TIỂU LUẬN đề tài quá trình sấy

Quá trình sấy đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp như trong thực phẩm, hóa học, dược phẩm,...Mục đích của quá trình sấy là tách ẩm khỏi vật liệu để làm khô vật liệu.. T

BỘ GIÁO DỤC  ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

TIỂU LUẬN

Đề tài: Quá trình sấy

Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Tân Thành

Sinh viên thực hiện : Phạm Anh Tú Lớp : 59K- CNTP

Đại học Vinh, ngày 07 tháng 07 năm 2021

M Đ U Ở ĐẦU ẦU

Trong công nghiệp hóa chất,thực phẩm, quá trình tách nước ra khỏi vật liệu(làm khô vật liệu) là rất quan trọng

Phương pháp làm khô sản phẩm thực phẩm đơn giản nhất là phơi nắng, có

ưu điểm là tận dụng được năng lượng mặt trời,tiết kiệm chất đốt; nhưng thời gianlàm khô kéo dài, làm giảm nhiều vitamin C (đến 80%) và caroten(tiền sinh tố A),màu sắc sản phẩm kém, đòi hỏi nhiều diện tích sân phơi, khó giải quyết được khốilượng lớn và đặc biệt là phụ thuộc vào thời tiết

Để chủ động việc làm khô phải sử dụng các thiết bị sấy

Trong bài tiểu luận này em sẽ trình bày về quá trình và thiết bị sấy Sấy làquá trình tách nước trong sản phẩm bằng nhiệt Đó là quá trình khuếch tán nước từcác lớp bên trong ra bề mặt sản phẩm và hơi nước từ bề mặt sản phẩm khuếch tán

ra môi trường xung quanh

I, KHÁI NIỆM VỀ SẤY

Quá trình sấy là quá trình làm khô một vật thể bằng phương pháp tách nước Quá trình sấy đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp như trong thực phẩm, hóa học, dược phẩm, Mục đích của quá trình sấy là tách ẩm khỏi vật liệu để làm khô vật liệu Tùy theo mức độ làm khô vật liệu mà người ta có nhiều phương pháp tách nước khỏi vật liệu như: ép, lọc, li tâm, hút nước trong vật liệu hoặc dùng nhiệt để bốc hơi nước trong vật liệu

Trong công nghiệp để giảm nhiệt lượng sử dụng cho công nghệ sấy sản phẩm thường người ta kết hợp các phương pháp như ép tách nước vật liệu trước khi sấy hoặc hút bớt ẩm trong vật liệu để sấy nhanh hơn

Sấy có thể là sấy tự nhiên hay sấy nhân tạo Sấy tự nhiên tiến hành ở ngoài trời dùng năng lượng mặt trời làm bay hơi nước trong vật liệu Phương pháp sấy này đơn giản, rẻ song không điều chỉnh được quá trình, vật liệu sau sấy độ ẩm không đạt yêu cầu, mất vệ sinh Còn sấy nhân tạo khắc phục được các nhược điểm của sấy tự nhiên đó là nhiệt, gió điều chỉnh được khi cấp cho thiết bị sấy nên sản phẩm sau sấy có chất lượng cao, thời gian sấy nhanh, năng suất cao hơn

Vật liệu sấy thường có nguồn gốc thực vật, động vật, khoáng vật Sản phẩm sấy được đem sử dụng ngay hoặc bán thành phẩm cho một sản phẩm nào đó

Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng của vật liệu, làm tăng độ bền,làm tăng giá trị của sản phẩm, bảo quản tốt hơn

Lựa chọn công nghệ sấy phải dựa trên tính chất của vật liệu ẩm trước, trong khi sấy sản phẩm cũng như trình độ trang thiết bị, khả năng đầu tư Để lựa chọn công nghệ sấy cho mỗi sản phẩm ta dựa trên kinh nghiệm lâu đời của nhân dân trên cơ

sở các lí thuyết về sấy và các kết quả thực nghiệm, những tiến bộ của khoa học kỹ thuật liên quan đến quá trình sấy

với lực mao dẫn, hay nói cách khác thể của trường trọng lực bằng thể mao dẫn thì những vật này gọi là vật xốp Đặc điểm của những vật xốp mao dẫn là sau khi sấy khô nó trở lên giòn và có thể bị vỡ vụn thành bột.

2, Vật keo

Vật keo là vật có tính dẻo do 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 vàvẫn giữ được tính dẻo

Để đơn giản công việc nghiên cứu và tính toán, trong kỹ thuật sấy người ta khảo sát các vật keo như các vật giả xốp mao dẫn Khi đó các vật keo được xem như vật xốp mao dẫn có cấu trúc mao quản nhỏ

3, Vật keo xốp mao dẫn

Những vật thể mà trong đó tồn tại ẩm liên kết có trong cả vật keo và vật xốp maodẫn thì được gọi là vật keo xốp mao dẫn Các vật liệu này như gỗ, than bùn, các loại hạt và một số thực phẩm Về cấu trúc các vật này thuộc loại xốp mao dẫn nhưng về bản chất lại là các vật keo có nghĩa là thành mao dẫn của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao quản trương lên, khi sấy khô thì co lại Phần lớn các vật xốp mao dẫn khi sấy trở lên giòn như bánh mỳ, ran xanh,

2.2, Các dạng liên kết ẩm trong vật liệu ẩm

1, Liên kết hóa học

Liên kết hóa học giữa độ ẩm và vật khô rất bền vững trong đó các phần tử nước

đã trở thành một bộ phận trong thành phần của phân tử vật ẩm Loại âem này chỉ

có thể tách ra khi có phản ứng hóa học và thường phải nung nóng vật đến nhiệt độ cao Sau khi tách ẩm tính chất hóa lý của vật thay đổi Ví dụ, dưới tác dụng vủa nhiệt độ cao sẽ xảy ra quá trình phân hủy:

CuSO4.5H2O  CuSO4 + 5H2O Quá trình này gọi là quá trình nung Trong quá trình sấy ẩm liên kết hóa học không bị tách ra Quá trình sấy yêu cầu giữ nguyên tính chất hóa lý của vật

này tạo thành liên kết hấp thụ giữa nước và bề mặt Lực này khá lớn, khi sấy chỉ tách được một phần ẩm này.

b, Liên kết thẩm thấu

Liên kết thẩm thấu là sự liên kết hóa lý giữa nước với vật thể rắn khi có sự chênhlệch nồng độ các chất hòa tanowr trong và ngoài té bào, tức là có chênh lệch áp suất hơi nước Quá trình thẩm thấu không kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt và không làm cho vật 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

3, Liên kết cơ lý

Là dạng liên kết giữa nước và vật liệu được tạo thành do sức căng bề mặt của nước tỏng 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

a, Liên kết cấu trúc

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

b, Liên kết mao dẫn

Nhiều vật ẩm có cấu tạo mao quản Trong các vật thể này có vô số các mao quản.Các vật thể này khi để trong nước sẽ theo các mao quản xâm nhập vào vật thể Khi vật thể này để trong môi trường không khí ẩm thì hơi nước sẽ ngưng tụ trên bề mặtmao dẫn và theo các mao quản xâm nhập vào vật thể Muốn tách ẩm có liên kết mao dẫn ta cần làm cho ẩm bay hơi hoặc đẩy ẩm ra bằng áp suất mao dẫn Vật sau khi tách ẩm mao dẫn nói chung vẫn giữ được kích hước, hình dáng và các tính chấthóa lý Lực liên kết ẩm loại này không lớn lắm, khi sấy có thể tách được kết

c, 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 bơi đồng thời có thể tách ra bằng phương pháp cơ học như: lau, thấm, thổi, vắt ly tâm Lực liên kết không đáng kể nên khi sấy có thể tách kết ẩm loại này

2.3, Sấy vật ẩm nông sản

Những năm gần đây nông nghiệp nước ta đạt được nhiều thành tựu to lớn Ngoài nhu cầu trong nước chúng ta đã bắt đầu tổ chức xuất khẩu nông sản và chế phẩm của nó Sấy là quá trình quan trọng tron g công nghệ thu hoạch, chế biến và bảo

quản nông sản Trong chương này ta phân loại các dạng nông sản như là đối tượng của quá trình sấy, tính chất hóa lý cơ bản và đại cương về công nghệ sấy các dạng nông sản đó.

1, Phân loại

Có thể chia nông sản Việt Nam ra mấy dạng như sau:

- Dạng hạt: lúa, ngô, các loại đậu, lạc, cà phê,

- Dạng củ: khoai lang, sắn, khoai tây, Khi sấy các nông sản loại này thường tiến hành dưới dạng lát hoặc sợi

- Dạng quả: chuối, mơ, mận, Khi sấy loại này ta vẫn để nguyên cả quả hoặc chỉ bóc vỏ như chuối

- Dạng rau, lá: su hào, chè, thuốc lá, Sấy các nông sản này thường để nguyên dạng (thuốc lá) hoặc băm nhỏ (bắp cải)

- Dạng tinh bột hay nhũ tương hoặc pure Đây là những chế phẩm từ nông sản Sấycác sản phẩm loại này thường dùng các loại sấy phun hoặc sấy tầng sôi

2, Tính chất hóa học của một số nông sản

Chế độ sấy ảnh hưởng rất lớn đén chất lượng sản phẩm vì sấy là một quá trình trao đổi nhiệt – chất phức tạp, làm thay đổi không những cấu trúc vật lý mà còn cả thành phần hóa học

3, Các tính chất vật lý – nhiệt của nông sản

b, Các tính chất nhiệt vật lý của nông sản

Trong các tính chất nhiệt vật lý của nông sản thường dùng khi tính toán nhiệt quátrình sấy là nhiệt dung riêng và hệ số dẫn nhiệt

Nhiệt dung riêng của nông sản cũng như của vật liệu ẩm nói chung tính theo công thức:

Cv = C k¿ ¿ hoặc Cv = Ck + C a100−C k 

Ở đây:

Ck - nhiệt dung riêng của vật liệu khô;

Ca - nhiệt dung riêng ẩm;

 - độ ẩm của vật liệu;

Hệ số dẫn nhiệt v chủ yếu phụ thuộc vào chính bản chất và cấu trúc của hạt, mật

độ khối hạt, nhiệt độ và độ ẩm của vật liệu Do đó hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ẩm

có dạng:

v = f (t, , p)

III, TÁC NHÂN SẤY

3.1, Khái niệm về tác nhân sấy

Tác nhân sấy là chất cấp nhiệt cho vật để bay hơi ẩm, đồng thời tải ẩm đó ra khỏiphòng sấy 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 gianhiệt cho sản phẩm sấy Ở một số quá trình sấy như sấy bức xạ, tác nhân sấy còn

có nhiệm vụ bảo vệ sản phẩm khỏi quá nhiệt Vì vậy ta phải nghiên cứu các loại tác nhân sấy, tìm ra các thông số đặc trưng nhằm sử dụng chúng một cách có hiệu quá nhất trong các quá trình sấy Sau đây ta sẽ nghiên cứu hai loại tác nhân sấy dùng là không khí và khói

3.2, Không khí ẩm

Không khí là loại tác nhân sấy có sẵn trong tự nhiên, không gây độc hại và khônglàm bẩn sản phẩm sấy Không khí vừa là hỗn hợp của nhiều chất khí khác nhau Thành phần của không khí bao gồm các chất chủ yếu là Nitơ, ôxy, hơi nước, ngoài

ra còn chứa các chất khí khác như CO2 các khí trơ H2, O3 Không khí là một khí thực, nhưng trong thực tế không khí sử dụng để sấy thường ở áp suất thấp Vì vậy khi sử dụng có thể coi không khí là khí lí tưởng, mặc dù trong không khí ẩm có chứa hơi nước nhưng phân áp suất hơi nước trong không khí không lớn (15 – 20 mmHg) Trong các điều kiện như trên coi không khí là khí lí tưởng thì sai số gặp phải là chấp nhận được (nhỏ hơn 3%)

Các thông số đặc trưng của không khí ẩm

- Độ ẩm tuyệt đối

- Độ ẩm tương đối

- Độ chứa ẩm của không khí ẩm

- Nhiệt dung riêng của không khí ẩm

- Entapi của không khí ẩm

- Nhiệt độ đọng sương

- Đồ thị I – d

+, Xây dựng đồ thị

Đồ thị thành lập ở áp suất khí quyển 745mmHg Hai trục chính của đồ thị là trục tung (biểu diễn nhiệt lượng riêng I), trục hoành (biểu diễn hàm ẩm d) Hai trục tạo với nhau một góa 135 Trên đồ thị còn có các đường đẳng nhiệt (t = const), đường

ẩm tương đối không đổi ( = const) và đường áp suất hơi nước riêng phần

+, Sử dụng đồ thị

Xác định trạng thái không khí ẩm

Trạng thái không khí ẩm được đặc trưng bằng giao điểm của bốn đường trên đồ thị: đường đẳng I, đẳng d, đẳng t, đẳng 

Muốn xác định trạng thái không khí ẩm chỉ cần biết hai trong bốn thông số trên

là đủ Ví dụ: nhiệt độ không khí t = 60C, hàm ẩm 0,01kg/kgKK, giao điểm của 2 đường chính là điểm A cần tìm, từ đó ta xác định thông số I,  (hình trên)

3.3, Khói lò

Khi dùng khói lò làm tác nhân sấy chúng ta xem khói lò như một dạng không khí

ẩm tương đương nào đó và cũng dùng đồ thị I – d của không khí ẩm để tính toán

Vì vậy, vấn đề đặt ra là phải tìm cách tính entanpi, lượng chứa ẩm d của khói

- Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu

Trên cơ sở phản ứng cháy, ta có thể xác định được lượng không khí lý thuyết cầnthiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu Với nhiên liệu lỏng và lượng rắn khôngkhí lý thuyết Lo (kg/kgnl) tính theo thành phần công tác của nhiên liệu bằng:

Lo = 0,115C + 0,345H – 0,043(O – S)Đối với nhiên liệu khí thì:

- Lượng không khí thực tế để đôt cháy 1 kg nhiên liệu

Thực tế để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu chúng ta cần một lượng không khí

L (kg/kgnl) nhiều hơn Lo và bằng:

L = .Lo

- Khối lượng khói lò khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu

Dựa vào phương trình cân bằng vật chất ta dễ dàng thu được công thức xác định lượng khói khô:

Lkh.k = 1 + .Lo - A +9 H +W '

100

- Khối lượng ẩm chứa trong sản phẩm cháy

Từ phương trình cân bằng ẩm cho khói thu được khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu ta

có thể xác định lượng ẩm Ga (kg/kgnl) chứa trong sản phẩm cháy:

ở áp suất khí quyển)

IV, PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ

4.1 Phương pháp

- Phương pháp sấy đối lưu: trong phương pháp này việc cấp nhiệt cho vật ẩm

thực hiện bằng cách trao đổi nhiệt đối lưu (tự nhiên hay cưỡng bức) trường hợp này mỗi chất sấy làm nhiệm vụ cấp nhiệt

- Phương pháp sấy bức xạ: ở phương pháp này gia nhiệt cho vật ẩm thực hiện

bằng trao đổi bức xạ nhiệt Người ta dùng đèn hồng ngoại hay các bề mặt rắn cĩ nhiệt độ cao hơn để bức xạ nhiệt tới vật ẩm Trường hợp này mơi chất sấy khơng phải làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật ẩm

- Phương pháp sấy tiếp xúc: trong phương pháp sấy này việc cấp nhiệt cho vật

liệu sấy thực hiện bằng dẫn nhiệt do vật sấy tiếp xúc với bề mặt cĩ nhiệt độ cao hơn

- Phương pháp sấy dùng điện trường cao tầng: trong phương pháp này người ta

để vật ẩm trong điện trường tần số cao Vật ẩm sẽ được nĩng lên Trường hợp này mơi chất sấy khơng làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật

4.2, Thiết bị

4.2.1, Máy sấy đối lưu

4.2.1.1, 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

4.2.1.2, Hầm sấy ( sấy đường hầm):

đi ngược chiều với chuyển động của vật liệu

d c

d c

- Tác nhân sấy là không khí thì được đốt nóng ở caloriphe 6 rồi vào phòng sấycùng chiều với chiều chuyển động của vật liệu sấy Nếu muốn sấy ngược chiềuthì 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 dàihơn nữa vì như vậy sức cản thuỷ lực của hệ thống sẽ tăng lên nhiều, không khínóng sẽ phân tầng

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

- Để tăng nhanh qúa trình sấy người ta cho tuần hoàn tác nhân sấy Như vậy sẽtăng được tốc độ sấy, độ ẩm của tác nhân sấy Đồng thời tăng tốc độ sấy và độđồng 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 vàvật 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

4.2.2, Máy sấy thùng quay

Cấu tạo:

Gồmthùng 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