Kỹ thuật sấy và chưng cất (Sấy khí động)

Các nhu cầu sấy ngày càng đa dạng, có nhiều hệ thống và thiết bị sấy nhưng thiết bị sấy khí động khá phổ biến hiện nay. Hệ thống sấy khí động là một trong các loại thiết bị sấy thích hợp cho việc sấy các loại hạt nhẹ dạng bột nhão (paste) có độ ẩm chủ yếu là độ ẩm bề mặt như tinh bột khoai mì, bột nhẹ (bột CaCO3)… nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu phải đạt chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp vì vậy chúng tôi sẽ tập trung phân tích, nghiêng cứu và thiết kế hệ thống sấy khí động trong bài tiểu luận sau.

Mục lục Lời mở đầu Chương 1: Khái niệm chung trình sấy Khái niệm sấy Phân loại 2.1 Phân loại theo trình sấy 2.2 Phân loại số thiết bị sấy phổ biến Chương 2: Cơ sở lý thuyết trình sấy khí động Giới thiệu tổng quan sấy khí động 1.1 Khái niệm hệ thống sấy khí động 1.2 Giới thiệu sản phẩm sấy 1.3 Nguyên tắc phân loại lực ly tâm Thiết bị sấy khí động 2.1 Nguyên lý làm việc 2.2 Phương pháp tính tốn ống sấy khí động Ví dụ thực tế quy trình cơng nghệ sản xuất tinh bột sắn theo phương pháp sấy khí động Ví dụ thực tế hệ thống sấy bã sắn Ưu, nhược điểm, chi phí vận hành hệ thống sấy khí động Kết luận Lời mở đầu Kỹ thuật sấy đóng vai trò vơ quan trọng cơng nghiệp đời sống Trong quy trình cơng nghệ sản xuất nhiều sản phẩm có cơng đoạn sấy khô để bảo quản dài ngày Công nghệ ngày phát triển ngành hải sản, rau thực phẩm khác Các sản phẩm nông nghiệp dạng hạt lúa, ngô đậu sau thu hoạch cần sấy khô kịp thời, không sản phẩm giảm phẩm chất chí hỏng dẫn đến tình trạng mùa sau thu hoạch Các nhu cầu sấy ngày đa dạng, có nhiều hệ thống thiết bị sấy thiết bị sấy khí động phổ biến Hệ thống sấy khí động loại thiết bị sấy thích hợp cho việc sấy loại hạt nhẹ dạng bột nhão (paste) có độ ẩm chủ yếu độ ẩm bề mặt tinh bột khoai mì, bột nhẹ (bột CaCO3)… đòi hỏi sau sấy vật liệu phải đạt chất lượng cao, tiêu tốn lượng chi phí vận hành thấp chúng tơi tập trung phân tích, nghiêng cứu thiết kế hệ thống sấy khí động tiểu luận sau Chương KHÁI NIỆM CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH SẤY Khái niệm sấy: _ Sấy trình dùng nhiệt để làm bay nước khỏi vật liệu rắn hay lỏng Với mục đích giảm bớt khối lượng vật liệu (VD: giảm công chuyên chở), tăng độ bền vật liệu (VD: gốm, sứ, gỗ, ), bảo quản tốt thời gian dài, lương thực, thực phẩm _ Để thực trình sấy người ta sử dụng hệ thống gồm nhiều thiết bị như: thiết bị sấy (buồng sấy, hầm sấy, tháp sấy, thùng sấy…), thiết bị đốt nóng tác nhân sấy(calorife) thiết bị lạnh để làm khô tác nhân sấy, quạt, bơm xiclon… Hình ảnh: Các sản phẩm sau sấy Phân loại: 2.1 Phân loại theo qúa trình sấy: _ Sấy tự nhiên: tiến hành bay lượng tự nhiên lượng mặt trời, lượng gió,…(gọi trình phơi sấy tự nhiên) Phương pháp đỡ tốn nhiệt không chủ động điều chỉnh vận tốc trình theo yêu cầu kỹ thuật, suất thấp… _ Sấy nhân tạo: thường tiến hành loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà kỹ thuật sấy chia nhiều dạng: sấy đối lưu, sấy tiếp xúc 2.2 Phân loại số thiết bị sấy phổ biến nay: 2.2.1 Sấy thùng quay: _ Máy có cấu tạo trống quay, bên có cánh đảo liệu, vật liệu sấy đưa vào trống tiếp xúc với tác nhân sấy sau quạt hút ngồi Hình ảnh: Máy sấy thùng quay 2.2.2 Sấy khí động: _ Sấy khí động thường dùng để sấy loại hạt nhẹ, có độ ẩm chủ yếu bề mặt Khi tốc độ tác nhân sấy lớn tốc độ lơ lửng hạt (nguyên liệu sấy) trình sấy gọi sấy khí động Hình ảnh: Máy sấy khí động 2.2.3 Sấy phun khơ: _ Là q trình công nghiệp sử dụng rộng rãi cho hình thành hạt sấy khơ Vì nên thích hợp cho sản xuất liên tục chất rắn khơ dạng bột, nghiền tích tụ lại từ thức ăn lỏng Sấy phun khô lý tưởng sản phẩm cuối phải tuân thủ tiêu chuẩn chất lượng xác bao gồm yếu tố như: phân bố kích thước hạt, độ ẩm lại, mật độ số lượng lớn hình thái hạt Hình ảnh: Sấy phun khơ 2.2.4 Sấy tĩnh hay gọi sấy vỉ ngang: _ Máy sấy có cấu tạo sàng kim loại có đột lỗ, sàn buồng dẫn tác nhân sấy, máy sấy theo mẻ tùy theo suất nguyên liệu sấy mà kích thước buồng sấy khác Hình ảnh: Máy sấy tĩnh 2.2.5 Sấy thăng hoa: _ Sấy thăng hoa trình tách ẩm khỏi vật liệu thăng hoa nước Quá trình thăng hoa trình chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể Ở điều kiện bình thường, ẩm thực phẩm dạng lỏng, nên để thăng hoa chúng cần chuyển sang thể rắn phương pháp lạnh đơng Chính nên gọi phương pháp Sấy lạnh đơng (Freeze Drying hay Lyophillisation) Hình ảnh: Máy sấy thăng hoa 2.2.6 Sấy xạ: _ Người ta sử dụng nguồn nhiệt xạ để cung cấp cho mẫu nguyên liệu cần sấy Nguồn xạ sử dụng phổ biến tia hồng ngoại Nguyên liệu hấp thụ lượng tia hồng ngoại nhiệt độ tăng lên Nguyên liệu cấp nhiệt nhờ xạ, thải ẩm mơi trường xảy theo nguyên tắc đối lưu Hình ảnh: Máy sấy xạ Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY KHÍ ĐỘNG Giới thiệu tổng quan sấy khí động 1.1 Khái niệm hệ thống sấy khí động: _ Hệ thống sấy khí động loại thiết bị sấy thích hợp cho việc sấy loại hạt nhẹ dạng bột nhão (paste) có độ ẩm chủ yếu độ ẩm bề mặt tinh bột khoai mì, bột nhẹ (bột CaCO3)… Do kích thước hạt bé nhẹ, hạt vật liệu bị lôi theo dòng tác nhân trao đổi nhiệt ẩm tác nhân vật liệu mãnh liệt (từ 8-10 lần lớn so với sấy thùng quay) Thời gian sấy ngắn, trình sấy xảy tức thời Kích thước hạt bé q trình sấy xảy nhanh sâu Do ta cần lựa chọn thiết bị sấy phù hợp với loại nguyên vật liệu khác để có trình sấy đạt hiệu cao chất lượng sản phẩm sấy hiệu kinh tế Hình ảnh: Hệ thống sấy khí động (tác giả Nhất Phú Thai) Hình ảnh: Máy sấy khí động Belgorod từ Nga Hình ảnh: Máy sấy khí động (máy sấy nơng sản) 1.2 Giới thiệu sản phẩm sấy: Chủ yếu hạt dạng bột, phổ biến tinh bột Tình bột thành phần lương thực, chúng hợp chất cao phân tử glucoza, tổng hợp tập trung số phận thực vật hạt, rễ, củ Tinh bột lấy chủ yếu từ ngơ, lúa mì, gạo, sắn… Hình ảnh: nguyên liệu bột sắn Hình ảnh: Tinh bột khoai mì Xác định độ chênh nhiệt độ trung bình 2.2.1 Giai đoạn gia nhiệt _ Nhiệt độ vật liệu tăng từ tm1 đến nhiệt độ nhiệt kế ướt tư Tiêu hao nhiệt giai đoạn là: _ Độ chênh nhiệt độ giai đoạn là: Trong đó: t1, tm1 – nhiệt độ khí vật liệu vào ống tư – nhiệt độ nhiệt kế ướt - nhiệt độ khí cuối giai đoạn gia nhiệt t '2 = t1 − Q1 LC p Trong đó: L - lưu lượng khí vào ống ( kg/h) Cp - nhiệt dung riêng đẳng áp khí (kJ/kgK) l1 = Chiều dài ống cần thiết giai đoạn : Q1 α v F Vt1 (m) 2.2.2 Giai đoạn sấy tốc độ không đổi Nhiệt độ vật liệu nhiệt độ nhiệt kế ướt không đổi Tiêu hao nhiệt giai đoạn : Gn1 = G1 Trong : ω1 − ωkp 100 − ωkp Q11 = QB + QS'' = Gn1  2495 + 1,84(t2'' − tu )  + QS'' lượng ẩm bay giai đoạn Vt2 = Độ chênh nhiệt độ trung bình khí vật liệu Trong đó: Trị số t2'' t2'' t2' − t2'' t' − t ln 2" u t − tu nhiệt độ môi chất cuối giai đoạn sấy tốc độ không đổi xác định đồ thị I-d theo d 2'' = tm = tu = const tu d 2'' 1000 W + d1 L l11 = Chiều dài ống sấy giai đoạn : 2.2.3 Giai đoạn sấy tốc độ giảm Q11 α v F Vt2 (m) tu tm Nhiệt độ vật tăng từ nhiệt độ nhiệt kế ướt Để tính tốn nhiệt độ vật liệu cuối giai đoạn sấy tốc độ giảm ta coi nhiệt độ phụ thuộc độ ẩm theo quan hệ đường thẳng Tùy thuộc vào độ ẩm đầu cuối vật liệu, nhiệt độ cuối vật liệu xác định theo biểu thức sau : Trường hợp Trường hợp Trường hợp ω1 > ω2 > ωk ω1 > ωk > ω2 W1 < Wk tm = tu tm = tu + (t2 − tu ) tm = tm1 + (t2 − tm1 ) ωk − ω ωk − ωcb ω1 − ω2 ω1 − ωcb Tiêu hao nhiệt giai đoạn : QIII = QB' + QG' + Q5''' = Gn [ 2495 + 1,88(t2 − tu ) ] + G2Cm (t m − tu ) + Q5''' W2 = G2 Lượng ẩm bay giai đoạn là: ωKp − ω2 100 − ωk Vt3 (t = '' − tu ) − ( t − t m ) ln Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giai đoạn là: Trong : G2 Cm , t2 tm , lượng sản phẩm lấy nhiệt dung riêng nhiệt độ khí vật liệu khỏi buồng sấy lIII = Chiều dài ống sấy tương ứng với giai đoạn là: QIII α v F Vt3 t2'' − tu t2 − tm Chiều dài toàn ống sấy : L = LI + LII + LIII Đường kính ống sấy xác định theo lưu lượng khơng khí trạng thái D= ống sấy : Trong đó: Vk Vk 900π vk lưu lượng thể tích khí ống Vk = Lv1 L lưu lượng khí cần thiết cho q trình sấy (kg/h) v1 vk thể tích riêng khí vào ống sấy ( m3 /kg) tốc độ khí ống sấy (m/s) Xác định hệ số trao đổi nhiệt thể tích αv (W/ m3 k) Theo phương pháp A.I.Skopl trường hợp trao đổi nhiệt dòng khí có hạt rơi tự hay bay ta có : 0.63 N u = 0.157 m −0.14 Re 0.63 = 0.157 m −0.14  v0 dtd   v ÷   Trong đó: m nồng độ hạt theo thể tích ,có nghĩa tỷ số thể tích hạt tham gia vào trao đổi nhiệt với thể tích vùng trao đổi nhiệt v0 tốc độ tương đối dòng khí (m/s) v0 = vk ± vcb (dấu cộng tương ứng với trường hợp ngược chiều, dấu trừ tương ứng với trường hợp chiều ) d td v đường kính tương đương trung bình hạt (m) độ nhớt động khí ( m2 /s) 0.63 Công thức v d  N u = 0.157m −0.14 Re0.63 = 0.157 m −0.14  td ÷  v  dùng khoảng sau: m = ( 0.4 ÷ ) 10−3 Re = 90 ÷ 2000 Ví dụ thực tế quy trình cơng nghệ sản xuất tinh bột sắn theo phương pháp sấy khí động 3.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ: SĂN CỦ NƯỚC RỬA, BÓC VỎ VỎ PHÂN VI SINH BÃ TĂ CHĂN NUÔI NGHIỀN LỌC TÁCH GIẢM ÂM SẤY LÀM NGUỘI ĐÓNG BAO BẢO QUẢN Sơ đồ Quy trình sản xuất tinh bột sắn theo phương pháp sấy khí động 3.2 Ngun liệu: Hình ảnh: tinh bột sắn (nguồn nguyên liệu cho trình sấy tinh bột) _ Nguyên liệu sắn dùng để sản xuất tinh bột gồm có nhiều loại khác nhau: KM 98, KM 94, KM 64, KM 60, KM 65 Tùy theo yêu cầu nhà máy nhìn chung sắn đưa vào sản xuất phải đạt tiêu chuẩn sau: + Hàm lượng tạp chất không 15%, thông thường 3% + Đối với sắn hư, thối không 15% + Đối với sắn xâm kim không 30% + Hàm lượng tinh bột lớn 20% + Sau nhập phải sản xuất không để 72 3.3 Nạp phễu, rửa, bóc vỏ: _ Nạp phễu tạo ổn định sản xuất, sau sắn củ băng tải đưa vào phễu tiếp liệu qua lồng rây củ, nhờ lực ma sát củ sắn với sắt, sắn với nhau, nên tách vỏ gỗ đất đá… ngồi theo lỗ lồng quay Qúa trình rửa thực bồn rửa nhờ mái chèo quay va đập vào sắn, sắn cọ sát vào tác dụng trực tiếp nước vò sắn bong phần đất cát loại bỏ, phần vò củ sắn sử dụng làm phân vi sinh 3.4 Băm nghiền: _ Sắn vào máy băm phải sạch, liên tục đồng Băm nhằm phá vỡ cấu trúc tế bào phần tạo điều kiện cho cơng đoạn nghiền giải phóng, tách triệt để tình bột _ Trong sản xuất tinh bột quy mơ công nghiệp, nghiền phương pháp cố định để tách tinh bột Vì hiệu suất trình lấy tinh bột phụ thuộc phần lớn vào trình nghiền Qúa trình nghiền phải cấp nước liên tục nhằm tăng hiệu suất nghiền đồng thời ngăn cản xâm nhập vi sinh vật oxy hóa dịch bào giải phóng tinh bột bám máy nghiền Hỗn hợp chất thu sau nghiền (gọi cháo) có hàm lượng chất khơ khoảng 25,11%, hàm lượng tinh bột chung 19,5% , tinh bột tự 16,52%, chất khơ hòa tan 3,55% 3.5 Tách dịch bào: _ Dịch bào củ thoát khỏi tế bào tiếp xúc với oxy khơng khí nhanh chóng bị oxy hóa tạo thành chất màu Vì tách dịch bào làm sữa tinh bột giữ độ trắng tinh bột 3.6 Ly tâm giảm ẩm: _ Dịch bột sau lọc tách vắt giảm ẩm máy ly tâm gạn hay máy phân ly làm việc theo nguyên lý lực ly tâm bể lắng hay máng lắng làm việc theo nguyên lý trọng lực, lúc ta có: + Độ ẩm tinh bột sau ly tâm khoảng 24-34% + Hàm lượng tinh bột khơ tuyệt đối lít nước dung dịch 0,26g/lít + Hàm lượng dịch bào tinh bột sau ly tâm 23,8% so với lượng tinh bột ẩm 3.6 Sấy tinh bột: _ Bột sau ly tâm vắt giảm ẩm 26-30% chuyển băng tải qua hệ thống sấy khí động với thơng số tối ưu sau: + Nhiệt độ tác nhân sấy: + Vận tốc chuyển động dòng khí 1,61 m/s _ Lúc độ khô không sản phẩm đạt 0,99%, màu sắc trắng ngà, độ mịn tơi đạt yêu cầu Hình ảnh: Máy sấy khí động tinh bột (Nhất Phú Thai) 3.7 Làm nguội, đóng bao, bảo quản: _ Tinh bột sau sấy chạy qua đường ống có khơng khí khô, mát thổi qua xuống hệ thống sàng phân loại để phân loại bột sau đóng bao ống phân loại bao hai lớp PE Sau vận chuyển băng tải đến kho bảo quản Ví dụ thực tế hệ thống sấy bã sắn Hình ảnh: Nguyên liệu bã sắn 4.1 Chọn nguyên lý sấy: _ Bã sắn với đặc điểm nghiền nhỏ, nhẹ có độ ẩm cao nên sấy khí động phù hợp so với phương pháp sấy khác số hạn chế xét yếu tố suất, thời gian sấy, độ ẩm sản phẩm tương đối đồng đạt yêu cầu cho trình sản xuất Dưới sơ đồ quy trình sấy khí động sau: ÉP TÁCH NƯỚC ĐÁNH TƠI VẨY ĐĨNG GĨI BẢO QUẢN LÀM MÁT SẤY KHÍ ĐỘNG BÃ SẮN TƯƠI LÒ ĐỐT GAS Sơ đồ: Các quy trình sấy bã sắn 4.2 Sơ đồ nguyên lý sấy: KHƠNG KHÍ Trấu(NL đốt) Lò hóa khí Khơng khí Buồng khơng khí Khí thải TNS Thiết bị sấy Sản phẩm Vật liệu sấy( bã sắn) 4.3 Nguyên lý hoạt động cấu tạo hệ thống sấy khí động giai đoạn: A01 – Máy đánh tơi A07 – Van chặn khí A02 – Vít cấp liệu A08 – Cyclone nguội A03 – Máy vẩy A09 – Quạt nguội A04 – Ống sấy B01 – Tạo gas từ Biomas A05 – Cyclone nóng B02 – Đầu đốt gas A06 – Quạt nóng _ Quy trình làm việc hệ thống thể sau: + Bã ẩm sau vắt bớt nước có độ ẩm khoảng 58% cấp vào máy đánh tơi A01 để làm tơi bã xuống vít tải liệu A02 vào máy vẩy A03 qua ống sấy A04 + Khơng khí nóng cấp vào ống sấy từ lò đốt gas B02, gas đốt hòa trộn với khơng khí làm tác nhân sấy quạt nóng A06 đưa vào ống sấy A04 có chiều cao 12m với bã ẩm, bã tiếp xúc trực tiếp với tác nhân sấy từ máy vẩy Bã ẩm chuyển động chiều với tác nhân sấy ống, sau trao đổi nhiệt với tác nhân sấy bã quạt hút A06 đưa sang cyclone A05 để tách bớt ẩm vi bụi sau bã đưa xuống van chặn khí A07 sang ống làm mát làm mát qua van chặn khí A07 Nguyên liệu làm mát quạt hút A09 xuống nhiệt độ gần với nhiệt độ môi trường sau qua cyclone tách khỏi khơng khí xuống van chặn khí đạt độ ẩm từ 10 – 13% xuống đóng bao để nhập kho bảo quản Khơng khí ẩm quạt làm mát hút thải mơi trường Ưu, nhược điểm, chi phí vận hành hệ thống sấy khí động 5.1 Ưu điểm: _ Độ ẩm sản phẩm đồng _ Năng suất sấy cao _ Thời gian sấy ngắn 5.2 Nhược điểm: _ Hệ thống cồng kềnh gồm hệ thống lắp song song với nhiều thiết bị phức tạp, giá thành chế tạo cao _ Chi phí nhiệt cho trình sấy cao, tiêu hao nhiên liệu lớn Như kết luận rằng, áp dụng phương pháp sấy khí động cho ta sản phẩm sau sấy có độ ẩm đồng KẾT LUẬN Việt Nam nước xuất tinh bột đứng thứ giới, sau Indonesia thái lan Thị trường xuất nước Trung Quốc, đài loạn…Hiện diện tích trồng sắn loại tinh bột khác mở rộng sản lượng suất tinh bột sản suất tăng lên theo thời gian Tuy suất cao chất lượng khả canh tranh sản phẩm tinh bột việt nam thấp kết cấu hạ tầng phục vụ bảo quản, chế biến phát triển Qua tiểu luận trên, nhóm nghiêng cứu đưa nhiều ví dụ thực tế hệ thống sấy khí động cách tính tốn thiết kế thiết bị, phục vụ cho vai trò sản xuất lắp đặt hệ thống, có ý nghĩa vơ quan trọng cơng nghiệp nước ta, đặc biệt sản lượng tinh bột lớn Vì cơng nghệ sấy khí động coi cơng nghệ phù hợp, tiềm loại sản phẩm tinh bột Nhờ vào việc quy trình kín đảm bảo dinh dưỡng vật sấy, thời gian sấy nhanh đảm bảo độ ẩm cho sản phẩm Vì ngành sấy Việt nam nói chung quy trinh sấy động nói riêng đầu tư mực làm tăng giá trị loại sản phẩm, làm tăng thời gian trữ kho với sản phẩn nông sản, tinh bột Giúp sản phẩm không bị ép giá làm tăng giá trị kinh tế Trong điều kiện hội nhập toàn cầu để sản phẩm thỏa mãn điều kiện quốc tế: đạt đến khối lượng đủ lớn ổn định, đảm bảo chất lượng đồng việc đầu tư cho cơng nghệ sấy cần thiết Tài liệu tham khảo http://kiemtailieu.com/ky-thuat-cong-nghe/tai-lieu/do-an-quatrinh-thiet-bi-say-tinh-bot/2.html Nghiêng cứu công nghệ sấy khí động kết hợp với q trình phân cấp hạt sản phẩm ứng dụng cho vật liệu sấy dạng bột nhão: Phan Đình Tuấn, Hồng Minh Nam, Hồng Tiến Cường Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG-HCM - Viện Công nghệ Hoá học, Viện KH&CN Việt Nam http://www.zbook.vn/ebook/nghien-cuu-xac-dinh-cac-thongso-cong-nghe-say-toi-uu-cua-qua-trinh-say-tinh-bot-san-theophuong-phap-say-khi-dong-46230/ Trần Văn Phú (2001) Thiết kế tính tốn hệ thống sấy, Nxb giáo dục Hà Nội Hồng Đình Tín (2001), truyền nhiệt tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt, NXB khoa học kỹ thuật TP Hồ Chí Minh 6.http://thongtinkhcndaklak.vn:81/kqncvn2012/Che_tao_may/To an_van/9052.pdf ... http://www.zbook.vn/ebook/nghien-cuu-xac-dinh-cac-thongso-cong-nghe-say-toi-uu-cua-qua-trinh-say-tinh-bot-san-theophuong-phap-say-khi-dong-46230/ Trần Văn Phú (2001) Thiết kế tính tốn hệ thống sấy, Nxb giáo dục Hà Nội... tư cho cơng nghệ sấy cần thiết Tài liệu tham khảo http://kiemtailieu.com/ky-thuat-cong-nghe/tai-lieu/do-an-quatrinh-thiet-bi-say-tinh-bot/2.html Nghiêng cứu cơng nghệ sấy khí động kết hợp với... Máy sấy xạ Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY KHÍ ĐỘNG Giới thiệu tổng quan sấy khí động 1.1 Khái niệm hệ thống sấy khí động: _ Hệ thống sấy khí động loại thiết bị sấy thích hợp cho việc sấy