Đề tài Tìm hiểu thiết bị sấy phun

xạ hoặc bằng năng lượng điện trường có tần số cao.Trong quá trình sấy, nước được cho bay hơi ở nhiệt độ bất kì do sựchênh lệch độ ẩm tại bề mặt và bên trong vật liệu khuêch tán ẩm hoặc s

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM KHOA CƠ KHÍ-CÔNG NGHỆ

 HỌC PHẦN: CÔNG NGHỆ SẤY NÔNG SẢN THỰC PHẨM

Đề tài: Tìm hiểu thiết bị sấy phun

Giáo viên hướng dẫn: VÕ VĂN QUỐC BẢO

Sinh viên thực hiện :

1 Nguyễn Văn Tuấn

2 Phan Thị Cẩm Tú

3 Võ Văn Tuấn

Nhóm: 02

Huế, 11/2015

Mục lục

Trang

PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

PHẦN 2: NỘI DUNG

2.1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

2.1.1 Quá trình cô đặc là gì?

2.1.2 Mục đích của quá trình cô đặc

2.1.3 Các yếu tố kỹ thuật của quá trình cô đặc

2.1.3.1 Nhiệt độ

2.1.3.2 Thời gian cô đặc

2.1.3.3 Cường độ bốc hơi

2.1.4 Các phương pháp cô đặc

2.1.4.1 Phương pháp nhiệt (đun nóng)

2.1.4.2 Phương pháp lạnh

2.1.5 Phân loại và phạm vi ứng dụng

2.1.5.1 Phân loại theo cấu tạo

2.1.5.2 Phân loại theo phương pháp thực hiện

2.1.6 Biến đổi xảy ra đối với nguyên liệu

2.1.6.1 Biến đổi vật lý

2.1.6.2 Biến đổi hóa học

2.1.6.3 Biến đổi hóa lý

2.1.6.4 Biến đổi hóa sinh và sinh học

2.1.7 Công nghệ và thiết bị cô đặc

2.1.7.1 Hệ thống cô đặc một nồi

2.1.7.1.1 Cấu tạo

2.1.7.1.2 Nguyên tắc hoạt động

2.1.7.2 Thiết bị cô đặc dạng tấm anfalavan

2.1.7.2.1 Cấu tạo

2.1.7.2.2 Nguyên tắc hoạt động

2.1.7.2.3 Ưu điểm

2.1.7.2.4 Nhược điểm

2.1.7.3 Thiết bị cô đặc loại màng

2.1.7.3.1 Cấu tạo

2.1.7.3.2 Nguyên tắc hoạt động

2.1.7.3.3 Ưu điểm

2.1.7.3.4 Nhược điểm

2.1.7.4 Thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng

2.1.7.4.1 Cấu tạo

2.1.7.4.2 Nguyên tắc hoạt động

2.1.7.4.3 Ưu điểm

2.1.7.4.4 Nhược điểm

2.1.7.5 Thiết bị cô đặc loại roto

2.1.7.5.1 Cấu tạo

2.1.7.5.2 Nguyên tắc hoạt động

2.1.7.5.3 Ưu điểm

2.1.7.5.4 Nhược điểm

2.1.7.6 Thiết bị cô đặc có bơm nhiệt

2.1.7.6.1 Cấu tạo

2.1.7.6.2 Nguyên tắc hoạt động

2.1.7.6.3 Ưu điểm

2.1.7.6.4 Nhược điểm

PHẦN 3: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA ĐẶC CÓ ĐƯỜNG

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI

3.2.1 Nguyên liệu

3.2.2 Gia nhiệt, chuẩn hóa

3.2.3 Trộn tuần hoàn

3.2.4 Lọc

3.2.5 Đồng hóa

3.2.6 Thanh trùng

3.2.7 Cô đặc- Làm nguội-Cô đặc chân không

3.2.8 Kết tinh

3.2.9 Chuẩn hóa

3.2.10 Đóng hộp

3.2.11 Sản phẩm

PHẦN 4: KẾT LUẬN

TÀI LỆU THAM KHẢO

Các hình ảnh và bảng sử dụng trong bài

Trang

Bảng 2.1: Quan hệ giữa độ chân không và nhiệt độ sôi của nước

Bảng 2.2: Quan hệ giữa nồn độ chất khô và nhiệt độ sôi của nước ở 760mmHg

Hình 2.1: Hệ thống cô đặc một nồi

Hình 2.2: Thiết bị cô đặc dạng tấm anfalavan

Hình 2.3: Thiết bị cô đặc loại màng

Hình 2.4: Thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng

Hình 2.5: Thiết bị cô đặc loại roto

Hình 2.6: Thiết bị cô đặc có bơm nhiệt

Hình 3.1: Sơ đồ khối quy trình sản xuất sữa đặc có đường

Hình 3.2: Thiết bị gia nhiệt dạng tấm anfalavan

Hình 3.3: Bồn trộn có cánh khuấy

Hình 3.4: Thiết bị lọc túi tháo rời

Hình 3.5: Thiết bị đồng hóa hai cấp

Hình 3.6: Thiết bị trao đổi nhiệt PHE

Hình 3.7: Thiết bị cô đặc 3 tầng

Hình 3.8: Bồn chứa vô trùng có áo cách nhiệt và cánh khuấy

Hình 3.9: Thiết bị chuẩn hóa

Hình 3.10: Thiết bị rót

Hình 3.11: Sản phẩm

và chế tạo ra nhiều máy móc thiết bị phục vụ cho quá trình sản xuất và chế biếnnông sản một cách có quy mô đúng với các tiến trình về khoa học và kỹ thuật đểđáp ứng nhiều nhu cầu của con người.

Một khi sản phẩm đã được sản xuất ra nhiều thì nhu cầu về bảo quản

và chế biến các loại sản phẩm đó cũng là một trong những vấn đề cần phảiquan tâm và nghiên cứu Thực tế thì nó liên quan đến nhiều quá trình trongvấn đề chế biến và bảo quản nông sản và tùy thuộc vào loại nông sản, có loạinông sản thì phải sấy trước khi đóng gói, có loại thì phải cô đặc …trước khiđưa ra thị trường phục vụ người tiêu dùng Từ các vấn đề trên tôi xin trình bàymột số quy trình liên quan đến quá trình sấy cũng như nguyên tắc hoạt động, cấutạo của một số thiết bị sấy và ưu, nhược điểm của nó

xạ hoặc bằng năng lượng điện trường có tần số cao.

Trong quá trình sấy, nước được cho bay hơi ở nhiệt độ bất kì do sựchênh lệch độ ẩm tại bề mặt và bên trong vật liệu (khuêch tán ẩm) hoặc

sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môitrường xung quanh Sấy là một quá trình không ổn định, độ ẩm của vậtliệu sấy thay đổi theo cả không gian và thời gian

Thông thường, quá trình sấy được khảo sát trên hai mặt: tĩnh lựchọc và động lực học Trong tĩnh lực học sẽ xác định mối quan hệ giữa cácthong số đầu và cuối của vật liệu sấy và tác nhân sấy dựa trên phươngtrình cân bằng vật chất-năng lượng, từ đó xác định được thành phần vậtliệu, lượng tác nhân sấy và lượng nhiệt cần thiết Động lực học sẽ xácđịnh mối quan hệ giữa độ biến thiên độ ẩm theo thời gian và các thong sốcủa quá trình như: tính chất, cấu trúc, kích thước cuả vật liệu, các điềukiện thủy động lực học của tác nhân sấy

2.1.2 Mục đích của quá trình sấy

Quá trình sấy nhằm:

- Giảm được khối lượng vật liệu

- Tăng độ bền và bảo quản sản phẩm được lâu hơn

2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy

- Bản chất của vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính lien kếtẩm,…

- Hình dạng vật liệu sấy: kích thước mẫu sấy, bề dày lớp vật liệu,… Diệntích bề mặt riêng của vật liệu càng lớn thì tốc độ sấy càng nhanh

- Độ ẩm đầu, độ ẩm cuối và độ ẩm tới hạn của vật liệu.

- Độ ẩm, nhiệt độ, tốc độ của tác nhân sấy

- Cấu tạo thiết bị sấy, phương thức và chế độ sấy

- Chênh lệch giữa nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của tác nhân sấy Nhiệt độcuối cao thì nhiệt độ trung bình của không khí càng cao, do đó tốc độ sấycũng tăng

2.1.4 Một số phương pháp và thiết bị sấy

2.1.4.1 Sấy đối lưu

Nguyên lý: dung tác nhân sấy là không khí nóng hoặc khói lò có nhiệt độ,

độ ẩm, tốc độ phù hợp để chuyển động chảy trùm lên vật liệu sấy làm cho ẩmtrong vật liệu sấy bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy

Một số thiết bị sấy đối lưu:

Phòng sấy: vật liệu được xếp trên những khay hoặc xe đẩy và được sấy gián

đoạn ở áp suất khí quyển

Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, dễ vận hành, vốn đầu tư ít, đặc biệt là sấy mọidạng vật liệu

Nhược điểm: thời gian sấy dài, sấy không đều do vật liệu không được đảotrộn, bị mất nhiệt qua cửa khi nạp liệu và tháo liệu, khó lấy mẫu kiểm tra quátrình sấy

Hầm sấy: khác phòng sấy ở chỗ chiều dài hầm sấy lớn gấp nhiều lần chiều rộng

và chiều cao, vật liệu sấy cùng với phương tiện vận chuyển (xe goòng, xe treohay băng tải) đi và đầu và đi ra cuối hầm, có thể sấy cùng chiều hoặc ngượcchiều

Ưu điểm: cấu tạo dơn giản, dễ vận hành, vốn đầu tư ít

Nhược điểm: do sự phân lớp không khí nóng và lạnh theo chiều cao củahầm nên quá trình sấy không đều

Thiết bị sấy băng tải: thường dung cho vật liệu dạng kem, tác nhân sấy sẽ

chuyển động cắt ngang qua chiều chuyển động liên tục của băng tải trong bườngsấy Sản phẩm khô được lấy lien tục ở cuối băng tải

Thiết bị sấy thùng quay: dùng để sấy các vật lệu dạng rời có khả năng kết dính

như: hóa chất, bột đường, ngũ cốc,…Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển, gồmmột thùng hình trụ đặt nghiêng (6-80)và quay được nhờ động cơ và bộ phận

truyền động , có hai vành đai để trượt trên các con lăn tựa trên thùng quay Vậtliệu ướt vào thùng ở đầu cao, được đảo trộn và di chuyển nhờ cánh đảo, sấy khôbằng không khí nóng hoặc khói lò rồi ra ở đầu thấp của thùng, dòng khí trướckhi thải được đi qua bộ phận thu hồi để tách lấy sản phẩm.

Ưu điểm: cường độ sấy cao, quá trình sấy đều nhờ có sự tiếp xúc tốt giữavật liệu và tác nhân

Nhược điểm: vật liệu dễ bị gãy vụn, tạo ra nhiều bụi ảnh hưởng đến sảnphẩm và môi trường

Thiết bị sấy phun: dùng để sấy các vật liệu dạng lỏng như sữa, trứng, nước trái

cây,

Ưu điểm: dung dịch lỏng được phun thành dạng sương vào buồng sấy,quá trình sấy diễn ra rất nhanh đến mức chưa kịp đốt nóng vật liệu lên quá giớihạn cho phép nên có thể sấy được ở nhiệt độ rất cao trong thời gian ngắn và thuđược sản phẩm ở dạng bột min

Nhược điểm: tốn nhiều năng lượng, thiết bị phức tạp nhất là ở cơ cấuphun sương và hệ thống thu hồi sản phẩm

2.1.4.2 Sấy tiếp xúc (sấy rang):

Nguyên lý: nhiệt lượng được truyền đến vật liệu bằng cách cho vật liệutiếp xúc trực tiếp với bề mặt được đốt nóng, có thể có đảo trộn vật liệu hoạtkhông

Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi để sấy các vật liệu dạng rắndạng rời (rau, củ, hạt quả, ), các loại dung dịch (sữa, nước hoa quả,…) dạngthiết bị sấy tiếp xúc đơn giản nhất là tủ sấy chân không hoạt động gián đoạn,thiết bị có ưu điểm là đơn giản, có thể sấy được nhiều loại vật liệu khác nhaunhưng năng suất thấp, vật liệu sấy ở trạng thái tĩnh, truyền nhiệt kém Ngoài racòn có dạng thiết bị sấy trục lien tục

của nó là tiêu tốn nhiều năng lượng, vật liệu được đốt nóng không đều ở bề mặt

và bên trong , do đó không thchs hợp để sấy các vật liệu dày

2.1.4.3 Sấy thăng hoa:

Nguyên lý: ẩm được tách khỏi vật liệu bằng cách thăng hoa, nghĩa làchuyển ẩm từ trạng thái rắn sang trạng thái hơi không qua trạng thái lỏng, vậtliệu được sấy ở nhiệt độ thấp trong trạng thái đóng rắn ở độ chân không cao(0,1÷1mmHg)

Ưu điểm: sản phẩm sấy có chất lượng cao, vật liệu ít bị biến chất, bảo tồnđược các vitamin và dễ hấp thụ nước để trở lại trạng thái ban đầu

Nhược điểm: phương pháp sấy phức tạp, đắt tiền nên mới chỉ ứng dụngcho sản phẩm dược phẩm và các loại thực phẩm chất lượng cao

Thông thường mỗi loại vật liệu sấy đòi hỏi phương pháp và chế độ sấyriêng Vì vậy căn cứ vào đặc điểm của vật liệu sấy, chất lượng của sản phẩm mà

ta sẽ chọn phương pháp và chế độ sấy tối ưu Sau đó, tùy theo năng suất, hiệuquả kinh tế mà lựa chọn, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy phù hợp

2.1.5 Phạm vi ứng dụng

Trong các phương pháp làm khô cơ học, hóa lý, nhiệt,…thì quá trình sấybằng nhiệt thường được sử dụng nhiều nhất và là một kỹ thuật quan trọng đượcứng dụng rộng rãi tronh nhiều ngành công - nông nghiệp như hóa chất, dượcphẩm, chế biến nông – hải sản, vật liệu xây dựng,… Đó không chỉ là quá trìnhtách ẩm đơn thuần mà còn là một quá trình công nghệ Nó đòi hỏi vật liệu saukhi sấy phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn ít năng lượng và chi phí vận hànhthấp Do đó, cần phải dựa vào tính chất vật liệu, lượng sản phẩm để chọn ra chế

độ và phương pháp sấy tối ưu cũng như tùy vào năng suất, hiệu quả kinh tế màchọn hệ thống sấy cho phù hợp

2.1.6 Động lực của quá trình sấy

Ẩm trong vật liệu có ba dạng liên kết là liên kết cơ lý, liên kết hóa lý vàliên kết hóa học Quá trình sấy thường làm bốc hơi lượng ẩm có liên kết cơ lý,một phần liên kết hóa lý và tuyệt đối không làm bay ẩm có liên kết hóa học

Quá trình ẩm bay hơi từ vật liệu thường có hai giai đoạn:

Giai đoạn thứ nhất ẩm trên bề mặt vật liệu bề mặt vật liệu bay hơi vào môitrường xung quanh, giai đoạn này phụ thuộc vào điều kiện môi trường xungquanh như: nhiệt độ, áp suất , tốc độ chuyển động của môi trường,…

Giai đoạn thứ hai khi độ ẩm trên bề mặt vật liệu nhỏ hơn độ ẩm bên trongvật liệu thì nước sẽ khuếch tán từ bên trong ra bền mặt vật liệu nhờ chênh lệch

độ ẩm Giai đoạn này phụ thuộc vào nhiệt độ và tính chất của vật liệu, dạng lienkết của nước với vật liệu,

2.1.7 Các giai đoạn của quá trình sấy

Quá trình sấy chia làm ba giai đoạn và được biểu diễn bởi đồ thị sau:

Hình 2.1 Đồ thị biểu diễn bản chất của quá trình sấy

- Đường cong sấy: là đường cong biểu diễn sự thay đổi độ ẩm của vật liệu theothời gian sấy

- Đường cong tốc độ sấy: là đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ sấy

và độ ẩm của vật liệu sấy

- Đường biểu diễn nhiệt độ của vật sấy: biểu diễn sự biến thiên nhiệt độ của vậtliệu sấy trong quá trình sấy

Các giai đoạn sấy:

- Giai đoạn đun nóng vật liệu sấy: giai đoạn này đun nóng vật liệu sấy đến nhiệt

độ bay hơi của ẩm Nhiệt độ của tác nhân sấy lớn hơn nhiệt độ bay hơi của ẩm Vật liệu sấy được gia nhiệt để đạt được nhiệt độ bầu ướt Giai đoạn này xảy rarất nhanh

Chú ý: quá trình sấy chỉ xảy ra khi nhiệt độ của vật liệu sấy lớn hơn nhiệt độđiểm sương của tác nhân sấy Nếu ngược lại thì hơi nước từ tác nhân sấy sẽngưng tụ và thấm vào vật liệu sấy

- Giai đoạn tốc độ sấy không đổi: trong giai đoạn này nhiệt độ của vật liệu sấykhông đổi, nhiệt độ vật liệu sấy bằng nhiệt độ bầu ướt, lượng nhiệt cung cấp chủyếu dung để cắt đứt các liên kết giữa nước với chất khô và làm bốc hơi nước.Vận tốc sấy trong giai đoạn này không đổi nhưng hàm lượng nước giảm dần

- Giai đoạn vận tốc sấy giảm dần: giai đoạn này quá trình tách nước từ vật liệusấy trở nên khó khăn hơn, nhiệt độ vật liệu sấy lớn hơn nhiệt độ bầu ướt và nhiệt

độ tăng lên đến nhiệt độ môi trường Vân tốc thoát hơi nước từ vật liệu sấy giảm

dần Độ ẩm giảm dần đến giá trị của hàm lượng nước cân bằng khi đó vận tốcsấy tiến về 0, quá trình sấy kết thúc.

2.2 HỆ THỐNG VÀ THIẾT BỊ SẤY PHUN

độ thấp Nhờ vậy mà vật liệu được sấy khô mà không làm thay đổi đáng kể tínhchất của sản phẩm Thời gian sấy khô các hạt lỏng trong quá trình sấy phunnhanh hơn nhiều so với các quá trình sấy khác

Quá trình sấy phun gồm 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: chuyển nguyên liệu cần sấy thành dạng sương mù (các hạtlỏng phân tán trong không khí) nhờ cơ cấu phun sương trong thiết bị sấyphun Hiên nay có 3 cơ cấu phun sương: đầu phun li tâm, đầu phun 1

dòng, dầu phun 2 dòng Kích thước các giọt lỏng sau giai đoạn phungiao động từ 10-200µm.

- Giai đoạn 2: hòa trộn sương mù với dòng tác nhân sấy trong buồng sấy.Đây chính là giai đoạn tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy Do nguyên liệuđược phun sương nên diện tích tiếp xúc giữa các hạt lỏng với tác nhânsấy rất lớn, do đó ẩm trong nguyên liệu được bay hơi nhanh chóng Thờigian sấy diễn rất nhanh chỉ sau vài giây

- Giai đoan 3: tách sản phẩm ra khỏi dòng tác nhân sấy Người ta có thể

sử dụng cyclone, túi lọc hoặc phương pháp kết tủa trong trường tĩnhđiện, phổ biết nhất là sử dụng cyclone Hiệu suất thu hồi sản phẩm trongthiết bị sấy phun giao động trong khoảng 90÷98%

2.2.3 Các cơ cấu phun sương

Có nhiều phương pháp và cơ cấu phun sương khác nhau nhưng thườnggặp nhất là 3 cơ cấu sau:

• Cơ cấu phun sương dạng đĩa quay hoạt động theo nguyên tắc li tâm

• Cơ cấu phun sương dạng vòi hoạt động nhờ áp lực khí nén

• Cơ cấu phun sương dạng vòi hoạt động theo nguyên tắc khí động

Nhiệm vụ của cơ cấu phun sương là phải phun dung dịch thành các hạtphân tán có kích thước đều như yêu cầu, năng suất cơ cấu phun phải cao,lâu mòn, dễ thay thế và giá thành phù hợp Loại cơ cấu phun sươngkhông chỉ quyết định đến năng lượng cần thiết cho quá trình sấy mà cònquyết định đến sự phân bố kích thước, mức độ phân tán, quỹ đạo và tốc

độ của hạt sương, tốc độ sấy và kích thước hạt sản phẩm sau khi sấy Bảng 2.1 Năng lượng tiêu thụ ứng với các cơ cấu sấy phun khác nhau

Bảng 2.2 Kích thước trung bình của các hạt ứng với các cơ cấu sấy phun

2.2.3.1 Cơ cấu phun sương dạng đĩa quay

Hình 2.3 Cơ cấu phun sương dạng đĩa quay và hình dạng của rãnh.

Nguyên tắc hoạt động: dịch lỏng được bơm vào tâm đĩa, dưới tác dụng

của động cơ hoặc khí nén thì đĩa quay quanh trục đối xứng Dưới tác dụng quaycủa đĩa cùng với sự thoát ra của khí nén, dòng lỏng va đập vào các rãnh và bịphân tán thành các hạt sương có kích thước trung bình khoảng 8÷18µm đi vàobuồng sấy Góc phun là 1800 ,quỹ đạo ban đầu của hạt sương là chuyển độngngang, khi va chạm vào thành buồng sấy hạt thay đổi phương đột ngột tạo ra bụisương sấy rồi di chuyển xuống phía đáy và được hút vào cyclone thu hồi sảnphẩm nhờ quạt hút

Tốc độ quay của đĩa khoảng 10000÷30000 vòng/phút nếu sử dụng khínén Khi sử dụng động cơ thì tốc độ quay của đĩa khoảng 400÷2000 vòng/phút

Trên đĩa li tâm có các rãnh hẹp có hình dạng và kích thước khác nhau tùythuộc vào tính chất và năng suất của thiết bị Các rãnh hay gặp có dạng tròn,oval hoặc hình chữ nhật Rãnh thẳng xuyên tâm là loại tiêu chuẩn thường dungđối với sản phẩm đòi hỏi tỉ trọng cao Số lượng và kích thước của rãnh sẽ quyếtđịnh năng suất của thiết bị, năng suất lớn nhất chi phép đạt được đối với cơ cấu