tính toán, thiết kế máy sấygừng năng suất 50 kg mẻ

Nếu lượng ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấy tăng lên, đến một lúc nào đó sẽ đạt đến sự cân bằng giữa vật sấy và môi trường trong buồng sấy và quá trình thoát

BỘ MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY SẤYGỪNG

NĂNG SUẤT 50 KG/MẺ

Tháng 5/2015

Cần Thơ, ngày 05 tháng 01 năm 2015

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

HKII - NĂM HỌC: 2014 - 2015

1 Họ và tên sinh viên: Trương Hải Đăng MSSV: 1117638

Ngành: Cơ khí chế biến Khóa: 37

2 Tên đề tài: Tính toán thiết kế máy sấy gừng năng suất 50 kg/mẻ

3 Thời gian thực hiện: HKII, 2014 - 2015 Từ 12/01/2015 đến 08/05/2015

4 Cán bộ hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Cương

5 Địa điểm thực hiện: Khoa Công Nghệ - Trường Đại Học Cần Thơ

6 Mục tiêu của đề tài:

 Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình sấy để tính toán thiết

kế máy sấy gừng năng suất 50 kg/mẻ

 Nhiệm vụ cụ thể:

a Khảo sát thực tế tình hình trồng gừng ở huyện Long Mỹ

b Nghiên cứu cơ sở lý thuyết sấy

c Nghiên cứu lựa chọn phương án thiết kế và xây dựng sơ đồ máy sấy

d Tính toán thiết kế máy sấy gừng

e Thiết kế bản vẽ máy sấy gừng và hoàn thành báo cáo

7 Giới hạn của đề tài: chỉ tính toán thiết kế chế tạo máy

8 Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài: các dụng cụ đo ở phòng thí nghiệm máy và thiết bị chế biến thực phẩm

9 Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: đồng

Ý KIẾN CỦA CBHD SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ

Nguyễn Văn Cương Trương Hải Đăng

Ý KIẾN CỦA BỘ MÔN Ý KIẾN CỦA HỘI ĐỒNG LV & TLTN

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM PHẢN BIỆN

LỜI CÁM ƠN

Lời đầu tiên em xin được nói lời biết ơn chân thành đến Gia đình đã luôn ủng hộ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp

Em xin chân thành cám ơn Thầy Nguyễn Văn Cương, bộ môn Kỹ thuật Cơ khí, khoa Công nghệ, trường Đại học Cần Thơ đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này

Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến quý Thầy Cô, trường Đại học Cần Thơ đã truyền đạt kiến thức cho em trong suốt thời gian qua để em có đủ kiến thức hoàn thành luận văn

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến tập thể lớp Cơ khí chế biến khóa

37, bộ môn Kỹ thuật Cơ khí, khoa Công nghệ, trường Đại học Cần Thơ đã giúp đỡ tận tình cho tôi trong quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện luận văn này

Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian, kiến thức và kinh nghiệm nên đề tài không tránh khỏi sai sót Rất mong nhận được sự đóng góp của quý Thầy, Cô và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn

Cần Thơ, ngày 8 tháng 5 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Trương Hải Đăng

LỜI NÓI ĐẦU

Đồng bằng sông Cửu Long từ lâu được cả nước biết đến với nhiều thế mạnh khác nhau như sản xuất nông sản, trồng cây ăn trái, đánh bắt thủy hải sản và một số thế mạnh khác; tất cả đều trong giai đoạn phát triển cả về hình thức lẫn quy mô Ngày nay, với sự tiến bộ ngày càng cao của khoa học kỹ thuật , máy móc và thiết bị được chế tạo để phục vụ cho người dân ngày càng phổ biến, từng bước ổn định, cải tiến không ngừng về chất lượng Từ cánh đồng chuyên trồng lúa, nông dân đã biết thay đổi để trồng các mặt hàng nông sản khác, trong đó phải kể đến Hậu Giang Những năm gần đây, nhu cầu sử dụng gừng trong và ngoài nước ngày càng tăng nên gừng có giá trị xuất khẩu cao, lợi nhuận rất lớn Gừng rất phổ biến và được sử dụng rất nhiều để làm gia vị, thực phẩm, các loại mức; ngoài ra gừng còn có giá trị dược liệu chế tạo thuốc trị khá nhiều bệnh Nhờ vậy thu nhập của người dân Hậu Giang ngày càng được cải thiện, nâng cao Tuy nhiên, quá trình bảo quản gừng tươi để sử dụng cũng như xuất khẩu lại gặp khó khăn do thời gian bảo quản gừng tươi không dài làm ảnh hưởng đến chất lượng củ gừng; gây thất thoát khá lớn, do vậy đầu ra của sản phẩm này vẫn chưa ổn định

Để giải quyết vấn đề trên, đề tài “Tính toán, thiết kế máy sấy gừng năng suất 50 kg/mẻ” được thực hiện nhằm làm cơ sở cho việc chế tạo máy sấy gừng

Với mong muốn góp phần tăng giá trị kinh tế của củ gừng

Trong quá trình thực hiện vì thời gian, kiến thức có hạn, không có điều kiện nghiên cứu sâu hơn đề tài nên không thể tránh khỏi những thiếu xót Rất mong được đóng góp của quý Thầy, Cô và bạn bè để đề tài được hoàn chỉnh hơn

TÓM TẮT

Trong cuộc sống hiện nay, các mặt hàng nông sản có giá trị cao ngày càng được quan tâm Trong đó, gừng là cây rất cần thiết trong đời sống hàng ngày của con người về thực phẩm cũng như dược phẩm Các sản phẩm của gừng chủ yếu là gừng tươi và gừng khô Gừng khô có giá trị cao trong việc sử dụng làm thực phẩm, dược phẩm và một số mặt hàng khác Tuy nhiên, thời gian bảo quản gừng để sử dụng không được lâu và giá cả đôi lúc vẫn chưa ổn định, dẫn đến giảm giá trị kinh

tế của củ gừng Bên cạnh đó, nhu cầu về sấy gừng, cũng như sản phẩm gừng khô càng ngày càng được quan tâm bởi các nhà sản xuất và người tiêu thụ Xuất phát từ vấn đề trên mà đề tài “Tính toán thiết kế máy sấy gừng năng suất 50 kg/mẻ” được thực hiện, nhằm làm tiền đề cho việc chế tạo ra một máy sấy phục vụ cho việc sấy gừng với quy mô hộ gia đình, góp phần nâng cao giá trị kinh tế của củ gừng

Trong quá trình thực hiện, đề tài đã tiến hành khảo sát thực tế quy trình trồng

và tiêu thụ gừng của nông dân huyện Long Mỹ, tỉnh Hậu Giang Kết hợp với phương pháp lược khảo tài liệu, sách, tư liệu liên quan, để tính toán thiết kế máy sấy gừng với nguyên lý sấy đối lưu, gia nhiệt bằng điện trở

Máy sấy gừng được thiết kế có kích thước Dài x Rộng x Cao = 4720 x 1870

x 1930 (mm), gồm 2 xe goòng với tổng cộng là 24 khay; vật liệu tiếp xúc trực tiếp với gừng được sử dụng là inox 304; thời gian sấy là 8 giờ; nhiệt độ sấy là 55 o

C Kết quả tính toán, thiết kế máy sấy có độ tin cậy cao và được thể hiện qua tập bản vẽ gồm: 1 bản vẽ lắp A0 và 6 bản vẽ chi tiết A3 Các bản vẽ này hoàn toàn có thể được

sử dụng cho việc gia công, chế tạo máy sấy Máy có kết cấu đơn giản nên thuận lợi cho việc chế tạo, vận hành và chăm sóc

Nội dung đề tài được thể hiện qua 5 chương, trong đó phần cơ sở lý thuyết sấy được thể hiện ở chương 2; chương 3 & 4 trình bày về phương pháp, tính toán,

và kết quả thiết kế máy sấy gừng

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1

1.1.Tình hình trồng và tiêu thụ gừng hiện nay 1

1.2.Giới thiệu chung về cây gừng 2

1.2.1.Tên gọi 2

1.2.2.Nguồn gốc, phân bố 2

1.2.3.Đặc điểm thực vật 2

1.2.4.Điều kiện sinh thái 3

1.2.5.Công dụng của gừng 3

1.2.6.Thành phần dinh dưỡng 3

1.3.Lý do chọn đề tài 4

1.4.Các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài 4

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY 5

2.1.Cơ sở lý thuyết liên quan đến quá trình sấy 5

2.1.1.Khái niệm 5

2.1.2.Vật liệu sấy 5

2.1.3.Các đặc trưng trạng thái ẩm của vật liệu 6

2.1.3.1 Độ ẩm cơ sở khô (tuyệt đối) 6

2.1.3.2 Độ ẩm cơ sở ướt (tương đối) 6

2.1.3.3 Độ chứa ẩm 6

2.1.3.4 Độ ẩm cân bằng 7

2.1.4.Các dạng liên kết trong vật liệu ẩm 7

2.1.4.1 Liên kết cơ lý 7

2.1.4.2 Liên kết hóa lý 8

2.1.4.3 Liên kết hóa học 8

2.1.5.Tác nhân sấy 8

2.1.5.1 Không khí ẩm 9

2.1.5.3 Khói lò 10

2.1.6.Đồ thị không khí ẩm 11

2.1.6.1 Cấu tạo đồ thị I – d 11

2.1.6.2 Cách sử dụng đồ thị I – d 12

2.1.7.Động học của quá trình sấy 14

2.1.7.2 Những quy luật cơ bản của quá trình sấy 15

2.2.Các phương pháp sấy 18

2.2.1.Phương pháp sấy nóng 18

2.2.1.1 Phương pháp sấy chân không vi sóng 19

2.2.1.2 Hệ thống sấy tiếp xúc 20

2.2.1.3 Hệ thống sấy bức xạ 20

2.2.2.Phương pháp sấy lạnh 20

2.2.2.1 Hệ thống sấy thăng hoa 20

2.2.2.2 Hệ thống sấy chân không 21

2.2.3.Phân loại hệ thống sấy 22

2.2.3.1 Hệ thống sấy tiếp xúc 22

2.2.3.2 Hệ thống sấy bức xạ 22

2.2.3.3 Hệ thống sấy đối lưu 22

2.3.Cơ sở tính toán thiết kế máy sấy 24

CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

3.1.Vật liệu sấy 27

3.2.Vật liệu chế tạo máy 28

3.3.Phương pháp nghiên cứu 28

3.4.Phương pháp và kết quả khảo sát ở huyện Long Mỹ 28

3.5.Lựa chọn phương án thiết kế máy 29

3.5.1.Sơ đồ nguyên lý của máy sấy 31

3.5.1.1 Sơ đồ cấu tạo của máy sấy thiết kế 31

3.5.1.2 Nguyên lý hoạt động 31

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY SẤY GỪNG 32

4.1.Các thông số thiết kế ban đầu 32

4.2.Tính toán thiết kế buồng sấy 32

4.2.1.Yêu cầu chung 32

4.2.2.Thiết kế khay sấy 32

4.2.3.Thiết kế xe goòng 33

4.2.4.Thiết kế buồng sấy 35

4.3.Tính toán và lựa chọn hệ thống gia nhiệt 36

4.3.1.Tính toán hệ thống gia nhiệt 36

4.3.2.Lựa chọn hệ thống gia nhiệt 37

4.3.3.Thiết kế buồng đốt 38

4.4.Tính toán các thông số của quá trình sấy 39

4.4.1.Không khí trước khi đốt nóng (môi trường) 39

4.4.2.Không khí sau khi đốt nóng lên 55 0

C 39

4.4.3.Không khí sau khi ra khỏi buồng sấy 40

4.5.Tính toán và lựa chọn quạt 40

4.5.1.Lưu lượng không khí 40

4.5.2.Tính tổn thất qua các thiết bị của hệ thống 40

4.5.2.1 Tổn thất qua ống dẫn 41

4.5.2.2 Tổn thất qua buồng sấy 41

4.5.3.Công suất của quạt 42

4.5.4.Chọn loại quạt 42

4.6.Tính toán tổn thất nhiệt 43

4.6.1.Tổn thất do vật liệu sấy mang đi 43

4.6.2.Tổn thất do thiết bị chuyền tải 43

4.6.3.Tổn thất qua kết cấu bao che 44

4.7.Tính toán các hệ thống phụ của máy 47

4.7.1.Ống gió mềm cách nhiệt 47

4.7.2.Ống nối 48

4.7.3.Cửa thoát ẩm 48

4.8.Thiết kế mạch điện cho hệ thống 49

4.8.1.Nguyên lý vận hành 49

4.8.2.Tủ điện 51

4.9.Kết quả 51

4.9.1.Kết quả tính toán 51

4.9.2.Phân tích tính kinh tế của thiết bị 53

4.9.2.1 Chi phí đầu tư thiết bị ban đầu 53

4.9.2.3 Phân tích hiệu quả kinh tế của thiết bị 55

4.9.3.Thảo luận 57

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

5.1.Kết luận 58

5.2.Kiến nghị 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

Phụ lục 1: Đồ thị T – d của không khí 60

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng của củ gừng (tính trong 100 g củ gừng) 3

Bảng 3.1 Bảng đánh giá, so sánh các hệ thống sấy 29

Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật điện trở W – 450 – 3.0 36

Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật điện trở W – 600 – 5.0 37

Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật của quạt hướng trục trực tiếp T30 – A/C 42

Bảng 4.4 Các thông số thiết kế ban đầu 51

Bảng 4.5 Các thông số kỹ thuật tính toán của máy sấy gừng 51

Bảng 4.6 Giá của quạt 52

Bảng 4.7 Giá của buồng gia nhiệt 52

Bảng 4.8 Giá của buồng sấy 53

Bảng 4.9 Giá khay sấy 53

Bảng 4.10 Giá xe goòng 54

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1.1 Cây gừng 2

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy bằng khói 11

Hình 2.2 Đồ thị I – d của không khí ẩm 12

Hình 2.3 Đồ thị I – d biểu diễn quá trình sấy 13

Hình 2.4 Đường cong sấy 16

Hình 2.5 Đường cong tốc độ sấy 16

Hình 2.6 Đường cong nhiệt độ sấy 17

Hình 2.7 Máy sấy vĩ ngang 19

Hình 2.8 Máy sấy chân không vi sóng 19

Hình 2.9 Máy sấy thăng hoa 20

Hình 2.10 Tủ sấy chân không 21

Hình 3.1 Củ gừng tươi 27

Hình 3.2 Cân phân tích ẩm MX – 50/A&D 27

Hình 3.3 Sơ đồ quy trình trồng và tiêu thụ gừng 28

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý máy sấy gừng 31

Hình 4.1 Khay chứa gừng 33

Hình 4.2 Xe goòng 34

Hình 4.3 Bánh cao su 34

Hình 4.4 Buồng sấy 36

Hình 4.5 Điện trở có cánh tản nhiệt dạng W 37

Hình 4.6 Buồng đốt 38

Hình 4.7 Đồ thị T – d biểu diễn các trạng thái không khí trong quá trình sấy 39

Hình 4.8 Quạt hướng trục T30 – A/C 42

Hình 4.9 Ống gió mềm cách nhiệt 47

Hình 4.10 Ống nối 48

Hình 4.11 Cửa thoát ẩm 49

Hình 4.12 Mạch động lực 50

Hình 4.13 Mạch điều khiển 50

Hình 4.14 Tủ điện 51

Hình 4.15 Máy sấy gừng năng suất 50 kg/mẻ 51

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Tình hình trồng và tiêu thụ gừng hiện nay

Ở Việt Nam, gừng được trồng ở khắp các địa phương từ vùng đồng bằng Bắc

bộ, Nam bộ (trồng xen canh trong các vườn cây ăn trái cũng như tập trung ngoài đồng ruộng), đến các vùng núi thấp như Cao Bằng, Lạng Sơn, Thái Nguyên, Tuyên Quang,… Rồi đến các huyện phía Bắc tỉnh Hà Giang; Sìn Hồ (Lai Châu); Sa Pa, Bát Xát (Lào Cai) tùy thuộc vào giống

Riêng khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, gừng được trồng nhiều ở huyện Long Mỹ (tỉnh Hậu Giang) với diện tích khoảng 41 ha, U Minh Thượng (tỉnh Kiên Giang), các tỉnh Bạc Liêu, Sóc Trăng, Cà Mau và một số nơi khác

Theo bà con nông dân, gừng được trồng là giống gừng Tàu, bình quân 1 công gừng (1000 m2) thường trồng khoảng 200 kg gừng giống, bắt đầu trồng vào tháng 2, thời gian thu hoạch sau khi trồng được khoảng 10 – 11 tháng Lúc này, gừng già và chủ yếu được dùng làm nguyên liệu bánh kẹo, gia vị, dược liệu hoặc làm gừng giống cho vụ sau Tuy nhiên, tùy theo giá thị trường mà người dân có thể thu hoạch gừng sớm hơn (gừng trồng được khoảng 7 tháng trở lên) Mỗi công gừng

sẽ cho sản lượng khoảng 3 tấn củ

Theo kết quả khảo sát ở huyện Long Mỹ, các chủ cơ sở đến tận nơi để thu mua gừng của nông dân Giá gừng dao động khoảng 18000 – 25000 đồng/kg tùy thời điểm (cao gấp 2 – 3 lần so với năm trước) Chủ cơ sở sẽ bán lại cho thương lái

ở các chợ đầu mối, cũng như xuất khẩu gừng sang một số nước có nhu cầu tiêu thụ như Trung Quốc, Nhật Bản, Campuchia

1.2 Giới thiệu chung về cây gừng

Tên gọi

1.2.1.

 Tên khoa học: Zingiber officinale Roscoe

 Họ: Gừng (Zingiberaceae)

 Tên khác: Khương, co khinh (Thái), sung (Dao)

 Tên vị thuốc: Sinh khương, can khương

Gừng là loại cây gia vị cổ điển được trồng ở nhiều nước trong vùng nhiệt đới

và cận nhiệt đới, từ Đông Á đến Đông Nam Á và Nam Á Trong đó, Trung Quốc,

Ấn Độ, Nhật Bản là những nước trồng nhiều gừng nhất thế giới

Ở Việt Nam, gừng được trồng từ thế kỷ thứ II trước Công nguyên Hiện nay, cây gừng được trồng khắp các địa phương, từ vùng núi cao đến đồng bằng và cả ở các đảo [10]

Đặc điểm thực vật

1.2.3.

Gừng là cây thảo sống lâu năm, cao tới 1 m Thân rễ nạc và phân nhánh xòe

ra như hình bàn tay gần như trên cùng một mặt phẳng, màu vàng có mùi thơm Lá mọc so le thành hai dãy, hình mác thuôn, thắt lại ở gốc, đầu nhọn, dài 15 – 20 cm, rộng 2 cm, không cuống, có bẹ nhẵn, mặt trên màu lục sẫm, mặt dưới nhạt, khi vò

có mùi thơm, vị cay nóng Cụm hoa hình bông, gồm nhiều hoa mọc sát nhau, dài 5

cm, mọc từ gốc trên một cán dài khoảng 20 cm do nhiều vảy lợp thành Hoa có tràng hoa màu vàng xanh, có thùy gần bằng nhau, nhọn Cánh môi ngắn hơn các thùy của tràng, màu tía với những chấm vàng, nhị hoa màu tím, quả mọng, mùa ra hoa quả là khoảng tháng 5 – 8 [10]

Điều kiện sinh thái

 Gừng có vị cay, thơm nên thường được dùng làm gia vị khá phổ biến

 Gừng được dùng làm mức, chiết suất tinh dầu từ gừng để làm dược liệu

 Gừng là một vị thuốc quý nên được sử dụng hầu hết thang thuốc trong Đông y

1.3 Lý do chọn đề tài

Việt Nam có điều kiện khí hậu thích hợp để trồng cây gừng Tuy nhiên đầu

ra của sản phẩm vẫn chưa ổn định, giá cả lên xuống thất thường nên nông dân vẫn không dám mở rộng diện tích trồng gừng Gừng có nhiều thành phần dinh dưỡng và công dụng rất tốt cho sức khỏe con người nên nhu cầu sử dụng gừng trong và ngoài nước ngày càng tăng Nhưng quá trình bảo quản gừng tươi để sử dụng cũng như xuất khẩu lại gặp khó khăn do thời gian bảo quản gừng tươi không dài làm ảnh hưởng đến chất lượng củ gừng Bên cạnh đó, gừng khô cũng được sử dụng rất nhiều

để làm gia vị, chiết xuất tinh dầu gừng, làm thuốc trong Đông y Nhu cầu về việc sấy, cũng như máy sấy gừng là một vấn đề được nhiều bà con nông dân, người tiêu thụ cũng như các doanh nghiệp quan tâm hiện nay Chính vì thế, đề tài “Tính toán thiết kế máy sấy gừng năng suất 50 kg/mẻ” được thực hiện nhằm làm cơ sở cho việc chế tạo máy sấy gừng; với mong muốn góp phần tăng chuỗi giá trị kinh tế của

củ gừng

1.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài

Hiện nay, chưa có nhiều công trình nghiên cứu về sấy gừng được công bố trong và ngoài nước, mặc dù có nhiều công ty chuyên sản xuất, chế biến nông sản sấy khô

Công ty TNHH MTV Thương mại Dịch vụ Nông sản Hoàng Phúc Thịnh (xã Nam Trung, huyện Nam Sách, tỉnh Hải Dương) chuyên chế biến các nông sản sấy khô như gừng (gừng thái lát sấy khô, bột gừng nguyên chất, gừng sấy khô nguyên củ), tỏi, ớt, sả,… Các sản phẩm được sấy theo công nghệ hệ thống lò sấy hơi nước hiện đại theo công nghệ của Italia (sấy AD) [12]

Nghiên cứu qui trình sấy gừng bằng phương pháp sấy đối lưu – vi sóng đã được thực hiện qua ở khoa Công nghệ, trường Đại học Cần Thơ (2003) cho thấy kết quả gừng sấy bằng phương pháp đối lưu – vi sóng có thời gian sấy ngắn hơn nhiều

so với sấy đối lưu, tuy nhiên giá thành đầu tư thiết bị cao hơn Nhiệt độ sấy đối lưu được nghiên cứu từ 50 oC đến 60 oC; kết quả nghiên cứu cho thấy rằng nhiệt độ sấy được đánh giá là cho chất lượng sản phẩm sấy tốt, thời gian sấy phù hợp là 55 oC

Đề tài đã tính toán và thiết kế để đưa ra được mô hình máy sấy cá lóc bằng phương pháp sấy đối lưu sử dụng cho quy mô hộ gia đình ở tỉnh An Giang vào năm

2014 [4]

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY

2.1 Cơ sở lý thuyết liên quan đến quá trình sấy

Khái niệm

2.1.1.

Sấy là quá trình làm khô sản phẩm, được thực hiện nhằm mục đích làm giảm lượng nước tự do để kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm Nguyên lý của quá trình sấy là cung cấp năng lượng cho nước trong vật liệu để thay đổi từ trạng thái lỏng thành trạng thái hơi và chuyển ra môi trường Nguồn cung cấp nhiệt thường là không khí nóng [9]

Vật liệu ẩm được chia làm 3 nhóm chính:

 Vật keo: là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt Trong vật keo ẩm liên kết ở dạng hấp thụ và thẩm thấu Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy bị

co ngót khá nhiều và vẫn giữ được tính dẻo

 Vật xốp mao dẫn: là những vật mà trong đó ẩm liên kết với vật liệu chủ yếu bằng mối liên kết mao dẫn Chúng có khả năng hút mọi chất lỏng dính ướt không phụ thuộc vào thành phần hóa học của chất lỏng Đặc điểm của những vật xốp mao dẫn là sau khi sấy khô nó trở nên dòn và có thể bị vỡ vụn thành bột

 Vật keo xốp mao dẫn: là những vật thể mà trong đó tồn tại ẩm liên kết có trong cả vật keo và vật xốp mao dẫn Về cấu trúc các vật này thuộc loại

xốp mao dẫn nhưng về bản chất thì lại là các vật keo; nghĩa là thành phần mao dẫn của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao quản trương lên, khi sấy khô thì chúng co lại [2]

Các đặc trưng trạng thái ẩm của vật liệu

2.1.3.

2.1.3.1 Độ ẩm cơ sở khô (tuyệt đối)

Độ ẩm tuyệt đối (w o) là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng chất khô tuyệt đối Nếu ký hiệu G n là khối lượng ẩm chứa trong vật liệu (kg)

và G k là khối lượng chất khô (kg), ta có:

%100

k

n o

w , coi như vật chứa toàn nước [2]

2.1.3.2 Độ ẩm cơ sở ướt (tương đối)

Độ ẩm tương đối còn gọi là độ ẩm toàn phần (w) Đây là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng của vật ẩm

% 100

Quan hệ giữa độ ẩm tuyệt đối với độ ẩm toàn phần:

% 100

Độ chứa ẩm không những đặc trưng cho toàn bộ vật mà còn có thể đặc trưng cho từng vùng vật thể Nếu độ chứa ẩm phân bố đều trong toàn bộ vật thể thì có quan hệ sau:

Các dạng liên kết trong vật liệu ẩm

2.1.4.

2.1.4.1 Liên kết cơ lý

Đây là dạng liên kết giữa nước và vật liệu được tạo thành do sức căng bề mặt của nước trong các mao dẫn hay trên bề mặt ngoài của vật Liên kết cơ học bao gồm liên kết cấu trúc, liên kết mao dẫn và liên kết dính ướt

Liên kết cấu trúc: là liên kết giữa nước và vật liệu hình thành trong quá trình hình thành vật Để tách nước trong các trường hợp liên kết cấu trúc ta có thể làm cho nước bay hơi, nén ép vật hoặc phá vỡ cấu trúc vật Sau khi tách nước, vật bị biến dạng nhiều, có thể thay đổi tính chất hoặc thậm chí có thể thay đổi trạng thái pha

Liên kết mao dẫn: nhiều vật ẩm có cấu tạo mao quản trong nó có vô số các mao quản Khi đặt vật thể này trong môi trường không khí ẩm thì hơi nước sẽ ngưng tụ trên bề mặt mao quản và theo các mao quản xâm nhập vào trong vật thể Muốn tách ẩm có liên kết mao dẫn cần làm cho ẩm bay hơi hoặc đẩy ẩm ra bằng áp suất lớn hơn áp suất mao dẫn Vật sau khi tách ẩm mao dẫn vẫn giữ được kích thước, hình dáng và các tính chất hóa lý

Liên kết dính ướt: là liên kết do nước bám dính vào bề mặt vật Ẩm liên kết dính ướt dễ tách khỏi vật bằng phương pháp bay hơi đồng thời có thể tách ra bằng các phương pháp cơ học như: lau, thấm, thổi, vắt ly tâm [2]

2.1.4.2 Liên kết hóa lý

Liên kết hóa lý bao gồm 2 kiểu là liên kết hấp thụ và liên kết thẩm thấu Liên kết hấp thụ: Trong các vật ẩm ta gặp những vật keo Vật keo có cấu tạo dạng hạt Bán kính tương đương của hạt từ 109 107m Do cấu tạo hạt nên vật keo

có bề mặt bên trong rất lớn và năng lượng bề mặt tự do đáng kể, khi tiếp xúc với không khí ẩm hay trực tiếp với nước, ẩm sẽ xâm nhập vào các bề mặt tự do này tạo thành liên kết hấp thụ giữa nước và bề mặt

Liên kết thẩm thấu: là sự liên kết giữa nước và vật rắn do có sự chênh lệch

nồng độ các chất hòa tan ở trong và ngoài tế bào Quá trình thẩm thấu không kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt và không làm cho vật bị biến dạng Về bản chất, ẩm thẩm thấu trong các tế bào không khác với nước bình thường và không chứa các chất hòa tan vì các chất hòa tan sẽ không thể khuếch tán vào trong tế bào cùng với nước [2]

2.1.4.3 Liên kết hóa học

Liên kết hóa học giữa ẩm và vật khô rất bền vững, trong đó các phân tử nước trở thành một bộ phận trong thành phần hóa học của phân tử vật ẩm Ẩm liên kết hóa học chỉ có thể tách ra khi có phản ứng hóa học và thường phải nung nóng vật đến nhiệt độ cao, dẫn đến sự thay đổi tính chất hóa lý của vật Trong quá trình sấy

ẩm liên kết hóa học không bị tách ra Quá trình sấy yêu cầu giữ nguyên các tính chất hóa lý của vật [2]

Tác nhân sấy

2.1.5.

Tác nhân sấy là những chất dùng để đưa lượng ẩm tách ra từ vật sấy ra khỏi thiết bị sấy Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ vật sấy Nếu lượng ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấy tăng lên, đến một lúc nào đó sẽ đạt đến sự cân bằng giữa vật sấy và môi trường trong buồng sấy và quá trình thoát ẩm từ vật sấy sẽ ngừng lại Do vậy, cùng với việc cung cấp nhiệt cho vật đồng thời phải tải ẩm đã thoát ra khỏi vật ra khỏi buồng sấy; người ta sử dụng các tác nhân sấy làm nhiệm vụ này Các tác nhân sấy thường là các chất khí như: không khí, khói, hơi quá nhiệt Chất lỏng cũng được

sử dụng làm tác nhân sấy như các loại dầu, một số loại muối nóng chảy Trong đa

số các quá trình sấy, tác nhân sấy còn làm nhiệm vụ gia nhiệt cho sản phẩm sấy Ở các quá trình sấy đối lưu, tác nhân sấy vừa làm nhiệm vụ gia nhiệt cho sản phẩm sấy vừa làm nhiệm vụ tải ẩm Hai loại tác nhân sấy thông dụng là không khí ẩm và khói lò [2]

2.1.5.1 Không khí ẩm

Không khí là loại tác nhân sấy có sẵn trong tự nhiên, không gây độc hại và không gây bẩn sản phẩm sấy Không khí là hỗn hợp của nhiều chất khí khác nhau Không khí bao gồm một số chất khí chủ yếu là oxygen (O2, 20,95%) và nitrogen (N2, 78,08%) cộng với một lượng nhỏ các khí như argon (Ar, 0,93%), carbon đioxide (CO2, 0,03%), neon (Ne, 0,0018%) Các tỷ lệ % này tính theo trọng lượng

và có thể thay đổi ít nhiều tùy điều kiện môi trường, vị trí địa lý

Không khí tự nhiên có chứa một lượng hơi nước nhất định Lượng hơi nước này được diễn tả bằng độ ẩm Tỷ số trọng lượng hơi nước chứa trong không khí sấy luôn nhỏ hơn 1/10 Tính chất của không khí được diễn tả bởi các thông số: áp suất hơi, độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm tương đối, thể tích riêng, nhiệt độ, enthalpy [1]

d Thể tích riêng của không khí

Là thể tích của 1 kg không khí khô, tính bằng m3/kg kkk Thể tích riêng bằng nghịch đảo của khối lượng riêng Thể tích riêng của khí sấy có giá trị từ 0,78 đến 1,59 m3

/kg kkk [1]

e Nhiệt độ của không khí

Hỗn hợp hơi nước – không khí có thể được diễn tả bằng nhiệt độ bầu khô, nhiệt độ bầu ướt hoặc bằng nhiệt độ điểm sương Nhiệt độ không khí dùng để sấy thường trong khoảng 4 oC đến 288 o

C

Nhiệt độ bầu khô là nhiệt độ được đo bằng một nhiệt kế hay một cặp nhiệt độ thông thường

Nhiệt độ bầu ướt là nhiệt độ mà tại đó nước, do bốc hơi thành không khí ẩm,

có thể đưa không khí đến bảo hòa trong trạng thái ổn định

Nhiệt độ điểm sương là nhiệt độ mà tại đó hơi ẩm trong không khí bắt đầu ngưng tụ thành sương (còn gọi là nhiệt độ đọng sương) [1]

f Enthalpy

Enthalpy (h) của hỗn hợp không khí – hơi nước là lượng nhiệt năng chứa trong hỗn hợp hơi nước – không khí Năng lượng này là một kết hợp bởi hai loại nhiệt: nhiệt cảm và nhiệt ẩn Enthalpy được đo bằng kJ/kg kkk và có trị số từ 23 đến

ít được sử dụng

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy bằng khói

Nguyên lý: Trong buồng đốt người ta đốt cháy nhiên liệu với hệ số không khí thừa thích hợp để quá trình cháy tốt nhất, khói thoát ra sẽ được đưa vào buồng hòa trộn, ở đây người ta đưa thêm không khí tươi vào hòa trộn với khói để tạo thành môi chất sấy có nhiệt độ thích hợp Sau đó môi chất sấy được đưa vào buồng sấy để thực hiện quá trình sấy rồi thải ra ngoài

Sử dụng khói lò làm môi chất sấy có các ưu, khuyết điểm sau:

 Ưu điểm:

 Có thể điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy trong một khoảng rất rộng Có thể sấy ở nhiệt độ rất cao (900 ÷ 1000 oC) và ở nhiệt độ thấp (70 ÷ 90 oC) hoặc thậm chí ở 40 ÷ 50 oC

 Cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo và lắp đặt

 Đầu tư vốn ít vì không phải dùng calorife

 Giảm tiêu hao điện năng do giảm trở lực hệ thống

 Nâng cao được hiệu quả sử dụng nhiệt của hệ thống thiết bị

 Nhược điểm:

 Gây bụi bẩn cho sản phẩm và thiết bị

 Có thể gây hỏa hoạn hoặc xảy ra các phản ứng hóa học không cần thiết ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm [2]

Do phương pháp tính toán không khí ẩm bằng đồ thị I – d đơn giản và phổ biến hơn nên người ta thường dùng đồ thị I – d để tính toán trong quá trình sấy (Hình 2.2)

Để các đường trên đồ thị I – d tách xa nhau tiện cho việc sử dụng, người ta lấy trục tung làm trục enthalpy I và trục hoành làm trục lượng chứa ẩm d, hai trục hợp với nhau một góc 135o

Các đại lượng của không khí ẩm phụ thuộc vào áp suất khí trời B Do đó, mỗi đồ thị I – d được vẽ với một áp suất khí trời nhất định và được ghi rõ trên đồ thị Đồ thị I – d trong các tài liệu của Nga ngày nay và của Liên Xô trước kia được

vẽ cho áp suất khí trời B = 745 mmHg, đồ thị I – d trong các tài liệu của Anh – Mỹ được vẽ với B = 760 mmHg [7]

Hình 2.3 Đồ thị I – d biểu diễn quá trình sấy

Hệ thống sấy bằng không khí nóng (thường là sấy đối lưu) có thể được chia

 Quá trình sấy lý thuyết: không khí ở trạng thái B đi vào buồng sấy thực hiện quá trình đốt nóng và nhận ẩm thải ra môi trường; làm nhiệt độ t2

giảm Đặc điểm của trạng thái này là entanpy không đổi (I1 I2)

Để xác định trạng thái tại điểm C cần biết thêm một thông số nữa, thường

là t2 Nhiệt độ t2 được chọn sao cho xa trạng thái bão hòa để tránh hiện tượng đọng sương và hạn chế tổn thất nhiệt Trạng thái không khí tại điểm C được xác định bằng cặp thông số (t2, I2)

Động học của quá trình sấy

2.1.7.

2.1.7.1 Đặc điểm diễn biến của quá trình sấy

Nếu chế độ sấy tương đối dịu, tức là nhiệt độ và tốc độ chuyển động của không khí không lớn, đồng thời vật có độ ẩm tương đối cao thì quá trình sấy xảy ra theo 3 giai đoạn: giai đoạn làm nóng vật, giai đoạn sấy tốc độ không đổi và giai đoạn sấy tốc độ giảm dần

a Giai đoạn làm nóng vật

Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng cho tới khi nhiệt độ vật đạt đến bằng nhiệt độ nhiệt kế bầu ướt t u Trong quá trình này toàn bộ vật sấy được gia nhiệt Ẩm lỏng trong vật cũng được gia nhiệt cho đến khi đạt được nhiệt độ sôi ứng với phân áp suất hơi nước trong môi trường không khí trong buồng sấy t u Do được làm nóng nên độ ẩm của vật có giảm chút ít

do bay hơi ẩm, còn nhiệt độ của vật thì tăng dần từ nhiệt độ ban đầu cho đến khi bằng nhiệt độ nhiệt kế bầu ướt t u Tuy vậy sự tăng nhiệt độ trong quá trình này xảy

ra không đồng đều ở phần ngoài và phần trong vật Vùng bên trong vật đạt tới t u

chậm hơn Đối với những vật dễ sấy thì giai đoạn làm nóng vật xảy ra rất nhanh [2]

b Giai đoạn tốc độ sấy không đổi

Kết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ vật bằng nhiệt độ nhiệt kế bầu ướt t u Tiếp tục cung cấp nhiệt, ẩm trong vật sẽ hóa hơi còn nhiệt độ của vật giữ không đổi nên nhiệt lượng cung cấp chỉ để làm hóa hơi nước Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát

bề mặt vật, ẩm lỏng ở bên trong vật sẽ truyền ra ngoài bề mặt vật để hóa hơi Do nhiệt độ không khí nóng không đổi, nhiệt độ vật cũng không đổi nên chênh lệch nhiệt độ giữa vật và môi trường cũng không đổi Do vậy tốc độ bay hơi ẩm của vật cũng không đổi Điều này sẽ làm cho tốc độ giảm của độ chứa ẩm của vật theo thời gian 

c Giai đoạn sấy tốc độ giảm dần

Kết thúc giai đoạn sấy tốc độ không đổi, ẩm tự do đã bay hơi hết, còn lại trong vật là ẩm liên kết Năng lượng để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn so với ẩm tự do

và càng tăng lên khi độ ẩm của vật càng nhỏ (ẩm liên kết càng chặt) Vì vậy, tốc độ bay hơi ẩm lúc này nhỏ hơn so với giai đoạn trước và càng giảm dần theo thời gian Quá trình sấy càng tiếp diễn, độ ẩm của vật càng giảm, tốc độ sấy cũng giảm Khi

độ ẩm của vật giảm xuống bằng độ ẩm cân bằng (w cb) ứng với điều kiện môi trường không khí ẩm trong buồng sấy, nhiệt độ của vật bằng nhiệt độ môi trường, vật với môi trường cân bằng nhiệt và ẩm thì quá trình thoát ẩm của vật ngừng lại, có nghĩa là tốc độ sấy bằng không 0

, ) cho nên cần chọn các thông số của tác nhân sấy [2]

2.1.7.2 Những quy luật cơ bản của quá trình sấy

Các quy luật thay đổi các đặc tính cơ bản của quá trình sấy là những quy luật nhận được qua nghiên cứu thực nghiệm Trong đó quan trọng nhất là các quy luật thay đổi của độ ẩm theo thời gian sấy, quy luật thay đổi của nhiệt độ vật sấy theo thời gian sấy và quy luật thay đổi của tốc độ sấy Các quy luật này biểu thị dưới dạng đồ thị tương ứng là các đường cong sấy, đường cong tốc độ sấy và đường cong nhiệt độ vật sấy

a Đường cong sấy

Đường cong sấy biểu diễn quan hệ giữa độ ẩm trung bình của vật liệu sấy và thời gian sấy Đường cong sấy có thể chia làm 3 phần tương ứng với 3 giai đoạn của diễn biến quá trình sấy Hình 2.4 cho thấy, giai đoạn đầu của quá trình, độ ẩm vật liệu giảm theo đường cong, nhiệt độ của vật tăng rất nhanh để nhiệt độ bề mặt vật đạt đến nhiệt độ nhiệt kế ướt Giai đoạn này gọi là giai đoạn đốt nóng và được biểu diễn bởi đường cong AB Sau giai đoạn đốt nóng hầu như nhiệt độ của vật không đổi nhưng độ ẩm trung bình của vật giảm rất nhanh với quan hệ gần như tuyến tính với thời gian sấy, tốc độ sấy trong giai đoạn này không đổi Vì vậy, người ta gọi giai đoạn này của quá trình sấy là giai đoạn tốc độ sấy không đổi và biển diễn bởi

đường thẳng BC trên đồ thị

Hình 2.4 Đường cong sấy

Sau giai đoạn BC, tốc độ sấy giảm dần, nhiệt độ vật liệu sấy bắt đầu tiếp tục tăng Khi kết thúc quá trình sấy, đường cong sấy tiệm cận với đường thẳng biểu diễn giá trị của độ ẩm cân bằng Khi sấy đến độ ẩm cân bằng, quá trình sấy kết thúc, tốc độ sấy bằng không [7]

b Đường cong tốc độ sấy

Hình 2.5 Đường cong tốc độ sấy

1 – Vật liệu ẩm xốp mao dẫn có bề mặt bay hơi riêng lớn (vải, da mỏng)

2 – Vật liệu ẩm xốp mao dẫn có bề mặt bay hơi riêng lớn hơn (giấy, carton)

3 – Vật liệu ẩm xốp mao dẫn có bề mặt bay hơi bé (gốm, sành, sứ)

4, 5, 6 – Vật keo xốp mao dẫn có cấu trúc phức tạp (các loại hạt thực phẩm)

Ở hình 2.5 biễu diễn đường cong tốc độ sấy đối với các vật liệu ẩm khác nhau Trong giai đoạn đốt nóng, tốc độ sấy tăng rất nhanh từ 0 đến giá trị cực đại N Tốc độ này giữ nguyên trong suốt quá trình tốc độ sấy không đổi Sau đó (từ điểm

K1) tốc độ sấy bắt đầu giảm Trong thời kỳ tốc độ sấy giảm dần, các vật có cấu trúc

và liên kết ẩm khác nhau sẽ có những hình dáng khác nhau

Điểm K1 là điểm kết thúc giai đoạn tốc độ sấy không đổi để chuyển sang giai đoạn tốc độ sấy giảm dần Điểm K1 có thể gọi là điểm tới hạn thứ nhất Đối với một

số vật liệu có cấu trúc keo xốp mao dẫn như các loại hạt nông sản đường cong tốc

độ sấy trong giai đoạn tốc độ sấy giảm dần tồn tại một điểm uốn K2 Người ta gọi điểm này là điểm tới hạn thứ hai [7]

c Đường cong nhiệt độ sấy

Hình 2.6 Đường cong nhiệt độ sấy

Hình 2.6 biểu diễn dạng đường cong nhiệt độ tâm vật liệu sấy và nhiệt độ bề mặt vật liệu sấy Trong giai đoạn đốt nóng, nhiệt độ của tâm và của bề mặt vật liệu sấy tăng rất nhanh Tuy nhiên, phần lớn các vật liệu ẩm nhiệt độ của tâm tăng chậm hơn nhiệt độ bề mặt Khi nhiệt độ bề mặt đạt nhiệt độ nhiệt kế bầu ướt t u thì ẩm bắt đầu bay hơi mạnh từ bề mặt vào môi trường Do nhiệt lượng mà bề mặt vật liệu sấy nhận được dùng để chuyển hóa hơi nên nhiệt độ của bề mặt vật không tăng Khi nhiệt độ bề mặt đạt giá trị nhiệt kế bầu ướt t u, thì kết thúc giai đoạn đốt nóng và bắt đầu giai đoạn tốc độ sấy không đổi

Ở giai đoạn tốc độ sấy không đổi, nhiệt độ ở tâm vật liệu ẩm cũng không đổi Khi ẩm không còn bay hơi mạnh nữa, thì nhiệt ở trên bề mặt cũng nhƣ ở tâm vật bắt đầu tăng lên và giai đoạn tốc độ sấy không đổi kết thúc và bắt đầu tốc độ sấy giảm dần Khi độ ẩm của vật đạt độ ẩm cân bằng, nhiệt độ của nó bằng nhiệt độ không khí t k (tác nhân sấy)

Nhƣ vậy ở giai đoạn làm nóng vật liệu, nhiệt độ trong buồng sấy đƣợc mô tả nhƣ sau:

o b u

t – nhiệt độ tâm vật liệu

Kết thúc quá trình đốt nóng hay bắt đầu giai đoạn tốc độ sấy không đổi nhiệt

độ bề mặt tb bằng nhiệt độ nhiệt kế ƣớt t u:

o b u

Hình 2.7 Máy sấy vĩ ngang

2.2.1.1 Phương pháp sấy chân không vi sóng

Phương pháp sấy chân không vi sóng được áp dụng để sấy những vật liệu khô chậm, khó sấy, có yêu cầu chất lượng sản phẩm sấy cao Bởi động lực chính trong suốt quá trình sấy chính là độ chênh lệch áp suất hơi nước Nó tạo bởi bơm chân không và năng lượng vi sóng phát ra tạo nên độ chênh lệch áp suất lớn giữa áp suất hơi bão hòa trên bề mặt vật và phân áp suất hơi nước trong môi trường đặt vật sấy Ở điều kiện chân không lớn, nhiệt độ hóa hơi của nước sẽ thấp, làm tăng cường quá trình thoát ẩm trong vật Do vậy phương pháp sấy chân không vi sóng có thể tiến hành sấy ở nhiệt độ thấp hơn Đồng thời, năng lượng vi sóng tạo nên sự phân cực trong các phân tử nước làm chúng chuyển động bên trong sản phẩm Các phân

tử nước chuyển động sinh nhiệt và bốc hơi ra bên ngoài Vì thế quá trình sấy chân không kết hợp vi sóng rút ngắn được rất nhiều thời gian sấy, sản phẩm sấy không bị tác động nhiều bởi nhiệt độ cao, luôn giữ được gần như đầy đủ các tính chất đặc trưng ban đầu

Hình 2.8 Máy sấy chân không vi sóng

2.2.1.2 Hệ thống sấy tiếp xúc

Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng Bề mặt tiếp xúc với vật sấy có thể là bề mặt vật rắn hay vật lỏng Nhờ đó người ta làm tăng sự chênh lệch phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi để sấy các loại vật liệu dạng rời, các loại dung dịch [7]

2.2.1.3 Hệ thống sấy bức xạ

Hệ thống sấy bức xạ sử dụng nhiệt từ các nguồn bức xạ để làm nóng vật sấy đến nhiệt độ bốc hơi ẩm của nó Nguồn bức xạ thường dùng là đèn hồng ngoại, dây hay thanh điện trở Sấy bức xạ có thể tiến hành trong điều kiện tự nhiên hay trong buồng kín Máy sấy bức xạ có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng, ít tổn thất nhiệt Tuy nhiên, máy có một nhược điểm là tiêu tốn nhiều năng lượng, vật liệu sấy đốt nóng không đều [13]

Phương pháp sấy lạnh

2.2.2.

2.2.2.1 Hệ thống sấy thăng hoa

Hình 2.9 Máy sấy thăng hoa

Phương pháp sấy thăng hoa hay còn gọi là phương pháp sấy lạnh đông là quá trình tách ẩm ra khỏi vật sấy bằng sự thăng hoa của nước Quá trình thăng hoa là quá trình chuyển trực tiếp từ trạng thái rắn sang trạng thái hơi mà không qua trạng thái lỏng

Quá trình sấy thăng hoa trải qua ba giai đoạn Giai đoạn đầu tiên là giai đoạn đông lạnh vật liệu sấy, vật liệu sấy được làm lạnh ở nhiệt độ khoảng (4010o C),

trong giai đoạn này trong bình thăng hoa được hút chân không làm áp suất trong bình giảm xuống Giai đoạn hai là giai đoạn thăng hoa, ở giai đoạn này tốc độ sấy được xem như là không đổi, độ ẩm của vật liệu sấy giảm nhanh, nước trong vật liệu sấy bắt đầu thăng hoa nhanh Giai đoạn sau cùng là giai đoạn bay hơi ẩm còn lại, nhiệt độ của vật tăng lên, ẩm trong vật là ẩm liên kết và ở trạng thái lỏng, áp suất trong bình thăng hoa vẫn duy trì ở mức nhỏ hơn áp suất khí trời nhờ bơm chân không và vật liệu sấy vẫn tiếp tục được gia nhiệt Như vậy giai đoạn này cũng giống như giai đoạn sấy chân không thông thường [13]

2.2.2.2 Hệ thống sấy chân không

Hình 2.10 Tủ sấy chân không

Hệ thống sấy chân không gồm có buồng sấy, thiết bị ngưng tụ và bơm chân không Vật sấy được cho vào trong một buồng kín, sau đó buồng này được hút chân không (ở áp suất lớn hơn 4,56 mmHg) Lượng ẩm trong vật được tách ra khỏi vật và được hút ra ngoài Nhiệt độ trong buồng sấy dao động xung quanh nhiệt độ ngoài trời Phương pháp này phức tạp bởi khả năng giữ buồng chân không, thể tích luôn giới hạn đến mức độ nào đó Chính vì vậy phương pháp này không được sử dụng phổ biến như các phương pháp khác mà chỉ được sử dụng để sấy các vật liệu, dược liệu quý hiếm, có giá trị dinh dưỡng và giá trị kinh tế cao [13]

Phân loại hệ thống sấy

b Hệ thống sấy tang

Hệ thống sấy này cũng là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy các vật liệu dạng bột nhão Thiết bị sấy trong hệ thống sấy này cũng là một hình trụ tròn, có thể là dạng trống, được đốt nóng Bột nhão bám vào tang của hình trụ và nhận nhiệt bằng dẫn nhiệt để thải ẩm ra môi trường Bột đã sấy khô được một thiết bị tách ra khỏi tang [7]

2.2.3.2 Hệ thống sấy bức xạ

Hệ thống sấy bức xạ thường dùng để sấy các vật liệu dạng tấm mỏng như vải, lớp sơn trên các chi tiết kim loại Ngoài ra nó cũng dùng để sấy sách sau khi đóng bìa hoặc phim ảnh với mục đích vừa sấy vừa diệt các nấm mốc

Có thể phân hệ thống sấy bức xạ theo nguồn năng lượng đốt nóng bề mặt bức xạ hoặc tính chất của bề mặt bức xạ Theo tính chất bề mặt bức xạ ta có:

 Hệ thống sấy bức xạ dùng đèn hồng ngoại

 Hệ thống sấy dùng bề mặt bức xạ Bề mặt bức xạ có thể là các điện trở bức xạ khi chúng ta dùng điện để đốt nóng hoặc các bề mặt bức xạ khác (gạch chịu lửa chẳng hạn) được đốt nóng bằng khí đốt [7]

2.2.3.3 Hệ thống sấy đối lưu

Hệ thống sấy đối lưu được phân ra chủ yếu dựa theo cấu tạo của thiết bị sấy Trong nhóm hệ thống sấy đối lưu có thể gặp các hệ thống sấy như hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm, hệ thống sấy tháp, hệ thống sấy thùng quay, hệ thống sấy khí động và một số hệ thống sấy khác

a Hệ thống sấy buồng

Cấu tạo chủ yếu của hệ thống sấy buồng là buồng sấy Trong buồng sấy bố trí các thiết bị đỡ vật liệu sấy mà gọi chung là thiết bị chuyền tải Nếu dung lượng của buồng sấy bé và thiết bị chuyền tải là các khay sấy thì người ta thường gọi hệ thống sấy buồng này là tủ sấy Nếu dung lượng của buồng sấy lớn và thiết bị chuyền tải là các xe goòng thì người ta gọi là hệ thống sấy buồng kiểu xe goòng Nói chung, thiết bị chuyền tải trong hệ thống sấy rất đa dạng Đặc điểm, cấu tạo của

hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy chu kỳ từng mẻ Do đó, năng suất sấy không lớn Tuy nhiên, nó có thể sấy nhiều dạng vật liệu sấy khác nhau từ vật liệu dạng cục, hạt đến các vật dạng thanh, tấm [7]

b Hệ thống sấy hầm

Khác với hệ thống sấy buồng, trong hệ thống sấy hầm thiết bị sấy là một hầm sấy dài, vật liệu sấy vào đầu này và ra đầu kia của hầm Thiết bị chuyền tải trong hệ thống sấy hầm thường là xe goòng hoặc băng tải Đặc điểm của hệ thống sấy hầm là bán liên tục hoặc liên tục và cũng như hệ thống sấy buồng nó có thể sấy được nhiều dạng vật liệu sấy Tuy nhiên, do cấu tạo, năng suất của nó lớn hơn năng suất của hệ thống sấy buồng [7]

c Hệ thống sấy tháp

Trong hệ thống sấy này thiết bị sấy là một tháp sấy, trong đó người ta đặc một loại kênh dẫn và kênh thải tác nhân sấy xen kẽ nhau Vật liệu sấy trong hệ thống sấy tháp là dạng hạt tự chảy từ trên xuống dưới Tác nhân sấy từ các kênh dẫn xuyên qua lớp hạt chuyển động đi vào các kênh thải để thải ra ngoài Như vậy, hệ thống sấy tháp là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt Cùng dạng với hệ thống sấy tháp chúng ta cũng gặp những hệ thống sấy tương tự, ở đó hạt chuyển động từ trên xuống còn tác nhân sấy đi ngang qua lớp hạt thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ẩm

Hệ thống sấy tháp là hệ thống sấy liên tục [7]

d Hệ thống sấy thùng quay

Thiết bị sấy trong hệ thống sấy thùng quay như tên gọi là một thùng sấy hình trụ tròn đặt nghiêng một góc nào đó Trong thùng sấy người ta bố trí các cánh xáo trộn Khi thùng quay, vật liệu sấy vừa chuyển động từ đầu này đến đầu kia của thùng sấy vừa bị xáo trộn từ trên xuống dưới Tác nhân sấy cũng vào đầu này và ra