Tài liệu Báo cáo về thiết bị sấy tiếp xúc

Nhận xét của Giáo Viên ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... Mục lục Lời nói đầu ............................................................................... 3 1.1 Khái niệm ........................................................................... 4 1.2 Nguyên tắc làm việc và cấu tạo ....................................... 4 1.3 Lý thuyết tính toán ....................................................... 11 1.3.1 Trao đổi nhiệt khối khi sấy tiếp xúc với bề mặt nóng11 1.3.2 Hệ thống sấy tiếp xúc trong chất lỏng nóng .............. 15 2 Tính toán và lựa chọn máy sấy ......................................... 17 2.1 Tính toán thiết bị sấy ...................................................... 17 2.1.1 Yêu cầu tính toán.......................................................... 17 2.1.2 Phần tính toán............................................................... 18 2.2 Chọn lựa máy sấy ............................................................ 21 2.2.1 Cơ sở cho việc chọn lựa ............................................... 21 2.2.2 Phương pháp chọn ....................................................... 25 3 Khái niệm ............................................................................ 27 4 Vị Trí của sóng điện dòng cao tần .................................... 27 5 Nguyên lý làm việc.............................................................. 27 6 Quá trình làm nóng bằng điện trường cao tần ............... 29 7 Ưu, nhược điểm .................................................................. 30 7.1 Ưu điểm ............................................................................ 30 7.2 Nhược điểm ...................................................................... 31 8 Ứng dụng ............................................................................. 31 2 Lời nói đầu i sản Nước ta là một nước có nền nông nghiệp rất phát triển vớ lượng xuất khẩu nông sản rất lớn, trong năm 2011 riêng mặt hàn g gạo thì tổng lượng gạo xuất khẩu cĩ thể đạt 8 triệu tấn với kim ngạch đạ t gần 4 tỉ USD. Và một công đoạn rất quan trọng trong sản xuất nông nghi ệp là khâu bảo quản sau thu hoạch, trong đó máy sấy là một thiết bị khôn g thể thiếu trong công việc bảo quản nông sản. Và với bài báo cáo về thiết bị sấy tiếp xúc chúng tôi hi vọ ng sẽ mang đến cho các bạn một cái nhìn khái quát về thiết bị sấy này. Trong quá trình thu thập tài liệu, nghiên cứu cũng như biên soạn không thể thiếu những sai sót, do đó mong các bạn thông cảm và rấ t hân hạnh nhận được những đóng góp từ các bạn. 3 PHẦN I THIẾT BỊ SẤY TIẾP XÚC 1.1 KHÁI NIỆM Hệ thống sấy tiếp xúc là một hệ thống chuyên dùng. Vật liệu nhận trực tiế p bằng dẫn nhiệt hoặc từ một bề mặt nóng hoặc từ môi trường chất nóng. Người ta chia hệ thống sấy tiếp xúc thành hai loại: loại tiếp xúc trong chất lỏng và loại tiếp xúc bề mặt. 1.2 NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC VÀ CẤU TẠO Nguyên tắc cơ bản của thiết bị sấy tiếp xúc là quá trình gia nhiệt vật liệu sấ y bang cách cho tiếp xúc trực tiếp giữa vật liệu sấy với bề mặt gia nhiệt. Ở loại thiết bị này bề mặt gia nhiệt là chất rắn (vách phẳng, vách trụ…). Chất tải nhiệt (hơi nóng hoặc kh ói lò) chuyển động ở phía bên kia của vách. Phía kia của vách tiếp xúc trực tiếp với v ật liệu sấy. Sấy tiếp xúc có thể ở áp suất môi trường, ẩm bốc ra hòa vào không khí môi t rường lọt vào. Am được hút ra và thải vào môi trường. Sấy tiếp xúc với bề mặt nóng có t hể tiến hành dưới áp suất khí quyển hay trong chân không. Khi sấy tiếp xúc dưới áp su ất khí quyển thì lượng ẩm thoát ra sẽ hòa vào không khí trong môi trường xung quanh, nh ư vậy cần bố trí hệ thống thông gió để đảm bảo độ ẩm và nhiệt độ thích hợp trong khôn g gian đặt thiết bị sấy, đáp ứng tốt cho quá trình sấy cũng như điều kiện làm việc của ngư ời vận hành. Trường hợp sấy tiếp xúc trong chân không lượng ẩm thoát ra được quạt hút ra ngoài. Như vậy cần xây dựng buồng kín bao bọc không gian chưa bề mặt nóng và v ật sấy để ngăn không khí bên ngoài lọt vào. Trường hợp sấy trong chất lỏng nóng (dầu, chất lỏng vô cơ, hữu cơ) chất lỏ ng cấp nhiệt ẩm thoát ra từ vật sấy xuyên qua chất lỏng ra ngoài. Chất lỏng cần có nhiệt độ sôi lớn hơn nước ở áp suất khí quyển.Trong phương pháp này, vật liệu sấy được nhúng ngập vào chất lỏng nóng như dầu, các loại chất lỏng vô cơ hoặc hữu cơ khác. Chất lỏng đóng 4 vai trò cấp nhiệt, ẩm thoát ra từ vật lieu sấy xuyên qua chất lỏng thoát ra ngoài, h òa vào không khí của không gian đặt thiết bị sấy. Trong công nghiệp giấy và dệt may sử dụng phổ biến phương pháp này. Trong công nghiệp thực phẩm: công nghiệp đồ hộp, sấy rau quả, dược phẩm. Máy sấy kiểu trục cán 9- Hộp giảm tốốc Hình 1.1. Hệ thốống sấốy kiểu trốống (trục cấn) 1- Thùng sấốy 2- Cơ cấốu cấốp liệu 4- Bộ phận khuấốy 5- Bộ phận gạt 7- Động cơ điện 8- Bộ điếều tốốc 3- Vỏ thiếốt bị 6- Vếốt tải Trong kiểu này bề mặt gia nhiệt là một trục rỗng, môi chất gia nhiệt là hơi nước ngưng tụ bên trong. Vật liệu sấy là các loại bột nhão như sữa, thức ăn gia súc. V ật liệu sấy được đổ vào bề mặt trục. Trục quay làm vật liệu được cán thành lớp mỏng và được sấy khô. Chiều dày lớp vật liệu khoảng 1 – 2 mm. Cường độ bay hơi ẩm trên bề m ặt A = 30 – 70 kg/m2h tùy thuộc vào loại vật liệu và áp suất hơi nước bên trong. Ví dụ, k hi sấy sữa : 1 = 88 – 92% ; 2 = 5 – 10% thì A = 50 – 70 kg/m2h. 5 Sấy tang trống (sấy trục lăn) (roller dryer) Hình 1.2 . Sơ đốề thiếốt bị sấốy tang trốống trục đơn Hình 1 .3. Sơ đốề thiếốt bị sấốy tang trốống trục kép ước áp Các trục rỗng bằng thép quay chậm được đun nóng bên trong bằng hơi n o bằng phương pháp nhúng, phun, trải hoặc bằng các trục lăn nạp liệu phụ. Trước k hi trục lăn hoàn thành 1 vòng quay (khoảng 20 giây đến 3 phút) sản phẩm sấy được cào ra bằng lưỡi dao tiếp xúc đều với mặt trục theo chiều dài của nó. Thiết bị sấy có thể có 1 trục, 2 trục hoặc trục kép. Thiết bị đơn trục được sử dụng rộng rãi, vì chúng linh động, tỷ lệ diện tích bề mặt trục sử dụng để sấy lớn, dễ dàn g tiếp cận để bảo dưỡng và không có nguy cơ bị hư hại do kim loại rơi vào giữa hai trục. Thiết bị sấy trục có tốc độ sấy cao, hiệu quả năng lượng cao, chúng thích hợp với nguyê n liệu suất cao đến 120-170 C. Một lớp mỏng nguyên liệu được trải đều lên bề mặt bên ngoài dạng sệt có kích thước các cấu tử lớn quá mức để có thể sấy phun được. Sấy tr ục lăn dùng trong sản xuất khoai tây dạng mãnh (flake), ngũ cốc nấu sẵn, mật đường, xú p bột, pu rê trái cây và sữa tách kem (whey). 6 Tuy nhiên, do giá thành trục lăn cao và thành phần nguyên liệu nhạy cảm nhiệt dễ bị hư hại, nên trong sản xuất lớn chúng đã bị thay thế bằng phương pháp sấy phun. Máy sấy kiểu lô quay Hình 1.4. Nguyến lý làm việc của lố sấốy giấốy 1- Chăn ẩm 2- Chăn khố 3- Băng giấốy 4- Khống khí nóng 5- Mối trường gia nhiệt chăn A- A -Ph Bềgia nhigiachnhiệt - Phnhữnghlô hìnhkhốngrỗng.(20%); C-tPh nhi ămlàhấố ơithnước(80%) vào ở đầu trục ấền mặt ệtnàyăncủa ; B là p kiaụhoặc ẩấền bay i vàovàotrụ lô và nước ngưng baykra ở ệt đầu trục đưa ơhơi vàảilấy nước ngư ấền tr m đưahí Chất ng ra ở cùng một đầu trục. Vật liệu sấy có dạng tấm mỏng như giấy, vải; vật lieu áp sát v ào các lô và chuyển động cùng với lô quay như kiểu băng tải. Băng vật lieu (vải, giấy) c huyển động áp sát vào bề mặt các lô sấy, nó được gia nhiệt và sấy khô. Sản phẩm được c uốn lại thành cuộn. Các lô sấy quay với số vòng quay 40 – 50 v/ph. Khi sấy giấy, để đả m bảo giấy không bị ướt người ta phải dùng băng bang chăn len cùng chuyển động áp sát với băng giấy. 7 Sấy bằng quả cầu nóng ợc làm Buồng sấy được gắn với vít tải quay chậm có chứa các quả cầu bằng sứ, đư nóng bằng không khí nóng, thổi vào buồng sấy. Nguyên liệu dạng viên, cục được sấ y chủ yếu do sự dẫn nhiệt do sự tiếp xúc với những quả cầu nóng và được dịch chuyể n qua buồng sấy bằng vít tải, để thoát ra ở đáy. Thời gian sấy được kiểm soát bằng tốc độ vít tải và nhiệt độ của những quả cầu nóng. Máy sấy băng chuyền chân không và kệ sấy chân không (vacuum band dryer, vacuum shelf dryer) Hình 1.5 : Sơ đồ thiết bị sấy băng chuyền chân không Nguyên liệu dưới dạng sệt được trải hoặc phun lên 1 băng chuyền thép chạy qua 2 trục lăn rỗng trong 1 buồng chân không có áp suất 1-70 mmHg. Lúc đầu nguyê n liệu được sấy bằng trục lăn được làm nóng bằng hơi nước và sau đó bằng ống xoắn tr ao đổi nhiệt có hơi nước làm nóng hoặc các thiết bị cấp nhiệt bức xạ đặt ở phía trên các băng chuyền. Sản phẩm sấy được làm nguội bằng trục lăn thứ 2 có nước lạnh ở trong và được tách ra bằng lưỡi dao. Kệ sấy chân không gồm các kệ đặt trong 1 buồng chân không với áp súâ t 1-70 mmHg. Nguyên liệu được đặt thành 1 lớp mỏng trên các khay thép phẳng được là m cẩn 8 thận để đảm bảo sự tiếp xúc tốt với các kệ. Hơi nước hoặc nước nóng chạy qua các kệ để cấp nhiệt cho quá trình sấy. Quá trình sấy nhanh và sự hư hại do nhiệt đến sản phẩm được hạn chế giúp cho 2 phương pháp này thích hợp với các nguyên liệu nhạy cảm với nhiệt. Tuy nhiên, cần cẩn thận để tránh sản phẩm khỏi bị cháy trên các khay trong các kệ sấy chân không và sự co ngót làm giảm sự tiếp xúc giữa nguyên liệu với bề mặt nóng ở cả 2 thiết bị. Chúng có giá thành cao, chi phí vận hành cao và năng suất thấp, được dùn g chủ yếu để sản xuất các sản phẩm sấy phồng (puff dried). Một số hình ảnh về thiết bị sấy tiếp xc 9 Hình 1.6. Hệ thống sấy kiểu lô quay 1- Lô sấy 2- Bánh xe định hướng 3- Ống dẫn hơi nước 4- Van thải nước ngưng 5- Bánh răng trụ 6- Bánh răng côn 7- Băng tải vào máy sấy Hệ thống sấy kiểu trống dùng sấy các loại bột nhão. Vật liệu bám vào bề mặt trụ được hâm nóng. Vật liệu nhận nhiệt bằng dẫn nhiệt qua lớp vật liệu dày 1,2 mm và thải ẩm trực tiếp vào không gian máy. Vật liệu đã khô được tháo ra bằng hệ thống d ao gạt khỏi bề mặt trống. Cường độ bay hơi ẩm A = (30-70) kg/m2h. Loại rulơ sấy tải, giấy … vv, vật liệu bám vào các lô sấy và cùng chuyển độ ng với nó. Vật liệu nhận nhiệt từ lò sấy được đốt nóng và thải ẩm vào môi trường. Sản phẩm được cuốn vào từng cuộn. Các lô sấy quay 40-50 vòng/phút. Khi sấy giấy, để giấy không bị đứt, rách ta dùng băng kiểu chăn len áp sát vào băng giấy v à cùng chuyển động. Nhận x ét: -Sấy tiếp xúc: nhiệt được cung cấp bằng dẫn nhiệt - ưu điểm chính so với sấy đối lưu : + không cần thiết phải đun nóng lượng lớn không khí trước khi sấy do đó hiệu quả 10 nhiệt cao hơn. + quá trình sấy có thể thực hiện khơng cần sự có mặt của oxy nên các thành phần dễ bị oxy hoá của nguyên liệu được bảo vệ. - Nhu cầu nhiệt riêng thông thường là 2000-3000 kJ/kg nước bay hơi so với 400010.000 kJ/kg nước bay hơi của máy sấy đối lưu. Tuy nhiên, thực phẩm có độ dẫn nhiệt th ấp, trở thành khô hơn nên khó dẫn nhiệt hơn trong quá trình sấy, vì vậy cần phải sấy lớp mỏng để nhiệt dẫn nhanh, tránh gây hư hại cho sản phẩm. 1.3 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN 1.3.1. Trao đổi nhiệt khối khi sấy tiếp xúc ( dẫn nhiệt) với bề mặt nóng. Hình 1.4 trình bày đường cong nhiệt độ và đường cong sấy xenlulô trên bề mặt nó ng với nhiệt độ t = 1300C. Hình 1.5 cho ta đường cong nhiệt độ và đường cong tốc độ sấ yởt= 1170 Hình 1.7. Đường cong nhiệt độ và đường cong sấy trên mặt nóng Hình 1.8. Đường cong tốc độ sấy và đường cong nhiệt độ I – Nhiệt độ 0,8 mm so với mặt nóng: II – Ởkhoảng cách 0,2 mm III – Ở khoảng cách 0,35 mm; IV – Ở khoảng cách 0,43 mm 11 uá trình). Trên đồ thị cho thấy sau pha hâm nóng (khoảng 0,07 – 0,1 so với thời gian cả q Nhiệt độ vật liệu tăng nhanh, sau khoảng thời gian nào đó trở nên không đổi, v à sau đó bắt đầu giảm và ở thời kỳ thứ hai lại nâng lên một lần nữa. Việc giảm nhiệt độ l à do sức cản nhiệt tăng do sự tiếp xúc của lớp dưới vật liệu và bề mặt nóng bị phá hoại, v à nguyên nhân chính là chi phí nhiệt tiếp xúc tiến với quá trình tạo nên hơi ẩm. Tiếp xúc với mặt truyền nhiệt giảm, làm giảm nhiệt độ vật liệu. Khi lượng ẩm ban đầu của vật liệu cao và nhiệt độ bề mặt tiếp xúc cao( >1000C). Trong giai đoạn thứ nhất, có thể trong thời gian ngắn, nhiệt độ vật liệu trực tiếp tiếp xúc với mặt nóng có thể đạt nhiệt độ 1000C và xảy ra sự bốc hơi của lỏng. Đường c ong nhiệt độ xác nhận việc gây ra građien nhiệt độ bên trong vật liệu hướng về bề mặt nón g. Hình 1.6 cho trường nhiệt độ và ẩm độ tro ng vật liệu ở t = 1160C. Đồ thị cho thấy sự phân bố nhiệt độ ở lớp có nhiệt độ cao hơn tiếp xúc với mặt nóng. Nh iệt độ thấp hơn của vật liệu ở mặt thoáng. Đặc tính của tr ường nhiệt độ và ẩm độ cho thây sự ngưng tụ nước bê n trong vật liệu không xảy ra. Gradien ẩm độ và nhiệt độ là nguyên nhân chính tạo thành hơi trong lớp tiếp xúc và trên mặt thoáng. Cường độ tạo hơi phụ thuộc vào nhiệt độ bề m ặt đốt nóng t và chiều dày lớp vật liệu. Hình 1.9. Trường nhiệt độ(đường chấốm) và hàm lượng ẩm(đường liếền) khi sấốy tếốp xúc vật liệu xốốp mao quản Theo B.B Kratnhicôp, độ sâu vùng bốc hơi ở giai đoạn sấy thứ hai tuân theo luật tuyến tính Tuy nhiên tốc độ ở độ sâu trong vùng II, 7 – 10 lần(đối với xenlulô ) vượt quá tốc độ ở độ sâu đặc trưng đầu giai đoạn thứ hai (b2 = 7 – 10 lần b1). 12 Hệ số b1,b2 đặc trưng cho tốc độ độ sâu vùng bốc hơi Hình 1.10. Đường cong giải tích, đặc trưng độ sâu vùng bốc hơi khi tiếp xúc với xenlulô Nhiệt độ ở độ sâu vùng bốc hơi tbh thay đổi theo thời gian Trong đó ttx – nhiệt độ vật liệu trong mặt tiếp xúc với mặt đốt nóng K – thông số thực nghiệm phụ thuộc vào loại vật liệu, t , g(khối lượ ng riêng của vật liệu) Sự chuyển hơi qua khi sấy tiếp xúc, gần đúng thứ nhất có thể viết Ở đây qmđ – mật độ dùng phân tử của hơi (kg/m2s) - Gradien áp suất hơi nước bên trong vật liệu (Pa/m hoặc mmHg/m) Kp – Hệ số dịch chuyển phân tử hơi (sự dẫn hơi) trong vật xốp ống mao (kg/ms Pa) hoặc (kg/ms.mmHg) Hệ số Kp không phụ thuộc thông số chế độ là sức cản thủy lực của vật liệu. Giả m chiều dày vật liệu,Kp tăng đột ngột ( hình 1.7). 13 Áp suất hơi bão hòa Ph chất lỏng trong ống mao là hàm của nhiệt độ và bán kính ống mao r Gradien hàm lượng ẩm có dạng : Trong đó : fs(r) – Hàm phân bố ống mao theo tiết diện vật liệu - mật độ chất lỏng và chất khô Thay vào công thức(1.1) giá trị của ta có: Khi t > 1000, thành phần thứ nhất của phương trình đóng vai trò chính do đó c ó thể bỏ qua sự phụ thuộc vào ph vào r và u. Khi đó đối với thời kỳ sấy thứ nhất vật liệu m ỏng, mật độ của dòng phân tử sẽ là Khi t < 65 – 850C mật độ dòng khuếch tán ẩm biểu diễn qua phương trình dẫn ẩm không đẳng nhiệt. Nhờ khuếch tán nên xảy ra sự di chuyển ẩm khỏi vùng bốc hơi. Ngoại trừ lớp tiếp xúc hướng gradien nhiệt độ trùng với hướng gradien ẩm độ bên trong vật liệu, do đó c ường độ dẫn nhiệt ẩm sẽ tăng mạnh trong suốt quá trình. Để đặc trưng cơ cấu tạo thành và di chuyển hơi bên trong vật liệu trong quá trình sấy tiếp xúc, B.B Krasnhicop đã dùng mô hình hóa chuẩn biến đổi pha. Trong đó: -qm: dòng hơi chung thóat khỏi vật liệu qmđ – dòng hơi tạo thành trong lớp tiếp xúc hoặc bên trong vật liệu(th ời kỳ thứ hai) 14 Trong thời kỳ thứ nhất tới giá trị sau đó bắt đầu thời kỳ thứ hai, giảm đột ngột