Nghiên cứu xác định các thông số chính ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của thiết bị cung cấp muối tinh trên máy sấy tầng sôi liên tục

Phương pháp thực nghiệm được sử dụng để xác định mối quan hệ các thông số chính của thiết bị cung cấp và phân phối muối như tốc độ quay, số lượng, vị trí bố trí và hình dạng cánh tương

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

DƯƠNG TIẾN ĐOÀN

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ CUNG CẤP MUỐI TINH TRÊN MÁY SẤY TẦNG SÔI LIÊN TỤC

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS.Tôn Thiện Phương

Cán bộ chấm nhận xét 1:TS Bùi Trung Thành

Cán bộ chấm nhận xét 2:PGS.TS Trần Doãn Sơn

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQGTP.HCM ngày 7tháng 7năm 2015

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1 TS Trần Anh Sơn

2 TS Bùi Trung Thành

3 PGS TS Trần Doãn Sơn

4 TS Lương Hồng Sâm

5 TS Lê Thanh Danh

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyênngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CH Ủ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA C ỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Học viên thực hiện : Dương Tiến Đoàn MSHV: 13040383

Ngày, tháng, năm sinh: 8 tháng 3 năm 1976 Nơi sinh : Long An

Chuyên ngành: K ỹ thuật cơ khíMã số: 60.52.01.03

I TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ CUNG CẤP

MUỐI TINH TRÊN MÁY SẤY TẦNG SÔI LIÊN TỤC”

II NHI ỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Tổng quan về thiết bị cung cấp, máy sấy, tiêu chuẩn muối

- Tính toán, xây dựng mô hình thí nghiệm

- Xây dựng các tiêu chuẩn đầu ra của thiết bị cung cấp

- Chế tạo mô hình thí nghiệm

- Xây dựng phương trình hồi qui

III NGÀY GIAO NHI ỆM VỤ: 19/1/2015

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI ỆM VỤ: 14/06/2015

V CÁN B Ộ HƯỚNG DẪN:TS Tôn Tiện Phương

CÁN B Ộ HƯỚNG DẪN

TP.HCM, ngày tháng năm 2015

CH Ủ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

ii

L ỜI CẢM ƠN

Nghiêncứu xác định mối quan hệ các thông số chính của thiết bị cung cấp và phân

phối muối trên máy sấy tầng sôi liện tục là m ột vấn đề rất mới, do đó tôi không thể hoàn thành luận văn này nếu không có sự hướng dẫn tận tình của thầy TS Tôn Thiện Ph ương đã tạo mọi điều kiện để tôi có thể thực hiện các nghiên cứu, thí nghiệm trên máy cũng như trên mô hình.Một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc

nhất đến thầy

Bên cạnh đó tôi cũng xin gửi lời cám ơn đến các cộng sự đã tích cực giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn,cám ơn Khoa Công nghệ Nhiệt - Lạnh Trường Đại học Công Nghiệp TpHCM đã h ỗ trợ về phần thí nghiệm để tôi có được các kết

TÓM T ẮT

Nghiên cứu về thiết bị cung cấp và phân phối dạng máy nghiền búa và máy trộn

trục ngang cho máy sấy muối tầng sôi với yêu cầu phải cung cấp liên tục nhưng không bị đóng bánh, kết thành cục và phải đạt yêu cầu về vùng phân bố Nếu thiết

bị cung cấp không phá vỡ được khối muối kết thành bánh, cục và không đạt được vùng phân bố muối thì kết quả sấy từ thiết bị sấy tầng sôi sẽ không cho kết quả tốt Phương pháp thực nghiệm được sử dụng để xác định mối quan hệ các thông số chính của thiết bị cung cấp và phân phối muối như tốc độ quay, số lượng, vị trí bố trí và hình dạng cánh tương ứng với một loại năng suất của máy sấy để tạo ra muối

có chất lượng cao và có giá thành phù hợp Kết quả được chạy thử nghiệm trên mô hình có năng suất 48 kg/giờ và trên cơ sở đó có thể nhân rộng ra các máy sấy tầng sôi cùng kiểu nhưng có các thông số năng suất khác nhau

ABSTRACT

Research of the supplying equipment and distribution hammer mill and horizontal axis mixer for fluidized bed dryer with salt is required to provide consecutively but not agglomerated, crystallized and must be satisfied distribution range If the device offers not break the salt blocks, lumps and not achieve the distribution of salt, the results from the drying equipment fluidized bed drying will not give good results Experimental method used to determine the relationship of the main parameters of the supplying equipment and distributionof salt, such as rotational speed, number, position and shape wing layout corresponding to a yield of dryer to produced high quality salt and low price The results are running tests on models have capacity (48 kg per hour) and based on this research, it can be replicated the same type fluidized bed dryer parameters but have different capacities

iv

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ

Tôi xin cam đoan kết quả của luận văn này hoàn toàn là sản phẩm nghiên cứu

của chính bản thântôi Tôi đã thiết kế , chế tạo mô hình thiết bị để thực nghiệm

Số liệu trong luận văn hoàn toàn trung thực dựa trên thực nghiệm và các phân tích lý thuyết.Tôi xin chịu trách nhiệm nếu có bất cứ vi phạm nào về mặt pháp

luật đối với luận văn

Tác giả

Dương Tiến Đoàn

v

M ỤC LỤC

NHI ỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ii

L ỜI CẢM ƠN iii

TÓM T ẮT iv

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ v

M ỤC LỤC vi

DANH SÁCH B ẢNG BIỂU xiv

CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 3

1.1 Đặc điểm và thông số vật lý về muối tinh 3

1.1.1 Cấu trúc tinh thể hạt muối 3

1.1.2 Nguyên liệu sản xuất muối ăn 4

1.1.3 Phân loại muối 4

1.1.4 Đặc tính kết dính của muối tinh ẩm khi để tự nhiên 10

1.2 Tổng quan về máy sấy tầng sôi 15

1.2.1 Nguyên lý sấy tầng sôi 15

1.2.2 Sự hình thành các lớp hạt sôi 17

1.2.3 Các loại máy sấy tầng sôi thông dụng 19

1.3 Tổng quan về các thiết bị cung cấp muối tinh vào buồng sấy 22

1.3.1 Phễu chứa kết hợp băng tải định lượng 22

1.3.2 Phễu chứa kết hợp rung 24

1.3.3 Phễu chứa kết hợp rotoval 24

1.3.4 Phễu nạp liệu kết hợp vít tải 26

1.3.5 Phễu nạp kết hợp van bướm 29

vi

1.3.6 Máy nghiền búa trục ngang cấp liệu liên tục 30

1.3.7 Thiết bị cung cấp và phân phối vật liệu kết hợp 31

1.3.8 Nhận xét: 32

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN, THI ẾT KẾ THIẾT BỊ CUNG CẤP VÀ PHÂN PHỐI MUỐI CHO MÁY SẤY TẦNG SÔI LIÊN TỤC 33

2.1 Nguyên lý hoạt động của mô hình sấy tầng sôi liên tục 33

2.2 Tính toán xác định các thông số của thiết bị 35

2.2.1 Xác địnhbiên dạng cánh (búa) đánh tơi 35

2.2.2 Tính toán số lượng búa và bố trí búa trên trục đánh tơi 36

2.2.3 Tính lực tác dụng lên búa 39

2.2.4 Tính toán công suất làm việc 45

2.2.5 Xác định ảnh hưởng của số vòng quay lên sự phân bố muối 47

2.3 Kết luận chương 2 50

CHƯƠNG 3 THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 52

3.1 Xác định các thông số thực nghiệm 52

3.1.1 Xác định các thông số nghiên cứu đầu vào 52

3.1.2 Xác định các thông số đầu ra 52

3.2 Thiết bị thực nghiệm, thiết bị đo và phương pháp đo 53

3.2.1 Các thiết bị thực nghiệm 53

3.2.2 Các thiết bị đo và phương pháp đo 54

3.3 Phương pháp xác định các thông số của hạt muối 58

3.3.1 Phương pháp xác định kích thước hạt 58

3.3.2 Phương pháp xác định độ ẩm vật liệu sấy 60

3.4 Phương pháp nghiên cứu 60

vii

3.4.1 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 60

3.4.2 Xử lý số liệu thí nghiệm 61

CH ƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG 65

4.1 Mô hình thực nghiệm sấy tầng sôi liên tục 65

4.2 Các thông số thực nghiệm chính 67

4.2.1 Các thông số đầu vào: 67

4.2.2 Các thông số đầu ra: 67

4.2.3 Giá trị thực nghiệm của các thông số: 68

4.2.4 Thực nghiệm đơn yếu tố xác định ảnh hưởng các thông số công nghệ đến chế độ làm việc của thiết bị 69

4.3 Thực nghiệm xác định ảnh hưởng của số vòng quay trục đánh tơi đến các hàm mục tiêu 69

4.3.1 Thực nghiệm mối quan hệ của số vòng quay trục đánh tơi đến hàm mục tiêu chiều dài phân bố nguyên liệu trong máy sấy 69

4.3.2 Thực nghiệm mối quan hệ của số vòng quay trục đánh tơi đến hàm mục tiêu chiều rộng phân bố nguyên liệu trong máy sấy 72

4.3.3 Thực nghiệm mối quan hệ của số vòng quay trục đánh tơi đến đường kính trung bình của hạt muối tinh sấy 74

4.3.4 Thực nghiệm mối quan hệ của số vòng quay trục đánh tơi đến hàm mục tiêu về chi phí tiêu thụ điện năng riêng 77

4.4 Thực nghiệm xác định mối quan hệ của độ ẩm của muối đến các hàm mục tiêu của thiết bị đánh tơi 79

4.4.1 Xác định ảnh hưởng của độ ẩm muối phân bố trên chiều dài của máy sấy theo số vòng quay trống búa đập 79

viii

4.4.2 Xác định ảnh hưởng của độ ẩm nguyên liệu đến các hàm mục tiêu phân bố nguyên liệu muối tinh ẩm theo chiều rộng (W) của ghi

máy sấy 81

4.4.3 Xác định ảnh hưởng của độ ẩm muối tinh nguyên liệu đến hàm mục tiêu về đường kính trung bình của hạt muối tinh sấy 84

4.4.4 Xác định ảnh hưởng của độ ẩm muối đến hàm mục tiêu về chi phí tiêu thụ điện năng riêng 86

4.5 Xác định ảng hưởng của năng suất riêng đến hàm mục tiêu 88

4.5.1 Xác định ảnh hưởng của năng suất riêng đến khả năng phân bố muối theo chiều dài ghi phân phối khí 88

4.5.2 Xác định quan hệ của năng suất riêng đến khả năng phân bố muối theo chiều ngang ghi phân phối khí 90

4.5.3 Xác định ảnh hưởng của năng suất riêng đến tỷ lệ suy giảm kích thước hạt trung bình 92

4.5.4 Xác định ảnh hưởng của năng suất đến tiêu hao điện năng 94

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97

5.1 Kết luận 97

5.2 Một số hạn chế 98

5.3 Kiến nghị 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

PHỤ LỤC 100

ix

DANH SÁCH HÌNH V Ẽ

Hình 1.1 Cấu tạo hạt muối 4

Hình 1.2 Hình d ạng tinh thể một hạt muối thô chưa qua tinh chế 5

Hình 1.3 Sản phẩm muối tinh sấy 7

Hình 1.4 Muối tinh sau khi được sấy và đóng bao bảo quản 8

Hình 1.5 Làm khô muối tự nhiên và phơi nắng 11

Hình 1.6 Đo độ chặt khối hạt muối tinh 12

Hình 1.7 Giá tr ị và biến thiên độ chặt hạtđa phân tán 13

Hình 1.8 Giá tr ị và biến thiên độ chặt lớp hạt kích thước đồng đều 13

Hình 1.9 Đồ thị độ chặt lớp hạt đa phân tán và lớp hạt kích thước đồng đều 14

Hình 1.10 Muối để khô trong môi trường tự nhiên (muối đóng bánh) 14

Hình 1.11 Tính chất của lớp hạt vật liệu chớm sôi [5] 16

Hình 1.12 Trạng thái lớp hạt khi thay đổi vận tốc dòng khí [5] 18

Hình 1.13 Các dạng máy sấy tầng sôi mẻ [5] 19

Hình 1.14 Máy sấy tầng sôi liên tục kiểu dòng hai pha [5] 20

Hình 1.15 Máy sấy rung tầng sôi [5] 21

Hình 1.16 Máy sấy tầng sôi kiểu đẩy hạt [5] 21

Hình 1.17 Băng tải định lượng loại 1 băng [7] 23

Hình 1.18 Băng tải định lượng loại 02 băng [7] 23

Hình 1.19 Phểu nạp liệu định lượng có thiết bị rung [7] 24

Hình 1.20 Rotoval nạp liệu [8] 25

Hình 1.21 Rotoval nạp liệu dạng trơn [8] 25

Hình 1.22 Rotoval nạp liệu 4 cánh [8] 26

Hình 1.23 Các dạng cánh nạp liệu [8] 26

x

Hình 1.24 Phễu nạp có bước vít liên tục [7] 27

Hình 1.25 Phễu nạp có bước vít thay đổi [7] 27

Hình 1.26 Phễu nạp có đường kínhcánh vít thay đổi từng đoạn [7] 27

Hình 1.27 Phễu nạp có đường kính cánh vít thay đổi [7] 28

Hình 1.28 Phễu nạp có bước và đường kính thay đổi [7] 28

Hình 1.29 Phễu nạp có đường kính trục vít thay đổi [7] 28

Hình 1.30 Phễu nạp liệu kết hợp van bướm [7] 29

Hình 1.31 Máy nghiền búa kiểu trục ngang 30

Hình 1.32Các d ạnh búa đập vật liệu rời lắp cố định trên trống 30

Hình 1.33 Sơ đồ nguyên lý máy sấy tầng sôi [5] 31

Hình 1.34 Cấu tạo của thiết bị cung cấp và phân phối liệu kết hợp 32

Hình 2.1 Sơ đồ khối bố trí thiết bị đánh tơi và lưu trình hoạt động sấy muối tinh trong hệ thống máy sấy tầng sôi liên tục 33

Hình 2.2 Bố trí búa dạng thanh vuông 35

Hình 2.3 Bố trí búa dạng thanh tròn 36

Hình 2.4 K ết cấu trống búa đập của thiết bị 37

Hình 2.5 Ghi phân phối khí 38

Hình 2.6 Phân bố muối tinh vào ghi buồng sấy 39

Hình 2.7 Đồ thị biến thiên độ chặt lớp hạt muối tinh 39

Hình 2.8 Biểu đồ phân bố lực tác động lên búa đánh tơi dài 41

Hình 2.9 Biểu diễn phân bố lực tác động lên búa đánh tơi cánh ngắn 42

Hình 2.10 Chuyển động của muối trong hệ trục toa độ OXY 47

Hình 2.11 Bố trí vận tốc hạt muối trên trục 48

Hình 2.12 Đồ thị quan hệ giữa bán kính quay R và chiều dài L 49

xi

Hình 2.13 Mô hình ảnh hưởng của số vòng quay đến sự phân bố muối 49

Hình 2.14 Đồ thị quan hệ giữa số vòng quay và chiều dài L 50

Hình 2.15 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị cung cấp và phân phối muối 50

Hình 3.1 Thiết bị cung cấp và phân phối muối tinh vào máy sấy tầng sôi 54

Hình 3.2 Máy sấy tầng sôi mô hình 54

Hình 3.3 Bộ rây xác định kích thước trung bình của hạt muối tinh trước và sau khi vào thiết bị đánh tơi 55

Hình 3.4 Bộ dụng cụ đo độ chặt lớp hạt 55

Hình 3.5 Máy đo độ ẩm Sartorius – mẫu đo trên máy và thao tác đo 56

Hình 3.6 Cân Nhơn Hoà 56

Hình 3.7 Cân tiểu ly điện tử và thao tác cân vật liệu mẫu làm thí nghiệm 57

Hình 3.8 Dụng cụ đo điện HIOKI 3286 57

Hình 3.9 Điện kế đo tiêu thụ điện 58

Hình 3.10 Phân tích kích thước khối hạt bằng sàng tiêu chuẩn [5] 59

Hình 3.11Giao di ện phần mềm SPSS Statistics 20.0 62

Hình 3.12Giao di ện trong phần Curve Estimation 63

Hình 4.1 Bố trí mô hình máy sấy tầng sôi liên tục 66

Hình 4.2 Mô hình thí nghiệm sấy tầng sôi liên tục 66

Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn quan hệ vận tốc thanh đánh tơi với phân bố khối muối theo chiều dài ghi phân phối tác nhân sấy 71

Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn quan hệ tương quan vận tốc thanh đánh tơi với phân bố khối muối theo chiều ngang của ghi 73

Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn quan hệ tương quan vận tốc búa đánh tơi với phân bố tỷ lệ giảm đường kính trung bình của hạt 76

xii

Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn quan hệ tương quan vận tốc thanh đánh tơi với chi phí tiêu hao điện năng riêng 78 Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn quan hệ đ ộ ẩm nguyên liệu với phân bố khối muối theo chiều dài ghi phân phối tác nhân sấy 81 Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn quan hệ tương quan độ ẩm muối nguyên liệu với phân bố khối muối theo chiều rộng của ghi 83 Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn quan hệ độ ẩm với phân bố tỷ lệ giảm đường kính trung bình của hạt 85 Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn quan hệ tương quan độ ẩm với chi phí tiêu hao điện năng riêng 87 Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa năng suất và chiều dài 89 Hình 4.12 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa năng suất và chiều rộng 91 Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa năng suấ t và đường kính trung bình của hạt muối 93 Hình 4.14 Đồ thị biểu diễn quan hệ năng suất riêng và tiêu hao điện 95

xiii

DANH SÁCH B ẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Chỉ tiêu chất lượng muối thô [2] 5

Bảng 1.2Thành phần muối thô thông thường của khu vực Ninh Thuận 6

Bảng 1.3Tiêu chuẩn muối tinh không sấy [2] 8

Bảng 1.4Chất lượng muối tinh có sấy [4] 8

Bảng 1.5Các ứng dụng trong thực tiễn của muối tinh [4] 9

Bảng 1.6Chất lượng muối tinh của một số nước trên thế giới không sấy [3] 10

Bảng 4.1Ảnh hưởng của số vòng quay đến các thông số đầu ra ở độ ẩm muối nguyên liệu 6% 68

Bảng 4.2 Ảnh hưởng của độ ẩm đến các thông số đầu ra 68

Bảng 4.3 Ảnh hưởng của năng suất riêng ở độ ẩm 5% đến thông số đầu ra 68

Bảng 4.4 Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của số vòng quay đối với sự phân bố theo chiều dài 70

Bảng 4.5 Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của số vòng quay đối với sự phân bố theo chiều ngang 72

Bảng 4.6Kết quả thực nghiệm ả nh hưởng của số vòng quay đến tỉ lệ giảm đường kính d tb 74

Bảng 4.7Kết quả thực nghiệm ả nh hưởng của số vòng quay đến tiêu th ụ điện riêng 77

Bảng 4.8 Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của độ ẩm đến phân bố theo chiều dài của ghi phân phối khí 79

Bảng 4.9Kết quả thực nghiệm quan h ệ giữa độ ẩm và phân bố theo chiều ngang ghi phân ph ối khí 82

Bảng 4.10Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của độ ẩm đến đường kính trung bình d tb 84

xiv

Bảng 4.11 Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của độ ẩm với tiêu hao điện năng riêng 86 Bảng 4.12 Mối quan hệ giữa năng suất và phân bố theo chiều dài 88 Bảng 4.13 Ảnh hưởng của số vòng quay đến phân bố theo chiều ngang W 90 Bảng 4.14Quan hệ giữa năng suất và tỉ lệ giảm đường kính hạt trung bình 92 Bảng 4.15Quan hệ giữa năng suất và tiêu hao điện năng riêng 94

xv

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

Muối tinh không sấy, sau một thời gian bảo quản ngắn bị vón cục thành bánh, chảy nước, làm giảm mỹ quan, giảm chất lượng, do vậy tất cả các nhà máy sản xuất muối tinh đều phải thực hiện tiếp công đoạn sấy trước khi đóng bao để bảo quản lâu dài Không giống như các loại vật liệu rời thông thường khác, muối tinh nguyên liệu sau ly tâm có đặc tính rời rạc, người ta lầm tưởng và nghĩ có thể sấy khô chúng bằng cách thổi cho chúng bay lên trong ống sấy để sấy theo nguyên lý khí động (pneumatic Drying) hoặc có thể làm cho chúng sôi lên(hóa lỏng) để sấy theo nguyên lý sấy tầng sôi, nhưng thực tế các hạt muối tinh ướt gần nhau sẽ từ từ kết

khối, dính chặt lại với nhau , liên kết thành tảng, thành khối cứng ngay sau một thời gian để ngoài môi trường tự nhiên và đặc biệt ngay khi tiếp xúc nhiệt thì khả năng liên kết khối hạt và khả năng dính chặt giữa các hạt diễn ra nhanh chóng hơn

Vì đặc tính kết dính và đóng bánh ngay cả trong môi trường tự nhiên nên từ trước đến nay người ta phải sấy muối tinh bằng máy sấy thùng quay có tạo rung để giảm kết dính hay phải sử dụng phương pháp tạo rung cho buồng sấy để sấy.Với đặc tính kết dính, kết khối ngay cả trong môi trường tự nhiên là thách thức cho nghiên cứu và ứng dụng để sấy chúng bằng nguyên lý sấy tầng sôi

Để quyết định có thể sấy được chúng trong dòng lớp sôi liên tục thì công đoạn đánh tơi khối nguyên liệu nạp và phân phối đều chúng trên ghi phân phối khí là công đoạn quan trọng nhất làm tiền đề cho chất lượng sấy tầng sôi trong công đoạn nghiên cứu kế tiếp

Như vậy vấn đề đặt ra trong luận văn nghiên cứu này phải tiến hành thực hiện khảo sát, nghiên cứu đặc tính muối tinh , mô tả được hiện tượng kết khối của muối tinh nguyên liệu trong môi trường tự nhiên , từ đây tìm ra giải pháp phá vỡ liên kết , không cho chúng bám dính lại với nhau bằng thiết bị đánh tơi muối, ngoài ra thiết bị còn phải có khả năng rải đều từng lớp mỏng để cung cấp vào phần đầu ghi phân phối khí để làm tiền đề cho quá trình bắt đầu sấy bằng nguyên lý sấy tầng sôi

Bên cạnh đó luận văn còn tiến hành thực nghiệm để tìm ra các chế độ làm

việc hợp lý của thiết bị nhằm tìm ra chi phí năng lượng của thiết bị là hợp lý nhất ,

1

bảo đảm đánh tơi khối muối, phân bố đều trên ghi nhưng làm cho hạt muối bị bào mòn ít nhất

Ý nghĩa khoa học của đề tài:

- Cơ sỡ lý thuyết tính toán thiết bị cung cấp muối tinh trên máy sấy tầng sôi liên tục

- Xác định các thông số chính ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của thiết bị cung cấp và phân phối trên máy sấy muối tầng sôi liên tục

Mục đích và nội dung nghiên cứu:

- Xác định được các thông số chính làm ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của thiết bị cung cấp và phân phối muối trên máy sấy muối tinh tầng sôi

- Xây dựng mối quan hệ giữa các thông số chính

- Ứng dụng thiết kế vào việc chế tạo và thử nghiệm thiết bị trên máy sấy muối tinh để từ đó có cơ sỡ thực tế để kiểm nghiệm và xác định lại các thông số chính của thiết bị cung cấp và phân phối muối cho hợp lý nhất nhằm đạt được các mục tiêu về mặt chất lượng của thiết bị

- Chủ động tính toán , thiết kế và chế tạo thi ết bị trên máy sấy muối tinh lắp trên máy sấy muối tinh với nhiều loại năng suất khác nhau

Nội dung nghiên cứu:

- Giới thiệu đề tài và tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài

- Tính toán, thiết kế thiết bị

- Chế tạo thiết bị

- Thử nghiệm thiết bị

- Phân tích và xử lý số liệu

2

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1 Đặc điểm và thông số vật lý về muối tinh

Muối ăn có vị mặn đặc biệt, nhưng khi hòa tan trong nước thành dung dịch lỏng lại cảm thấy ngọt Dung dịch muối có nồng độ 0,04 mol/l thì đã thấy mặn rỏ rệt Khi độ ẩm tương đối của không khí vượt qua 75% thì muối ăn để ngoài không khí

sẽ bị chảy nước Vì điểm nóng chảy của MgCl2 thấp ở nhiệt độ thường, nên muối

ăn càng lẫn nhiều MgCl2 càng dễ chảy nước Độ hòa tan của muối ăn trong nước tăng chậm theo nhiệt độ, muối ăn hầu như không tan trong cồn, trong dầu Muối ăn dùng làm thực phẩm, hay làm nguyên liệu trong công nghiệp, nông nghiệp đều

phải đảm bảo độ tinh khiết

Nếu như muối ăn chứa tạp chất không tan trong nước hoặc tạp chất tan trong nước vượt quá qui định thì bất luận hàm lượng NaCl cao hay thấp, muối ăn đó được

coi là không hợp qui cách

1.1.1 C ấu trúc tinh thể hạt muối

Muối ăn còn gọi là Clorua natri là hợp chất hóa học với công thức phần tử là NaCl Đối với muối ăn nguyên chất trong đó bao gồm có 60.663% là clorine (Cl) và 39.337% sodium (Na) Muối có dạng tinh thể không mùi, dạng lập phương với thông số mạng là 5,628A0 Hạt muối ăn tập hợp những tinh thể NaCl có lẫn ít nhiều các muối tạp chất cũng thường có dạng lập phương, nhưng tùy điều kiện kết tinh mà

có khi có dạng hình cầu, hình thoi hoặc hình vẩy cá Hạt muối ăn thường có mùi 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 nên màu trắng Khi có lẫn tạp chất, muối ăn có thể có màu khác: lẫn Mn thì có màu trong suốt, lẫn sắt oxít thì có màu hồng, lẫn CuO2 thì có màu lục, khả năng tan trong nước theo tỷ lệ 35,9g/100 ml ở 25OC, khối lượng phân tử là 58,442 g/mol, nóng chảy ở 800 ÷ 8030C, sôi ở 14390

C, nhiệt dung riêng ở nhiệt độ thường là 0,206 Kj/Kg.k [1]

3

a Tinh thể muốib.Cấu trúc phân tử c Cấu trúc mạng

Hình 1.1 Cấu tạo hạt muối 1.1.2 Nguyên li ệu sản xuất muối ăn

Muối ăn phân bố rất rộng, nói đúng ra thì từ động vật, thực vật cho tới một số quặng mỏ, không khí, nước mưa, sông, hồ, hầu như đâu đâu cũng có muối ăn, nhưng người ta chỉ dùng những nguyên liệu có chứa muối ăn khá nhiều để sản xuất muối ăn

Ở nước ta hiện nay chưa tìm thấy mỏ muối ăn, ngoài nguồn liệu chính là nước biển, nhiều nơi có những suối nước mặn loại Cl2, mạch nước mặn loại Cl2 phun ra

có thể dùng sản xuất muối ăn

1.1.3 Phân loại muối

Muối ăn hay trong dân gian còn gọi đơn giản là muối một khoáng chất, được con người sử dụng trong ăn uống bằng cách cho thêm vào thức ăn Có rất nhiều

dạng muối ăn: muối thô, muối tinh, muối iốt Muối thu được từ nước biển có các tinh thể nhỏ hoặc lớn hơn muối mỏ Trong tự nhiên, muối ăn bao gồm chủ yếu là clorua natri (NaCl), nhưng cũng có một ít các khoáng chất khác (khoáng chất vi lượng) Muối ăn thu từ muối mỏ có thể có màu xám hơn vì d ấu vết của các khoáng

chất vi lượng

a Muối thô

Muối thô hay còn gọi là muối hạt được tạo ra bằng cách cho bay hơi nước biển dưới ánh nắng trong các ruộng kết tinh muối Muối thu được từ nước biển được gọi là muối biển (sea salt ) Ở những nước có mỏ muối rock salt (được hình thành do việc

4

bay hơi nước của các hồ nước mặn thời cổ ) thì việc khai thác muối từ các mỏ này theo cách bơm nước vào mỏ muối để thu được nước muối có độ bảo hòa về muối sau

đó tiến hành chưng cất trong các nồi cô hoặc cũng đem phơi bằng nắng mặt trời Trong muối thô các thành phần muối khác còn chiếm tỷ lệ cao, ngoài ra các thành phần tạp chất không tan cũng như độ ẩm còn rất lớn Trong muối thô thì hoàn toàn chưa chứa đủ lượng iốt cần thiết để phòng ngừa một số bệnh do thiếu iốt như bệnh bướu cổ Thành phần của muối theo TCVN 3974-84 cho trong bảng 1.1 [2]

Hình 1.2 Hình d ạng tinh thể một hạt muối thô chưa qua tinh chế

Bảng 1.1 Chỉ tiêu chất lượng muối thô [2]

(Hàm lượng tính theo gốc khô)

hoá lý

4 Hàm lượng NaCl

(tính theo %) >97,00 >95,00 >93,00

5

5 Hàm lượng chất không tan

trong nước( tính theo %) <0,25 <0,10 <0,80

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

Bảng 1.2Thành phần muối thô thông thường của khu vực Ninh Thuận

(được đưa vào sản xuất muối tinh tại TP HCM và các tỉnh )

Thứ tự Tên tiêu chuẩn

0,42 – 0,60

b Muối tinh

Muối tinh, tên tiếng Anh là refine salt hoặc còn gọi là table salt, được sản xuất bằng cách tinh chế từ nguyên liệu muối thô có nguồn gốc từ việc phơi nước biển hoặc sản xuất từ các loại quặng muối giàu Clorua Natri Muối tinh yêu cầu thành phần NaCl chiếm lớn hơn 98%, còn lại 2% là các muối kim loại khác, các tạp chất không tan cùng 80 chất vi lượng [3] Muối tinh nguyên chất (pure salt) có tỷ lệ Clorua Natri trên 99,9% Muối tinh có dạng lập phương, tuy nhiên cũng tùy theo điều kiện kết tinh mà có khi cũng có dạng hình cầu, hình thoi hoặc hình vẩy cá Muối tinh đạt tiêu chuẩn dùng làm muối ăn thường có màu trắng, nhưng khi có lẫn tạp chất có thể có màu khác Nếu muối ăn có lẫn thành phần Mangan (Mn+2) thì nó

có màu trong suốt, lẫn sắt oxít thì có màu hồng, lẫn CuO2 thì có màu xanh lục Đặc biệt về mặt chất lượng khi có lẫn Mg+2 thì muối ăn có vị đắng, dễ hút ẩm gây chảy nước Muối ăn dùng trong công nghiệp có thành phần Mg+2, Ca+2, SO4-2 càng ít

6

càng tốt Khả năng tan trongnước theo tỷ lệ 35,9g/100ml ở 25OC, nóng chảy ở 800

÷ 803OC, sôi ở 1.439O

C, nhiệt dung riêng Cp trung bình 864J/kg.K ở nhiệt độ bình thường, độ dẫn nhiệt λ = 6,49 W/m.K Theo [2] chỉ có khoảng 7% lượng muối tinh dùng trong đời sống hàng ngày như là chất nêm nếm làm gia vị, phần lớn muối tinh được sử dụng cho các mục đích sản xuất trong công nghiệp chế biến Muối tinh dùng làm gia vị hàng ngày, làm thực phẩm hay làm nguyên liệu trong công nghiệp thực phẩm đều phải đảm bảo độ tinh khiết Nếu như muối ăn chứa tạp chất không tan trong nước hoặc tạp chất tan vượt quá qui định, thì dù thành phần NaCl có cao thì muối tinh này vẫn được xem là không hợp qui cách, không đạt chất lượng Chất lượng muối tinh ngoài việc đánh giá thành phần (%) NaCl, thì các thành muối khác như: Ca2+

, Mg2+, SO42-, các tạp chất tan và không tan phải nằm trong giới hạn tiêu chuẩn cho phép

Chỉ tiêu độ ẩm (%) trong muối là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng muối tinh Độ ẩm trong muối yêu cầu phải thấp thì mới cho phép lưu giữ, bảo quản được lâu dài, nếu độ ẩm cao, muối sẽ vón cục và kết khối nhanh chóng Muối ăn cỡ hạt

≥5mm trong đó chứa dưới 5% cỡ hạt nhỏ dạng bột thì khó vón cục, trong khi cỡ hạt < 1,2mm thì rất dễ vón cục khi môi trường không khí bảo quản có độ ẩm >75% [2]

Chất lượng muối tinh cao cấp còn được đánh giá thêm các chỉ tiêu cảm quan như: độ đồng đều về kích thước hạt, màu sắc tự nhiên của hạt, đặc biệt các hạt phải

có độ phản xạ dưới tia sáng chiếu vào [2]

Hạt muối tinh phóng đại qua

kính hiển vi

Muối tinh sấy Muối tinh được đóng

gói bảo quản sau sấy

Hình 1.3 Sản phẩm muối tinh sấy

7

Muối tinh được tinh chế từ nguồn nguyên liệu muối thô trên các dây chuyền

công nghệ và thiết bị để nâng cao độ tinh khiết, loại bỏ các muối tạp không có lợi

cho chất lượng của muối ăn gồm: MgCl2; MgSO4; KCl; CaSO4, các tạp chất tan và

không tan Thành phần Mg2+có lẫn trong muối ăn sẽ tạo ra vị đắng và đặc biệt là dễ

hút ẩm gây chảy nước trong quá trình bảo quản

Bảng 1.3Tiêu chuẩn muối tinh không sấy [2]

(Đơn vị: % tính theo cơ sở khô)

Chỉ tiêu Muối loại I Muối loại II Muối thượng hạng

Hình 1.4 Muối tinh sau khi được sấy và đóng bao bảo quản

Đối với chất lượng muối tinh ngoài chỉ tiêu đánh giá thành phần % của muối

NaCl cao hơn hẳn so với muối thô, ngoài ra các chỉ tiêu về các thành muối khác như

8

Ca 2+, Mg 2+, SO4 2-, các tạp chất tan và không tan phải nhỏ (nằm trong giới hạn tiêu chuẩn cho phép), ngoài ra thành phần độ ẩm trong muối, khả năng vón cục và kết khối phải thấp thì mới cho phép dễ dàng vận chuyển, lưu giữ và bảo quản lâu dài

Bảng 1.5Các ứng dụng trong thực tiễn của muối tinh [4]

Thức ăn nhẹ Bột ngũ cốc Bánh mì Bánh gato, Bánh quy Công nghệ gia vị Thực phẩm

Vỏ đựng thức ăn Margarine Chất béo Hộp bảo quản Làm nước muối Thực phẩm đông lạnh Trong nông nghiệp Nuôi trồng thủy sản Sản phẩm bò sữa

Bảng 1.6Chất lượng muối tinh của một số nước trên thế giới không sấy [3]

TT Các loại muối tinh Độ

ẩm

H2O

Chất Không tan

Muối nấu chân không Nhật

Muối nghiền rửa – Đài Loan

Muối nghiền rửa – Trung quốc

Muối nghiền rửa – châu Úc

2,47

8,53 1,7

0,002 0,2 0,01 0,01

95,034 99,00 94,6 94,7

0,66 0,06 0,09 0,04

0,4527 0,04 0,03 0,02

0,3703 0,2 0,004 0,31

1.1.4 Đặc tính kết dính của muối tinh ẩm khi để tự nhiên

Các muối kim loại nói chung hình thành từ việc kết tinh thường có hiện tượng đóng bánh và vón cục, đặc biệt là tinh thể muối[4] Trong khi đó nếu để muối ăn bên ngoài tự nhiên, muối sẽ đóng bánh ngay sau một thời gian ngắn, độ cứng của “bánh muối” tùy thuộc vào nhiều yếu tố khách quan

Kết dính và đóng khối là đặc điểm bất lợi khi thực hiện làm khô muối tinh bằng các giải pháp sấy trên các máy sấy nói chung và đặc biệt là bằng phương pháp sấy bằng phương pháp sấy tầng sôi mà đề tài đang nghiên cứu

Theo [4] muối ăn cỡ hạt kích thước > 5 mm có tỷ lệ chiếm < 5% trong số muối hạt

cỡ nhỏ < 5mm thì rất khó đóng cục, trong khi muối tinh xay cỡ hạt nhỏ < 1,2mm thì lại rất dễ bị vón cục và đóng bánh thành tảng lớn

Nguyên nhân của tình trạng kết khối muối tinh là do sự phát triển của các liên kết tinh thể giữa các hạt muối tinh hoặc do tác động của nhiệt, dẫn đến quá trình kết tinh từ lượng dung dịch muối rất nhỏ có trong muối tinh và chính sự phát triển đan xen của các tinh thể giữa các hạt dẫn đến tình trạng muối tinh kết khối.Ngoài ra do bản chất hóa học như: nồng độ, tạp chất nên muối tinh dễ thay đổi độ hút ẩm và có

xu hướng kết khối

Theo [4] cỡ hạt (kích thước hạt) cũng rất quan trọng, khi cỡ hạt tăng, diện tích bề mặt riêng giảm thì sẽ giảm các lực hút và điểm tiếp xúc giữa các hạt nằm kề, do đó làm giảm xu hướng kết khối, những nhân tố ảnh hưởng đến xu hướng muối tinh vón cục là thành phần hóa học, diện tích bề mặt riêng, hình dạng, cỡ hạt, độ bền cơ học,

10

hàm lượng ẩm, nhiệt độ, độ hút ẩm Khi bề mặt của hạt nhẵn được định hình tốt, quá trình kết khối sẽ bị chậm lại do hạn chế các điểm tiếp xúc giữa các hạt

Lượng ẩm còn lại trong muối tinh có tác động lớn tới xu hướng kết khối khi bảo quản Ngoài ra nhiệt độ của sản phẩm khi đưa vào bảo quản cũng rất quan trọng, nếu sản phẩm phải trải qua một quá trình thay đổi nhiệt độ cao hoặc đột ngột thì cũng dễ kết khối Để giảm hiện tượng kết khối trong bảo quản, các nhà sản xuất muối tinh đã áp dụng nhiều biện pháp khác nhau để khắc phục hoặc giảm đến mức tối đa vấn đề muối tinh kết khối

Nhằm kiểm chứng lại vấn đề kết khối tự nhiên và xây dựng được đường đặc tính về lực liên kết khối của nguyên liệu muối tinh sấy cũng như có thể để tìm ra giải pháp chống kết khối khi sấy muối tinh trong lớp sôi, chúng tôi tiến hành 4 loại thí nghiệm với nguyên liệu muối tinh có độ ẩm sau ly tâmMtb = 4,7%, kích thước hạt trung bình dm = 0,9mm (0,9≤ dh< 1,2mm) bao gồm:

Làm khô khối hạt trong môi trường tự nhiên (để trong nhà), nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí theo thời điểm làm thí nghiệm

Tất cả các thí nghiệm phần làm khô tự nhiên và phơi nắng đều được đặt khối muối vào rổ nhựa dạng lưới đan, tỷ lệ lỗ trên ghi là > 30%, chiều dày lớp hạt là 60mm (hình 1.5)

(a) để muối trong nhà (b) làm khô muối ngoài trời nắng

Hình 1.5 Làm khô muối tự nhiên và phơi nắng

11

a Thí nghiệm xác định độ chặt khối hạt muối tinh khi làm khô tự nhiên

Thí nghiệm được thực hiện cho hai loại muối, loại kích muối có thước đa phân tán gồm nhiều kích thước hạt khác nhau trong khối muối và loại muối có kích thước xấp xỉ 0,9mm (0,9≤ dh< 1,2mm) đường kính trung bình Dtb = 0,96mm có cùng độ ẩm M1= 4,7 %

Cho mẫu muối vào các rổ nhựa (hình 1.5b) và để các mẫu trong phòng thí nghiệm

có độ ẩm tương đối của không khí trung bình ϕtb =65%, nhiệt độ ttb =31Oc, vận tốc gió v= 0m/s Tiến hành đo thăm dò xác định độ ẩm của mẫu sau mỗi ngày Sau 96 giờ các mẫu thí nghiệm cho kết quả về độ ẩm trong các đồ thị hình 1.7, 1.8 và 1.9 Biến thiên độ chặt của lớp hạt đa phân tán và lớp hạt kích thước tương đối đồng đều

đo như trong hình 1.6 và kết quả trình bày trên đồ thị hình 1.7 và hình 1.8 cũng như

so sánh biến thiên độ chặt của hạt đa phân tán và hạt phân bố đều trong hình 1.9

Hình 1.6 Đo độ chặt khối hạt muối tinh

12

Hình 1.7 Giá tr ị và biến thiên độ chặt hạtđa phân tán

Hình 1.8 Giá tr ị và biến thiên độ chặt lớp hạt kích thước đồng đều

13

Hình 1.9 Đồ thị độ chặt lớp hạt đa phân tán và lớp hạt kích thước đồng đều

Hình 1.10 Muối để khô trong môi trường tự nhiên (muối đóng bánh)

b Các nhận xét về kết quả thí nghiệm

-Muối tinh sau ly tâm có thể được làm khô trong môi trường tự nhiên vào mùa khô các tỉnh khu vực phía Nam Trong quá trình thoát ẩm khối hạt liên kết và hóa rắn thành khối cứng Độ chặt lớp hạt tại khu vực gần bề mặt thoát ẩm có giá trị lớn

nhất Khối hạt kích thước đa phân tán có độ chặt tại bề mặt bằng 6,25kg/cm 2 trong khi hạt kích thước đồng đều có giá trị bằng 0,28kg/cm2 (đồ thị hình 1.9)

14

- Trong điều kiện làm khô bằng nắng mặt trời vào mùa khô, cần trên 36 giờ để làm khô muối sau ly tâm và phân bố độ chặt muối kích thước hạt tương đối đồng đều tại bề mặt lớp hạt có giá trị bằng 28,5kg/cm2 và lớp hạt có kích thước đa phân tán có giá trị bằng 48,2 kg/cm2

- Độ chặt lớp hạt khu vực giữa lớp hạt phân bố tương đối đồng đều

- Độ chặt lớp hạt ở khu vực bề mặt thoát ẩm đối với loại hạt muối tinh có kích thước hạt đa phân tán cao hơn hẳn so với lớp hạt có kích thước tương đối đồng đều

- Độ chặt lớp hạt khu vực lớp hạt giữa và đáy của loại lớp hạt có kích thước đồng đều với loại hạt đa phân tán không khác biệt nhiều

- Độ chặt lớp hạt biến thiên tăng dần theo thời gian làm khô, đường biến thiên tăng dần theo hướng dốc thoai thoải

- Độ chặt lớp hạt trong điều kiện làm khô tự nhiên có nhiệt độ môi trường trong nhà đối với hạt có kích thước phân bố đều thì thấp hơn rất nhiều so với hạt có kích thước đa phân tán, ngược lại khi phơi ngoài nắng mặt trời độ chặt lớp hạt kích thước đồng đều lại cao hơn với loại lớp hạt đa phân tán điều này có thể giải thích theo quan điểm tái kết tinh cho loại hạt đa phân tán nhiều kích thước và loại kích thước hạt đồng đều khi thoát ẩm trong hai điều kiện khác nhau

1.2 Tổng quan về máy sấy tầng sôi

1.2.1 Nguyên lý sấy tầng sôi

Vật liệu sôi trong dòng lưu chất (khí hoặc nước) nghĩa là tại trạng thái đó vật liệu rời (dạng hạt) được chuyển từ trạng thái tĩnh sang trạng thái động, lớp hạt sôi lúc này có thuộc tính giống như chất lỏng hay còn gọi là vật liệu giả lỏng (fluidization), nghĩa là lớp vật liệu lúc này giống như nước chứa trong bình, có khả năng truyền chuyển động sóng, có khả năng hoà trộn giữa các hạt (hình 1.11) Khi vật liệu hóa

15

sôi, diện tích bề mặt của các hạt tiếp xúc với lưu chất lớn lên, nên khả năng truyền nhiệt từ lưu chất đến hạt vật liệu tăng rất nhanh

Hình 1.11 Tính chất của lớp hạt vật liệu chớm sôi [5]

Ứng dụng về lớp sôi đơn giản dễ thấy hằng ngày là chảo rang bắp bằng khí nóng (bắp rang bơ) dạng phễu Các hạt bắp (bỏng ngô) có kích thước và hình dạng tương đối đồng đều được thả lơ lửng trong dòng khí nóng thổi từ đáy phễu lên Do sự hòa trộn mãnh liệt của vật liệu, gần giống như sự sôi của chất lỏng, nên hạt bắp trong bình chứa sẽ có nhiệt độ đồng đều, do vậy khi gia nhiệt để rang sẽ giảm thiểu tối đa lượng bắp bị cháy Sau khi rang, hạt bắp sẽ lớn hơn và làm tăng động lực học hạt bắp và sẽ kéo các hạt lớn ra khỏi phễu đi vào bồn chứa bên cạnh [5]

Quá trình tạo hạt vật liệu hóa sôi xảy ra khi có dòng tác nhân là khí hoặc là dòng chất lỏng có áp suất và có vận tốc đủ lớn di chuyển theo hướng từ dưới lên , xuyên qua lớp hạt vật liệu (theo hướng pháp tuyến) Để chất khí hay chất lỏng có thể thổi xuyên qua lớp hạt hóa sôi, chúng phải đi qua vô số các lỗ phân phối khí được bố trí trên tấm ghi đỡ hay còn gọi là ghi phân phối khí (distributor) được bố trí ở đáy lớp vật liệu hạt Dòng khí đuợc thổi từ mặt đáy lớp hạt, đi xuyên qua các hạt thông qua những khoảng trống giữa các hạt vật liệu làm mật độ của không gian hạt giảm đi, nhưng không làm ảnh hưởng đến những tính chất căn bản của lớp hạt Khi vận tốc dòng khí thấp, áp lực tác dụng lên các hạt nhỏ, lớp hạt vẫn duy trì và giữ nguyên trạng thái tĩnh ban đầu Khi tăng vận tốc khí lên, lực kéo của khí động xuất hiện ngược chiều với trọng lực của hạt và làm cho lớp hạt bắt đầu giãn nỡ về thể tích, các hạt bắt đầu di chuyển tách rời xa nhau Tăng vận tốc dòng khí lên hơn nữa đến giá trị tới hạn thì lực ma sát giữa các hạt và không khí cân bằng với trọng lượng hạt,

16

thành phần thẳng đứng của áp lực nén triệt tiêu, lực kéo hướng lên đúng bằng với trọng lực hướng xuống làm cho vật liệu lơ lửng trong dòng tác nhân thổi qua Tại giá trị tới hạn này, lớp vật liệu khi này được gọi là lớp hạt sôi và có tính chất của chất lỏng Tiếp tục tăng vận tốc khí hơn nữa thì mật độ khối của lớp hạt tiếp tục giảm và sự hóa sôi xảy ra mạnh mẽ cho đến khi vật liệu không còn ở dạng kết lớp nữa và bị cuốn lên và rơi trở lại trong chuyển động sôi ngẫu nhiên, lúc này mỗi hạt vật liệu được bao phủ bởi lưu chất hóa sôi

Khi vật liệu hạt hóa sôi, lớp vật liệu sẽ có cùng thể tích với bồn chứa, bề mặt vật liệu vẫn vuông góc với trọng lực và hạt vật liệu nào có khối lượng riêng nhỏ hơn khối lượng riêng của lớp hạt sẽ nổi trên bề mặt lớp hạt, chúng trồi lên sụt xuống trong khi vật liệu hạt có khối lượng riêng lớn hơn thì sẽ chìm xuống dưới đáy của lớp Do khối hạt có tính chất như là lưu chất lỏng nên cho phép vật liệu có thể được vận chuyển đi giống như lưu chất, chảy trong ống mà không cần vận chuyển cơ học Khi hạt sôi (hóa lỏng) xảy ra sự hòa trộn mãnh liệt giữa khí và vật liệu hạt, kết quả

là tạo ra môi trường đồng đều về nhiệt độ, hỗn hợp… Người ta ứng dụng đặc tính hóa sôi này vào trong công nghệ hòa trộn các loại vật liệu hạt khác nhau, công nghệ làm nguội hạt sau khi sấy hoặc sau phản ứng giữa các chất hóa học trong lớp sôi Khi hạt hóa sôi, diện tích trao đổi nhiệt và trao đổi chất giữa hạt và tác nhân khí tăng mãnh liệt, lợi dụng tính chất và đặc tính này người ta ứng dụng vào công nghệ sấy hạt vật liệu rời trong lớp hạt sôi, công nghệ tạo hạt, công nghệ phủ màng hạt, công nghệ đốt nhiên liệu Biomass trong lớp sôi

1.2.2 S ự hình thành các lớp hạt sôi

Lớp vật liệu được hóa sôi bằng khí có tính chất khác với khi được hóa sôi bằng chất lỏng, khi dòng khí được tăng lên đến mức tối thiểu làm khối hạt giãn ra hình thành lớp sôi tối thiểu Tốc độ dòng khí này được gọi là “vận tốc hóa sôi tối thiểu” (Vtt) được xác định qua công thức đơn giản [5]:

tt tt

Q V A

Trong đó: Qtt là lưu lượng dòng khí tính theo thể tích tại lớp sôi hóa lỏng tối thiểu,

A là diện tích của mặt cắt ngang lớp của buồng chứa hạt

17

Tương tự như vậy vận tốc khí Vk tại mọi điều kiện khác được cho bởi công thức:

k

Q V

A

= (1.2)

Trong đó:

- Vk: lưu lượng của bồn chứa hạt tương ứng

- A : diện tích mặt cắt ngangcủa bồn chứa hạt tương ứng

Theo [6] vận tốc dòng khí đi xuyên qua các khoảng trống giữa các hạt phải lớn hơn vận tốc tính toán như đã trình bày ở công thức trên bởi vì các hạt là thành phần cản của diện tích mặt cắt ngang buồng chứa hạt Tuy nhiên, do thực tế rất khó xác định chính xác vùng không bị tắc nghẽn và sự biến đổi của nó thì rộng khắp cả lớp hạt, do vậy những định nghĩa về vận tốc hóa sôi ở trên chỉ là cách định nghĩa đơn giản nhất

Một cách đơn giản nhất cho trạng thái này là giả sử các hạt cùng một kích thước và có một khối lượng riêng được dùng để so sánh hình thành lớp hạt sôi an toàn, với các loại hạt khó hóa sôi Giả thiết các hạt được chứa trong một bình với một bộ phân phối khí được thiết kế tốt và có một dòng khí được thổi qua lớp hạt từ dưới lên và với vận tốc tăng dần lên, thực hiện 3 loại quan sát bao gồm: quan sát lớp hạt (có thể nhìn thấy được), quan sát sự tổn áp suất ngang qua lớp hạt và quan sát chiều dày lớp hạt (hình 1.15) cho thấy một dãy các biến thiên đã xảy ra cho lớp hạt khi tăng vận tốc dòng khí từ 0 – C trên trục hoành (biểu diễn ở hình 1.12)

Hình đặc tính lớp hạt theo vận tốc khí thay đổi vận tốc

Vận tốc khí bề mặt lớp hạt ( m/s)

Chế độ sôi Lớp hạt tĩnh

Lớp hạt sôi bị cuốn theo dòng khí

Lớp hạt tĩnh Δp(mm H 2 0)

1.2.3 Các lo ại máy sấy tầng sôi thông dụng

a Máy s ấy tầng sôi mẻ

Máy sấy tầng sôi mẻ có năng suất rất thấp, thường trong phạm vi từ 50 đến

500 kg/mẻ, kích thước thường là hình tròn hoặc hình vuông (hình 1.13)

1-cửa lấy sản phẩm;2- ống thoát khí thải;3- phễu chứa và nạp nguyên liệu sấy 4- cửa cung cấp tác nhân sấy

Hình 1.13Các dạng máy sấy tầng sôi mẻ [5]

Loại máy sấy này chủ yếu dùng trong công nghệ tạo hạt Vật liệu hạt sấy được cấp một lần vào buồng sấy Thời gian sấy của loại máy sấy này thường xác định bằng thực nghiệm Khi sản phẩm sấy đạt độ ẩm , nguồn gia nhiệt tác nhân sấy được ngắt, không khí lạnh được tiếp tục thổi qua lớp hạt cũng dưới dạng tầng sô i đến nhiệt độ làm nguội thì tháo sản phẩm ra khỏi máy sấy Để tạo điều kiện cho công đoạn cấp và tháo liệu nhanh , phần trên và phần dưới buồng sấy được thiết kế tiện dụng trong tháo, lắp

a Máy sấy tầng sôi làm việc liên tục

b1 Máy sấy tầng sôi kiểu dòng hai pha (plug flow fluidized bed dryer)

Buồng sấy của máy tầng sôi kiểu dòng hai pha cũng giống như loại máy sấy tầng sôi thông thường, nhưng trong buồng sấy hạt lại được chia thành nhiều khoang sấy (hình 1.14) Tỉ lệ chiều dài và chiều rộng phân bố phạm vi từ 5:1 đến 30:1[5] Khi sấy dòng hạt rắn vừa sôi vừa được dịch chuyển , chúng liên tục nhảy qua các kênh sấy, từ vị trí nạp liệu đến vị trí ra sản phẩm Đối với loại máy sấy này, kích thước hạt hầu như không gây ảnh hưởng nhiều đến thời gian lưu

19

1- cửa ra sản phẩm; 2- cửa thoát khí thải; 3- kênh sấy; 4- cửa nạp vật liệu

Hình 1.14 Máy sấy tầng sôi liên tục kiểu dòng hai pha [5]

b2 Máy sấy rung tầng sôi

Máy sấy này thích hợp khi sấy các loại vật liệu dính ướt khó hóa lỏng , thường hình thành liên kết chuỗi bền vững, lực kết dính hạt - hạt lớn Điểm đặc biệt của loại máy sấy này là toàn bộ buồng sấy được đặt trên các lò xo dạng lá hoặc dạng trụ Khi sấy toàn bộ buồng sấy rung theo tần số điều chỉnh của mô tơ rung lắp bên hông buồng sấy, thường tần số trong phạm vi từ 10 - 50Hz hoặc lắc theo cơ cấu biên tay quay lệch tâm có biên độ dao động từ 3 - 5mm để hỗ trợ “giả lỏng” vật liệu trong quá trình sấy Loại máy này yêu cầu cung cấp lưu lượ ng tác nhân sấy vào buồng sấy thấp hơn so với các máy sấy tầng sôi thông thường , do vậy khi tính toán vận tốc tác nhân sấy qua lớp hạt khi sấy nhỏ hơn đáng kể so với khi tính toán sấy tầng sôi thông thường Do năng lượng rung, truyền giảm dần theo khoảng cách với tâm rung, nên chiều dày lớp hạt sấy ở loại máy sấy này chỉ nằm trong phạm vi từ 10 - 15cm [5] Loại máy sấy rung thường có ghi và buồng sấy bố trí nghiêng một góc để trợ giúp chuyển động của hạt vật liệu sấy chạy dần từ cửa nạp đến cửa ra (hình 1.15)

20

1- ống cấp tác nhân sấy; 2- nạp vật liệu;3- thoát khí thải; 4- khớp mềm; 5- mô tơ rung; 6- cửa ra sản phẩm

Hình 1.15 Máy sấy rung tầng sôi [5]

b3 Máy sấy tầng sôi kiểu dòng đẩy

Loại máy sấy này có ghi phân phối khí thiết kế nghiêng hoặc đặt phẳng, nhưng buồng chứa khí bên dưới lại có bố trí các van điều chỉnh lưu lượng khí cho từng khoang của buồng sấy Khi sấy, dòng tác nhân sấy vừa làm sôi hạt vừa làm dịch chỉnh khối hạt sấy chạy dọc theo buồng sấy tương tự như dòng chất lỏng chảy trong máng hình chữ nhật Tỉ lệ chiều dài và chiều rộng của loại máy sấy nàythường từ 10÷40 % Loại máy sấy này cho sản phẩm sấy tương đối đồng đều về độ ẩm

Máy này không thích hợp để sấy các loại vật liệu quá dính ướt, tuy nhiên cũng có thể khắc phục nhược điểm bằng cách lắp thêm một cơ cấu đảo trộn hoặc phân riêng dòng không khí tại vùng đầu của buồng sấy vào để tạo ra vận tốc tác nhân sấy đủ lớn, làm khối hạt sôi cưỡng bức

Hình 1.16 Máy sấy tầng sôi kiểu đẩy hạt [5]

1- ốngcấp tác nhân khí 2- quạt cấp tác nhân 3- van điều chỉnh hướng tác nhân

4- ghi phân phối khí 5- cửa quan sát 6- cửa ra sản phẩm sấy 7- ống khí thải ẩm 8- phễu nạp vật liệu sấy

21

1.3 Tổng quan về các thiết bị cung cấp muối tinh vào buồng sấy

Quá trình sản xuất bao gồm nhiều công đoạn, nhiều khâu và mỗi khâu đều có vai trò

nhất định Cung cấp, phân phối đồng thời định lượng vật liệu là một khâu quan

trọng trong số đó Nó phải đảm bảo tiến hành đúng các quá trình công nghệ,

phù hợp với qui định, phân lượng đúng và chính xác thành phần trong quá trình

sản xuất một sản phẩm nào đó.Vật liệu dùng trong quá trình phân phối cũng rất đa

dạng bao gồm các loại như: vật liệu rời, vật liệu dẻo, vật liệu lỏng Hơn nữa ngày nay đòi hỏi của con người ngày càng cao, luôn mong muốn có được sản phẩm chất lượng Do đó mà việc chế tạo các thiết bị cung cấp và phân phối cũng đòi hỏi phải đáp ứng được nhu cầu đặt ra Các thiết bị vừa phải bảo đảm định lượng đúng quy trình, đúng thành phần, vừa phải đáp ứng được đòi hỏi của con người Thực tế có nhiều máy với nhiều kích cỡ khác nhau và nguyên lý hoạt động cũng khác nhau

Mỗi loại vật liệu thì có thiết bị cung cấp phân phối và định lượng với nguyên lý thích hợp tùy vào đặc điểm của nó Năng suất, chất lượng của máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như các yếu tố chi phối bởi vật liệu định lượng, rồi các yếu tố bị chi

phối bởi bản thân của thiết bị

Ngoài các loại thiết bị vận chuyển và cung cấp nguyên liệu dùng trong các nhà máy, xí nghiệp phổ biến hiện nay như : vít tải, băng tải, gầu tải còn có một số nguyên

lý cung cấp phân phối, định lượng vật liệu rời và những yếu tố có ảnh hưởng

đến năng suất cũng như lượng cung cấp của mỗi nguyên lý như sau:

1.3.1 Phễu chứa kết hợp băng tải định lượng

Phễu chứa nguyên liệu được lắp phía trên băng giúp cho việc cung cấp được đồng đều Cửa ra của phễu nạp liệu có tấm chắn điều chỉnh diện tích cửa ra để thay đổi lượng cung cấp Dọc theo hai bên băng có lắp thêm tấm chắn khi đó mặt cắt của lớp sản phẩm trên băng là một hình chữ nhật, giúp cho quá trình định lượng được chính xác xem hình 1.17

Theo [6] lượng cung cấp của băng tải định lượngcó thể xác định theo công thức:

Q = 3600.F.ρ v , t/h (1.3) Trong đó:

22

- F: diện tích tiết diện ngang của lớp vật liệu trên tấm băng khi băng chuyển

động, m2

( F được xác định phụ thuộc vào hình dạng băng và kết cấu con lăn đỡ)

- v: vận tốc chuyển động của băng, m/s

- ρ : khối lượng riêng của vật liệu, T/m3

Hình 1.17 Băng tải định lượng loại 1 băng [7]

Hình 1.18 Băng tải định lượng loại 02 băng [7]

Ưu điểm:

- Vận hành đơn giản

- Vận chuyển vật liệu rời nhỏ liên tục

- Năng suất vận chuyển lớn

Phạm vi ứ ng dụng : Dùng vận chuyển cung cấp và định lượng các loại vật liệu rời nhỏ, muối thô, muối tinh

1.3.2 Ph ễu chứa kết hợp rung

Kết cấu phểu nạp liệu kết hợp với rung bao gồm: Vật liệu được đổ vào ph ểu nạp kín 1, động cơ rung 2 làm nhiệm vụ dao động rung lắc để đưa vật liệu từ từ thoát ra ngoài qua miệng ra của phểu

Hình 1.19 Phểu nạp liệu định lượng có thiết bị rung [7]

Ưu điểm:

- Vật liệu được vận chuyển hoàn toàn

- Kết cấu gọn, dễ chế tạo

- Vận chuyển các vật liệu có tính chất kết dính

Nhược điểm:

- Làm việc ồn, chi tiết mau hỏng

- Vận chuyển được vật liệu rời hạt to dễ gây ồn

Phạm vi ứng dụng: Vận chuyển được các loại vật liệu hạt rời nhỏ, các loại muối thô, muối tinh

1.3.3 Ph ễu chứa kết hợp rotoval

Cấu tạo gồm một trống hình trụ đặt nằm ngang, trên bề mặt trống có hốc hoặc các ngăn Trống được truyền động quay với số vòng quay thấp và có thể thay đổi được Phía trên trống là phễu chứa nguyên liệu cần định lượng, phía dưới là ống dẫn nguyên liệu ra ( hình 1.20) Khi trống quay, vật liệu trong phễu rơi vào hốc và được mang xuống tháo ra ở phía dưới Do kích thước các hốc là bằng nhau và số vòng

24