Người ta có thể tiến hành sấy muối tinh trên các khay bằng máy sấy buồng. Máy sấy buồng có kết cấu đơn giản dễ vận hành, dễ sử dụng, nhưng năng suất rất thấp, chủ yếu dùng trong các phịng thí nghiệm, các phân xưởng sản xuất quy mơ nhỏ. Ở Việt Nam có thể thấy máy sấy muối tinh kiểu sấy buồng trong các xí nghiệp muối Hải Hậu (Nam Định), Cơng ty Muối 3 (Đà Nẵng). Tác nhân sấy được cấp qua khối muối ẩm kiểu xuyên khay, năng suất sấy thường từ 100 – 200kg/mẻ, nhiên liệu cấp nhiệt thường là lò đốt than đá, cấp gián tiếp qua bộ trao đổi nhiệt khí khói. Khi sấy phải sử dụng lao động đưa nguyên liệu ẩm vào và ra các khay trên xe gng. Do khi sấy muối ẩm ln ở trạng thái tĩnh nên thời gian sấy phải kéo dài hàng giờ, sản phẩm sấy ở dạng bánh muối nên chi phí sấy cao, cần nhiều lao động thủ cơng, ngồi ra cịn có thêm cơng đoạn nghiền, sàng phân loại hạt mới cho ra sản phẩm thông thường.
2.1.2. Sấy muối bằng máy sấy thùng quay
Máy sấy muối tinh thùng quay có nguyên lý trao đổi nhiệt đối lưu là bước tiến bộ mới hơn về máy và kỹ thuật sấy muối của thế giới và hiện nay rất thông dụng trên 100 quốc gia có
ngành sản xuất muối [14]. Cơng việc nạp vào, lấy sản phẩm và đảo trộn khối hạt trong khi sấy được thực hiện hồn tồn bằng cơ giới hố, nên cường độ làm việc của người vận hành sấy nhẹ nhàng hơn. Các nhà máy sản xuất muối tinh quy mơ trung bình ở Việt Nam đều được trang bị loại máy sấy này. Loại máy sấy thường được thiết kế chiều vật liệu sấy đi ngược chiều với chiều cấp tác nhân, vị trí cấp nhiệt vào được bố trí ngay tại khu vực cửa ra sản phẩm. Nhiên liệu cấp nhiệt cho loại máy sấy này thơng thường là than đá hoặc là khí hố lỏng LPG. Năng suất máy được thiết kế từ 1 – 1,5 tấn/giờ. Sản phẩm sấy từ máy sấy thùng quay loại này cho chất lượng tốt hơn các máy sấy trước nó.
Mặc dù có nhiều ưu thế hơn máy sấy rang và máy sấy khay, nhưng chất lượng của máy sấy thùng quay nguyên lý trao đổi nhiệt – ẩm đối lưu còn nhiều hạn chế: các hạt muối tinh hầu hết đều bị mài mòn ở các cạnh nên khơng cịn khả năng phản chiếu dưới ánh sáng, màu sản phẩm chuyển sang vàng nhạt (không giữ được màu tự nhiên) nên làm giảm cảm quan, tỷ lệ hạt biến thành bụi muối cao (> 15%), tỷ lệ sản phẩm bị vón cục cũng chiếm tỷ lệ cao (>20%), nhiệt độ muối sấy ra khỏi thùng quay trên 125 C, nên phải tiếp tục phải làm nguội bên ngoài. Sau mỗi ca sấy phải sử dụng công cụ cạy và làm sạch muối bám ở vỏ thùng và cánh.
2.1.3. Sấy muối bằng máy sấy tầng sôi
Công nghệ tầng sôi ra đời từ khá sớm, những nghiên cứu lý thuyết về tầng sôi đã được xuất bản từ những năm 1878 [14]. Tuy nhiên công nghệ tầng sôi vẫn chưa được quan tâm nghiên cứu kỹ lưỡng. Đến thập niên 1940, cùng với sự phát triển của ngành hóa dầu, nhu cầu các sản phẩm từ dầu mỏ sử dụng trong cơng nghiệp tăng cao khi đó cơng nghệ tầng sơi mới phát triển trên quy mô công nghiệp. Máy sấy tầng sôi (FBDs) được ứng dụng rất rộng rãi để sấy vật liệu rời trong hóa học, thực phẩm, y dược, nơng nghiệp, hóa dầu và cơng nghiệp xử lý rác.
Đối với việc sấy các hạt có kích thước trong phạm vi từ 50 –2000mm, máy sấy tầng sơi đặc biệt có nhiều ưu điểm hơn các máy sấy truyền thống khác, chẳng hạn như máy sấy thùng quay, máy sấy hầm, băng tải, máy sấy khay liên tục, cụ thể là:
- Tốc độ sấy cao do sự tương tác tốt giữa khí và hạt dẫn đến hệ số truyền nhiệt và truyền khối rất cao.
- Hiệu suất nhiệt cao hơn, đặc biệt nếu sử dụng các bộ trao đổi nhiệt bên trong buồng sấy để cung cấp nhiệt cho quá trình sấy.
- Vốn đầu tư và chi phí bảo dưỡng thấp hơn so với máy sấy thùng quay. - Dễ dàng vận hành và điều khiển tự động.
Tuy nhiên chúng cũng có một số hạn chế như sau:
- Tiêu thụ điện năng cao do hoạt động ở chế độ sôi dẫn đến tổn thất áp suất lớn.
- Yêu cầu cao về các thiết bị vận chuyển khí vì phải tuần hồn một lượng khí thải lớn ở nhiệt độ cao, đặc biệt là khi sấy các vật liệu có độ ẩm ban đầu cao.
- Nguy cơ mài mịn hạt cao.
- Tính cơ động thấp và khó hóa sơi đối với vật liệu quá ướt.
Bảng 2.1 So sánh giữa sấy tầng sôi với các kiểu sấy khác [14]
Chỉ tiêu Sấy thùng quay Sấy tầng sơi Cỡ hạt
Phân bố kích thước hạt Thời gian sấy
Diện tích nền Tỉ lệ khơng đạt Độ mài mịn Tiêu thụ điện năng Chi phí bảo dưỡng Hiệu suất nhiệt Tính dễ điều khiển Năng suất Phân bố rộng Linh hoạt Trên 60 phút Rộng Lớn Cao Cao Cao Trung bình Thấp Cao 100 – 2000μm Giới hạn Trên 60 phút Nhỏ Nhỏ Cao Vừa Trung bình Cao Cao Vừa
55
Ngồi những ưu, nhược điểm như phân tích ở trên, đối với sấy muối tinh, máy sấy tầng sơi cịn có những ưu điểm riêng như sau:
- Độ ẩm sản phẩm đồng đều.
- Cấp khí thơng qua ghi phân phối nên sản phẩm muối không bị ngả vàng.
- Tỷ lệ vỡ vụn thấp, kích thước hạt đồng đều hơn.
- Sử dụng thêm buồng làm mát có thể giảm nhiệt độ sản phẩm đến nhiệt độ yêu cầu để đóng gói.
Trên thực tế có rất nhiều cách thức phân loại máy sấy tầng sôi, cụ thể theo các chỉ tiêu được trình bày trong bảng 2.2. Tùy theo từng ứng dụng cụ thể mà ta chọn máy sấy loại nào cho thích hợp nhất. Tuy nhiên, đối với sấy muối tinh thường sử dụng các kiểu máy sấy như: tầng sôi mẻ, tầng sôi liên tục dạng buồng, tầng sôi liên tục kiểu ngang và máy sấy tầng sơi có rung.
Bảng 2.2 Phân loại máy sấy tầng sơi theo các chỉ tiêu [14]
Chỉ tiêu Kiểu máy sấy (ứng dụng)
Áp suất làm việc Áp suất thấp (sấy các sản phẩm nhạy nhiệt)Gần bằng áp suất khí quyển (thơng thường nhất) Áp suất cao (5 bar, máy sấy dùng hơi nước) Cơ chế dòng hạt Hòa trộn đềuHai pha
Hỗn hợp (hòa trộn đều sau dịng hai pha) Chế độ sấy MẻLiên tục
Dịng khí hóa sơi Liên tục Xung động
Nhiệt độ khí hóa sơi Khơng đổiPhụ thuộc thời gian
Cấp nhiệt Đối lưu hoặc đối lưu/dẫn nhiệtLiên tục/xung động Tác động hóa sơi
Chỉ bằng dịng khí (hơi)
Dịng hướng xuống (vùng phun)
Có sự hỗ trợ cơ học như rung hoặc khuấy đối với các hạt rắn dễ dính hoặc đa phân tán
Vật liệu được hóa sơi
Chất rắn dạng hạt
Bột nhão/sệt được phun vào trong lớp hạt trơ
Vật liệu sệt được phun vào trong chất hấp thụ (silica gel, biomass,…)
Mơi trường hóa sơi Khơng khí/khói thải/sản phẩm cháy trực tiếpHơi q nhiệt Số cấp ĐơnNhiều
a. Máy sấy tầng sôi mẻ
Các máy sấy tầng sôi mẻ thường được sử dụng khi sấy với năng suất thấp (thông thường là dưới 50 kg/mẻ và không quá 1000 kg/mẻ). Tác nhân sấy thường được gia nhiệt trực tiếp hoặc gián tiếp đến một nhiệt độ cố định và lưu lượng tác nhân cũng được giữ cố định.
Hình 2.3 Mơ hình máy sấy tầng sơi mẻvà ngun lý b. Máy sấy tầng sôi liên tục dạng buồng trụ
Đối với loại máy sấy này, nhiệt độ lớp hạt là đồng đều, bằng nhiệt độ sản phẩm và nhiệt độ khí thải. Tuy nhiên, do sản phẩm có thời gian lưu cố định nên độ ẩm được giảm xuống. Ưu điểm của loại máy sấy hòa trộn đều là vật liệu ẩm được cấp vào lớp vật liệu tương đối khơ nên dễ hóa sơi.
Hình 2.4 Máy sấy tầng sơi liên tục kiểu hịa trộn đều
c. Máy sấy tầng sôi liên tục kiểu ngang
Loại máy này thường có tỷ lệ chiều dài so với chiều rộng trong khoảng từ 5:1 đến 30:1; dịng vật liệu được hóa sơi liên tục bởi dịng khí thơng qua các kênh dẫn từ đầu vào đến đầu ra. Điều này đảm bảo thời gian lưu ổn định đối với tất cả các hạt. Đối với các hạt đơn phân tán điều này đảm bảo độ ẩm sản phẩm đồng đều. Vấn đề chính là làm sao để vật liệu ẩm vừa vào máy sấy phải được hóa sơi trực tiếp với vật liệu khô hơn như trong máy tầng sôi liên tục dạng buồng. Để xử lí vấn đề này, có thể sử dụng một số phương án như:
- Sử dụng một thiết bị khuấy tại khu vực nạp liệu.
- Tuần hồn lại vật liệu khơ để giảm bớt ẩm đầu vào.
- Sử dụng một máy sấy để giảm ẩm bề mặt trước khi đưa vào sấy tầng sơi.
Tại vị trí sắp kết thúc q trình sấy, hiệu suất nhiệt có thể kém đi vì quá trình sấy diễn ra chậm trong khi dịng tác nhân để duy trì sự hóa sơi lớn. Do vậy, có thể thổi vào dịng khí tươi để làm mát vật liệu sấy, vừa tăng hiệu suất nhiệt vừa làm giảm nhiệt độ của sản phẩm.
57
Hình 2.5Sơ đồphác thảo máy sấy tầng sôi liên tục kiểu ngangd. Máy sấy tầng sơi có rung d. Máy sấy tầng sơi có rung
Đối với lớp hạt đa phân tán hoặc lực liên kết giữa các hạt trong lớp chặt thì rất khó hóa sơi. Trong trường hợp này có thể sử dụng một loại máy sấy có cơ chế rung kiểu hình sin (nửa biên độ từ 3 – 5mm; tần số từ 10 –50Hz) cho phép “sự hóa sơi giả” giữa lớp hạt với dịng khí có tốc độ thấp. Tuy nhiên, do có cơ chế rung tạo sơi nên nhược điểm của loại máy sấy này là tốn công cơ học (để rung) và độ bền của máy khơng cao. Máy sấy rung có kích thước nhỏ gọn hơn máy sấy thùng quay, khối lượng vật liệu chế tạo máy ít hơn, nhưng kết cấu của máy cịn phức tạp. Hầu hết các máy sấy tầng sơi rung đều là loại liên tục [15]. Nhược điểm của máy sấy rung là sẽ có một lượng muối tinh bán thành phẩm chui qua các lỗ phân phối khí rơi xuống
buồng chứa tác nhân sấy phía dưới, nên hay gây nghẹt hoặc giảm tỷ lệ phân phối khí trên các lỗ ghi, dẫn đến làm giảm hiệu suất sấy và gây thất thốt sản phẩm sấy.
1-quạt cấp tác nhân khí; 2-bộ trao đổi nhiệt; 3- lò xo rung; 4-cấp vật liệu vào buồng sấy; 5-đường khí thải; 6-quạt hút hệ thống;
7-cyclone thu bụi khơ; 8-cửa ra máy sấy; 9-sản phẩm sấy
Hình 2.6 Cấu tạo, nguyên lý máy sấy rung tầng sôi của Công ty Sera Tây Ban Nha
Viện nghiên cứu muối tỉnh Thiên Tân,Trung Quốc đã thiết kế máy sấy muối tinh kiểu rung sử dụng buồng đốt than đá cấp nhiệt cho quá trình sấy theo hình 2.7 [18]
1-cyclone thu hồi bụi muối khơ; 2-phễu nạp liệu vào buồng sấy;
3-Buồng phân ly khí thải; 4-Buồng sấy hạt muối tinh; 5-cửa ra sản phẩm sấy;
6-quạt thổi khí nóng vào buồng sấy qua buồng đốt; 7-buồng đốt than đá;
8-quạt thổi làm mát sản phẩm sấy; 9-cyclone lọc bụi khói từ buồng đốt; 10-quạt hút khói từ buồng đốt than; 11-ống khói thải khói từ buồng đốt; 12-quạt hút hệ thống;
13-cyclone nước lọc bụi muối;14-bơm nước; 15-bể nước lắng
Hình 2.7 Hệthống máy sấy muối tinh tầng sơi rung của Viện SRI-Trung Quốc.
Hoạt động của hệ thống máy sấy này cũng tương tự như hoạt động của máy sấy Jingyingyuan tỉnh Liêu Ninh -Trung Quốc. Điểm khác của máy sấy SRI là bộ cấp nhiệt của Jingyingyuan kiểu khí-hơi được thay thế bằng bộ cấp lị đốt than đá.
Trong cơng nghệ sấy muối tinh bằng phương pháp tầng sôi, hai loại máy sấy tầng sôi thường được sử dụng là máy sấy tầng sơi liên tục kiểu ngang và kiểu có rung. Đối với máy sấy tầng sôi kiểu ngang khi ứng dụng để sấy muối tinh thường có nhược điểm là khó hóa sơi, vật liệu dễ bị vón cục, chế độ sơi khơng đồng đều. Ngược lại, máy sấy tầng sơi rung có thể cải thiện được vấn đề này nhưng khi hoạt động với muối – là vật liệu dễ ăn mịn các bộ phận cơ khí –thì
cơ cấu rung kém hiệu quả hơn khi vận hành trong thời gian dài.
f. Máy sấy tầng sơi xung khí
Tác giả Todo Djurkov trường Đại học thực phẩm Plobdiv-Bulgary, công bố ứng dụng thành công nghệ sấy muối hạt trên máy sấy tầng sôi kiểu xung quay với một số thông số đạt được trong [24]: Năng suất sấy muối 2500-3000 kg/giờ, độ ẩm vào máy sấy 3,9%, độ ẩm thành phẩm 0,25%; nhiệt độ sấy : 170 –200 C, kích thước hạt sản phẩm: 2-2,5 mm lên đến 10-15
mm. Nguyên lý làm việc của máy sấy tầng sơi kiểu xung khí quay mơ tả trong hình 2.8 bên
dưới
1-Buồng sấy; 2-lớp hạt sơi; 3-ghi đỡ hạt; 4-đĩa phân phối khí quay;
5-cửa thốt khí; 6-buồng chứa tác nhân sấy Hình 2.8 Nguyên lý sấy muối xung rung của Todo Djurkov
59 Ngun lý sấy tầng sơi xung khí
Sự khác nhau chính giữa máy sấy lớp hạt sơi xung khí kiểu quay với một máy sấy lớp hạt sơi thơng thường là hệ thống phân phối khí. Bộ phân phối khí là một đĩa được lắp đặt dưới ghi phân phơi khí (trong buồng chứa tác nhân). Đĩa này có một khe hở hình trịn góc mở 600-
cho phép định hướng dịng khí sẽ đi xun qua. Khi đĩa này quay, khí sẽ lần lượt được phân phối giữa các phần của buồng sấy, gây nên hiệu ứng xung động. Bộ phân phối khí dạng phẳng vừa có chức năng đỡ hạt và vừa có chức năng phân phối khí đều khắp ghi đỡ hạt. Đĩa phân phối khí quay nhờ nối với trục của motor (6), để phân phối khí một cách định kì lên tồn bộ diện tích mặt cắt ngang của ghi.
Khi đĩa quay nó sẽ thì định vị một hoặc nhiều đầu phun hình thành – chúng thì phụ thuộc vào số lượng lỗ và hoạt động của quá trình được xem như là một lớp hạt phun. Khi vận tốc quay của đĩa thấp, các vịi phun quay và giữa chúng có lớp hạt tĩnh. Khi vận tốc quay của đĩa cao, tồn bộ hệ thống được tạo lớp hạt sơi giống như lớp hạt tạo lớp hạt sôi thông thường
(Elenkov và Djurkov, 1992)[21].
Ưu điểm chủ yếu của máy sấy tầng sôi kiều xung quay hơn máy sấy phun và máy sấy lớp hạt sơi thơng thường là tồn bộ diện tích của lớp hạt trong vùng phân phối khí của đĩa quay đạt tới vận tốc cao. Trong trường hợp các vùng có khơng khí qua thấp thì lớp hạt sơi khơng tồn tại. Đĩa quay với tốc độ cao tạo ra sự chuyển động đều ở bên trong lớp hạt. (Elenkov và Djurkov,
1992)[24]
1-máy nghiền trục; 2-gầu tải; 3-trục nạp nguyên liệu; 4-phễu chứa; 5-buồng sấy;
6, 16-ống thải khí sau sấy; 7,12,15-van bướm điều chỉnh khí thải;
13-ống khí thải ra ngồi cyclone; 14-ống góp khí thải; 17-buồng làm mát hạt;
18-gầu tải sản phẩm; 19-van điều chỉnh chiều cao lớp hạt làm nguội;
20-cửa ra sản phẩm; 21-van điều chỉnh chiều cao lớp hạt sấy.
Hình 2.9Sơ đồnguyên lý làm việc của máy sấy tầng sơi xung khí sấy muối hạtCấu tạo của hệ thống Cấu tạo của hệ thống
Buồng làm việc (5) theo chiều dài được tách ra thành nhiều phần theo phương chắn ngang. Trong ba phần đầu tiên quá trình sấy vật liệu được thực hiện, trong khi hai phần cuối của buồng làm việc-sản phẩm sấy được làm mát hạt xuống xấp xỉ 35-40 C. Các cảm biến đo nhiệt độ khơng khí được gắn ở các buồng 11, buồng 5 và trên đường ống thải 13. Buồng sấy hạt (11) được chia thành 3 buồng và tương ứng phía dưới của buồng (dưới ghi phân phối khí