1.2.3.1 Sơ đồ nguyên lý chung của hệ thống sấy
Quá trình sấy sử dụng chất tải nhiệt là không khí thì gọi là sấy bằng không khí. Khi sấy không khí nóng có hàm ẩm thấp tiếp xúc với bề mặt vật liệu ẩm và cung cấp năng
GVHD TS. Nguyễn Tấn Dũng Trang 13 lƣợng để bốc hơi ẩm trong vật liệu ẩm vào dòng khí và làm tăng hàm ẩm của dòng khí. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy bằng không khí đƣợc mô tả nhƣ sau [6],[5]:
Hình 1.3 Sơ đồ sấy bằng không khí
Vật liệu sấy ban đầu có độ ẩm cao đƣợc đƣa vào thiết bị sấy và đƣợc đƣa ra ngoài khi quá trình sấy kết thúc. Không khí bên ngoài đƣợc đƣa qua bộ phận đốt nóng để gia nhiệt lên đến nhiệt độ sấy cần thiết, sau đó vào phòng sấy để tiếp xúc với vật liệu, cấp nhiệt cho ẩm trong vật liệu để bốc hơi. Có thể có thêm bộ phận đốt nóng bổ sung trong phòng sấy. Trong trƣờng hợp vật liệu không yêu cầu độ sạch, vệ sinh, không yêu cầu về hình thức và màu sắc thì có thể dùng tác nhân sấy là khói lò. [3], [5]
1.2.3.2 Sấy lý thuyết và sấy thực tế
Trong quá trình sấy lý thuyết hay nhiệt bổ sung bằng nhiệt tổn thất. [4] Khi đó:
q g h h (1.1)
Khi qua bộ phận đốt nóng, không khí đƣợc gia nhiệt từ nhiệt độ t1 đến t2 do đó enthalpy của không khí cũng tăng từ h1 lên h2. Nên qc có thể tính theo phƣơng trình cân bằng nhiệt lƣợng cho bộ phận đốt nóng. [4]
GVHD TS. Nguyễn Tấn Dũng Trang 14 Từ 1.1 và 1.2 có thể thấy h2 = h3. Vậy trong suốt quá trình sấy lý thuyết enthalpy của không khí không thay đổi trong suốt quá trình (h = const). Quá trình sấy lý thuyết, một phần nhiệt lƣợng của không khí có bị mất đi cũng chỉ để làm bốc hơi nƣớc vật liệu, hơi nƣớc mang nhiệt lƣợng đó sau đó nhập lại vào dòng khí. [6], [3]
Hình 1.4 Mô tả quá trình sấy lý thuyết
Trạng thái ban đầu đƣợc biểu diễn bởi điểm 1 (t1, , h1, d1) khi ra khỏi bộ phận đốt nóng biểu diễn bởi điểm 2 (t2, , h2, d2) và sau khi sấy biểu diễn bởi điểm 3 (t3, , h3, d3). Để xác định các điểm 1 ,2 ,3 chỉ cần biết hai trong bốn thông số trạng thái của không khí. Đƣờng 123 biểu diễn quá trình sấy lý thuyết trong đó 12 là giai đoạn đốt nóng dòng khí và 23 là giai đoạn sấy lý thuyết. [4]
Trong thực tế, lƣợng nhiệt bổ sung khác với lƣợng nhiệt tổn thất, vì vậy . Từ đó:
g h h g h h (1.3)
GVHD TS. Nguyễn Tấn Dũng Trang 15 Trong thực tế có thể xảy ra theo một trong ba trƣờng hợp tùy theo giá trị của .
Nhiệt lƣợng bổ sung chung lớn hơn nhiệt lƣợng tổn thất chung nên . Vì g luôn là số dƣơng nên theo (1.3) h h .[6], [3], [4]
Nhiệt lƣợng bổ sung chung không đủ để bù nhiệt lƣợng tổn thất chung nên . Cũng theo (1.3) h h . [6], [3], [4]
Nhiệt lƣợng bổ sung chung đủ bù nhiệt lƣợng tổn thất chung nên , đây là trƣờng hợp sấy lý thuyết h h . [6], [3], [4]
Hình 1.5Mô tả quá trình sấy thực tế
Theo hình 1.5, quá trình sấy thực tế đƣợc mô tả: Đƣờng 123: Quá trình sấy lý thuyết
Đƣờng 123’: Quá trình sấy thực tế với h h
GVHD TS. Nguyễn Tấn Dũng Trang 16
1.2.3.3 Các phƣơng thức sấy
a)Sấy có bổ sung nhiệt trong phòng sấy
Lƣợng nhiệt dung cấp cho toàn bộ quá trình sấy không những đƣợc cung cấp ở caloriphe chính mà còn đƣợc cung cấp ở caloriphe bổ sung ngay trong buồng sấy. [1]
Hình 1.6 Sơ đồ sấy có bổ sung nhiệt trong phòng sấy
Không khí ban đầu có trạng thái A (hA=h0, , d0, t0) đi qua caloriphe 1 đƣợc gia nhiệt trong điều kiện x0 =x1 = const đến nhiệt độ t1 rồi đi vào buồng sấy 2, nó đƣợc cung cấp thêm nhiệt lƣợng bằng caloriphe bổ sung 3. [1]
GVHD TS. Nguyễn Tấn Dũng Trang 17
b)Sấy có gia nhiệt giữa các buồng sấy
Thiết bị sấy theo sơ đồ này gồm nhiều buồng sấy, trƣớc mỗi buồng sấy ngƣời ta đặt các caloriphe bổ sung K1, K2, … Phƣơng pháp sấy này không những giữ không giảm nhanh nhiệt độ phòng sấy mà còn giúp chế độ sấy điều hòa hơn. [1]
Hình 1.8 Sơ đồ sấy có gia nhiệt giữa chừng
Để giảm nhiệt độ không khí sấy, có thể chia phòng sấy ra làm nhiều khu vực sấy và trƣớc mỗi khu vực có đặt một bộ phận đốt nóng. Không khí ban đầu ở trạng thái (0) (ho, to, do, ), đi qua bộ phận đốt nóng 1 đƣợc gia nhiệt lên đến nhiệt độ t1, rồi đi vào khu vực sấy 1. Sau khi sấy xong nhiệt độ không khí hạ xuống đến t2. Không khí lại tiếp tục qua bộ phận đốt nóng 2 để đƣợc gia nhiệt lên đến t’1, rồi vào khu vực sấy 2. Quá trình tiếp tục cho đến trạng thái (2’’). Đƣờng gấp khúc (0)-(1)-(2)-(1’)-(2’)-(1’’)-(2’’) biểu diễn quá trình sấy có gia nhiệt giữa chừng. Nếu trạng thái đầu (điểm 0) và trạng thái cuối (điểm (2’’)) đã xác định trƣớc thì khi sấy bằng phƣơng pháp đốt nóng dòng khí một lần ban đầu thì nhiệt độ dòng khí lên rất cao (điểm A là giao điểm của trạng thái (0)-(1) và trạng thái (1’’)-(2’’) kéo dài), nhƣng khi sấy có đốt nóng dòng khí giữa chừng nhiệt độ tối đa có thể nhỏ hơn rất nhiều tùy thuộc vào số giai đoạn đốt nóng giữa chừng. [4]
GVHD TS. Nguyễn Tấn Dũng Trang 18 Phƣơng án sấy có gia nhiệt giữa chừng dùng để giảm nhiệt độ tác nhân sấy trƣớc khi đƣa vào sấy nhằm giữ đƣợc chất lƣợng sản phẩm. Nhiệt độ không khí ẩm sau khi đốt qua mỗi calorife đều bằng nhau. Nhiệt độ không khí ẩm sau khi ra khỏi mỗi buồng sấy đều bằng nhau. Vậy phƣơng thức sấy này thích hợp để sấy các vật liệu không chịu đƣợc nhiệt độ cao. [1]
c) Sấy có hoàn lưu một phần khí thải
Khi sấy theo phƣơng thức này, một phần không khí thải đƣợc quay về trộn lẫn với không khí ban đầu trƣớc khi vào caloriphe. [1]
Hình 1.9Sơ đồ sấy có không khí hoàn lƣu
GVHD TS. Nguyễn Tấn Dũng Trang 19 Lúc đầu khi chƣa có không khí hoàn lƣu thì không khí ngoài trời ở trạng thái 1. Sau khi đi qua calorife thì nhiệt độ của không khí đƣợc đốt nóng từ trạng thái 1 lên trạng thái 2’ và đƣa vào buồng sấy, nhiệt độ không khí giảm xuống t3 dẫn đến độ ẩm không khí tăng.
Sau đó, khi có không khí hoàn lƣu ở trạng thái 3 thì quá trình phối trộn hai dòng không khí nóng và lạnh sẽ xảy ra. Trạng thái 3 phối trộn với trạng thái 1 tạo trạng thái K. Vì trạng thái 3 và trạng thái 1 xác định nên trạng thái K hoàn toàn đƣợc xác định bởi hệ phƣơng trình cân bằng vật chất và cân bằng năng lƣợng.
Sau phối trộn nó đƣợc đốt nóng lên trạng thái 2 bởi nhiệt lƣợng calorife. Sau đó chuyển vào buồng sấy và thành trạng thái 3.
Quá trình sấy đi theo chu vi tam giác 123 nên đƣợc gọi là tam giác sấy. Quá trình tính tƣơng tự nhƣ việc tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lƣợng cho quá trình sấy đối lƣu bởi một calorife.
Trên căn bản, 1kg không khí khô ban đầu đƣợc trộn lẫn với n kg không khí khô tuần hoàn thì enthalpy của hỗn hợp tại K đƣợc tính theo biểu thức sau đƣợc rút ra từ cân bằng nhiệt lƣợng:
h .
, kJ/kgkkk
(1.5)
Hàm ẩm dM suy ra từ phƣơng trình cân bằng ẩm:
d kg ẩm kg kkk⁄ (1.6) Từ đó rút ra: n (1.7)
Từ đó xác định đƣợc điểm K trên đoạn (1)-(3)
GVHD TS. Nguyễn Tấn Dũng Trang 20 Lƣợng không khí khô ban đầu (tƣơng ứng trạng thái 1):g kg kkk kg ẩm⁄
Lƣợng hỗn hợp không khí đi vào thiết bị sấy: g kg kkk kg ẩm⁄
Hay g g 1 n (1.8)
Lƣợng nhiệt cung cấp ở bộ phận đốt nóng là:
g g h h
kg ẩm⁄ (1.9) Phƣơng thức sấy có không khí hoàn lƣu có những ƣu điểm sau:Có thể điều chỉnh độ ẩm của không khí do đó thƣờng ứng dụng để sấy các vật liệu không chịu đƣợc điều kiện độ ẩm không khí nhỏ và nhiệt độ cao. Đồng thời, tốc độ không khí đi qua phòng sấy lớn.