Quá trình sấy

Q TRÌNH SẤY Khái niệm Sấy q trình dùng nhiệt để làm bay nước khỏi vật liệu Q trình tiến hành bay tự nhiên lượng tự nhiên lượng mặt trời, lượng gió, Bên cạnh đó, ngành công nghiệp, người ta thường tiến hành trình sấy nhân tạo Tùy theo phương pháp truyền nhiệt, kĩ thuật sấy chia phương pháp như: Sấy đối lưu: Cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với khơng khí nóng, khói lị, (gọi tác nhân sấy) Sấy tiếp xúc: Tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu qua vách ngăn Sấy tia hồng ngoại: Dùng lượng tia hồng ngoại nguồn nhiệt phát truyền cho vật liệu Sấy dòng điện cao tần: Dùng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng tồn chiều dày lớp vật liệu Sấy thăng hoa: Sấy mơi trường có độ chân khơng cao, nhiệt độ thấp, ẩm tự vật liệu đóng băng bay từ trạng thái rắn sang không qua trạng thái lỏng Ba phương pháp cuối phương pháp sấy đặc biệt dùng Qúa trình sấy q trình chuyển khối có tham gia pha rắn phức tạp bao gồm q trình khuếch tán bên bên ngồi vật liệu rắn đồng thời với trình truyền nhiệt Đây q trình nối tiếp, vận tốc tồn trình quy định giai đoạn chậm Sấy q trình làm khơ vật liệu phương pháp bay nhiệt Nhiệt cung cấp cho vật liệu ẩm dẫn nhiệt, đối lưu, xạ lượng điện trường có tần số cao Mục đích q trình sấy giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền bảo quản tốt, phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn dễ dàng Đối tượng trình sấy vật ẩm, vật liệu có chứa lượng chất lỏng định Chất lỏng chứa vật liệu ẩm thường nước số vật ẩm chứa chất lỏng khác dung mơi hựu Q trình sấy u cầu tác động đến vật ẩm là: - Cấp nhiệt cho vật ẩm làm cho ẩm vật hóa - Lấy ẩm khỏi vật liệu thải vào mơi trường Ở q trình hóa ẩm lỏng vật bay nên xảy nhiệt độ Nguyên tắc trình sấy cung cấp lượng nhiệt biến đổi trạng thái pha lỏng vật liệu thành Hầu hết vật liệu trình sản xuất chứa pha lỏng nước người ta thường gọi ẩm Phân loại trình sấy với số q trình làm khơ khác: Có số q trình làm giảm ẩm vật thể khơng phải q trình sấy, là: - Vật ly tâm trình làm giảm ẩm vật liệu phương pháp học, phương pháp làm cho ẩm tự khỏi vật - Cơ đặc phương pháp giảm ẩm vật liệu cách đun sôi Cân trình sấy Nếu ta để vật liệu ẩm tiếp xúc với khơng khí ẩm xảy hai trình: 1) Quá trình tách ẩm khỏi vật liệu (quá trình sấy) P < Pet PA áp suất riêng phần khơng khí ẩm, cịn Pet áp suất riêng phần khơng khí sát bề mặt vật liệu 2) Quá trình hút ẩm từ khơng khí ẩm vào vật liệu n > Pet Trong trình sấy áp suất bề mặt vật liệu giảm dần PA = P Khi hệ đạt trạng thái cân động, độ ẩm vật liệu đạt độ ẩm cân us Độ ẩm cân phụ thuộc vào áp suất riêng phần khơng khí xung quanh tức phụ thuộc vào độ ẩm tương đối khơng khí; nghĩa wch= f () Đường cong xác định nhiệt độ không đổi (t = const) nên gọi đường đẳng nhiệt, biểu diễn (hình 7.8) Đường đường bay ẩm từ vật liệu sấy Đường đường hút ẩm từ không khí ấm 3 Các dạng liên kết ẩm với vật liệu Quá trình tách ẩm khỏi vật liệu sấy phụ thuộc lớn vào dạng liên kết ẩm vật liệu Liên kết vững khó tách ngược lại Có nhiều dạng liên kết ẩm với vật liệu có nhiều cách phân loại khác Ví dụ theo A Rebinder có ba dạng liên kết ẩm vật liệu là: - Liên kết hóa học - Liên kết hóa lý - Liên kết lý (dính) Độ ẩm vật liệu thay đổi trạng thái trình sấy Lượng vật liệu ẩm (G) đưa vào sấy lượng vật liệu khô tuyệt đối (Gk) cộng với lượng ẩm có vật liệu (Gẩm): G = Gk + Gẩm Từ người ta đưa hai khái niệm độ vật liệu: - Độ ẩm tuyệt đối (tính theo vật liệu ướt): W = (Gẩm/G) 100% - Độ ẩm tương đối (tính theo vật liệu khơ tuyệt đối) Wtd = (Gẩm/Gk) 100% Lượng vật liệu khô tuyệt đối coi khơng mát q trình sấy Bởi vậy, người ta thường dùng độ ẩm tương đối tính tốn Giữa độ ẩm tuyệt đối (W) độ ẩm tương đối (Wtđ), có mối liên hệ: Sự thay đổi trạng thái vật liệu biểu diễn hình 7.9 Khi sấy độ ẩm vật liệu từ Wd đến Wh tương ứng với vật liệu chứa ẩm tự (pvl= phh) nằm trạng thái ẩm Khi độ ẩm vật liệu giảm từ Wh đến Wch (độ ẩm cân bằng), vật liệu chứa ẩm liên kết (pvl< phh) vật liệu trạng thái có khả hút ẩm C gọi điểm hút ẩm tương ứng với có Wh, độ ẩm tương đối khơng khí = 100%, pvl= phh; Wh, nằm giới hạn độ ẩm tự âm | liên kết Ấm liên kết tách khỏi vật liệu độ ẩm tương đối mơi trường khơng khí xung quanh có độ ẩm tương đối < 100% 5 Cân vật liệu nhiệt lượng máy sấy 5.1 Cân vật liệu máy sấy Cân vật liệu vật liệu sấy chung cho máy sấy đối lưu, tiếp xúc loại máy sấy khác Để thành lập phương trình cân vật liệu, dùng ký hiệu: G1- lượng vật liệu ẩm vào máy sấy, kg/h; G2 - lượng vật liệu khỏi máy sấy, kg/h W1, W2 - độ ẩm ban đầu, ban cuối vật liệu (tính theo khối lượng chung), % W – lượng ẩm tách khỏi vật liệu trình sấy, kg/h Phương trình cân vật liệu chung: G1 = G2+ W Lượng vật liệu khô tuyệt đối: 5.2 Cân nhiệt lượng Nghĩa trình sấy máy sấy lý thuyết biểu diễn đồ thị I x đường I = const Điều có nghĩa bay ẩm máy sấy lý thuyết làm lạnh khơng khí, lượng nhiệt khơng khí truyền cho vật liệu sấy hồn tồn quay trở khơng khí với ẩm bay từ vật liệu sấy Cịn máy sấy thực tế nhiệt hàm khơng khí thường khơng phải số, Delta > (lượng nhiệt bổ sung chung lớn lượng nhiệt tiêu tốn chung) I2 > I1, Delta < I2 < I1, Trường hợp riêng: qb+ C.θ1 = qvl + qm tức ∆ = 0, giống trường hợp sấy lý thuyết 6 Xác định lượng khơng khí lượng nhiệt tiêu tốn máy sấy phương pháp đồ thị Xác định lượng khơng khí lượng nhiệt tiêu tốn hai thông số q trình tính tốn cơng nghệ máy sấy đối lưu Các thơng số xác định phương pháp giải tích hay phương pháp đồ thị I - x Ramzin Tính tốn giải tích xác hơn, khối lượng tính tốn lớn hơn, nhiều trường hợp kỹ thuật không yêu cầu Do vậy, tính tốn kỹ thuật, người ta thường dùng phương pháp đồ thị Còn phương pháp giải tích sử dụng yêu cầu độ xác cao, thay đổi nhiệt độ độ ẩm trình sấy nhỏ Ở đây, ta xét phương pháp tính tốn đồ thị I - x Muốn vậy, cần biết cách biểu diễn trình sấy lên đồ thị I - x * Cách biểu diễn trình sấy máy lí thuyết lên đồ thị I – x Để xác định trạng thái khơng khí ban đầu A đồ thị I - x, ta cần biết hai số bốn thông số (x0, φ0, t0, I0) thường t0, φ0 (theo số liệu cho tài liệu tham khảo địa phương nơi ta đặt máy sấy Đó trạng thái khơng khí trước caloriphe Từ A, kẻ đường thẳng đứng cắt đường t1 = const (t1 nhiệt độ khơng khí sau caloriphe - trước vào phòng sấy - nhiệt độ cho phép vật liệu sấy giá trị biết trước) Vậy điểm B (t1, x1 = x0) đặc trưng cho trạng thái khơng khí nóng trước vào phòng sấy xác định Đoạn AB đặc trưng cho trình biến đổi trạng thái khơng khí caloriphe q trình đun nóng) Từ B (x1 = x0, t1, I1, φ1) theo đường I1 = const tới cắt đường t2 = const (hoặc φ2 = const) nhiệt độ (hay độ ẩm tương đối) khơng khí sau khỏi phịng sấy, đại lượng cho trước theo yêu cầu kỹ thuật Do đó, điểm C (t2, I2, φ2, x2) đặc trưng cho trạng thái khơng khí khỏi phịng sấy hồn tồn xác định Đoạn BC (song song với trục hoành có I1 = I2 = const) biểu diễn trình biến đổi trạng thái khơng khí phòng sấy Một vài thiết bị đặc trưng a) Phòng sấy Phòng sấy thường làm việc theo nguyên tắc gián đoạn, áp suất khí Thiết bị thường gồm từ vài phòng sấy Vật liệu | sấy xếp giá xe goòng, xe goòng đưa vào lấy cửa phòng tay tời nhờ động Một dạng khác phịng sấy phịng sấy khơng khí nóng tuần hồn có đốt nóng chừng (7.23), khơng khí đốt nóng phận sưởi (caloriphe) nhờ quạt đưa vào phía phịng sấy chuyển động theo hướng nằm ngang từ trái qua phải - giá đựng vật liệu xe gng Sau khơng khí qua phận gia nhiệt phía vào khu vực hầm sấy chuyển động từ phải sang trái, khơng khí lại đốt nóng thiết bị dun nóng trung gian vào khu vực phía phòng sấy chuyền động từ trái sang phải b) Hầm sấy Hầm sấy làm việc áp suất khí dùng tác nhân sấy khói lị hay khơng khí nóng, vật liệu xếp giá (khay) xe goòng Xe goòng di chuyển chậm dọc theo hầm nhờ người dây dùng tới (nếu suất lớn) đẩy xe vào đầu hầm đầu hầm có xe Thời gian lưu xe hầm thời gian sấy Cấu tạo hầm đơn giản gồm hẩm sấy đặt song song liền kề Vật liệu sấy đặt giá xe goòng 2, xe goòng thường chuyển động đường goòng 7, nối tiếp nhau, việc di chuyển xe goòng nhờ hệ thống Sau thời gian định cửa mở để đầu hầm có xe gng vật | liệu khơ đầu hẩm có xe vật liệu ướt vào, cịn lại cửa hầm ln ln đóng để tránh nhiệt bên ngồi Khơng khí nóng (khói lị) quạt thổi dọc theo hầm sấy theo phương thức ngược chiều hay xi chiều tuỳ theo tính chất vật liệu sấy Chiều dài hầm thường tối đa 60m để giảm trở lực thuỷ lực giảm tượng phân tầng khơng khí Vận tốc tác nhân sấy hầm sấy thường 2-3m/s c) Máy sấy kiểu băng tải Máy sấy kiểu băng tải gồm phịng sấy hình khối hộp chữ nhật (hình 7.26), phí có vô tận chuyển động nhà tang quay chủ động bị động (tang chủ động tang lắp - với cấu truyền động động để keo bảng vơ tận, cịn tang bị | dộng tang quay theo) Bằng tựa lăn dể băng không vị võng Băng thường làm sợi tẩm cao su, thép hay lưới kim loại Khơng khí hút vào cửa phía đối nóng đến nhiệt độ cần thiết nhờ caloriphe Vật liệu sấy cấp vào liên tục phễu nạp liệu cấp định lượng qua cấu cấp liệu Nếu máy sấy có bảng sấy khơng vật liệu khơng đảo trộn Do thiết bị sấy có nhiều băng tải sử dụng phổ biến Ở loại thiết bị vật liệu từ băng di chuyển đến cuối thiết bị bên phải đổ xuống băng chuyền chuyển động theo hướng ngược lại, đến bảng vật liệu khơ đổ vào ngăn chứa sản phẩm d) Máy sấy kiểu băng gấp khúc Trong cơng nghiệp hóa chất, thực phẩm thường dùng máy sấy có | băng chuyển động thẳng đứng gấp khúc nhiều lần gọi máy sáy kiểu băng gấp khúc Bảng gấp khúc thường lưới kim loại bền hóa học Loại thiết bị sấy thường sấy bột nhão Vật liệu nhờ phận tiếp liệu rải băng vô tận (loại lưới) thành lớp mỏng Bẵng qua đồi trục lăn đốt nóng gián tiếp cán vào lỗ lưới băng vào buồng sấy Khơng khí nóng dược thổi qua bảng nhờ hệ thống quạt đặt hai phía buồng sấy Vật | liệu khô tách khỏi băng nhờ búa gõ vào bề mặt bằng, vật | liệu khô rơi xuống bunke phía có vít vơ tận chuyển vật liệu khơ ngồi Máy sấy thường chia thành nhiều khu vực khu vực có caloriphe đốt nóng khơng khí chừng (trên hình 7.27 khơng thể hiện) e) Máy sấy đối lưu với lớp vật liệu đảo lộn (Máy sấy thùng quay) Vật liệu ướt nạp liên tục vào đầu cao thùng, | chuyển động dọc thùng nhờ đệm ngăn Các đệm ngăn vừa có | tác dụng phân bố vật liệu theo tiết diện thùng, đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc vật liệu sấy với tác nhân sấy Cấu tạo đệm ngăn phụ thuộc vào kích thước vật liệu sấy, tính chất độ ẩm Vận tốc khói lị hay khơng khí nóng máy sấy thường khoảng + 3m/s, thùng quay từ + vòng/phút Vật liệu cuối máy sấy (vật liệu khô) tháo qua cấu tháo sản phẩm | 5, nhờ máy vận chuyển vít tải, băng tải vận chuyển vào kho Khói lị hay khơng khí thải quạt hút đẩy vào hệ thống tách bụi xyclon, lọc túi để tách hạt bụi bị theo khí thải Các hạt bụi tách dẫn máy vận chuyển 13, cịn khí thải ngồi f) Máy sấy đối lưu với lớp vật liệu trạng thái sôi (Máy sấy tầng sôi bậc) Máy sấy tầng sôi máy sấy tiên tiến Q trình sấy lớp sơi bề mặt tiếp xúc pha lớn, vật liệu | khuấy trộn mãnh liệt, nên cường độ sấy cao, sấy đồng Nguyên lý làm việc thể hình 7.30 Khơng khí quạt hút đẩy vào caloriphe để đốt nóng đến nhiệt độ cẩn thiết thổi vào phần thiết bị sấy tầng sôi qua lưới phân phối qua lớp vật liệu sấy với vận tốc lớn Vật liệu sấy ẩm qua phận tiếp liệu cấp liên tục định lượng vào thiết bị tầng sôi trạng thái lơ lửng, trình sấy xảy mãnh liệt, hạt vật liệu khô rơi vào cửa tháo liệu vào băng tải chuyển kho Khơng khí thải theo lượng bụi dẫn vào thiết bị tách bụi xyclon 5, cần tách triệt để người ta lắp thêm xyclon tổ hợp lọc túi, khí thải quạt hút đẩy g) Máy sấy tiếp xúc (Máy sấy chân khơng có cánh khuấy) Khi sấy vật liệu trạng thái tĩnh dễ xảy tượng nhiệt cục bộ, vật liệu không đảo trộn Bởi để tránh | tượng người ta tiến hành thiết bị sấy chân khơng có cánh đảo trộn hình 7.36, gồm thân hình trụ 1, phía ngồi có vỏ bọc, phía có cánh khuấy lắp trục rỗng 3, Vật liệu nạp vào thùng qua cửa Các cánh khuấy lắp trục với nửa hướng phải nửa hướng trái sau thời gian khoảng phút trục cánh khuấy lại đổi chiều quay lần nên vật liệu từ thùng đẩy hai đầu từ hai đầu dồn vào thùng Các ống bịt kín hai đầu đặt cánh khuấy lăn tự thùng quay làm cho việc đảo trộn nghiền vật liệu tốt Máy sấy nối với thiết bị ngưng tụ bơm chân không Quá trình làm việc: cánh khuấy quay, vật liệu nạp vào tay hay đổ từ thùng chứa vào, sau đóng cửa nạp liệu tạo độ chân khơng thiết bị đồng thời đốt nóng nước qua vỏ Hơi ẩm nhờ bơm chân không hút qua thiết bị ngưng tụ, ngưng tụ cịn khí khơng ngưng tụ bơm chân khơng hút thải ngồi Trước kết thúc q trình sấy vài phút người ta đóng đường đốt, ngắt bơm chân khơng mở thùng cho thơng với khí tháo vật liệu qua ống Máy sấy chân không kiểu thường dùng để sấy chất màu, trung bình mẻ sấy từ 500-600kg sản phẩm với thời gian sấy khoảng - 10h, cường độ sấy khoảng 15 - 20 kg ẩm/m2.h Ứng dụng phương pháp sấy - Sấy thực phẩm: sữa, hoa, quả, trứng, đậu nành - Sấy thuốc kháng sinh ngành sản xuất dược phẩm - Sấy dung dịch huyền phù, bột nhão, vật liệu chất bột màu, chất dẻo ... pháp giảm ẩm vật liệu cách đun sôi Cân trình sấy Nếu ta để vật liệu ẩm tiếp xúc với khơng khí ẩm xảy hai q trình: 1) Quá trình tách ẩm khỏi vật liệu (quá trình sấy) P < Pet PA áp suất riêng phần... nước người ta thường gọi ẩm Phân loại q trình sấy với số q trình làm khơ khác: Có số q trình làm giảm ẩm vật thể khơng phải q trình sấy, là: - Vật ly tâm q trình làm giảm ẩm vật liệu phương pháp... 5 Cân vật liệu nhiệt lượng máy sấy 5.1 Cân vật liệu máy sấy Cân vật liệu vật liệu sấy chung cho máy sấy đối lưu, tiếp xúc loại máy sấy khác Để thành lập phương trình cân vật liệu, dùng ký hiệu: