(TIỂU LUẬN) đề tài KHCN cấp TRƯỜNG nghiên cứu thiết kế mô hình sấy tầng sôi xung khí kiểu mẻ dùng sấy vật liệu rời có độ ẩm cao

Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu Đối với nguyên liệu khó sấy như muối tinh và đường cát RS hay đường tinh luyện RE thì hiệntrong nước đang tồn tại cả máy sấy chất lượng thấp thấp đến

Mẫu IUH1521

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO KHOA HỌC TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KH&CN

CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế mô hình sấy tầng sôi xung khí kiểu

mẻ dùng sấy vật liệu rời có độ ẩm cao

Mã số đề tài: IUH.KNL 10/15

Chủ nhiệm đề tài: Phạm Quang Phú

Đơn vị thực hiện: Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh

TP Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2017

Mẫu IUH1521

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU 7

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 8

PHẦN I THÔNG TIN CHUNG 10

PHẦN II KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 11

MỞ ĐẦU 12

Chương 1 TỔNG QUAN 15

1.1 Tìm hiểu về muối tinh 15

1.1.1 Tiềm năng sản xuất muối tại Việt Nam 15

1.1.2 Tính chất của muối 16

1.1.3 Ứng dụng của muối tinh 18

1.1.4 Nguyên liệu sản xuất muối ăn 21

1.1.5 Phân loại muối 22

1.2 Tìm hiểu về đường 29

1.2.1 Giới thiệu về đường 29

1.2.2 Tính chất lý hóa của đường 31

1.2.3 Phương pháp sản xuất đường 31

1.2.4 Đặc điểm của đường tinh luyện RS 33

1.3 Các thông số hình học của vật liệu hạt ứng dụng trong sấy tầng sôi 35

1.3.1 Cầu tính 35

1.3.3 Khối lượng riêng và khối lượng thể tích 37

1.3.4 Độ rỗng 37

1.3.5 Các tính chất thủy động học của quá trình sấy tầng sôi 38

1.4 Thực nghiệm xác định các thông số cơ bản ứng dụng trong tính toán thiết kế máy sấy tầng sôi 45

1.4.1 Phương tiện thí nghiệm 45

1.4.2 Thực nghiệm xác định đường kính hạt muối tinh 46

1.4.3 Thực nghiệm xác định khối lượng riêng của hạt muối tinh 47

1.4.4 Thực nghiệm xác định khối lượng thể tích theo độ ẩm 47

1.4.5 Thực nghiệm xác định cầu tính của hạt 47

1.4.6 Tính toán xác định độ rỗng của khối hạt ở trạng thái sôi tối thiểu và sôi ổn định 48 1.4.7 Tính toán xác định vận tốc hóa sôi tối thiểu theo các mô hình và thực nghiệm 49

1.4.8 Tính toán xác định tổn thất áp suất qua lớp hạt theo các mô hình 51

1.5 Kết luận chương 1 53

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY VẬT LIỆU RỜI 55

2.1 Kỹ thuật sấy muối tinh của thế giới 55

2.1.1 Sấy muối bằng máy sấy rang 55

2.1.2 Sấy muối bằng máy sấy thùng quay 56

2.1.3 Sấy muối bằng máy sấy tầng sôi 56

2.2 Kỹ thuật sấy muối tinh ở Việt Nam 65

2.2.1 Sấy muối tinh trên máy sấy buồng 65

2.2.2 Sấy muối tinh bằng máy sấy thùng quay 66

2.2.3 Sấy muối tinh bằng máy sấy rung 70

1

2.3 Kỹ thuật tầng sôi ứng dụng trong sấy đường 71

2.3.1 Các phương pháp sấy đường 71

2.3.2 Sấy đường bằng máy sấy thùng quay 71

2.3.3 Sấy đường bằng máy sấy sàng rung 72

2.3.4 Sấy đường bằng máy sấy tầng sôi 72

2.4 Kỹ thuật tầng sôi ứng dụng trong sấy thực phẩm 74

Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH 78

3.1 Nguyên lí hoạt động 78

3.2 Số liệu thiết kế 78

3.3 Tính toán quá trình sấy lý thuyết 79

3.3.1 Tính toán các thông số tác nhân sấy 79

3.3.2 Tính toán vận tốc tác nhân sấy 81

3.3.3 Xác định thời gian sấy vật liệu 82

3.4 Tính toán quá trình sấy thực 86

3.4.1 Tính toán kích thước buồng sấy 86

3.4.2 Tính nhiệt thiết bị sấy 88

3.4.3 Tính toán quá trình sấy thực 91

Chương 4 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHỤ 94

4.1 Cyclone thu bụi 94

4.2 Buồng gia nhiệt điện trở 95

4.3 Tính chọn quạt thổi khí nóng 96

4.4 Chọn ghi phân phối tác nhân vào lớp liệu trong buồng sấy 99

4.4.1 Các chỉ tiêu thiết kế ghi 99

4.4.2 Các phương trình thiết kế ghi 102

4.4.3 Tính toán, thiết kế ghi 104

Chương 5 CHẾ TẠO, LẮP ĐẶT MÔ HÌNH VÀ THIẾT LẬP QUY TRÌNH VẬN HÀNH 107 5.1 Chế tạo 107

5.1.1 Chế tạo buồng sấy 107

5.1.2 Chế tạo bộ phân phối TNS 109

5.1.3 Chế tạo bộ gia nhiệt 111

5.2 Lắp đặt 113

5.2.1 Lắp tủ điện 113

5.2.2 Mạch động lực 114

5.2.4 Lắp các bộ phận của hệ thống 115

Chương 6 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 117

6.1 Tổng quát các nội dung thực hiện đề tài nghiên cứu 117

6.2 Phương pháp nghiên cứu 117

6.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 117

6.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 118

6.3 Mô hình thí nghiệm 122

6.4 Các thiết bị đo và phương pháp đo 123

6.4.1 Dụng cụ đo khối lượng 123

6.4.2 Dụng cụ xác định kích thước hạt đường RS 123

6.4.3 Dụng cụ đo độ ẩm của khối hạt đường RS 124

6.4.4 Dụng cụ đo các thông số cơ bản của không khí ẩm khi làm thực nghiệm 124

6.4.5 Dụng cụ đo khối lượng của hạt mẫu phân tích 125

6.4.6 Dụng cụ đo nhiệt độ bề mặt lớp hạt, nhiệt độ vách buồng sấy 125

2

6.4.7 Dụng cụ đo nhiệt độ hạt 126

6.4.8 Dụng cụ đo vận tốc tác nhân khí qua bề mặt lớp hạt 126

6.4.9 Dụng cụ đo công suất tiêu thụ điện của thiết bị sử dụng điện 127

6.4.10 Dụng cụ đo nhiệt độ tác nhân khí vào và ra 127

6.4.11 Điều khiển nhiệt độ tác nhân sấy 128

6.4.12 Dụng cụ đo tiêu thụ điện 128

6.5 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 129

6.6 Các đại lượng cần xác định thông qua các phép đo 129

6.6.1 Xây dựng các thông số công nghệ của quá trình sấy đường RS 129

6.6.2 Ảnh hưởng của vận tốc của tác nhân sấy đến quátrinh̀ sấy đường 130

6.6.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quátrinh̀ sấy đường 130

6.6.4 Ảnh hưởng của tốc độ xung khí đến quátrinh̀ sấy đường 130

6.6.5 Miền nghiên cứu thực nghiệm 130

6.7 Giới thiệu phần mềm Statgraphics XV 131

6.8 Thuyết minh quy trình 135

6.8.1 Chuẩn bị 135

6.8.2 Tiến hành thí nghiệm 135

6.8.3 Kết thúc quá trình vận hành thí nghiệm 136

Chương 7 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 137

7.1 Thực nghiệm xác định các thông số công nghệ của quá trình sấy hạt mè (vừng) 137

7.1.1 Độ ẩm hạt mè cuối quá trình sấy 138

7.1.2 Chi phí điện năng riêng của quá trình sấy mè 139

7.1.3 Chi phí nhiệt năng riêng của quá trình sấy mè 141

7.2 Thực nghiệm xác định các thông số công nghệ của quá trình sấy đường RS 143

7.2.1 Độ ẩm sản phẩm cuối quá trình sấy 144

7.2.2 Tiêu hao điện năng riêng của quá trình sấy 145

7.2.3 Tiêu hao nhiệt năng riêng của quá trình sấy 147

7.3 Kết luận 151

PHỤ LỤC 153

TÀI LIỆU THAM KHẢO 157

PHẦN III SẢN PHẨM, CÔNG BỐ VÀ KẾT QUẢ ĐÀO TẠO CỦA ĐỀ TÀI 159

PHẦN IV TỔNG HỢP KẾT QUẢ CÁC SẢN PHẨM KH&CN VÀ ĐÀO TẠO CỦA ĐỀ TÀI 161 PHẦN V TÌNH HÌNH SỬ DỤNG KINH PHÍ 161

PHẦN V KIẾN NGHỊ 162

PHẦN VI PHỤ LỤC 162

3

DANH MỤC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ

Hình 1.1 Tinh thể muối 16

Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể của muối 17

Hình 1.3 Sơ đồ biểu diễn lưu trình sản xuất – ứng dụng của muối hạt 19

Hình 1.4 Sơ đồ biểu diễn lưu trình sản xuất – ứng dụng của muối tinh 20

Hình 1.5 Sản xuất muối hạt trên đồng và sản phẩm nguyên liệu muối thô 22

Hình 1.6 Hạt và khối hạt muối thô 23

Hình 1.7 Sản phẩm muối tinh 24

Hình 1.8 Hạt dạng tinh thể muối tinh (chụp qua kính hiển vi 1/800) 24

Hình 1.9 Đường dành cho người ăn kiêng, đường dạng khối và đường tinh luyện 30

Hình 1.10 Đường vàng và đường nâu 30

Hình 1.11 Đường làm từ cây mía 30

Hình 1.12 Đường thốt nốt 31

Hình 1.13 Sơ đồ quy trình sản xuất đường tinh luyện (RE) 33

Hình 1.14 Sản lượng đường sản xuất và nhập khẩu giai đoạn 1995 – 2015 34

Hình 1.15 Phân tích kích thước khối hạt bằng sàng tiêu chuẩn 36

Hình 1.16 Thể tích thủy động của một hạt 37

Hình 1.17 Tầng chặt, sôi, động 38

Hình 1.18 Tổn áp qua lớp hạt và các chế độ sôi của hạt theo vận tốc khí hóa sôi 42

Hình 1.19 Các chế độ của tầng sôi 43

Hình 1.20 Mô hình máy sấy tầng sôi liên tục 46

Hình 1.21 Các đồ thị so sánh vận tốc hóa sôi bằng thực nghiệm và các phương trình tương quan thực nghiệm của các tác giả 51

Hình 1.22 Tổn áp qua lớp hạt tĩnh theo Blacke-Kozeny và Ergun 51

Hình 1.23 Tính toán và thực nghiệm tổn áp qua lớp hạt sôi tối thiểu 52

Hình 1.24 Tính toán và thực nghiệm tổn áp qua ghi phân phối khí 52

Hình 2.1 Máy sấy rang kiểu hở, sản phẩm muối sấy và lò đốt 55

Hình 2.2 Máy sấy rang muối tinh kiểu thùng quay 55

Hình 2.3 Máy sấy muối tinh thùng quay, sử dụng buồng đốt than đá cấp nhiệt 56

Hình 2.4 Mô hình máy sấy tầng sôi mẻ và nguyên lý 59

Hình 2.5 Máy sấy tầng sôi liên tục kiểu hòa trộn đều 59

Hình 2.6 Sơ đồ phác thảo máy sấy tầng sôi liên tục kiểu ngang 60

Hình 2.7 Cấu tạo, nguyên lý máy sấy rung tầng sôi của Công ty Sera Tây Ban Nha 60

Hình 2.8 Bố trí các thiết bị trong hệ thống máy sấy muối tinh nguyên lý sấy tầng sôi rung của Viện SRI-Trung Quốc 61

Hình 2.9 Nguyên lý sấy muối xung rung của Todo Djurkov 62

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy sấy tầng sôi xung khí sấy muối hạt 63

Hình 2.11 Máy sấy xung quay sấy muối hạt của Todo Djurkov - Bulgary 64

Hình 2.12 Máy sấy tầng sôi kiểu xung khí (A) và máy sấy tầng sôi thông thường (B) 64

Hình 2.13 Máy sấy muối tinh kiểu sấy buồng 66

Hình 2.14 Máy sấy buồng dùng sấy muối tinh 66

4

Hình 2.15 Máy sấy thùng quay dùng sấy muối tinh 67

Hình 2.16 Lưu đồ bố trí các cụm và hoạt động sấy muối bằng máy sấy thùng quay 67

Hình 2.17 Sơ đồ và nguyên lý máy sấy muối tinh nguyên lý thùng quay của công ty hóa chất cơ bản Miền Nam 68

Hình 2.18 Máy sấy thùng quay của công ty hóa chất cơ bản Miền Nam đang sấy 69

Hình 2.19 Máy sấy muối tinh rung tạo sôi của Trung tâm nghiên cứu muối biển 70

Hình 2.20 Hệ thống sấy đường thùng quay 72

Hình 2.21 Sơ đồ và hình ảnh hệ thống sấy đường sàng rung 72

Hình 2.22 Sơ đồ và hình ảnh hệ thống sấy đường tầng sôi 73

Hình 2.23 Dây chuyền sấy cơm dưa tầng sôi do cơ sơ Thai Hoa san xuất 75

̀̀ ̀• ̀ž ̀ ̀•

Hình 2.24 Máy sấy rung tầng sôi sấy cơm dừa tại nhà máy chế biến cơm dừa Thành Vinh 75

Hình 2.25 Máy sấy lúa thủ công truyền thống Hình 2.26 Máy sấy lúa công nghệ tầng sôi 76

Hình 2.27 Máy sấy tầng sôi tạo hạt do Viện Cơ học và Tin học Ứng dụng chế tạo 76

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống sấy tầng sôi theo mẻ 78

Hình 3.2 Đồ thị sấy lí thuyết 79

Hình 3.3 Giá trị độ ẩm cân bằng thực nghiệm và tiên đoán theo mô hình Modified Halsey 85

Hình 3.4 Các kích thước cơ bản của máy sấy 88

Hình 3.5 Truyền nhiệt qua vách buồng sấy 90

Hình 3.6 Đồ thị quá trình sấy thực tế 91

Hình 4.1 Các kích thước cơ bản của cyclone thu bụi 94

Hình 4.2 Cấu tạo của buồng gia nhiệt điện trở 95

Hình 4.3 Thanh điện trở chữ U 96

Hình 4.4 Dòng khí xuyên qua lỗ ghi theo các hướng khác nhau 100

Hình 4.5 Quan hệ Cd với tỷ số chiều dày/đường kính 103

Hình 4.6 Mối quan hệ giữa mật độ lỗ và bước lỗ ghi đối với bước dạng tam giác và bước vuông 104

Hình 4.7 Các kích thước của ghi phân phối khí 104

Hình 5.1 Buồng sấy 107

Hình 5.2 Chi tiết gia công 1 108

Hình 5.3 Chi tiết gia công 2 108

Hình 5.4 Chi tiết gia công phễu 108

Hình 5.5 Chi tiết gia công buồng lắng 1 108

Hình 5.6 Chi tiết gia công buồng lắng 2 108

Hình 5.7 Chi tiết gia công buồng lắng 3 108

Hình 5.8 Bộ phân phối TNS 109

Hình 5.9 Chi tiết gia công bộ phân phối 1 109

Hình 5.10 Chi tiết gia công ống nối dẫn TNS 109

Hình 5.11 Chi tiết gia công đáy bộ phân phối 110

Hình 5.12 Cánh phân phối TNS 110

Hình 5.13 Chi tiết 5 gia công bộ phân phối 111

Hình 5.14 Bộ gia nhiệt 111

Hình 5.15 ống nối dẫn đầu vuông tròn 112

Hình 5.17 Tấm che cách điện 112

5

Hình 5.18 Khai triển đầu vuông tròn 112

Hình 5.19 Chi tiết gia công thân bộ gia nhiệt 113

Hình 5.20 Điện trở sau khi lắp vào tấm 113

Hình 5.21 Các thiết bị điện 114

Hình 5.22 Tủ điện 114

Hình 5.23 Mạch động lực 114

Hình 5.24 Mạch điều khiển 115

Hình 5.25 Máy sấy tầng sôi khi lắp đặt 115

Hình 6.1 Tóm tắt quy trình thực hiện đề tài 117

Hình 6.2 Minh họa mô hình hộp đen 118

Hình 6.3 Mô hình máy sấy tầng sôi xung khí phục vụ thí nghiệm 123

Hình 6.4 Các loại cân sử dụng cân khối lượng nguyên liệu, sản phẩm và mẫu đo 123

Hình 6.5 Bộ rây dùng phân loại nguyên liệu và sản phẩm sấy 124

Hình 6.6 Máy đo độ ẩm Axis – mẫu đo trên máy và thao tác đo 124

Hình 6.7 Dụng cụ đo thông số không khí ẩm 125

Hình 6.8 Cân tiểu ly điện tử và thao tác cân vật liệu mẫu làm thí nghiệm 125

Hình 6.9 Dụng cụ đo nhiệt độ vách, đo nhiệt độ lớp hạt sôi 126

Hình 6.10 Dụng cụ đo nhiệt độ hạt vật liệu sấy và sản phẩm sấy 126

Hình 6.11 Dụng cụ đo vận tốc khí SDL350 126

Hình 6.12 Dụng cụ đo vận tốc gió DAF80WP 127

Hình 6.13 Dụng cụ đo điện HIOKI 3286 127

Hình 6.14 Đồng hồ đo nhiệt độ tác nhân sấy, nhiệt độ hạt sôi và vùng trên hạt sôi 128

Hình 6.15 Bộ gia nhiệt điện trở 128

Hình 6.16 Điện kế đo tiêu thụ điện 128

Hình 6.17 Đường nguyên liệu trước khi sấy 129

Hình 6.18 Mô hình hộp đen của đề tài 129

Hình 7.1 Đồ thị tương quan giữa Y1 và các biến (sấy hạt mè) 139

Hình 7.2 Đồ thị tương quan giữa Y2 và các biến (sấy hạt mè) 141

Hình 7.3 Đồ thị tương quan giữa Y3 và các biến (sấy hạt mè) 142

Hình 7.4 Đồ thị tương quan giữa Y1 và các biến (sấy đường RS) 145

Hình 7.5 Đồ thị tương quan giữa Y2 và các biến (sấy đường RS) 147

Hình 7.6 Đồ thị tương quan giữa Y3 và các biến (sấy đường RS) 148

Hình 7.7 Hàm độ ẩm theo các biến ở các giá trị tối ưu (sấy đường RS) 149

Hình 7.8 Hàm tiêu hao điện năng riêng theo các biến ở các giá trị tối ưu (sấy đường RS) 150

Hình 7.9 Hàm chi phí nhiệt lượng riêng theo các biến ở các giá trị tối ưu (sấy đường RS) 151

6

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tham khảo khối lượng riêng thể tích của muối ăn theo độ ẩm 17

Bảng 1.2 Độ hòa tan của muối ăn trong nước 17

Bảng 1.3 Các ứng dụng trong thực tiễn của muối tinh 21

Bảng 1.4 Tiêu chuẩn NaCl dùng trong công nghiệp (theo 10TCN 572:2003) 21

Bảng 1.5 Thành phần muối thô theo TCVN 3974-84( tính theo cơ sở khô) 22

Bảng 1.6 Các ứng dụng trong thực tiễn của muối tinh 24

Bảng 1.7 Chất lượng muối tinh không sấy của một số nước trên thế giới 25

Bảng 1.8 Chất lượng muối tinh bằng phương pháp nghiền -rửa trên dây chuyền chế biến muối của Viện Nghiên cứu Muối Thiên Tân (SRI)- Trung Quốc 25

Bảng 1.9 Chất lượng muối tinh có sấy của công ty Sara Tây Ban Nha 25

Bảng 1.10 Tiêu chuẩn muối ăn của châu Âu- tính theo cơ sở khô 25

Bảng 1.11 Tiêu chuẩn ngành muối tinh - 10TCN 402:1999 26

Bảng 1.12 Tiêu chuẩn muối tinh dùng làm thực phẩm theo ГOCT 13830 – 68OCT 13830 – 68 27

Bảng 1.13 Tiêu chuẩn NaCl dùng trong công nghiệp điện phân theo phương pháp điện cực thủy ngân 27

Bảng 1.14 Tiêu chuẩn muối tinh công nghiệp sản xuất hóa chất của châu Âu 27

Bảng 1.15 Tiêu chuẩn muối tinh Ấn Độ 28

Bảng 1.16 Thông số vật lý của đường 31

Bảng 1.17 So sánh ưu – nhược điểm của các phương phap xử lý nước mía 32

̀ž Bảng 1.18 Các chỉ tiêu cảm quan của đường RS 34

Bảng 1.19 Các chỉ tiêu lý – hóa của đường RS 34

Bảng 1.20 Hệ số hình dạng hình học một số loại hạt bất kỳ 35

Bảng 1.21 Cầu tính một số hạt thông dụng 35

Bảng 1.21 Thông số vật lý hạt muối tinh và thông số nhiệt vật lý của khí hóa sôi sử dụng trong tính toán 49

Bảng 2.1 So sánh giữa sấy tầng sôi với các kiểu sấy khác 57

Bảng 2.2 Phân loại máy sấy tầng sôi theo các chỉ tiêu 58

Bảng 2.3 So sánh giữa sấy tầng sôi với sấy thùng quay 73

Bảng 3.1 Kết quả phương pháp lặp 90

Bảng 3.2 Cân bằng nhiệt lượng và hiệu suất buồng sấy 92

Bảng 3.3 Các thông số của máy sấy đã thiết kế 93

Bảng 6.1 Miền thực nghiệm đa yếu tố 131

Bảng 7.1 Miền thực nghiệm đa yếu tố 137

Bảng 7.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 138

Bảng 7.3 Kết quả phân tích thống kê hàm Y1 của quá trình sấy mè 139

Bảng 7.4 Kết quả phân tích thống kê hàm Y2 của quá trình sấy mè 140

Bảng 7.5 Kết quả phân tích thống kê hàm Y3 của quá trình sấy mè 141

Bảng 7.6 Miền thực nghiệm đa yếu tố của quá trình sấy đường RS 143

Bảng 7.7 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 143

Bảng 7.8 Kết quả phân tích thống kê hàm Y1 của quá trình sấy đường 144

Bảng 7.9 Kết quả phân tích thống kê hàm Y2 của quá trình sấy đường 146

Bảng 7.10 Kết quả phân tích thống kê hàm Y2 của quá trình sấy đường 147

7

U Tốc độ sấy

W Lượng nước bay hơi trong quá trình sấy

q Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu

Hệ số sấy tương đốiChiều cao khe hở giữa ghi và mũ chụp

Độ xốp hay độ rỗng của khối hạt

Độ ẩm tương đối của không khí

’ Tỉ số giữa diện tích làm cánh

Hệ số dẫn nhiệt

Độ nhớt động lực họcNhiệt độ vật liệu sấy

b Nhiệt độ bề mặt vật liệu trong quá trình bay hơi

ρk Khối lượng riêng của không khí

ρb Khối lượng thể tích của vật liệu

ρh Khối lượng riêng của vật liệu

Thời gian sấy

Độ nhớt động học

Hệ số năng suấtNhiệt lượng bổ sung thực tế

Chữ viết tắt

ANOVA Analysis of Variance

FBDs Fluidized Bed Dryers

9

CK

%/h

m3m/skg/hm/sW/m2Kmm

%

W/mKN.s/m2C

Ckg/m3kg/m3kg/m3s

m2/skJ/kg ẩmN/m2

phân phối khítối ưu

tối thiểuvật liệuxung quanhrây

ẩmtới hạn

MỞ ĐẦU

A Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

Đối với nguyên liệu khó sấy như muối tinh và đường cát RS hay đường tinh luyện RE thì hiệntrong nước đang tồn tại cả máy sấy chất lượng thấp thấp đến máy sấy chất lượng cao có thểliệt kê dưới đây:

Đầu tiên là máy sấy rang (sấy tiếp xúc); muối sau khi ly tâm được đưa vào chảo lớn,sau đó dùng củi, than đốt bên dưới chảo, lao động thủ công đưa nguyên liệu liệu vào rồi càođảo qua lại để làm khô

Kỹ thuật sấy cao hơn kế tiếp là ứng dụng sấy theo nguyên lý truyền nhiệt đối lưu trongmáy sấy trống quay (Rotary drum dryer) Quá trình sấy diễn ra liên tục cho chất lượng tốt hơn

so với phương pháp trước đây Khi nhu cầu tiêu thụ của con người cao hơn thì phương phápsấy này không còn phụ hợp nữa, cụ thể như: tỷ lệ phế phẩm cao, màu sắc sản phẩm chưagiống màu tự nhiên, hạt sau khi sấy bị bể vỡ, các góc cạnh của hạt không còn được giữnguyên như khi đưa vào máy sấy

Sau máy sấy thùng quay, kỹ thuật sấy tiếp tục chuyển thêm một bước tiến mới là sấyrung kết hợp tầng sôi được nhập khẩu vào Việt Nam và hiện đang được sử dụng trong ngànhcông nghiệp sản xuất muối tinh và sản xuất mía đường cao cấp Việc sử dụng máy sấy rungtầng sôi (fluidized and vibration dryer) đã khắc phục các nhược điểm còn lại của máy sấythùng quay Máy sấy rung tầng sôi gọn hơn máy sấy thùng quay cho chất lượng sản phẩm sấycao hơn hẳn, tuy vậy kết cấu của máy cũng còn khá phức tạp Có thể tìm thấy ứng dụng củamáy sấy rung tầng sôi nhập khẩu ở các Công ty đường Bình Định, Công ty mía đường Trị An,nhà máy sản xuất cơm dừa Thành Vinh – Bến Tre, nhà máy sữa Trường Thọ, nhà máy sữaThống nhất (Công ty Vinamilk)

Về nghiên cứu máy sấy tầng sôi đã có các tác giả trong nước nghiên cứu dưới dạng học thuậtlẫn thiết bị đi vào sản xuất

Tác giả: Bành Xuân Phổ, Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh năm 1999

công bố “Nghiên cứu phương pháp sấy tầng sôi để sấy cơm dừa trong luận án tiến sĩ

Tác giả: Lê Đức Trung, Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh năm 2003 công

bố kết quả “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp sấy tầng sôi trong sản xuất thức ăn thủy sản ởViệt Nam trong luận án tiến sĩ

Năm 2009, hai tác giả Bùi Trung Thành (Đại học Công nghiêp TP Hồ Chí Minh) và

Nguyễn Hay (Đại học Nông lâm Tp HCM) đã công bố kết quả nghiên cứu về máy sấy muối

tinh bằng phương pháp sấy tầng sôi thông thường kiểu dòng trộn và năm 2011, tác giả BùiTrung Thành Công bố kết quả “Nghiên cứu kỹ thuật sấy muối tinh bằng phương pháp sấytầng sôi trong luận án tiến sĩ của trường Đại học nông lâm TPHCM Kết quả nghiên cứu đượccông bố trong 18 bài báo khoa học đăng trên các tạp chí chuyên ngành cho nhiều kết quả vượttrội về chất lượng và hiệu suất sấy so với sấy bằng máy sấy thùng quay và máy sấy rung tầngsôi, tuy nhiên nếu xét riêng về mặt tiệu thu năng lượng điện riêng sử dụng cho việc cấp tácnhân sấy thì còn cao

Ngoài ra trong nước đã có một số công ty Cơ khí đã tham khảo thiết kế, chế tạo máy sấyrung tầng sôi ứng dụng sấy cơm dừa của tỉnh Bến Tre có thể xem là một tiến bộ của ngành

12

cơ khí phục vụ sấy vật liệu rời có đặc tính kết dính.

Thông qua các bài báo khoa học của một số nhà khoa học hàng đầu công bố kết quảnghiên cứu và thử nghiệm mà tác giả đã tham khảo cho thấy phương pháp sấy tầng sôi xungkhí bước đầu đã sấy thử cho một số loại vật liệu có đặc tính kết dính thành công

Máy sấy và phương pháp sấy tầng sôi xung khí cho đến này chưa được nghiên cứu vàứng dụng ở Việt Nam Vấn đề cấp bách của thực tiễn là cần phải nghiên cứu để tìm ra giảipháp mới, công nghệ mới trong việc sấy các loại vật liệu có đặc tính kết dính, đặc biệt côngnghệ mới trong sấy muối tinh, sấy đường RS, đường RE là các loại hàng hóa có sản lượng lớnnhằm đáp ứng về mặt chất lượng, nâng cao hiệu suất sấy, nhưng phải giảm chi phí về tiêu thụđiện trong sấy nhằm vừa thỏa mãn về chất lượng sản phẩm sấy vừa bảo đảm chi phí sấy theohướng tiết kiệm năng lượng

Để giải quyết vấn đề chi phí năng lượng cho quạt sử dụng trong quá trình sấy, một số tác giả

của thế giới đã nghiên cứu một phương pháp sấy tầng sôi mới đó là phương pháp tầng sôi

kiểu xung khí (pulsed fluidized bed dryer) Các công bố cho thấy mô hình thí nghiệm cho kết

quả khả quan về mặt tiết kiệm năng lượng

Tác giả M.C.B Ambrosio và O.P.Taranto [22] công bố rằng phương pháp sấy bằngxung khí cho ưu điểm về mặt tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm lưu lượng khí cấp vào buồng sấytrong quá trình sấy

Theo Jezowska (1993) [20] nghiên cứu cho thấy khi sấy vật liệu bằng máy sấy lớp hạtsôi kiểu xung khí cho phép tiết kiệm năng lượng được hơn 50% so với sấy bằng máy sấy tầngsôi thông thường

Gawrzynski và các cộng sự (1996) [30] cũng nghiên cứu sấy đường bằng phương phápsấy tầng sôi xung khí trên mô hình nhỏ trong phòng thí nghiệm cho kết quả tốt Các tác giả đãquan sát được sự xung động của không khí nóng đã tạo ra lớp hạt sôi, tạo ra một sự hòa trộnmãnh liệt đối với vật liệu rắn và gia tăng diện tích giữa bề mặt, điều này cải thiện quá trìnhsấy

Năm 1998, các tác giả Gawrzynski, Kudra, Glaser [26] đã công bố patent máy sấy tầngsôi xung khí để áp dụng trong quy mô công nghiệp

Cũng theo tác giả Todor Djurkov [27, 28], máy sấy tầng sôi kiểu xung khí có khả ứngdụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như thực phẩm, hóa chất, sản phẩm công nghệ sinh họcnhư bột trộn trứng, bột mì, các loại hạt…mang lại kết quả khả quan Tuy nhiên loại máy sấynày lại được khuyến cáo về công nghệ chế tạo máy yêu cầu cao hơn máy sấy tầng sôi thôngthường

Để xử lý cho các trường hợp khi sấy vật liệu có độ ẩm của nguyên liệu đầu vào cao,giữa các hạt có xu hướng dính với nhau và vón cục, người ta thường dùng kiểu cấp liệu rungtrước buồng sấy, tuy nhiên nếu dùng kiểu sấy tầng sôi xung khí sẽ dễ dàng tách liên kết giữacác hạt bằng cách thay đổi trạng thái cấp khí đột ngột So với các kiểu phá liên kết dính thìkiểu này tỏ ra có ưu điểm rõ rệt Nhờ tác động bằng dòng tác nhân khí nên va đập cơ học giữavật liệu sấy và ghi phân phối tác nhân sấy không xảy ra, sản phẩm nên các hạt vật liệu không

bị bào mòn các cạnh, các hạt vật liệu không bị vỡ nên tỷ lệ thu hồi sản phẩm và chất lượngsấy sẽ ổn định hơn

13

Cũng theo các kết quả nghiên cứu của các tác giả công bố cho thấy máy sấy tầng sôikiểu xung khí có cấu trúc tương đối đơn giản, độ hoạt động tin cậy cao, tiêu thụ năng lượngcủa loại máy sấy này thấp hơn so với các loại máy sấy tầng sôi thông thường.

Hiện nay, trong nước chưa có nghiên cứu về máy sấy tầng sôi xung khí nào được công

bố vì vậy đề tài mang tính mới và cần thiết Việc chế tạo được mô hình thực nghiệm về tầngsôi xung khí sẽ giúp làm cơ sở nền tảng nghiên cứu thực nghiệm về công nghệ sấy mới này

B Mục tiêu của đề tài

a Mục tiêu tổng quát

Làm đa dạng hóa các máy sấy vật liệu rời của nguyên lý sấy tầng sôi để phục vụ trongnghiên cứu trong công nghệ chế biến thực phẩm ứng dụng trong thực tiễn có hướng đến tiếtkiệm và sử dụng hiệu quả năng lượng

C Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu kế thừa: kế thừa kiến thức lý thuyết và các công trình đã công bốtrong các tài liệu kỹ thuật, sách, tạp chí chuyên ngành trên thế giới và trong nước

Phương pháp giải tích toán học: sử dụng các mối quan hệ toán học, hình học để giải quyết bài toán xác định kích thước của thiết bị sấy

Phương pháp chuyên gia: Sử dụng kiến thức thực tế cũng như lý thuyết của các

chuyên gia trong lĩnh vực sấy nông sản, thực phẩm; các tác giả đã có các công trình công bố về kỹ thuật sấy tầng sôi

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm: sử dụng phương án quy hoạch trực giao bậc 2

để xác định phương trình hồi quy tương quan giữa các hàm mục tiêu và các thông số công nghệ, từ đó tối ưu hóa các hàm mục tiêu để xác định các thông số công nghệ hợp

lý của quá trình sấy

14

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 Tìm hiểu về muối tinh

1.1.1 Tiềm năng sản xuất muối tại Việt Nam

Điều kiện tự nhiên khắc nghiệt của miền Trung Việt Nam như: cường độ nắng lớn,mưa ít, lượng bốc hơi cao, nồng độ muối trong nước biển cao nhất nước (bằng nồng độ muốiđại dương), là những yếu tố gây bất lợi cho nền sản xuất nông nghiệp và cả cho nuôi trồngthuỷ sản nhưng lại là lợi thế nhất nước để sản xuất muối công nghiệp với quy mô lớn:

Sản xuất muối từ nước biển bằng phương pháp bốc hơi mặt bằng là công nghệ khai thác

có hiệu quả kinh tế cao và phổ biến nhất trên thế giới hiện nay (chiếm 40% – 45% sản lượng muối thế giới) [8]

Năng suất muối trên một đơn vị diện tích sản xuất có thể đạt bình quân trên dưới 150 tấn/1ha/

năm, tương đương năng suất các đồng muối công nghiệp loại trung của thế giới [8]

Có thể tạo được những cánh đồng muối có quy mô tập trung nhiều ngàn ha, sản lượng có thể đạt trên dưới một triệu tấn, mở ra khả năng rất lớn để áp dụng công nghệ cao và trang

bị cơ giới hoá trong sản xuất và thu hoạch, tăng cường ưu thế chất lượng, tạo năng suất laođộng cao, giá thành cạnh tranh trong xu thế hội nhập

Tóm lại, Việt Nam có một mỏ tài nguyên muối do thiên nhiên ban tặng, có nhiều lợithế trong sản xuất muối, cần tập trung khai thác triệt để

Hiệu quả kinh tế – xã hội và kinh tế tổng hợp trong khai thác tài nguyên muối [8]:

Hiện tại, năng lực sản xuất các đồng muối trong nước khoảng 800.000 tấn (trong đómuối công nghiệp 230.000 tấn), bình quân 10 kg/người/năm Tổng nhu cầu xã hội khoảng 1,1triệu tấn, bình quân 13,7 kg/người/năm Đến năm 2005, nhu cầu dự báo khoảng 1,5 triệu tấn,trong đó muối công nghiệp và các ngành sản xuất khác khoảng 930 ngàn tấn Như vậy cònphải đáp ứng 700 ngàn tấn và chủ yếu là muối công nghiệp Đến năm 2010 nhu cầu dự báo sẽ

là không dưới 2,5 triệu tấn, trong đó muối công nghiệp khoảng 1,5 triệu tấn Để đạt tới trình

độ tiêu dùng muối bình quân của thế giới hiện nay 35 kg/người/năm chúng ta phải cần đến 2,6triệu tấn muối

11 nước ASEAN, với dân số hơn 463,8 triệu người, nhưng hàng năm chỉ đáp ứng trêndưới 4 triệu tấn muối, nên hàng năm phải nhập khoảng 2,2 triệu tấn (riêng Indonesia phảinhập 1,4 triệu tấn) Các nước trong khu vực như Nhật, Hàn Quốc, Đài Loan mỗi năm nhậpkhoảng 12 triệu tấn Như vậy nếu chúng ta có nguồn lực sản xuất muối phong phú thì xuấtkhẩu ngay cho các nước trong khu vực cũng là một cơ hội

Theo đánh giá của các nhà khoa học thì nguồn lợi khai thác từ nước biển muối NaCl chỉchiếm 4 phần, các muối khác và hoá chất là 6 phần Như vậy nếu tổ chức khai thác tổng hợp cácnguồn lợi sau muối thì hiệu quả sẽ nhân đôi trên một đơn vị diện tích Ví dụ: Đồng muối QuánThẻ với quy mô diện tích sản xuất 2.100 ha, sản lượng 300.000 tấn muối/năm Nếu được đầu tưkhai thác hết 185.000m3 nước ót thì tổng sản phẩm xã hội sẽ là 445.000 tấn, trong đó muối NaCl

là 340.000 tấn (kết tinh 300.000 tấn, chế từ nước ót 40.000 tấn với 50% hiệu suất thu hồi), các hoáchất còn lại 105.000 tấn (Kali sunfat 9.000 tấn, Natri sunfat 22.700 tấn, Magie

15

clorua 52.900 tấn, tính thu hồi 70% cho 3 chất trên và 500 tấn Brom lỏng tính thu hồi 50% và20.000 tấn thạch cao kết tinh trước NaCl).

Tóm lại, muối dùng cho sản xuất công nghiệp có một tầm quan trọng lớn trong thươngmại, đặc biệt là nguyên liệu hoá học cho ngành sản xuất Xút–Clo và Soda tổng hợp, nhữngchất này đặc trưng cho giai đoạn đầu trong công nghiệp sản xuất chất dẻo, vật liệu và có mặtkhắp nơi trong xã hội hiện đại

1.1.2 Tính chất của muối

Thông thường muối biển chia thành muối thô và muối tinh Muối thô có tính chất thayđổi tùy theo từng vùng sản xuất Muối thô do có nhiều tạp chất nên ít được sử dụng rộng rãi

mà phải chế biến lại, để có được muối có tính chất đồng đều

Muối tinh là muối thô đã qua quá trình chế biến Quá trình chế biến chủ yếu là nghiền– rửa ly tâm Muối thô sau quá trình nghiền – rửa sẽ có độ ẩm và chất lượng cao hơn, đủ tiêuchuẩn cho các ngành sản xuất khác Sau quá trình nghiền – rửa, người ta có thể cho thêm một

số chất hóa học khác để cho ra các sản phẩm mới

Thành phần chính của muối tinh là natri clorua (NaCl) Phân tử lượng của NaCl nguyênchất là 58,488 Muối ăn thường chứa ít nhiều tạp chất như magie clorua, magie sunfat, kali clorua,canxi sunfat, tạp chất không tan (bùn, đất,…) Những tạp chất này lẫn vào natri clorua trong quátrình sản xuất muối ăn Tạp chất magie clorua có vị đắng và dễ hút ẩm, làm cho muối ăn bị đắng

và bị chảy nước nên phải cố loại bỏ Muối tinh dùng cho công nghiệp càng ít tạp chất chứa magie,canxi gốc sunfat,… càng tốt Đôi khi người ta cố ý trộn vào muối ăn một vài chất khác như kaliiodua dùng làm thực phẩm cho nhân dân một số vùng nào đó (thường là miền núi) và trong lươngthực, thực phẩm chứa ít iot,… để phòng bệnh bướu cổ địa phương; hoặc trộn một ít magiecacbonat có tính kiềm, magie oxyt,… để chống hiện tượng muối ăn kết tảng

Muối ăn có vị mặn đặc biệt, dung dịch muối ăn có nồng độ từ 0,02 – 0,03mol/l mới cócảm giác mặn Natri clorua (muối ăn nguyên chất) là tinh thể không màu, chứa 39,336% Na

và 60,364% Cl, có dạng lập phương hay bát giác Muối ăn NaCl thường có lẫn ít nhiều cácmuối tạp chất, các tinh thể muối này cũng thường có dạng hình lập phương Hạt muối ănthường có màu trắng vì trong khe giữa các tinh thể NaCl của hạt muối ăn có chứa không khí

có chiết suất khác nhau, làm cho ánh sáng phản xạ trên mặt giới hạn của khối tinh thể tạo nênmàu trắng Khi có lẫn tạp chất, muối ăn có thể có màu khác: lẫn mangan (Mn2+) thì muối cómàu đen trong suốt, lẫn sắt oxyt thì muối có màu hồng, lẫn đồng oxyt thì có màu lục,…

Hình 1.1 Tinh thể muối

16

Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể của muốiCác đặc tính cơ bản của muối [6]:

• Nhiệt độ nóng chảy: 800 ÷ 803 C

• Nhiệt độ sôi: 1439 C

• Nhiệt dung riêng: 876 J/kg.K

• Hệ số dẫn nhiệt tại 160 C: 6,5 W/m.K

• Khối lượng riêng hạt (ở 250C): 2,1– 2,2g/cm3

• Khối lượng riêng thể tích thay đổi theo độ ẩm hạt

Bảng 1.1 Tham khảo khối lượng riêng thể tích của muối ăn theo độ ẩm [6]

Khối lượng riêng thể tích của muối theo độ ẩm

Độ hòa tan của muối ăn trong nước tăng chậm theo nhiệt độ (xem bảng 1.2) Muối ăn gần như

không tan trong cồn

Bảng 1.2 Độ hòa tan của muối ăn trong nước [6]

hòa tan (oC) (g/100 dung dịch) hòa tan (oC) (g/100g dung dịch)

60 27,07 180 30,99

Khi độ ẩm tương đối của không khí vượt quá 75% thì muối ăn để ngoài không khí sẽ bị chảynước, vì điểm ẩm của magie clorua thấp (ở nhiệt độ thường, bằng 33%), nên muối ăn càng lẫnnhiều magie clorua thì càng dễ bị chảy nước [6]

1.1.3 Ứng dụng của muối tinh

Muối tinh rất hữu dụng Từ công dụng đầu tiên con người phát hiện là dùng trong ănuống, thì ngày nay như chúng ta đã biết khi điện phân muối ăn ta thu được hai đơn chất Natri

và Clo, hai chất này là hai chất cơ bản trong công nghiệp hóa học:

Clo (Cl) là một chất khí có thể dùng chế bom ngạt, thuốc nổ (Clorat) Trong chiến

tranh thứ hai phát xít Đức dùng Clo để làm hơi độc giết người Nhưng Clo có tác dụng tốt Ăn vào dạ dày, Clo làm thức ăn dễ tiêu hoá Trong y khoa, Clo dùng chế sát trùng, thuốc tiêu Người ta dùng Clo chế ra thuốc trừ sâu bọ trong nông nghiệp, chế thuốc tẩymàu, thuốc nhuộm

Natri (Na) là một kim loại mềm và trắng như bạc Nó dùng chế ra nhiều hoá chất khác, đặcbiệt là chế ra xút (NaOH) Xút là một trong các sản phẩm quan trọng nhất cho công nghiệphoá học Công nghiệp xà phòng và dầu mỏ dùng xút nhiều nhất Các nước phát triển đã

dùng nhiều muối điều chế ra xút và lấy xút cho vào thuốc nhuộm màu, chế kính, làm giấy, làm xà phòng, làm tơ nhân tạo, hợp kim thép và làm nhiều thứ khác

Từ năm 1953, người ta đã tổng kết thấy muối ăn được dùng trong sản xuất trên 1500loại sản phẩm Công nghiệp hóa học là nguồn tiêu thụ muối ăn lớn nhất Người ta thường nói

“Muối ăn là mẹ đẻ của công nghiệp hóa học” Có nước, trên 70% tổng lượng muối ăn dùngtrong nước được dùng trong công nghiệp hóa học Lượng muối ăn dùng làm thực phẩm, tínhbình quân là 8 ÷ 8,5 kg/người/năm Còn lượng muối ăn dùng trong công, nông nghiệp có nước

đã đạt bình quân là 75kg/người/năm

18

Hình 1.3 Sơ đồ biểu diễn lưu trình sản xuất – ứng dụng của muối hạt [6]

19

Hình 1.4 Sơ đồ biểu diễn lưu trình sản xuất – ứng dụng của muối tinh [6]

Sản xuất các chất hóa học từ NaCl, gồm:

Sodium carbonate (Na2CO3)

Sodium silicate (Na2SiO3)

Sodium hypochlorite (NaClO) (tẩy

trắng)

Trichlobenzene (C6H3Cl3)

Calcium chlorate (CaCl2)

Sodium bicarbonate (NaHCO3)

20

Bảng 1.3 Các ứng dụng trong thực tiễn của muối tinh

Sản xuất giấy Xà phòng – chất làm sạch Bột ngũ cốc

Làm nước muốiThực phẩm đông lạnh

Muối ăn dùng trong thực phẩm hay làm nguyên liệu trong công nghiệp, nông nghiệp,

… đều phải đảm bảo quy cách nhất định Muối ăn dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp phảichứa trên 93% NaCl và lượng chứa các tạp chất được quy định cụ thể tùy theo đối tượng sửdụng nó Sau đây là các tiêu chuẩn cụ thể:

Bảng 1.4 Tiêu chuẩn NaCl dùng trong công nghiệp (theo 10TCN 572:2003)

Hạng

1 Hàm lượng NaCL tính theo % khối lượng chất 98,0 96,5 95,0khô, không nhỏ hơn

3 Hàm lượng chất không tan trong nước, tính theo 0,25 0,30 0,50

% khối lượng chất khô, không lớn hơn

4 Hàm lượng các ion, tính theo % khối lượng chất

khô, không lớn hơn:

ion SO4

1.1.4 Nguyên liệu sản xuất muối ăn

Muối ăn phân bố rất rộng, nó có trong động vật, thực vật, trong một số quặng mỏ, trongkhông khí, trong nước mưa, sông, hồ , nhưng người ta chỉ sử dụng những nguyên liệu cóchứa tỷ lệ (%) NaCl cao để sản xuất ra muối ăn

21

Sản xuất muối ở Việt Nam hiện nay đều từ lấy từ nguyên liệu nước biển, thông qua côngnghệ phơi nước biển Ở Việt Nam chưa tìm thấy mỏ muối ăn, nhưng nhiều nơi có những suốinước mặn, mạch nước mặn chứa nhiều Clo có thể dùng để sản xuất muối ăn.

1.1.5 Phân loại muối

Muối ăn, trong dân gian gọi đơn giản là muối, nó là một loại khoáng chất, được conngười sử dụng trong ăn uống bằng cách cho thêm nó vào thức ăn Có rất nhiều dạng muối ăn:muối thô, muối tinh, muối Iode Muối thu được từ nước biển có các tinh thể nhỏ hoặc lớn hơnmuối mỏ Trong tự nhiên, muối ăn bao gồm chủ yếu là clorua natri (NaCl), nhưng cũng cómột ít các khoáng chất khác (khoáng chất vi lượng) Muối ăn thu từ muối mỏ có thể có màuxám hơn vì dấu vết của các khoáng chất vi lượng [6]

1.1.5.1 Muối thô

Muối thô hay còn gọi là muối hạt được tạo ra bằng cách cho bay hơi nước biển dướiánh nắng mặt trời trong các ruộng kết tinh muối Muối thu được từ nước biển được gọi làmuối biển (sea salt) [6] (hình 1.5) Ở những nước có muối mỏ (rock salt), được hình thành từcác hồ nước mặn đã bay hơi nước thời cổ Người ta khai thác muối từ các mỏ này theo cáchbơm nước vào mỏ muối để thu lại nước muối bão hòa, sau đó tiến hành chưng cất trong cácnồi cô hoặc cũng đem phơi nắng mặt trời

Trong muối hạt thô, ngoài thành phần chính là NaCl còn có các loại muối khác như CaCO3,MgCO3 chiếm tỷ lệ cao, các thành phần tạp chất không tan và đặc biệt độ ẩm còn rất lớn.Trong muối thô thì hoàn toàn chưa chứa đủ lượng Iode cần thiết để phòng ngừa bệnh thiếuIode Hình 1.5 mô tả hạt muối thô kết tinh từ nước biển cận cảnh và khối hạt muối thô sửdụng để chế biến thành muối tinh TCVN 3974-84 ban hành giá trị các thành phần trong hạtmuối thô trong bảng 1.5

Hình 1.5 Sản xuất muối hạt trên đồng và sản phẩm nguyên liệu muối thô

Bảng 1.5 Thành phần muối thô theo TCVN 3974-84( tính theo cơ sở khô)

- Dung dịch muối 5% có vị mặn thuần khiết,không có vị lạ

3 Dạng bên ngoài và cỡ hạt - Khô ráo, sạch

- Cỡ hạt 1 - 15 mmChỉ 4 Hàm lượng NaCl (tính theo %) >97,00 >95,00 >93,00tiêu 5 Hàm lượng chất không tan <0,25 <0,10 <0,80hoá trong nước (tính theo %)

lý 6 Hàm lượng ẩm tính theo % <9,50 <10,00 <10,50

7 Hàm lượng các Ca 2+ <0,30 <0,45 <0,55ion (tính theo %) Mg2+ <0,40 <0,70 <1,00

sử dụng trong đời sống hàng ngày như là chất thêm vào thức ăn Phần lớn muối tinh được sửdụng cho các mục đích công nghiệp như: sản xuất bột giấy, hãm màu trong công nghệ nhuộmvải, chế biến thực phẩm các loại, sản xuất xà phòng, chất tẩy rửa có giá trị thương mại lớn.Việc sản xuất và sử dụng muối là một trong những ngành công nghiệp hóa chất lâu đời nhất

Sau khi thu được muối thô, người ta sẽ tiến hành các công nghệ làm tinh chế để nâng cao

độ tinh khiết của muối cũng như loại bỏ các thành phần muối khác Việc tinh chế muối phải thựchiện thông qua các dây chuyền rửa, nghiền -rửa hoặc cho hoà tan và kết tinh lại nhiều lần trongcác nồi cô đặc kết tinh kiểu hở hoặc trong các nồi cô đặc kín, kiểu chân không

Muối tinh có thể được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu muối thô khác nhau, hoặc cóthể sản xuất từ công nghệ xay (nghiền)- rửa hoặc từ công nghệ tái kết tinh từ muối hạt lại.Hình 1.4 mô tả lưu trình sản xuất muối tinh từ nguồn muối thô theo phương pháp kết tinhcùng các ứng dụng của nó cho các lĩnh vực sản xuất công nghiệp

23

Hình 1.7 Sản phẩm muối tinhMuối tinh sau khi đi qua dây chuyền công nghệ tinh chế muối phải bảo đảm về mặt chất lượng theo các tiêu chuẩn (bảng 1.4 và bảng 1.5).

Hình 1.8 Hạt dạng tinh thể muối tinh (chụp qua kính hiển vi 1/800)

Muối sau khi chế biến thành muối tinh được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực khác nhau

(bảng 1.6)

Bảng 1.6 Các ứng dụng trong thực tiễn của muối tinh [2,3,6]

Chất béoHộp bảo quảnLàm nước muốiThực phẩm đông lạnh

Muối hạt (muối thô) sau có tính chế (chế biến) trở thành muối tinh, sản phẩm muối tinhlưu hành trên thị trường ở hai dạng, dạng không sấy và dạng có sấy Bảng 1.7 trình bày tiêuchuẩn muối tinh không sấy lưu hành tại một số quốc gia khu vực tại châu Á

24

Bảng 1.7 Chất lượng muối tinh không sấy của một số nước trên thế giới [6]

Các loại muối tinh Đơn Độ ẩm Chất NaCl Ca2+ Mg2+ SO4

tan

1 Muối kết tinh chân không- Nhật % 4,47 0,002 95,034 0,66 0,453 0,3703

2 Muối nghiền rửa – Đài Loan % 4,51 0,2 99,00 0,06 0,04 0,2

3 Muối nghiền rửa – Trung Quốc % 4,53 0,01 94,6 0,09 0,03 0,004

Bảng 1.8 và 1.9 trình bày chất lượng muối tinh có sấy từ dây chuyền chế biến theo phươngpháp nghiền rửa của Viện SRI -Trung Quốc và của Công ty Sera-Tây Ban Nha ban hành SRI

và Sera được xem là hai đơn vị dẫn đầu trong nghiên cứu về muối và các thiết bị chế biếnmuối trên thế giới

Bảng 1.8 Chất lượng muối tinh bằng phương pháp nghiền -rửa trên dây chuyền chế biến muối của Viện Nghiên cứu Muối Thiên Tân (SRI)- Trung

( Nguồn: Viện Nghiên cứu Muối Thiên Tân)

Bảng 1.9 Chất lượng muối tinh có sấy của công ty Sara Tây Ban Nha

Thứ

Thành phần tiêu chuẩn Đơn vị tính Giá trị

( Nguồn: Viện Nghiên cứu Muối Thiên Tân)

Trong khi đó tại Châu Âu, người ta ban hành tiêu chuẩn muối tinh có sấy (bảng 1.10)

Bảng 1.10 Tiêu chuẩn muối ăn của châu Âu- tính theo cơ sở khô

Ca 2+ % 0,09% 0,04

25

Ngành chế biến muối tại Việt Nam ra đời sau các quốc gia khác, mãi đến ngày 14 tháng

10 năm 1999 mới ban hành tiêu chuẩn ngành cho muối tinh theo bảng 1.11 muối

Bảng 1.11 Tiêu chuẩn ngành muối tinh - 10TCN 402:1999

Chỉ tiêu cảm quan: Màu trắng, không mùi, dung dịch muối 5% có vị mặn thuần

khiết, không có vị lạ, trạng thái khô rắn, không có tạp chất nhìn thấy bằng mắtthường Thành phần tính theo cơ sở khô

B Chỉ tiêu hoá lý

2 Hàm lượng NaCl (tính theo %) khi >99 >98

lưỵng cht khô, không nh hơn

4 Hàm lượng chất không tan trong nước

Muối ăn dùng trong thực phẩm hay làm nguyên liệu trong công nghiệp, nôngnghiệp… đều phải đảm bảo quy cách nhất định Theo quy cách của Liên Xô cũ muối ăn dùnglàm thực phẩm phải đạt tiêu chuẩn như bảng 1.12 Muối ăn dùng làm nguyên liệu cho côngnghiệp phải có tỷ lệ chứa NaCl trên 93% NaCl và lượng chứa các tạp chất được quy định cụthể tùy theo đối tượng sử dụng nó, Trong khi đó muối tinh dùng để điện phân có tiêu chuẩntrình bày theo bảng 1.13

26

Bảng 1.12 Tiêu chuẩn muối tinh dùng làm thực phẩm theo ГOCT 13830 – 68OCT 13830 – 68

1.1.5.3 Muối Iode

Muối ăn ngày nay chủ yếu tiêu thụ dưới dạng là muối tinh, thông thường được bổ sung thêmiode dưới dạng của một lượng nhỏ kali iode, ngoài ra còn chứa các chất chống ẩm (không gây hạicho sức khỏe) Muối ăn được sử dụng trong nấu ăn và làm gia vị Muối ăn chứa iode làm tăng khảnăng loại trừ các bệnh có liên quan đến thiếu hụt iode Iode quan trọng trong việc ngăn chặn việcsản sinh không đủ của các hoóc môn tuyến giáp (thiếu iode là nguyên nhân của bệnh bướu cổ haychứng đần ở trẻ em và chứng phù niêm ở người lớn) Muối iode thông thường không sấy, có độ

ẩm 3,5 - 5%, loại cao cấp thì có sấy có độ ẩm 0,2 - 0,3% Muối iode được tạo ra từ quá trình bổsung thành phần vi lượng trên dây chuyền sản xuất muối tinh sau khâu ly tâm, thông qua thiết bịphun sương và trộn gắn trên dây chuyền sản xuất [6]

Các chất chống đóng khối, chống vón cục hoặc kali iode (KI) sẽ được thêm vào tronggiai đoạn cuối của quy trình sản xuất Các chất chống đóng bánh là các hóa chất chống ẩm đểgiữ cho các tinh thể muối không dính vào nhau Một số chất chống ẩm được sử dụng làtricanxi photphat, canxi cacbonat hay magie, muối của các axít béo, magie oxit, silicat natri-nhôm, hay silicat canxi-nhôm Cũng lưu ý rằng có thể có độc tính của nhôm trong hai hóachất sau cùng, tuy nhiên cả Liên minh châu Âu (EU) và FDA của Mỹ vẫn cho phép sử dụngchúng với một liều lượng có điều chỉnh Muối sau tinh chế và sấy khô được đóng gói và vậnchuyển đến nơi tiêu thụ theo yêu cầu và đặc điểm riêng của mỗi nhà máy

Bảng 1.15 Tiêu chuẩn muối tinh Ấn Độ

sấy đến độ ẩm yêu cầu Mặc khác, theo TCVN thì độ ẩm để bảo quản muối là nhỏ hơn 0,3%,

do vậy cần thiết phải sấy muối để vừa bảo quản lâu dài vừa đảm bảo chất lượng sản phẩm

28

1.2 Tìm hiểu về đường

1.2.1 Giới thiệu về đường

Đường là một trong những loại gia vị phổ biến và lúc nào cũng hiện diện trong bếp, vàđồng thời đóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực bánh kẹo Đường cung cấp độ ẩm, làm mềm, xốp cho bánh, giúp bánh trữ được lâu hơn sau khi ra lò, tạo lớp vỏ nâu ngon lành cho bánh mì, tạo nên mùi thơm đặc trưng và độ giòn tan cho bánh Loại đường đang được sử dụng

đa số trong cuộc sống hằng ngày của người dân hiện nay là loại đường tinh luyện Đường được phân loại theo các cách sau:

a) Theo chức năng

Sử dụng với người ăn kiêng hoặc rối loạn chuyển hoá đường

Đường ăn kiêng có nguồn gốc thiên nhiên, không phải là chất hóa học, mà bản chất là cácamino axit có vị ngọt Đường ăn kiêng không chỉ giúp người sử dụng hạn chế lượngđường huyết trong máu mà còn không chứa thành phần saccharin (chất gây ung thư nếu

sử dụng lâu dài), nhưng không nên dùng quá nhiều nó cũng sẽ gây hại cho sức khỏe

Sử dụng cho dân dụng bình thường: Đó là đường mà chúng ta sử dụng hàng ngày như đường kính, đường phèn, thốt nốt Mục đích cho các việc nấu ăn, làm bánh, pha chế b) Theo hình dạng – màu sắc Đường khối

Chúng là các loại đường cỡ lớn, sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau như đường phèn, đường phổi, đường thốt nốt…

Đường tinh luyện (đường trắng)

Đường tinh luyện có hai loại là đường RS (Refined Standard) và đường RE (RefinedExtra) là đường Sacaroza (Saccharose) được tinh chế và kết tinh Đường tinh luyện đượcsản xuất từ đường thô hoặc trực tiếp từ mía cây Có thể nói là loại đường thông dụng nhấthiện nay được sử dụng rộng rãi ở mọi nơi Dùng cho nhiều mục đích khác nhau

Hình 1.9 Đường dành cho người ăn kiêng, đường dạng khối và đường tinh luyện

Hình 1.10 Đường vàng và đường nâuc) Ứng dụng đường được ứng dụng nhiều vào các lĩnh vực thực phẩm, bánh kẹo, nước và sản phẩm có độ ngọt như

- Sản xuất nước giải khát

- Sản xuất sữa và các chế phẩm từ sữa

- Sản xuất cà phê hoà tan

- Sản xuất bánh kẹo

- Sản xuất thức ăn công nghiệp

d) Nguyên liệu sản xuất - Đường mía

Hình 1.11 Đường làm từ cây mía

Ở nước ta, đường mía là loại đường chủ yếu, là nguồn cung cấp chính, đáp ứng hầunhư mọi nhu cầu chính trong các vấn đề tạo ngọt Trên cây mía, thông thường phần ngọn sẽ nhạthơn phần gốc (trong chiết nước mía) Đó là đặc điểm chung của thực vật: chất dinh dưỡng (ở đây

là hàm lượng đường) được tập trung nhiều ở phần gốc (vừa để nuôi dưỡng cây vừa để dự trữ).Đây là loại nguyên liệu chính dùng để sản xuất đường ở nước ta, vì điều kiện thổ nhưỡng và đấtđai phù hợp cho việc chuyên canh ở một số vùng

30

- Đường củ cải

Đường củ cải có tính chất tương tự đường mía nhưng có sản lượng ít hơn Đường củ cảithay thế cho đường mía ở những vùng không trồng mía được Theo thống kê có khoảng27% lượng đường trên thế giới được sản xuất từ cây củ cải đường

- Đường thốt nốt

Hình 1.12 Đường thốt nốtĐường thốt nốt - loại đường đặc sản được nấu từ mật hoa và quả của cây thốt nốt Loại đườngnày khá thịnh hành và nó mang lại nhiều lợi ích sức khỏe, Thường được nấu chè và làm một

số loại bánh ngọt Ở Việt Nam loại đường này là đặc sản của miền Tây Nam Bộ

1.2.2 Tính chất lý hóa của đường

Đường là một cacbohydrat có công thức phân tử C12H22O11 được sản xuất dưới dạng bột kếttinh màu trắng mịn, không mùi và có vị ngọt

Bảng 1.16 Thông số vật lý của đường [1]

1.2.3 Phương pháp sản xuất đường

Sơ đồ công nghệ sản xuất đường tinh luyện từ mía:

+ Lấy nước mía:

o Xử lý mía: San bằng mía, băm mía, đánh tơi

o Ép giật: lấy từ 60-70% nước có trong cây mía ra ngoài

o Ép kiệt: thu hồi tối đa lượng nước còn lại bên trong cây mía sau khi ép + Xử lý nước mía:

o Gồm có 3 phương pháp thông dụng: Phương pháp vôi, Phương pháp sunfit hoá,

Phương pháp cacbonat hoá

o Lắng: phân riêng các phần hỗn hợp không đồng chất bằng trọng lực hoặc bằng phươngpháp ly tâm

o Lọc: tách các hỗn hợp khó lắng không đồng nhất ra khỏi nước đường, tận dụng lượng nước còn lại sau lắng, loại bỏ bã và bùn còn lẫn trong nước

+ Cô đặc

o Phương pháp bốc hơi hệ cô đặc

▪ Phương pháp bốc hơi chân không: hệ cô đặc làm việc trong điều kiện chân không.

▪ Phương pháp bốc hơi áp lực: hệ cô đặc làm việc trong điều kiện áp lực.

31

o Thao tác khống chế quá trình cô đặc

▪ Kiểm soát chiều cao dung dịch

▪ Thoát nước và khí ngưng

+ Nấu đường và kết tinh

o Nấu đường là quá trình tách nước ra khỏi mật chè, đưa dung dịch đến trạng thái bão hoà

để thực hiện quá trình kết tinh

o Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ kết tinh

o Là quá trình dùng thùng quay với tốc độ cao lợi dụng lực ly tâm để tách mật đường non

ra khỏi tinh thể đường

o Quá trình phân hạt gồm 4 giai đoạn:

▪ Cho đường non vào máy ly tâm: tuỳ theo chất lượng đường non mà ta kiểm soát chiều dày của lớp đường cho phù hợp

▪ Phân mật: nạp liệu phù hợp, rồi tăng số vòng quay đến cực đại, phần lớn mật có trong đường non lúc này được tách ra là mật nâu

▪ Rửa đường: sau quá trình rửa đường ta thu được mật trắng.

▪ Hãm máy và xả đường: giảm dần tốc độ vòng quay và nâng bộ phận ly tâm lên để xả đường ra

+ Sấy khô: sấy đường đến độ ẩm thích hợp để đường có màu sáng bóng, không bị hư hỏng trong quá trình bảo quản

Bảng 1.17 So sánh ưu – nhược điểm của các phương pháp xử lý nước mía

Vốn đầu tư ít Vốn đầu tư ít

Hiệu suất thu hồi cao.Thiết bị, quy trình công Thiết bị, quy trình công nghệ,

nghệ, quản lý điều hành quản lý điều hành đơn giản

trắng chất lượng caođơn giản Sản xuất ra đường kính trắng

Nhược Hiệu suất thu hồi sản Sản phẩm đường khó bảo Quy trình công nghệ

32

Hình 1.13 Sơ đồ quy trình sản xuất đường tinh luyện (RE)

1.2.4 Đặc điểm của đường tinh luyện RS

Đường cát trắng RS (Refined standard) là các vật liệu được hình thành từ quá trình kếttinh, độ ẩm sau công đoạn sau ly tâm thường khoảng từ 0,5%-1,5% [1] và người ta phải thựchiện sấy ngay, nếu không chỉ sau một thời gian ngắn chúng cũng bị kết dính và vón cục, đặcbiệt khi có tác động nhiệt thì chúng càng dễ bị kết dính Thực tế đặc tính kết dính sẽ gây khó

33

khăn trong việc sấy khô trong lớp hạt sôi liên tục, trong khi yêu cầu chất lượng sản phẩm sấyphải cao.

Đường là nguyên liệu quan trọng cho các ngành chế biến thực phẩm, là chất điều vịtrong bữa ăn hàng ngày và là chất cung cấp năng lượng cho cơ thể Công nghiệp đường tuy có

từ lâu đời nhưng 200 năm gần đây mới được cơ khí hóa Trong những năm gần đây ngành míađường đã phát triển một cách nhanh chóng

Các sản phẩm đường mía của yếu ở nước ta là đường thô (đường vàng) và đường tinhluyện, phụ thuộc vào thành phần đường sucrose có trong dung dịch tính theo phần trăm khốilượng dung dịch đường (độ Pol) Theo tiêu chuẩn Việt Nam, độ Pol của đường thô ≥ 98,5%,đường tinh luyện ≥ 99,8% Do nhu cầu tiêu thụ đường thô thấp nên các nhà máy mía đườngthường sử dụng đường thô để sản xuất đường tinh luyện

Hình 1.14 Sản lượng đường sản xuất và nhập khẩu giai đoạn 1995 – 2015

Thông thường, độ ẩm của đường yêu cầu để bảo quản phải không lớn hơn 0,2% [1]đối với đường thô và không lớn hơn 0,05% [1] đối với đường tinh luyện nên cần thiết phải sấyđường trước khi bảo quản Ngoài ra, các chỉ tiêu cảm quan và các chỉ tiêu lý – hóa của đườngtinh luyện, phải phù hợp với TCVN 6958: 2001 và TCVN 6961: 2001

Bảng 1.18 Các chỉ tiêu cảm quan của đường RS [1]

Chỉ tiêu Yêu cầu

Ngoại hình Tinh thể màu trắng, kích thước tương đối đồng đều, tơi khô không vón

cụcMùi, vị Tinh thể đường hoặc dung dịch đường trong nước có vị ngọt, không có

mùi vị lạ

Màu sắc Tinh thể trắng óng ánh Khi pha vào nước cất cho dung dịch trong suốt

Bảng 1.19 Các chỉ tiêu lý – hóa của đường RS [1]

2 Hàm lượng đường khử, % khối lượng (m/m), không lớn hơn 0,03

3 Tro dẫn điện, % khối lượng (m/m), không lớn hơn 0,03

34

4 Sự giảm khối lượng khi sấy ở 105oC trong 3 giờ, % khối lượng 0,05

(m/m), khơng lớn hơn

Do đĩ, việc sấy đường sau khi ly tâm là cần thiết để bảo quản lâu dài và đảm bảo độ

ẩm theo tiêu chuẩn Trước đây, sấy thùng quay được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật sấy

đường nhưng từ khi cơng nghệ tầng sơi phát triển trong lĩnh vực sấy thì máy sấy tầng sơi dần

được ứng dụng nhiều hơn

1.3 Các thơng số hình học của vật liệu hạt ứng dụng trong sấy tầng sơi

1.3.1 Cầu tính

Xét một khối hạt rời trạng thái tĩnh (trạng thái tự nhiên) các hạt chịu lực dính lẫn nhau

và trọng lực của hạt Để khối hạt cĩ thể giãn ra và chuyển qua trạng thái linh động cần phải

tác động vào khối hạt một dịng khí cĩ giá trị lớn hơn vận tốc cân bằng vcb (m/s) Để lớp

haṭsơi ổn đinh,̣ vâṇ tốc dịng khižqua lớp haṭvk (m/s) đươc ̣ xác đinḥ qua tiêu chuẩn Reynolds:

k

h k

Trong đĩ: dh – Đường kính hạt, m

k – Khối lượng riêng của khí, kg/m3

k – Độ nhớt động học, N.s/m2

(1.1)

Như vậy nếu hạt cĩ dạng trịn hay hình cầu thì kích thước của hạt rất dễ dàng xác định

và được mơ tả bằng đường kính của nĩ Tuy nhiên trong tự nhiên cũng như trong thực tế sản

xuất, quy trình cơng nghệ lại khơng thể tạo ra được hạt cầu hoặc hiếm khi gặp, hầu hết các hạt

đều cĩ hình dạng bất kỳ Do vậy bắt buộc khi tính tốn ta phải quy kích thước các hạt về kích

thước trung bình, và tính tốn giá trị kích thước hạt dựa trên khái niệm hệ số cầu tính Một

hạt khơng cĩ dạng hình cầu được xác định bằng định nghĩa “cầu tính”, là đại lượng khơng thứ

nguyên

Diện tích khối cầu cócùng thể tích với hạt

Diện tích bề mặt của hạt

Theo [19], tác giả đã đưa ra khái niệm về hệ số hình dạng của hạt là và nghịch đảo của hệ số

hình dạng được gọi là cầu tính của hạt: =1/ Hệ số hình dạng của các hạt bất kỳ được mơ tả

dưới dạng tổng quát hĩa theo bảng 1.20

Bảng 1.20 Hệ số hình dạng hình học một số loại hạt bất kỳ

Tiêu chuẩn Anh quốc BS 4359 (1970) cung cấp các giá trị đo lường về cầu tính của một số loại hạt

thơng dụng và cĩ giá trị nằm trong khoang tư 0,3 – 0,95 (xem bảng 1.21) Việc đo diện tích bề mặt

35