GIÁO TRÌNH CÁC LOẠI THIẾT BỊ SẤY chuong 1

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC THIẾT BỊ SẤY CƠ BẢN I - Vai trò của sấy trong kỹ thuật và đời sống : Sấy là qúa trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt.. Ví dụ: đố

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC THIẾT BỊ SẤY CƠ BẢN

I - Vai trò của sấy trong kỹ thuật và đời sống :

Sấy là qúa trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt Ngày xưa người ta đã biết sử dụng phương pháp sấy tự nhiên rất đơn giản là phơi nắng Tuy nhiên, phơi nắng bị hạn chế lớn là cần diện tích sân phơi rộng và phụ thuộc vào thời tiết, đặc biệt bất lợi trong mùa mưa Vì vậy, trong nhiều lĩnh vực sản xuất người ta phải sấy nhân tạo

- Kết quả của qúa trình sấy là hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên Điều đó có ý nghĩa quan trọng trên nhiều phương diện khác nhau

Ví dụ: đối với các nông sản và thực phẩm thì tăng cường tính bền vững trong bảo quản, đối với các nhiên liệu ( củi, than) được nâng cao nhiệt lượng cháy, đối với các gốm sứ thì làm tăng độ bền cơ học…và ngoài ra tất cả các vật liệu sau khi sấy đều được giảm giá thành vận chuyển

- Do các ý nghĩa đã nêu trên mà đối tượng của qúa trình sấy thật đa dạng, bao gồm nguyên liệu, bán thành phẩm và thành phẩm trong các giai đoạn khác nhau của qúa trình sản xuất và chế biến, thuộc nhiều lĩnh vực kinh tế khác nhau Nói cách khác, kỹ thuật sấy được ứng dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp và nông nghiệp

- Nguyên tắc của qúa trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha của lỏng trong vật liệu thành hơi Hầu hết các vật liệu trong qúa trình sản xuất đều chứa pha lỏng là nước và người ta thường gọi là ẩm Như vậy trong thực tế có thể xem sấy là qúa trình tách ẩm bằng phương pháp nhiệt

- Việc cung cấp năng lượng cho vật liệu trong qúa trình sấy được tiến hành theo các phương pháp truyền nhiệt đã biết

Ví dụ : cấp nhiệt bằng đối lưu gọi là sấy đối lưu, cấp nhiệt bằng dẫn nhiệt gọi là sấy tiếp xúc, cấp nhiệt bằng bức xạ gọi là sấy bức xạ Ngoài ra, còn có các phương pháp sấy đặc biệt như sấy bằng dòng điện cao tần, sấy thăng hoa, sấy chân không…

- Tóm lại, đểå bảo quản các loại sản phẩm trong thời gian dài, trong qui trình công nghệ sản xuất của nhiều sản phẩm đều có công đoạn sấy khô

- Để chất lượng sản phẩm ngày càng được nâng cao, công nghệ sấy cũng được cải tiến và phát triển như trong

nghành hải sản, rau quả và nhiều loại thực phẩm khác Các sản phẩm nông nghiệp dạng hạt như lúa, ngô, đậu…sau khi thu hoạch cần sấy khô kịp thời, nếu không sản phẩm sẽ bị giảm chất lượng thậm chí bị hỏng dẫn đến tình trạng mất mùa sau thu hoạch

Do nhu cầu sấy ngày càng đa dạng, có nhiều phương pháp và thiết bị sấy để sấy các loại sản phẩm khác nhau Ngoài ra, đôi khi cùng một loại sản phẩm nhưng nếu yêu cầu về qui mô sấy khác nhau thì cũng đòi hỏi thiết bị sấy phù hợp Cho nên mục tiêu của giáo trình không đi sâu vào nghiên cứu về công nghệ sấy mà chỉ chủ yếu tập trung vào việc thiết kế và tính toán các thiết bị sấy trên cơ sở công nghệ sấy đối với từng loại sản phẩm đã được biết trước, nhằm đạt được các yêu cầu của sản phẩm sấy với chi phí nhiên liệu và đầu tư thiết bị ban đầu thấp nhất

II Phân loại máy sấy :

Có nhiều cách phân loại :

1 Dựa vào tác nhân sấy:

- Sấy bằng không khí hay khói lò

- Sấy thăng hoa

- Sấy bằng tia hồng ngoại hay bằng dòng điện cao tầng

2 Dựa vào áp suất làm việc:

- Sấy chân không

- Sấy ở áp suất thường

3 Dựa vào phương pháp làm việc:

- Máy sấy liên tục

- Máy sấy gián đoạn

4 Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho qúa trình sấy:

- Máy sấy tiếp xúc hoặc máy sấy đối lưu

- Máy sấy bức xạ hoặc máy sấy bằng dòng điện cao

tầng

5 Dựa vào cấu tạo thiết bị:

Phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấy tầng sôi, sấy phun…

6 Dựa và chuyển động tương hỗ của tác nhân sấy và vật liệu sấy :

Sấy xuôi chiều, ngược chiều, chéo dòng…

III Quan hệ giữa chiều chuyển động của vật liệu sấy và tác nhân sấy :

1 Máy sấy làm việc liên tục :

Vật liệu sấy cho vào liên tục, sản phẩm khô lấy ra liên tục Qúa trình sấy coi như ổn định theo thời gian, ta cần chú ý chiều chuyển đôïng của vật liệu sấy và tác nhân sấy có thể xuôi chiều, ngược chiều hay chéo dòng Tuỳ theo tính chất của vật liệu sấy và điều kiện của qúa trình mà ta lựa chọn chiều chuyển động của vật liệu sấy và tác nhân sấy cho thích hợp

a Khi sấy xuôi chiều:

Tác nhân sấy

Vật liệu sấy

* Vật liệu sấy và tác nhân sấy đi cùng chiều Vật liệu ban đầu mang lượng ẩm lớn được tiếp xúc với tác nhân sấy ban đầu có độ ẩm nhỏ và nhiệt độ cao nên lượng ẩm bốc hơi rất nhanh Về cuối qúa trình thì vật liệu có độ ẩm nhỏ lại tiếp xúc với tác nhân sấy có độ ẩm lớn hơn Càng về cuối lượng ẩm bốc hơi càng giảm và tốc độ sấy giảm dần

* Đặc điểm của sấy xuôi chiều:

• Nhiệt độ của sản phẩm lúc ra khỏi thiết bị tương đối thấp nhưng độ ẩm của vật liệu cũng còn cao Do đó người ta ứng dụng trong trường hợp vật liệu sấy lúc gần khô không chịu được nhiệt độ cao và cường độ sấy lớn như lúc còn ẩm

• Lúc gần khô vật liệu phải có tính hút ẩm nhỏ Điều này cho phép tiết kiệm lượng tác nhân sấy bằng các tuần hoàn tác nhân sấy trở lại một phần khi nó ra khỏi máy sấy

b Khi sấy ngược chiều:

Tác nhân sấy

Vật liệu sấy

* Vật liệu sấy và tác nhân sấy đi ngược chiều Vật liệu sấy ban đầu có độ ẩm lớn nhâùt được tiếp xúc với tác nhân sấy ban cuối có độ ẩm lớn nhất và nhiệt độ nhỏ nhất Khi sắp ra khỏi máy sấy, vật liệu sấy có độ ẩm bé nhất được tiếp xúc với tác nhân sấy có độ ẩm bé nhất và có nhiệt độ cao nhất Do đó, động lực của qúa trình sấy được phân bố đều dọc theo thiết bị nhưng nhỏ hơn sấy xuôi chiều nên thời gian sấy dài hơn Trong sấy ngược chiều, độ ẩm của vật liệu sấy có thể đạt được nhỏ nhất

* Đặc điểm của sấy ngược chiều:

• Ứùng dụng cho trường hợp vật liệu sấy có độ ẩm nhỏ

vì để tránh tạo thành một lớp “ vỏ khô” làm cản trở việc thoát ẩm và dễ bị nứt rạn vật sấy

• Vật liệu sấy có độ ẩm lớn không cho phép sấy qúa nhanh

• Vật liệu sấy chịu được nhiệt độ cao lúc sắp khô

• Vật liệu sấy có tính hút ẩm lớn

c Sấy chéo dòng:

- Tác nhân sấy có nhiệt độ cao đi thẳng góc với dòng vật liệu sấy Do đó thế sấy đạt khá lớn và cường độ sấy

cũng khá cao

Ứng dụng: + Khi vật liệu sấy ẩm hay sắp khô đều cho phép sấy ở nhiệt độ cao và nhanh

+ Khi không thực hiện được sấy xuôi hay sấy ngược chiều do khó khăn về cấu tạo thiết bị hay trở lực qúa lớn

d Sấy kết hợp :

Cho tác nhân sấy đi vào hai đầu rồi ra ở giữa thiết bị hay ngược lại Vật liệu sấy vào một cửa và ra ở một cửa khác

* Ứng dụng:

Khi không dùng được phương pháp sấy xuôi chiều hay ngược chiều

2 Máy sấy làm việc gián đoạn:

- Việc nạp hay tháo liệu tiên hành gián đoạn Trạng thái vật liệu sấy thay đổi theo thời gian

- Phương pháp này giá thành cao hơn sấy liên tục vì tốn nhiều nhiệt lượng hơn (phải làm nguội thiết bị sau mỗi mẻ sấy )

- Cấu tạo thiết bị đơn giản Hiệân nay đang được sử dụng nhiều

IV Máy sấy đối lưu:

1 Phòng sấy :

- Cấu tạo: Thiết bị bao gồm một hoặc vài phòng, trong đó vật liệu được xếp bất động trên những giá hay toa

xe Việc nạp và tháo vật liệu sấy tiến hành qua cửa phòng sấy Người ta kéo toa xe bằng tay hay bằng tời có động cơ

- Nhược điểm của phòng sấy:

+ Thời gian sấy dài vì lớp vật liệu bất động

+ Sấy không đều, sản phẩm có chổ khô, chổ ướt dễ bị nứt nẻ

+ Mất nhiều nhiệt lượng do tháo và nạp liệu qua cửa cũng như không tận dụng hết nhiệt của tác nhân sấy

+ Điều kiện làm việc nặng nhọc

+ Cấu tạo đơn giản nhưng khó kiểm tra quá trình

2 Hầm sấy ( sấy đường hầm):

- Cấu tạo:

1 Hầm sấy

2 Xe goòng

3 Tời kéo xe

4 Cửa hầm

sấy

5 Quạt

6 Caloriphe

sưởi

7 Ống dẫn

không khí vào

8 Ống dẫn

không khí thải ra

d c

- Cấu tạo hầm sấy rất đơn giản Thường có một hoặc vài hầm sấy 1 đặt song song Vật liệu sấy xếp trên các goòng

xe 2 di chuyển chậm nhờ tời 3 Sau một thời gian nhất định thì

xe goòng có vật liệu khô sẽ ra ở cửa 4c còn cửa đầu kia 4d cũng có số xe goòng như vậy chứa vật liệu ướt đi vào hầm sấy Trong thời gian sấy cửa 4c và 4d đóng chặt kín Tác nhân sấy nhờ quạt số 5 đẩy không khí đi ngược chiều với chuyển động của vật liệu

- Tác nhân sấy là không khí thì được đốt nóng ở caloriphe

6 rồi vào phòng sấy cùng chiều với chiều chuyển động của vật liệu sấy Nếu muốn sấy ngược chiều thì ta cho xe goòng vào ở cửa 4c và 4d

- Hầm sấy thường có chiều dài 30 – 40m hoặc có khi tới

60 m nhưng không dài hơn nữa vì như vậy sức cản thuỷ lực của hệ thống sẽ tăng lên nhiều, không khí nóng sẽ phân tầng

- Loại thiết bị này làm việc ở áp suất khí quyển, tác nhân sấy có thể là không khí hay khói lò Vật liệu sấy thường được xếp trên các giá đặt trên xe goòng, di chuyển chậm dọc theo một hầm dài

- Để tăng nhanh qúa trình sấy người ta cho tuần hoàn tác nhân sấy Như vậy sẽ tăng được tốc độ sấy, độ ẩm của tác nhân sấy Đồng thời tăng tốc độ sấy và độ đồng đều của quá trình

- Nhược điểm của quá trình sấy:

+ Sấy không đều do sự phân lớp không khí nóng theo

chiều cao của hầm sấy và vật liệu không được trộn đều + Mất nhiều nhiệt, chiếm mặt bằng lớn

- Để quá trình sấy đều, người ta tăng vận tốc TNS ≥ 2 ÷3

m/s

3 Máy sấy thùng quay:

- Cấu tạo:

Gồm thùng hình trụ 1 đặt dốc khoảng 6 ÷8 độ so với mặt

phẳng nằm ngang Có 2 vành đai trượt trên các con lăn tựa 4 khi thùng quay Khoảng cách giữa các con lăn có thể điều chỉnh được, để thay đổi góc nghiêng của thùng Thùng quay được nhờ lắp chặt trên thân thùng, bánh răng 2 ăn khớp với bánh răng 3 nối với môtơ thông qua hộp giảm tốc Thùng quay với vận tốc khoảng từ 1 ÷ 8 vòng/phút Bánh

răng đặt tại trọng tâm của thùng

- Máy sấy thùng quay làm việc ở áp suất khí quyển Tác nhân sấy có thể là không khí hay khói lò Thường thì vật liệu sấy hay tác nhân sấy chuyển động cùng chiều để tránh sấy quá khô và tác nhân sấy khỏi mang theo vật liệu sấy nhiều như sấy ngược chiều Vận tốc của không khí hay khói lò đi trong thùng khoảng 2 ÷3 m/s

- Vật liệu uớt qua phểu 10 rồi vào thùng ở đầu cao và được chuyển động trong thùng nhờ những đệm chắn 11 Đệm chắn vừa phân bố đều vật liệu theo tiết diện thùng, vừa xáo trộn vật liệu, vừa làm cho vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy tốt hơn Vật liệu sấy sau khi sấy khô được đưa ra

cửa 6 nhờ vít tải 7 đưa ra ngoài Còn khói lò hay không khí thải ra được cho qua xyclon 8 để giữ lại những hạt vật liệu bị kéo theo rồi thải ra ngoài trời qua ống khói Để tránh các khí thải chui qua các khe hở của máy sấy, làm ảnh hưởng đến sức khoẻ công nhân, người ta đặt quạt hút 5 bổ sung cho sức hút của ống khói và tạo áp suất âm trong máy sấy

- Máy sấy thùng quay được sử dụng rộng rải trong công nghiệp hoá chất, thực phẩm… để sấy một số hoá chất, quặng Pi-rít, phân đạm, ngũ cốc đường…

- Ưu điểm của máy sấy thùng quay:

+ Qúa trình sấy đều đặn và mãnh liệt, tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy tốt

+ Cường độ làm việc tính theo lượng ẩm khá cao, có thể tới 100 kg/m3h

+ Thiết bị cấu tạo gọn, chiếm mặt bằng nhỏ

- Nhược điểm:

Vật liệu dễ bị vỡ vụn

- Chú ý:

+ Nếu sấy bằng khói lò thì dẫn khói lò vào máy bằng cửa 9

+ Đường kính thùng quay thường có qui chuẩn ( D = 1,2; 1,4; 1,6m… tỉ lệ giữa chiều dài và đường kính thùng khoảng : 3,5 ÷7)

Đệ m chắ n

4 Thiết bị sấy kiểu phun bụi ( sấy phun):

a Loại tháp:

- Cấu tạo:

Gồm có tháp cao 5, ở đỉnh tháp có vòi phun 3 cố định hoặc quay Dung dịch chứa ở bể 1 có nhiệt độ thích hợp

nhờ bơm 2 bơm lên đỉnh tháp và phun qua vòi thành sương mù

- Sản phẩm lấy ra ở đáy tháp gián đoạn hay liên tục

- Tháp có thể cao đến 60m

1 Thùng chứa dung

dịch

2 Bơm cao áp

3 Vòi phun bụi mù

4 Của thông gió tự

nhiên

6 Cửa thoát khí

7 Sản phẩm

b Loại thùng :

- Cấu tạo:

Gồm một thùng hình trụ 1 có đáy nón Nắp trên có đặt môtơ 2 nối với đầu vòi phun 3 có tốc độ quay rất lớn 2000 ÷6000 vòng/phút Caloriphe sưởi 4 để đốt nóng

không khí Sản phẩm thu hồi ở xyclon 5, còn không khí thải

ra ngoài nhờ quạt 6

1 Thùng trụ

2 Mô tơ

3 Vòi phun

4 Caloriphe sưởi

5 Xyclon

6 Quạt

7 Lưới chắn bụi

c Cơ chế của quá trình, các phương pháp phun bụi và ứng dụng :

- Cơ chế : Việc phun chất lỏng thành bụi mù trong phòng sấy và quá trình tiến hành rất nhanh đến mức chưa kịp

Khô ng khí ra

Khô ng

khí và o

Khô ng khí ra

Khô ng

khí và o

Sả n phẩ m

đốt nóng vật liệu lên quá thời hạn cho phép thì vật liệu đã khô Sản phẩm thu được ở dạng bột mịn nên sau đó không cần nghiền tán nữa

Cường độ sấy tăng tỉ lệ thuận với sự tăng của bề mặt tiếp xúc giữa VLS và TNS; tức là phụ thuộc vào độ phân tán của chất lỏng thành bụi

- Các phương pháp phun bụi:

+ Ly tâm:

Cho chất lỏng đi vào một dĩa quay nhanh khoảng 2000 ÷

6000 v/phút, có thể phun huyền phù và chất lỏng nhớt thành bụi

+ Cơ khí :

Nhờ vòi phun; trong đó chất lỏng được đẩy bằng bơm với áp lực 200 at

- Để phun đều và tạo tia nhỏ, các vòi phun có đục nhiều lỗ nhỏ với đường kính 0,5 mm

- Loại này không thuận tiện đối với dung dịch huyền phù và các dung dịch nhớt

Dùng khí nén: Nhờ các vòi phun trong đó chất lỏng được đẩy bằng không khí nén với áp suất 2,5 – 6 at

- Chú ý: Trong 3 loại trên, thường dùng loại ly tâm vì nó có hiệu quả cao nhất nhưng có nhược điểm là tiêu hao năng lượng nhiều nhất

- Ứng dụng: Máy sấy phun được dùng để sấy các dung dịch như : bột cà phê, ca cao, sữa bò,…

5 Thiết bị sấy tầng sôi:

Cấu tạo:

2 Phòng trộn

3 Phòng sấy

4 Lưới phân

phối

5 Vít tải vật

liệu sấy

6 Tấm chắn

7 Thùng chứa

Thu hồ i bụi

Khô ng

khí và o

Khó i lò Vậ t liệ u sấ y

Sả n phẩ m Tá c nhâ n sấ y

Nguyên tắc làm việc:

- Quạt 1 đưa không khí vào trộn với khói lò (hay không khí + khói lò) ở phòng 2 rồi vào bên dưới phòng sấy 3, qua lưới phân phối 4 rồi tiến hành sấy vật liệu

-Vật liệu cho vào phểu và nhờ vít tải 5 đưa vào phía trên buồng sấy Ở đây chúng gặp hỗn hợp khí nóng đi từ dưới lên và tạo thành tầng sôi Vật liệu khô được thổi qua tấm chắn 6 sang thùng chứa 7 rồi ra ngoài Còn những hạt nhỏ bị dòng khí cuốn theo sẽ được thu hồi bởi xyclon 8

- Tác nhân sấy có thể là không khí, khói lò hoặc không khí + khói lò

- Ưu nhược điểm:

+ Ưu: Cường độ sấy mãnh liệt, cho phép sấy ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ cho phép vì thời gian tiếp xúc ngắn Hiệu quả sử dụng nhiệt cao, có khả năng điều khiển tự động Loại này đang được sử dụng rộng rãi

+ Nhược: Không sấy được vật liệu có độ ẩm quá lớn, cục to, dễ vỡ

+ Trở lực thuỷ lực lớn, thiết bị mau hao mòn

IV Một số thiết bị sấy khác:

1 Thiết bị sấy bằng băng tải:

Gồm một phòng hình chữ nhật, trong đó có một vài băng tải chuyển động chậm nhờ các tay quay Các băng này tựa trên các con lăn để khỏi bị võng xuống, băng này làm bằng sợi bông tẩm cao su, bằng kim loại hay lưới kim loại và chuyển động với tốc độ khoảng 0,3 ÷ 0.6 m/phút Loại thiết bị này có thể dùng để sấy rau quả, ngũ cốc, than đá…

Cấu tạo:

10 Ống khói TNS

VLS