Hệ thống sấy thùng quay

A. TỔNG QUAN VỀ SẤY I. SẤY: 1/ Khái niệm chung: Trong cộng nghiệp hóa chất, thực phẩm, qúa trình tách nước ra khỏi vật liệu (làm khô vật liệu) là rất quan trọng. Tùy theo tính chất và độ ẩm của vật liệu, mức độ làm khô của vật liệu, mà thực hiện một trong các phương pháp tách nước ra khỏi vật liệu sau đây: _ Phương pháp cơ học (sử dụng máy ép, lọc, ly tâm…) _ Phương pháp hóa lý (dùng clorous calci, acid suluric để hút nước) _ Phương pháp nhiệt (dùng nhiệt để bốc hơi nước trong vật liệu). Sấy là qúa trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng nhiệt. Nhiệt cung cấp cho vật liệu ẩm bằng dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc bằng năng lượng điện trường có tần số cao. Mục đích của quá trình sấy là giảm khối lượng của vật liệu, tăng độ bền và bảo quản được tốt. Trong quá trình sấy nước được cho bay hơi ở nhiệt độ bất kì do sự khuếch tán bởi sự chênh lệch độ ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu và bởi sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh. Sấy là một quá trình không ổn định, độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian. Quá trình sấy được khảo sát về hai mặt: Tĩnh lực học và động lực học. Trong tĩnh lực học, sẽ xác định được mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy và của tác nhân sấy dựa trên phương trình cân bằng vật chất _ năng lượng, từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và nhiệt lượng cần thiết. Trong động lực học, sẽ khảo sát mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm vật liệu với thời gian và các thông số của quá trình ví dụ như tính chất và cấu trúc của vật liệu, kích thước vật liệu, các điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy và thời gian sấy thích hợp. Sấy là một trong những khâu quan trọng trong công nghệ sau thu hoạch, chế biến và bảo quản nông sản. Trong quy trình cộng nghệ sản xuất của rất nhiều sản phẩm đều có công đoạn sấy khô để bảo quản dài ngày, nâng cao giá trị sản phẩm. Sấy còn tạo ra nhiều loại sản phẩm khác nhau của cùng một loại nguyên liệu. Các sản phẩm nông nghiệp dạng hạt như thóc, ngô, đậu, lạc… sau khi thu hoạch cần làm khô kịp thời nếu không chất lượng sản phẩm sẻ bị giảm, thậm chí hỏng, dẫn đến tình trạng gia tăng hao hụt sau thu hoạch. Các sản phẩm nông nghiệp dạng củ, quả như khoai tây, sắn, vải thiều, nhãn xoài, rau các loại rất cần sấy để tạo ra một số sản phẩm có giá trị, nâng cao hiệu quả kinh tế. Như vậy sấy đóng vai trò vô cùng quan trọng, nhu cầu sấy nói chung cũng như sấy nông sản nói riêng ngày càng lớn và đa dạng. 2/ Tác nhân sấy: 2.1. Nhiệm vụ của tác nhân sấy: Tác nhân sấy có nhiệm vụ sau: Gia nhiệt cho vật sấy Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật vào môi trường Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt Tùy theo phương pháp sấy, tác nhân sấy có thể thực hiện một hoặc hai trong ba nhiệm vụ nói trên. Khi sấy đối lưu, tác nhân sấy làm hai nhiệm vụ gia nhiệt và tải ẩm. Khi sấy bức xạ, tác nhân sấy làm nhiệm vụ tải ẩm và bảo vệ vật sấy. Khi sấy tiếp xúc tác nhân sấy làm nhiệm vụ tải ẩm. Khi sấy bằng điện trường tấn số cao, tác nhân sấy làm nhiệm vụ tải ẩm. Khi sấy chân không chỉ có thể cấp nhiệt bằng bức xạ hay dẫn nhiệt hoặc kết hợp bơm chân không và thiết bị ngưng kết ẩm (sấy thăng hoa), vì vậy phương pháp sấy chân không không cần tác nhân sấy. 2.2. Các loại tác nhân sấy: 2.2.1.Không khí ẩm: Là loại tác nhân sấy không thông dụng nhất có thể dùng cho hầu hết các loại sản phẩm. Dùng không khí ẩm không sợ ô nhiễm sản phẩm sấy. Tuy vậy dùng không khí ẩm làm tác nhân sấy cần trang bị thêm bộ gia nhiệt không khí (calorifer khí – hơi hay khí – khói); nhiệt độ không khí để sấy không thể quá cao, thường nhỏ hơn 5000C vì nếu nhiệt độ cao hơn thiết bị trao đổi nhiệt phải sử dụng thép hợp kim hay gốm sứ chi phí cao. 2.2.2.Khói lò: Dùng khói lò làm tác nhân sấy có ưu điểm là phạm vi nhiệt độ rộng từ 10000C, không cần calorife. Tuy vậy dùng khói lò có nhược điểm là khói có thể làm ô nhiễm sản phẩm sấy. Vì vậy khói chỉ dùng cho càc vật liệu không sợ ô nhiễm như gỗ, đồ gốm, một số loại hạt có vỏ. ; 2.2.3.Hơi quá nhiệt: Dùng hơi quá nhiệt làm tác nhân sấy trong trường hợp sản phẩm sấy dễ cháy nổ và sản phẩm sấy chịu được nhiệt độ cao vì sấy bằng hơi quá nhiệt nhiệt độ thường lớn hơn 1000C (sấy ở áp suất khí quyển). 3/ Cấu trúc hệ thống sấy: 3.1.Các bộ phận cơ bản của hệ thống sấy: Hệ thống sấy bao gồm các bộ phận cơ bản sau: 3.1.1.Buồng sấy: Buồng sấy là không gian thực hiện quá trình sấy khô vật liệu. Đây là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống sấy. Tùy theo phương pháp sấy, loại thiết bị sấy mà buồng sấy có dạng khác nhau. Ví dụ thiết bị sấy buồng, bộ phận buồng sấy có thể nhỏ như một cái tủ, có thể lớn như một căn phòng. Trong thiết bị sấy hầm, buồng sấy là một buồng có chiều dài lớn như một đường hầm (tuynen). Trong thiết bị sấy phun, buồng sấy là một buồng hình trụ đứng hay nằm ngang. Trong thiết bị sấy khí động, buồng sấy là một ống hình trụ đứng, có chiều cao lớn. 3.1.2.Bộ phận cung cấp nhiệt: Tùy theo hệ thồng sấy khác nhau, bộ phận cung cấp nhiệt cũng khác nhau. Ví dụ, trong thiết bị sấy bức xạ, bộ phận cấp nhiệt khá đơn giản, có thể là các đèn hồng ngoại, các ống dây điện trở, hay các tấm bức xạ gia nhiệt bằng chất lỏng hay khí đốt. Thiết bị sấy đối lưu dùng môi chất sấy là không khí, chất tải nhiệt là hơi nước thì bộ phận cấp nhiệt là calorife khí – hơi. Nếu chất tải nhiệt là khói thì bộ phận cấp nhiệt là calorife khí – khói. 3.1.3.Bộ phận thông gió và tải ẩm: Bộ phận này có nhiệm vụ tải ẩm từ vật sấy vào môi trường. Khi sấy bức xạ việc thông gió còn có nhiệm vụ bảo vệ vật sấy khỏi quá nhiệt. Các thiết bị sấy dưới áp suất khí quyển đều dùng môi chất đối lưu (tự nhiên hay cưỡng bức) để tải ẩm. Trong các thiết bị này đều cần tạo điều kiện thông gió tốt trên bề mặt vật liệu để ẩm thoát ra từ vật được môi chất mang đi dễ dàng. Khi thông gió cưỡng bức bộ phận này gồm: các quạt gió, các đường ống dẫn gió cấp vào buồng sấy, đường hồi (nếu có), ống thoát khí… Các thiết bị sấy chân không, việc thải ẩm dùng bơm chân không hoặc kết hợp với các bình ngưng ẩm (sấy thăng hoa). 3.1.4.Bộ phận cấp vật liệu và lấy sản phẩm: Bộ phận này cũng khác nhau tùy thuộc vào loại thiết bị sấy. Trong thiết bị sấy buồng và hầm vật liệu sấy để trên các khay đặt thành tầng trên các xe goòng, các xe được đẩy vào buồng sấy và sản phẩm lấy ra từ các xe goòng. Việc đẩy xe vào và lấy ra có thể bằng thủ công hay cơ khí. Trong thiết bị sấy hầm dùng băng tải, vật liệu được đưa vào và lấy ra khỏi hầm bằng băng tải. Trong thiết bị sấy phun, vật liệu đua vào bằng bơm qua vòi phun. Sản phẩm được lấy ra dưới dạng bột bằng các gạt và vít tải. 3.1.5.Hệ thống đo lường, điều khiển: Hệ thống này có nhiệm vụ đo nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm tương đối của môi chất sấy tại các vị trí cần thiết t1,1, t2,2, … đo nhiệt độ khói lò. Tự động điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm môi chất vào thiết bị nhằm duy trì chế độ sấy theo đúng yêu cầu. 3.2.Các dạng cấu trúc hệ thống sấy: 3.2.1.Hệ thống sấy công suất nhỏ: Hệ thống sấy này thường có cấu trúc dạng tủ, đa số là các kiểu sấy đối lưu cưỡng bức, một số kiểu sấy bức xạ, sấy bằng điện trường tần số cao. Các thiết bị sấy loại này thường được chế tạo hàng loạt có thể điều khiển tự động nhiệt độ môi chất sấy. Vật liệu sấy thường đặt trên các khay đưa vào buồng sấy bằng thủ công và đặt trên các giá đỡ trong buồng. Loại thiết bị này có thể sấy nhiều loại sản phẩm khác nhau. 3.2.2.Hệ thống sấy công suất lớn: Hệ thống này có cấu trúc rất đa dạng tùy thuộc vào phương pháp sấy, kiểu thiết bị sấy. Trong hệ thống này cần bố trí hợp lí giữa buồng sấy với các bộ phận khác như: bộ phận cấp nhiệt, cấp hơi nước, cấp khói, bộ phận cấp vật liệu và lấy sản phẩm… Trong dây chuyền công nghệ sản xuất sản phẩm, hệ thống sấy được bố trí trong một phân xưởng sơ chế nguyên liệu hay thành phẩm. Có một số xí nghiệp, hệ thống sấy là hệ thống chính, ví dụ xí nghiệp sản xuất cà phê hạt bao gồm các công đoạn như sau: sát ướt (quả cà phê đem chà sát, rửa sạch lấy hạt), hong và sấy. Ở đây hệ thống sấy là chính. Sản phẩm là ca phê hạt đóng bao. Trong các xí nghiệp sản xuất rau quả khô, hệ thống sấy cũng là hệ thống chính. 4/ Thiết bị sấy: 4.1.Phân loại: Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy rất khác nhau nên có nhiều kiểu thiết bị sấy khác nhau, vì vậy có nhiều cách phân loại thiết bị sấy: Dựa vào tác nhân sấy: thiết bị sấy bằngkhông khí hoặc thiết bị sấy bằng khói lò, ngoài ra còn có các thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa, sấy bằng tia hồng ngoại hay bằng dòng điện cao tần. Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không, thiết bị sấy ở áp suất thường. Dựa vào phương thức làm việc: sấy liên tục hay sấy gián đoạn. Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc, hoặc thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ… Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấy tầng sôi, sấy phun… Dựa vào chiều chuyển động của tác nhân sấy và vật liệu sấy: cùng chiều, nghịch chiều và giao chiều. 4.2.Chọn thiết bị sấy: Thiết bị sấy làm việc gián đoạn có nhược điểm là năng suất thấp, cồng kềnh, thao tác nặng nhọc nếu không có bộ phận vận chuyển, nhiều khi không đảm bảo chất lượng sản phẩm. Thiết bị sấy làm việc gián đoạn thường được ứng dụng khi năng suất nhỏ, sấy các loại hình dạng khác nhau. Thiết bị sấy liên tục cho chất lượng sản phẩm tốt hơn, thao tác nhẹ nhàng hơn. Yếu tố quan trọng để chọn thiết bị sấy liên tục la tính chất của vật liệu sấy. Để sấy vật liệu cục người ta dùng chủ yếu là loại thùng quay, loại đường hầm. Để sấy vật liệu hạt, tơi, người ta dùng loại thùng quay, loại thổi khí, loại xiclôn, loại vòi rồng, loại tầng sôi. Trong một số trường hợp người ta tiến hành sấy hai bậc thích hợp hơn. Ví dụ bậc thú nhất có thể dùng loại sấy vòi rồng, xiclôn hay sấy phụt. Trong các loại máy sấy này lượng ẩm trên bề mặt được lấy đi nhanh chóng và có thể dùng chất tải nhiệt có nhiệt độ lúc đầu cao. Trong bậc sấy thứ hai có thể dùng loại sấy tầng sôi để tách phần ẩm bên trong. Khi sấy vật liệu không chịu được nhiệt độ cao thì nhiệt độ đầu của tác nhân sấy không cần cao lắm, có thể giữ nhiệt độ đầu thấp hơn so với bậc thứ nhất. Để sấy vật liệu nhão người ta dùng loại băng – trục, loại trục, hay loại hình trụ – nón với lớp vật liệu ở dạng tầng sôo hay vòi rồng. Để sấy huyền phù, dung dịch, chất nóng chảy thường dùng loại sấy phun cũng như loại tầng sôi, vòi rồng. Vấn đề quyết định để chọn cơ cấu thiết bị sấy và tác nhân sấy phụ thuộc vào nhiệt độ sấy cho phép và thời gian lưu lại cho phép của vật liệu trong thiết bị sấy. Thiết bị sấy chân không sấy thăng hoa phức tạp và đắt, vì thế chỉ nên dùng khi không thể thực hiện được sấy ở áp suất thường, ví dụ sấy vật liệu dễ nổ hay vật liệu nhả các hơi độc, các sản phẩm dược, thực phẩm có chất lượng cao. 4.3.Nguyên lý thiết kế thiết bị sấy: Yêu cầu của thiết bị sấy là phải làm việc tốt (vật liệu sấy khô đều có thể điều chỉnh được vận tốc dòng vật liệu và tác nhân sấy, điều chỉnh được nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy), tiết kiệm nguyên vật liệu và năng lượng, dễ sử dụng. Khi thiết kế thiết bị sấy cần có những số liệu sau đây. Loại vật liệu cần sấy (rắn, nhão, lỏng…), năng suất, độ ẩm đầu và cuối của vật liệu, nhiệt độ giới hạn lớn nhất, độ ẩm và tốc độ tác nhân sấy, thời gian sấy. Trước hết phải vẽ sơ đồ hệ thống thiết bị, vẽ quy trình sản xuất, chọn kiểu thiết bị phù hợp với tính chất của nguyên liệu và điều kiện sản xuất. Tính cân bằng vật liệu, xác định số liệu và kích thước thiết bị. Tính cân bằng nhiệt lượng để tính lượng nhiệt tiêu thụ và lượng tác nhân sấy cần thiết. Đối với các thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển cần phải tính độ bền. Sau khi tính xong những vấn đề trên ta bắt đầu chọn và tính các thiết bị phụ của hệ thống: bộ phận cung cấp nhiệt (lò đốt, calorife), bộ phận vận chuyển, bộ phận thu hồi bụi (nếu có), quạt, công suất tiêu thụ để chọn động cơ điện. Cuối cùng nghiên cứu sơ đồ các dụng cụ đo lường kiểm tra và nghiên cứu việc tự động hóa quá trình. II.GIÓI THIỆU VỀ THIẾT BỊ SẤY THÙNG QUAY: Cấu tạo hệ thống sấy thùng quay:(vẽ hình) Đây là loại thiết bị sấy quan trọng được dùng rộng rải trong công nghiệp hóa chất, thực phẩm để sấy một số loại hóa chất, phân đạm, ngũ cốc, bột đường… nói chung là các vật liệu rời có khả năng kết dính. Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển, tác nhân sấy có thể là không khí hoặc khói lò. Hình trên cho thấy một dạng thiết bị sấy thùng quay trong đó vật liệu sấy và tác nhân sấy chuyển động nghịch chiều. Thiết bị gồm một thùng hình trụ đặt hơi dốc so với mặt nằm ngang từ 1/151/50, có hai vành đai khi thùng quay thì trượt trên các con lăn tựa. Khoảng cách giữa các con lăn tựa này có thể điều chỉnh được để thay đổi gốc nghiêng của thùng. Thùng quay được nhờ bánh răng truyền động nối với các bộ phận dẫn động từ động cơ. Vật liệu ướt vào thùng ở đầu cao và được đảo trộn, di chuyển trong thùng nhờ những cánh đảo do đó vật liệu tiếp xúc với không khí sấy tốt hơn. Vận tốc chuyển động của tác nhân sấy trong thùng khoảng 23 m/s, còn thùng quay với tốc độ 18 vòng/ph. Vật liệu khô được tháo ra ở đầu thấp của thùng. Khí thải được dẫn qua cyclon để thu hồi các hạt vật liệu rắn bị dòng khí lôi cuốn theo. Ưu điểm của loại thiết bị sấy thùng quay, là quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ có sự tiếp xúc tốt giữa vật liệu và tác nhân sấy, cường độ sấy tính theo lượng ẩm đạt được cao, tuy nhiên do vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ bị gãy vụn, tạo ra bụi, do đó trogn một số trường hợp làm giảm phẩm chất của sản phẩm. Thời gian lưu trữ vật liệu trong thiết bị sấy: Thời gian lưu trung bình của vật liệu rắn trong thiết bị sấy phải bằng thời gian sấy cần thiết. Tuy nhiên thời gian lưu của từng hạt vật liệu có thể khác với thời gian lưu trung bình và điều này có thể làm cho chất lượng sản phẩmkhông đều. Trong thiết bị sấy vật liệu được nâng lên và rớt xuống do những cánh đảo; khi không có dòng khí, mỗi lần vật liệu được nâng lên và rớt xuống nó sẽ di chuyển được một khoảng bằng tích số của chiều dài khoảng cách rơi với độ dốc của thiết bị. Các hạt có chuyển động tịnh tiến sau khi rơi, chuyển động này bị giảm khi dòng khí thổi ngược chiều hoặc tăng thêm khi dòng khí thổi cùng chiều. Hệ số chứa trong thùng sấy D là phần thể tích của thùng sấy do vật liệu chiếm chỗ tại một thời điểm bất kì và thời gian lưu trung bình được tính bằng cách chia thể tích chứa vật liệu trong thùng sấy cho suất lượng nhập liệu. = trong đó: - khối lượng riêng biểu kiến của vật liệu khô, kg/m3 Z - chiều dài thùng sấy, m; d – đường kính thùng sấy, m. Theo Friedman và Marshall hệ số chứa của thùng sấy thay đổi theo điều kiện làm việc của thùng sấy và có thể biểu diễn theo với: - hệ số chứa khi không có dòng khí - hiệu chỉnh do ảnh hưởng của tốc độ khí G’, kg/h. Dấu + khi dòng khí và rắn chuyển động nghịch chiều, dấu – khi chuyển động cùng chiều. Trong những điều kiện vật liệu được đảo trộn bình thường và không lớn hơn 0.08 thì tính theo công thức sau: với: - suất lượng vật liệu khô cho một đơn vị tiết diện thùng sấy, kg/h, m2 s – độ dốc của thùng sấy, m/m; n – số vòng quay, vòng/phút Hằng số K phụ thuộc trên tính chất của vật liệu và bằng: K = với dp là đường kính của hạt, m. Hệ số chứ tốt nhất từ 0.050.15. Hệ số chứa lớn thì sự tiếp xúc giữa pha rắn và khí kém và công suất để thùng quay sẽ lớn hơn. Những biểu thức trên chỉ sử dụng trong trường hợp tốc độ khí vừa phải, không tạo bụi quá đáng và lôi cuốn hạt rắn. Lượng bụi chỉ nên chiếm tối đa từ 25% nhập liệu, và tốc độ khí cho phép tương ứng tùy thuộc trên loại vật liệu. Tốc độ khí thường từ 1000 kg/h.m250000 kg/h.m2. Với chất rắn có kích thước 35 mesh, tốc độ khí thích hợp là 5000 kg/h.m2. Trong trường hợp bất kì, tốt nhất là phải dựa trên những thử nghiệm thực tế để có được kết luận cuối cùng. Thiết bị sấy thường được chế tạo với tỉ số chiều dài/đường kính từ 410. Các cánh trộn trong thùng có chiều cao từ 812% đường kính. Tốc độ quay ứng với vận tốc dài là từ 12 m/s đến 30 m/s và độ dốc của thùng trong khoảng 00.08 m/m. Đôi khi thiết bị sấy có độ dốc âm cho trường hợp sấy cùng chiều. B.TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU SẤY: NÔNG SẢN : THÓC I.GIỚI THIỆU: Lúa là cây lương thục chính ở nước ta, gạo cung cấp khoảng 40% protein trong khẩu phần ăn hàng ngày của nhân dân ta và nhân dân ở các nước vùng Đông Nam Á. Đối với nước ta, trong những năm gần đây lúa là một trong những mặt hàng xuất khẩu chủ yếu trong nông nghiệp, do vậy công nghệ bảo quản chế biến lúa gạo nhằm giảm tổn thất (hiện tượng mất mùa trong nhà) sau thu hoạch có vai trò rất quan trọng. Giống lúa là một trong những yếu tố quyết định năng suất, chất lượng gạo, đồng thời trong công tác bảo quản chế biến, giống lúa cũng đóng vai trò vô cùng quan trọng. Do quá trình sinh lý – sinh hóa, cấu tạo hạt của từng giống lúa, nên trong quá trình bảo quản xảy ra hiện tượng hư hỏng hoặc xâm nhiễm phá hoại của các loại sinh vật hại kho như: côn trùng, chuột, và sự phát triển của các vi sinh vật như: nấm mốc… Trong những năm gần đây, sản xuất nông nghiệp xuất hiện trào lưu tuyển chọn giống lúa có năng suất cao, có chất lượng cao và chống chịu sâu bệnh