máy sấy nhiệt kế bầu ướt, 0C, (t1 = 160 ÷ 450; t2 = 70 ÷ 105; tm = 40 ÷ 600C) Ko = [273+ 0,5(t + t )]C r r1 ( −W ) W 291 đó: Cr - nhiệt dung riêng tác nhân sấy, J/(kg⋅K), Cr =1,03 ÷ 1,9 J/(kg⋅K); r1 - nhiệt ẩn hoá nhiệt độ bầu ướt, J/kg⋅K; W1 W2 - độ ẩm huyền phù cho vào sấy độ ẩm sản phẩm cuối, %, (W1 = 25 ÷ 48%; W2= ÷ 12%) Tính calorife Các calorife thiết bị sấy chia làm hai loại- thiết bị gió nóng kiểu nước kiểu lửa Đun nóng tác nhân sấy - khơng khí - tiến hành thiết bị gió nóng kiểu nước (calorife kiểu nước) Chúng chùm ống có đường kính đến 30 mm, đun nóng nạp vào bên trong, bên ngồi bao phủ lớp khơng khí bị đun nóng Người ta lắp ống kim loại dày mm hình vng hay hình trịn cách mm để tăng truyền nhiệt từ nước qua tường ống đến khơng khí Hệ số truyền nhiệt calorife kiểu nước tốc độ đun nóng từ đến 12 m/s 20 ÷ 35 W/m2⋅K Trong cơng nghiệp vi sinh calorife kiểu nước sử dụng máy sấy kiểu băng tải máy sấy tầng sôi Nhược điểm loại thiết bị phức tạp cho việc làm ống bề mặt ống Khi sấy sản phẩm máy sấy phun, tác nhân sấy có nhiệt độ đến 3000C lớn thường sử dụng đun nóng kiểu ống Khơng khí sấy qua ống đun nóng khí lị thổi qua không gian ống Nhiệt sử dụng, thực chất khí tự nhiên hay dầu mazut Diện tích bề mặt truyền nhiệt (m2): F = QK LC KK (t − t ) L (I − I ) = = 3,6K Δt tb 3,6K Δt tb 3,6K Δt tb đó: QK- Lượng tải nhiệt calorife, W; L - lượng khơng khí đun nóng, kg/h; CKK - nhiệt dung riêng khơng khí, kj/ kg⋅K; t1 t0 - nhiệt độ khơng khí vào calorife khơng khí nóng thải ra, 0C; I0 I1 - entanpi khơng khí vào calorife khỏi calorife, 0C; K - hệ số truyền nhiệt, kW/ m2⋅K; Δttb- sai khác trung bình nhiệt độ nước khơng khí Hệ số truyền nhiệt xác định theo phương trình: 292 K = 1,16 b ( ρ KK ϑ )n 1000 đó: b n - hệ số thực nghiệm Đối với loại calorife kiểu bảng mỏng loại nhỏ trung bình b = 8,7, n = 0,5624, loại lớn b = 7,6, n = 0,568; ρ - tỷ trọng khơng khí, kg/m3; ϑ - tốc độ khơng khí tiết diện hoạt động calorife, m/s; ρKK ϑ - tốc độ khối khơng khí, kg/m2⋅s Các loại hệ số K chọn từ bảng 13.5 Bảng 13.5 Các loại hệ số truyền nhiệt calorife (W/ m2⋅K) Tốc độ khối khơng khí tiết diện hoạt động calorife, kg/ m2⋅s Các dạng calorife Í Í 18,1 21,2 23,4 25,4 27,1 28,8 30,1 ÍÂ ÍÂ 15,6 18,3 20,8 22,7 25,1 26,2 27,9 Tốc độ khối khơng khí kg/ m2⋅s ρ KK ϑ = Ls fKy đó: LS - lưu lượng khơng khí giây, kg/s; fk - tiết diện hoạt động calorife, m2; y - số lượng calorife lắp song song Sai khác nhiệt độ trung bình (0C): Δt tb = Δt − Δt Δt 2,3tg Δt đó: Δt1 Δt2 - sai khác nhiệt độ lớn nhỏ chất tải nhiệt Số lượng calorife lắp nối tiếp: X = F FK y 293 đó: FK - diện tích bề mặt truyền nhiệt calorife, m2 Đại lượng X làm tròn đến số nguyên, lấy dự trữ diện tích bề mặt truyền nhiệt 20% Diện tích truyền nhiệt tất calorife, m2: FC = FK yX Lực cản calorife (Pa): hK = 9,81E ( ρ K ϑ )m đó: E, m - hệ số thực nghiệm Đối với calorife bảng mỏng loại nhỏ E = 0,0933, m = 1,7; loại trung bình E = 0,122, m = 1,76; loại lớn E = 0,153, m = 1,73 Trong bảng 13.6 giới thiệu đặc tính loại calorife sử dụng phổ biến công nghiệp Bảng 13.6 Kích thước bản, mm Lượng hành trình chất tải nhiệt Khối lượng (loại hành trình), kg Dài Cao Í ÍÂ Í ÍÂ Í ÍÂ Í ÍÂ 600 390 57 67 58,4 68,1 600 510 71,2 87,2 70,7 89,3 750 510 80,7 106,5 85 108,2 750 640 100,4 132,4 107,2 134,8 900 640 118,6 156,8 126,7 159,4 900 760 143,3 189,5 144,1 192,2 1050 760 164,4 218,2 175,9 221,7 1050 880 190 253,5 203 257,9 1200 880 215 285,5 230 291,7 1200 1010 244,5 324,6 261,2 329,4 Bảng 13.7 Đặc tính kỹ thuật calorife ÍÂ Bề mặt truyền nhiệt, m2 294 Tiết diện hoạt động, m2 Theo khơng khí ÍÂ ÍÂ Í, ÍÂ Í ÍÂ Í, ÍÂ 9,9 12,7 13,2 Theo chất tải nhiệt Í ÍÂ Í ÍÂ 0,115 0,0046 0,0061 0,00231 0,00305 16,9 0,154 0,0061 0,0082 0,00152 0,00203 16,7 21,4 0,195 20,9 26,8 0,244 0,0076 0,0102 0,0019 0,00254 25,3 32,4 0,295 30,4 38,9 0,354 0,0092 0,0122 0,00231 0,00305 35,7 45,7 0,416 41,6 53,3 0,486 0,00107 0,00143 0,00178 0,00237 47,8 61,2 0,558 0,0122 0,0163 0,00203 0,00271 54,6 69,9 0,638 Chiều dày calorife dạng KC KMC 200 mm, dạng ÍÂ KMÂ-240 mm Tất calorife Nga sản xuất theo bốn loại: Â - lớn; C - trung bình, M nhỏ CM - nhỏ Theo đặc tính chuyển động chất tải nhiệt có calorife hành trình (loại ÍC KÂ) calorife nhiều hành trinh (loại KMC KMÂ) Trong calorife hành trình, dịng song song chất tải nhiệt lúc qua ống, calorife nhiều hành trình chất tải nhiệt liên tục qua số chùm ống Sử dụng calorife nhiều hành trình để đun nóng khơng khí nước nóng, calorife hành trình đun nóng khơng khí nước Tính quạt gió Năng suất quạt gió tính theo khơng khí (m3/h) V = Lh ρ KK đó: Lh - nạp khơng khí mơt giờ, kg/h; ρKK - tỷ trọng khơng khí phụ thuộc vị trí đặt thiết bị quạt gió tổ hợp sấy vào nhiệt độ, kg/ m3 ρ KK = P (1 + X ) Rhn (0,622+ X )(273+ t ) 295 đây: P - áp suất khơng khí ẩm, Pa; X - hàm ẩm khơng khí, kg/ kg; Rhn - số khí nước [Rnh= 47,1 Nm/(kg⋅0C)]; t0 - nhiệt độ khơng khí ẩm, 0C Khi suất máy quạt cột áp cho, công suất (kW) trục động cơ: N = HV 3,6η qη otη t đó: H - tổng cột áp quạt, Pa; V - suất quạt tính theo khơng khí, m3/h; ηq - hiệu suất quạt (ηq= 0,5 ÷ 0,7); ηot - hiệu suất có tính đến tổn thất ma sát ổ trục (ηot = 0,95 ÷ 0,97); ηt - hiệu suất có tính đến tổn thất truyền từ quạt đến động (ηt = 0,9 ÷ 0,95) Tính xyclon Trong máy sấy Khí làm phun máy sấy tầng sôi, Khí làm sấy huyền phù dung dịch, tiểu phần chất hoạt hoá sinh học đáng kể Hàm lượng tiểu phần Khí khí thải chứa đến ÷ g/m3 bị nhiếm Để thu hồi chất khí thải thường sử dụng xyclon dạng xilanh dạng hình nón (hình 13.10) Các xyclon làm việc sau: Khí với tiểu phần vào phần xoắn bên xyclon qua đoạn ống vaò, ảnh hưởng lực ly tâm tiểu phần khơng khí bị va đập vào thành xyclon, làm vận tốc quay ảnh hưởng trọng lực hạt rơi xuống qua cửa thổi vào phễu chứa Khí làm tiếp tục quay lên phía thải vào khơng khí qua ống xả Chất lượng làm khơng khí xác định mức độ làm sạch: 296 bụi Sản phẩm Sản phẩm Khí bị nhiễm bụi a) Khí bị nhiễm bụi b) Hình 13.10 Cấu tạo xyclon: a- Xyclon hình trống; b- Xyclon hình nón G K m = 100 G2 đó: G1 G2 - lượng hạt thu hồi hạt vào, kg/s Chất lượng làm khơng khí phụ thuộc vào tỷ trọng kích thước hạt, vào cấu tạo xyclon vào yếu tố phân chia Yếu tố phân chia: φ= ϑ2 gr2 đó: ϑ - tốc độ biên hạt, m/s, g - gia tốc rơi tự do, m/s2, r2 - bán kính xyclon, m Tính xyclon, điều tính bán kính r2 (m), chiều cao Hx (m) xyclon hình xilanh Hn (m) phần hình nón: r2 = V 60 πϑ r đó: V - lưu lượng thể tích khí thải bị bụi hố vào xyclon, m3/s; ϑ r - tốc độ khí vào, m/s (ϑ = 11 ÷ 18 m/s) Chiều cao phần xilanh: H X = kV hd [ π r − (r1 − δ )2 ] đó: k - hệ số dự trữ chiều cao (k = 1,25); Vhd - trọng tải hoạt động xyclon, m3; r1 - bán kính ống xả trung tâm, m; r2 - bán kính phần xilanh xyclon, m; δ - bề dày tường ống xả, m r1 = V πϑd đó: ϑd - tốc độ dịng khí ống xả, m/s ( ϑd = ÷ m/s) Chiều cao phần hình nón: Hn = (r2 − r0) tgα0 đó: r0 - bán kính cửa thải xuống xyclon, m, [r0 = (0,49 ÷ 0,15) r2], αo ≥ 700 297 Thực tế chứng minh hạt có kích thước nhỏ 10 μm việc thu hồi xyclon khơng có hiệu quả, để tách chúng phải có lọc khơ hay lọc dầu 298 ... Ð -1 ,2/09 1200 800 0,9 Ð - 4/50 4000 4000 Ð -5 /120 5000 6000 Nhãn hiệu Khối lượng , kg HK BK Đ 10 - 700 - 50 500 137 00 - 130 00 120 1200 24500 - 22500 277 Ð - 6,5/200 6500 6000 200 2000 29000 -. .. 27500 Ð - 8/350 8000 7000 350 3500 40000 - 37500 Ð -1 0/550 10000 7000 550 5500 62000 - 61000 Ð -1 2,5/1100 12500 9000 1100 11000 70000 - 67000 Ð -1 2,5/1500 12500 12000 1500 15000 80000 - 77000 13. 5... kg/h Đặc tính kỹ thuật loại máy sấy phun hình 13. 4 ứng dụng công nghiệp vi sinh giới thiệu bảng 13. 1 Bảng 13. 1 Đặc tính kỹ thuật loại máy sấy hình 13. 4 Đường kính bên trong, mm Chiều cao phần