Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển tốc độ vít tải cấp nguyên liệu sấy thông qua
sự thay đổi của hiệu nhiệt độ khí thải cài đặt và nhiệt độ khí thải thực tế nhằm điều
khiển sự cân bằng ẩm (cân bằng vật chất của quá trình sấy) nh− sơ đồ nguyên lý trình bày tại hình 3.4. và tuân theo đặc tính điều chỉnh trình bày ở hình 3.7.
Yêu cầu phạm vi điều chỉnh là tTб 20C (± 20C so với giá trị cài đặt) sai số cho phép σ = ±10C so với giá trị cài đặt. Các hệ số khuyếch đại tỷ lệ cần đ−ợc lựa chọn sao cho đảm bảo tỷ lệ tuyến tính với tốc độ vòng quay của vít cấp liệu với các thông số kỹ thuật cụ thể (xem phần thiết kế tính toán vít cấp nguyên liệu).
Để thực hiện nhiệm vụ và yêu cầu nêu trên hệ thống mạch điều khiển tốc độ vít tải cấp nguyên liệu sấy theo nhiệt độ khí thải đ−ợc mô tả bằng sơ đồ cấu trúc ở hình 3.14.
Hình 3.14: Sơ đồ cấu trúc dạng khối hệ thống điều chỉnh tốc độ vít cấp nguyên liệu sấy theo nhiệt độ khí thải
Trục vít cấp nguyên liệu sấy
Động cơ điện của vít cấp liệu Biến đổi tần số SJ200 Đồng hồ điều khiển nhiệt độ DTA9696 Tín hiệu cài đặt ống dẫn khí thải Cảm biến nhiệt độ
Cấu tạo của hệ thống bao gồm các phần tử sau:
3.3.2.1.Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ là loại cảm biến nhiệt điện trở với phạm vi đo từ -200C
đến 5000C (cảm biến có can nhiệt loại K) chiều dài dây dẫn tín hiệu đo là 5m.
Cảm biến (can nhiệt) đ−ợc gắn chắc chắn trên thành ống dẫn không khí thải của quá trình sấy. Vị trí đặt can nhiệt sao cho đảm bảo chắc chắn rằng tại đó dòng không khí thải là dòng thuần (norminal) không rối.
3.3.2.2.Đồng hồ điều khiển nhiệt độ.
Sử dụng đồng hồ điều khiển nhiệt độ chuyên dung ký hiệu DTA9696 (Delta A serise Temperatyre controller) do hãng Dellta sản xuất và có mô hình cấu trúc hệ điều khiển t−ơng tự loại DT4848 đã giới thiệu ở hình 3.2. Đặc tính kỹ thuật và danh mục các tham số giới thiệu ở bảng 3.1 và 3.2.
DTA9696 làm việc với các tham số sau:
-Nguồn nuôi là dòng điện xoay chiều, điện áp 100 ữ 240VAC, tần số
50/60Hz và công suất tiêu thụ 5VA.
-Cổng vào liên kết với can nhiệt loại K có phạm vi đo -200C đến 5000C.
-Cổng ra là dòng điện một chiều với c−ờng độ thay đổi trong khoảng từ 4mA đến 20mA.
3.3.2.3Bộ biến đổi tần số dòng điện.
Theo kết quả tính toán cơ cấu chấp hành (vít tải định l−ợng nguyên liệu sấy), công suất của động cơ điện liền hộp giảm tốc là 7,5kW vì vậy bộ biến đổi tần số dòng điện nguồn cấp cho động cơ lựa chọn là biến tần HITACHI ký hiệu SJ-200. Đây là loại biến tần chuyên dụng để điều khiển động cơ 3pha và có sơ đồ nguyên lý giới thiệu ở hình 3.15.
Động cơ U/T1 V/T2 W/T3 Bộ biến đổi Chỉnh luu L1 L2 L3 Nối chuyển dòng 1 chiều Bộ đảo ngựơc
Điện áp vào xoay chiều 380VAC đầu vào chân R (L1), S (L2), T (L3) qua bộ biến đổi chỉnh l−u thành dòng điện 1 chiều (chỉnh l−u cầu 3 pha) đi đến bộ nối chuyển tín hiệu DC với sự tham gia của dòng DC ở cổng nhận tín hiệu điều khiển khi ở chế độ tự động hoặc từ núm chỉnh (khi điều khiển bằng tay). Điện áp một chiều sau khi nối chuyển đ−ợc chuyển tới bộ đảo chiều để nghịch l−u lại qua các van IGBT chuyển thành điện áp 3 pha có tần số phù hợp với tốc độ đ−ợc thiết kế của động cơ.
Các bộ biến tần HITACHI có những −u điểm chính sau: -Chế độ điều khiển vectơ không cần tới cảm biến.
-Tích hợp sẵn mạch tái sinh để hoàn trả năng l−ợng điện cho l−ới điện nguồn khi động cơ dừng hãm.
-Bộ bàn phím vận hành (Keypad) và hiển thị có thể tháo rời chuyển xa biến tần (gắn lên tủ điều khiển) tiện cho việc quan sát và thao tác.
-Tích hợp giao diện truyền thông RS-485 MODBNS RTU cho phép kết hợp nối với máy tính hoặc PLC.
-Cho phép thiết lập 16 cấp tốc độ.
-Bộ điều chỉnh loại tổ hợp (PII) tự động duy trì tốc độ của động cơ. -Tự động ổn áp điện áp đầu ra và tự động khởi động lại khi nguồn điện bị lỗi. -Giải quyết đ−ợc sự cân bằng giữa tốc độ, mômen và công suất của động cơ. Mômen khởi động có thể đạt lớn hơn 200% so với định mức ngay tại tần số 1Hz. Hoạt động liên tục với 100% mô men định mức ngay cả ở 1/10 phạm vi tốc độ (từ 5Hz đến 50Hz) mà không làm giảm thời gian sử dụng (tuổi thọ) của động cơ.
3.3.2.4.Sơ đồ đấu ghép hệ điều khiển vận tốc vít cấp nguyên liệu sấy
Mạch liên kết giữa cảm biến K và đồng hồ điều khiển nhiệt độ DTA9696, bộ biến đổi tần số SJ200 và động cơ điện của vít tải cấp nguyên liệu đ−ợc trình bày tại hình 3.16
2 12 3 13 4 14 5 15 6 16 7 17 8 18 9 19 10 20 2 12 3 13 4 14 5 15 6 16 7 17 8 18 9 19 10 20 1 11 1 11 S V T W PSC AL1 1 AL0 2 AL2 H 12 O 11 L CM2 V R M M Can K - 400 C đo nhiệt độ khí thải 0 RSA85 DTA9696 220V/50Hz 5VA chuông 1 chuông 2 chạy thuận FW NC (on) NO (off) chạy ng−ợc RV Tay CT TĐ COM 4/20mA
14DVC 4/20mA vào t−ơng tựđầu
đầu ra logic chuông 1 chuông 2 Rơ le cảnh báo mô tơ Vít cấp liệu R S T N SJ200
Hình 3.16: Sơ đồ đấu ghép các phần tử trong mạch điều khiển tốc độ vít cấp nguyên liệu sấy theo nhiệt độ khí thải
Ph−ơng pháp cài đặt các tham số cho đồng hồ điều khiển nhiệt độ DTA9696 và cài đặt các tham số làm việc cho biến tần SJ200, xem thêm phần
h−ớng dẫn sử dụng lắp đặt đấu ghép và cài đặt các tham số làm việc của nhà sản
xuất cung cấp.
Hình 3.17 là sơ đồ mạch động lực của động cơ điện truyền chuyển động cho vít cấp liệu ABT30A SJ200 M ABT30A RN CO1 M V V W S R T
3.3.2.5.Thiết kế tính toán và nguyên lý cấu tạo vít cấp nguyên liệu sấy
• Khát quát về chức năng của các thiết bị trong tổ hợp sấy tinh bột sắn:
Nh− giới thiệu nguyên lý hoạt động tổ hợp thiết bị sấy kiểu khí động đ−ợc áp dụng cho dây chuyền thiết bị sản xuất tinh bột sắn (xem hình 1.2)
Mỗi thiết bị trong khâu sấy đều đảm nhận một chức năng riêng để đáp ứng yêu cầu của công nghệ sấy. Tất nhiên đây là cụm thiết bị đồng bộ, vì vậy bất cứ một thiết bị nào trong cụm có vấn đề sẽ ảnh h−ởng tới chất l−ợng sấy.
Các yêu cầu đối với công nghệ sấy cho các thiết bị trong cụm sấy nh− sau: + Máy đánh tơi: Là thiết bị tiếp nhận tinh bột ẩm từ khâu tách n−ớc. Ngoài nhiệm vụ cấp nhiên liệu cho vít cấp liệu ổn định trong quá trình sấy.
+ Vít cấp liệu: Là thiết bị chính trong khâu điều khiển l−ợng nguyên liệu đầu vào cho sấy hay còn gọi là vít định l−ợng. Năng suất dây chuyền, chất l−ợng sản phẩm phụ thuộc vào việc điều chỉnh l−ợng cấp liệu. Lâu nay việc điều chỉnh vít cấp lliệu này chỉ dựa trên cảm nhận bằng tay từ việc đánh giá độ ẩm sản phẩm. Vì muốn đo đ−ợc độ ẩm phải dùng tới thiết bị đo độ bốc hơi ẩm của sản
phẩm, thời gian đo cho 01 mẫu đó ít nhất là 10 ữ 15 phút để chờ có kết quả đo để
điều chỉnh thì l−ợng sản phẩm đầu ra sau 15 phút đã hơn 1 tấn (hơn 20 bao). Đây chính là nguyên nhân chính gây ra độ không đều và không kiểm soát đ−ợc độ ẩm của sản phẩm. Nếu sấy ẩm quá sẽ không bảo quản đ−ợc (dễ mốc), mà sấy không quá sẽ bị tổn thất sản l−ợng, thiệt hại cho nhà đầu t−.
+ Vít máy vẩy và máy vẩy: Là cụm thiết bị cấp tinh bột ẩm vào ống sấy. Nhiệm vụ của máy vẩy là tạo thêm động năng cho hạt tinh bột di chuyển cùng tác nhân sấy (không khí nóng) lên ống sấy. Hiệu suất vẩy phải đảm bảo sự đồng đều và mật độ hoà trộn giữa tinh bột và tác nhân sấy để quá trình trao đổi nhiệt đ−ợc diễn ra ổn định và hiệu quả nhất.
+Bộ trao đổi nhiệt (calorifer) là thiết bị trao đổi nhiệt dùng dầu tải nhiệt để đốt nóng không khí đi qua nó. Nhiệm vụ của bộ trao đổi nhiệt là phải làm sao nâng đ−ợc nhiệt độ của 1 l−u l−ợng không khí trời đến một nhiệt độ nhất định đáp ứng cho công đoạn sấy.
Quá trình nung nóng dầu tải nhiệt bằng lò đốt than có kết hợp khí biogaz từ hồ n−ớc thải, vì vậy độ ổn định của nhiệt độ dầu tải nhiệt sẽ bị ảnh h−ởng vì
phụ thuộc vào quá trình đốt cháy than và khí gaz, mặc dầu trong bộ điều khiển nhiệt độ lò có chế độ tự động đóng ngắt quạt ghi lò. Song độ ổn định không cao. Để khống chế nhiệt độ tác nhân sấy nhắc là tr−ờng hợp nhiệt độ là quá cao, dễ gây ra hiện t−ợng hồ hoá tinh bột trong quá trình sấy, hoặc gây ra cháy nổ ống sấy khi bột quá khô gặp nhiệt độ quá cao.
Chính vì vậy, trên ống sấy sau calorifer cần lắp thêm cơ cấu cấp khí lạnh để có thể điều chỉnh đ−ợc nhiệt độ tác nhân sấy.
Đây cũng là một bộ phận cần đ−ợc điều chỉnh tự động để luôn có đ−ợc sự ổn định của nhiệt độ tác nhân sấy.
+ ống sấy: Là bộ phận dùng để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ẩm giữa
tinh bột và tác nhân sấy. Tổng chiều dài ống sấy phải đảm bảo đủ thời gian bốc hơi n−ớc (l−ợng hơi n−ớc cần bốc hơi) để ta đ−ợc sản phẩm có độ ẩm nhất định. Kích th−ớc ống sấy (đ−ờng kính) phải đảm bảo tốc độ của tinh bột và tác nhân sấy đi trong ống sấy phải bốc hơi tốc độ lơ lửng.
+ Hệ thống cyclon: Là cụm thiết bị có nhiệm vụ thu hồi tinh bột sau sấy (sau khi đã thoát ẩm) cyclon có nhiệm vụ tác tinh bột ra khỏi hỗn hợp khí - bột bằng lắng xoáy. Quá trình chuyển động xoáy trong cyclon, tinh bột bị mất vận tốc do va đập vào thành sau đó lắng xuống phía d−ới, còn không khí mang hơi ẩm theo ống thoát ra ngoài.
Trong công nghệ thu hồi tinh bột sắn sau sấy, chúng ta cần phải lựa chọn, thiết kế và chế tạo đúng chủng loại cyclon để có hiệu suất lắng tốt nhất.
+ Quạt sấy: Nhiệm vụ của quạt sấy là tạo ra sự dịch chuyển của tác nhân sấy (không khí nóng) đồng thời mang hơi ẩm sau quá trình trao đổi nhiệt giữa tác nhân sấy nhiều tinh bột ẩm để thải ra ngoài.
Quạt phải đ−ợc lựa chọn, thiết kế và chế tạo để đảm bảo về áp suất và l−u
l−ợng về áp suất của quạt phải đủ để thắng đ−ợc các trở lực qua bộ calorifer, qua
bộ cyclon và các ống sấy, ống nỗi…
Về l−u l−ợng phải đảm bảo mang hết đ−ợc l−ợng hơi ẩm sau quá trình trao
đổi nhiệt để thải ra ngoài.
+ Cyclon và quạt nguội: Nhiệm vụ của cụm thiết bị này là làm sao giảm đ−ợc nhiệt độ thân nhiệt của sản phẩm sau sấy xuống nhiệt độ môi tr−ờng đ−ợcc
để đáp ứng cho khâu đóng bao và bảo quản. Đồng thời cyclon cũng phải đảm bảo hiệu suất lắng tinh bột cao nhất.
• Một số cải tiến và thay đổi kết cấu của các thiết bị trong tổ hợp thiết bị sấy
tinh bột sắn:
So với các dây chuyền chế biến tinh bột sắn tr−ớc đây, nhóm đề tài về sắn có thay đổi một vài kết cấu, nhằm nâng cao hiệu quả của công đoạn sấy.
+ Tr−ớc đây các thiết bị trong tổ hợp sấy đ−ợc thiết kế và chế tạo riêng
biệt, vì vậy khâu đồng bộ có lúc bị phá vỡ. Giữa thiết bị đánh tơi và vít cấp liệu luôn xảy ra tình trạng không ổn định giữa khâu cấp và khâu tiếp liệu. Tình trạng lúc cấp ít, lúc cấp nhiều làm cho quá trình sấy bị rối.
Nguy hiểm nhất là lúc vít tải ch−a đ−ợc cấp đầy liệu, hiện t−ợng gió lạnh tràn vào ống sấy qua vít làm cho quá trình trao đổi nhiệt bị rối loạn, thực chất lúc đó nhiệt của tác nhân sấy bị giảm đột ngột do khí lạnh tràn vào.
Đến nay trong thiết kế mới, thiết bị đánh tơi và vít cấp liệu đ−ợc chế tạo chung trong cùng 1 vỏ về lý thuyết đảm bảo vít tải có hệ số điền đầy bằng 1, hiện t−ợng b−ớc vít bị hở để khí lạnh tràn vào không xảy ra nữa. Lúc liệu ít, hay nhiều vít tải luôn đ−ợc cấp đầy. Chỉ tr−ờng hợp ng−ng cấp liệu từ tách n−ớc mới xảy ra tình trạng hở vít tải
20
2
Hình 3.18: Cơ cấu đánh tơi và vít cấp liệu cũ 1- Cụm đánh tơi; 2- Cụm vít tải
2 1
Hình 3.19: Cơ cấu đánh tơi và vít cấp liệu mới 1- Cụm đánh tơi; 2- Cụm vít tải
Trong tr−ờng hợp này, máy đánh tơi chỉ có nhiệm vụ đảo tinh bột ẩm trong buồng để tránh tình trạng tạo vòm khi vít làm việc.
+ Sửa đổi thứ 2 là kích th−ớc ống sấy phần giao nhau với máy vẩy.
Tr−ớc đây đoạn giao nhau với máy vẩy, thiết diện mặt cắt ngang của ống sấy có hình vuông. Sau quá trình sử dụng đã xẩy ra tình trạng bột ẩm bị bám vào 04 góc của ống sấy gây ra cháy nổ hoặc làm hỏng sản phẩm vì bám và tồn tại trong môi tr−ờng nhiệt độ cao sinh ra hồ hoá. Nguyên nhân chính là trong thiết diện hình vuông của ống sấy, tốc độ dòng khí ở các góc là thấp nhất (độ phân bố áp suất và vận tốc góc khác nhau ở các điểm trên mặt cắt).
Với ống sấy có mặt cắt hình tròn, áp suất và vận tốc góc ở các điểm t−ơng đối giống nhau. Vì vậy ống sấy phần giao tiếp với máy vẩy đ−ợc thiết kế và chế tạo có kích th−ớc tròn. Sau khi thay đổi, hiệu suất sấy tăng lên, bột không bám và chất l−ợng sản phẩm cũng đ−ợc cải thiện rõ rệt.
+ Nh− phần trên đã nhắc tới để có thể điều chỉnh đ−ợc nhiệt độ tác nhân
sấy, nhất là tr−ờng hợp nhiệt độ tác nhân sấy quá cao dễ gây ra cháy nổ hoặc hồ hoá tinh bột. Trên ống sấy đoạn tiếp theo sau cửa ra của calorifer có lắp thêm cơ cấu điều chỉnh bổ sung khí lạnh để hoà trộn với tác nhân sấy tr−ớc lúc tiếp xúc với tinh bột sấy (tinh bột ẩm).
Đây là một ý t−ởng mới nhằm hạn chế sự thay đổi nhiệt độ của tác nhân để quá trình điều khiển sấy tự động đ−ợc thực hiện dễ dàng hơn.
Trong cụm thiết bị đánh tơi – cấp liệu mới. Máy đánh tơi cũng có thiết kế khác so với tr−ớc đây. Nhiệm vụ chuyển tiếp tinh bột ẩm từ tách n−ớc đã đ−ợc thay thế bằng 01 băng tải. Vì vậy máy đánh tơi chỉ còn một nhiệm vụ duy nhất là vừa cấp liệu sang cho vít vừa chống tạo vòm.
Chính vì vậy các cánh của máy đánh tơi đ−ợc thiết kế và chế tạo theo kiểu tay gạt.
3.3.2.6.Thiết kế tính toán vít cấp nguyên liệu sấy:
• Các thông số hình học và động học của vít:
Vít cấp liệu kiểu mới đ−ợc thiết kế và chế tạo chung 01 buồng cấp liệu với máy máy đánh tơi.
Phần lớn vít đ−ợc thiết kế dạng hở để luôn luôn đ−ợc máy đánh tơi cấp liệu vào đảm bảo hệ số điền đầy của vít luôn xấp xỉ bằng 1. Chỉ có một phần vít có vỏ kín (tròn) đ−ợc nối vào cụm thiết bị vẩy tinh bột.
Các kích th−ớc của vít tảI nhất là cánh vít vẫn đ−ợc giữ nguyên nh− tr−ớc đây, nghĩa là:
- B−ớc vít: (S) 220mm
- Đ−ờng kính đầu cánh vít: (D) 294mm
- Đ−ờng kính chân vít: (d) 114mm
- Phần thân kín có đ−ờng kính trong: (Đ’) 300mm
Vật liệu chế tạo vít cấp liệu đ−ợc dùng là thép không gỉ SUS304. Nhằm tránh bị rỉ khi tiếp xúc với tinh bột ẩm.
Hệ thống truyền động: Trục vít đ−ợc truyền động nhờ cấp bánh xích đ−ợc nối từ 01 động cơ liền hộp số giảm tốc.
Công suất động cơ: 3pha-7,5kW, điện áp 220/380V, tần số 50Hz