Chng 1 DI TNG SY

1.2 Các dạng liên kết trong vật liệu ẩm Các liên kết giữa ẩm với vật khô có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sấy.. Nếu lượng ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấy

Dựa theo tính chất lý học, người ta có thể chia vật ẩm ra thành ba loại: Vật liệu keo: là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy bị co ngót khá nhiều, nhưng vẫn giữ được tính dẻo Ví dụ: gelatin, các sản phẩm từ bột nhào, tinh bột

Vật liệu xốp mao dẫn: nước hoặc ẩm ở dạng liên kết cơ học do áp lực mao quản hay còn gọi là lực mao dẫn Vật liệu này thường dòn hầu như không co lại

và dễ dàng làm nhỏ (vỡ vụn) sau khi làm khô Ví dụ: đường tinh thể, muối ăn v.v

Vật liệu keo xốp mao dẫn: bao gồm tính chất của hai nhóm trên Về cấu trúc các vật này thuộc xốp mao dẫn, nhưng về bản chất là các vật keo, có nghĩa

là thành mao dẫn của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao dẫn của chúng trương lên, khi sấy khô thì co lại Loại vật liệu này chiếm phần lớn các vật liệu sấy Ví dụ: ngũ cốc, các hạt họ đậu, bánh mì, rau, quả v.v

1.2 Các dạng liên kết trong vật liệu ẩm

Các liên kết giữa ẩm với vật khô có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sấy

Nó sẽ chi phối diễn biến của quá trình sấy Vật ẩm thường là tập hợp của ba pha: rắn, lỏng và khí (hơi) Các vật rắn đem đi sấy thường là các vật xốp mao dẫn hoặc keo xốp mao dẫn Trong các mao dẫn có chứa ẩm lỏng cũng với hỗn hợp hơi khí có thể tích rất lớn (thể tích xốp) nhưng tỷ lệ khối lượng của nó so với phần rắn và phần ẩm lỏng có thể bỏ qua Do vậy trong kỹ thuật sấy thường coi vật thể chỉ gồm phần rắn khô và chất lỏng

Có nhiều cách phân loại các dạng liên kết ẩm Trong đó phổ biến nhất là cách phân loại theo bản chất hình thành liên kết của P.H Robinde (Hoàng Văn Chước, 1999) Theo cách này, tất cả các dạng lên kết ẩm được chia thành ba nhóm chính: liên kết hoá học, liên kết hoá lý và liên kết cơ lý

1.2.1 Liên kết hoá học

Liên kết hoá học giữa ẩm và vật khô rất bền vững trong đó, các phân tử nước đã trở thành một bộ phận trong thành phần hoá học của phân tử vật ẩm Loại ẩm này chỉ có thể tách ra khi có phản ứng hoá học và thường phải nung nóng đến nhiệt độ cao Sau khi tách ẩm tính chất hoá lý của vật thay đổi Ẩm

2

này có thể tồn tại ở dạng liên kết phân tử như trong muối hydrat MgCl2.6H2O hoặc ở dạng liên kết ion như Ca(OH)2 Trong quá trình sấy không đặt vấn đề tách ẩm ở dạng liên kết hoá học

Liên kết thẩm thấu là sự liên kết hoá lý giữa nước và vật rắn khi có sự chênh lệch nồng độ các chất hoà tan ở trong và ngoài tế bào Khi nước ở bề mặt vật thể bay hơi thì nồng độ của dung dịch ở đó tăng lên và nước ở sâu bên trong

sẽ thấm ra ngoài Ngược lại, khi ta đặt vật thể vào trong nước thì nước sẽ thấm vào trong

1.2.3 Liên kết cơ lý

Đây là dạng liên kết giữa ẩm và vật liệu được tạo thành do sức căng bề mặt của ẩm 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 ẩm và vật liệu hình thành trong quá trình hình thành vật Ví dụ: nước ở trong các tế bào động vật, do vật đông đặc khi nó có chứa sẵn nước Để tách ẩm trong trường hợp liên kết cấu trúc ta có thể làm cho ẩm bay hơi, nén ép vật hoặc phá vỡ cấu trúc vật Sau khi tách ẩm, vật

bị biến dạng nhiều, có thể thay đổi tính chất và thậm chí thay đổi cả trạng thái pha

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, 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 mặt mao quản và theo các mao quản xâm nhập vào trong vật thể

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

1.3 Các đặc trƣng trạng thái của vật liệu ẩm

Những vật đem đi sấy thường chứa một lượng ẩm nhất định Trong quá

3

trình sấy ẩm, chất lỏng bay hơi, độ ẩm của nó giảm đi Trạng thái của vật liệu

ẩm được xác định bởi độ ẩm và nhiệt độ của nó

Trong đó: m: khối lượng nguyên liệu [g]; m=mo+mn

mo: khối lượng chất khô tuyệt đối [g]

mn: khối lượng ẩm (nước) [g]

X: độ ẩm tuyệt đối (%)

Trước khi sấy khối lượng của nguyên liệu ẩm là m1 và độ ẩm tương đối là W1, sau khi sấy là m2 và W2 Biết rằng trong khi sấy khối lượng chất khô mo không thay đổi nên ta có: mo = m1(1-W1) = m2(1-W2)

4

Quan hệ giữa khối lượng và độ ẩm tương đối của vật liệu trước và sau khi sấy:

2 1 1

21

1

w

w m

m





Trong đó: m1, m2: khối lượng của vật liệu trước và sau khi sấy

W1, W2: độ ẩm tương đối của vật liệu trước và sau khi sấy

1.3.2 Tác nhân sấy

Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên lượng ẩm tách ra từ vật 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 được 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 để hoá hơi ẩm lỏng, đồng thời phải tải ẩm đã thoát ra khỏi vật ra khỏi buồng sấy Người ta sử dụng 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 v.v Trong đa số quá trình sấy, tác nhân sấy còn làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật liệu sấy, vừa làm nhiệm vụ tải ẩm Ở một số quá trình như sấy bức xạ, tác nhân sấy còn có nhiệm vụ bảo vệ sản phẩm sấy khỏi bị quá nhiệt Sau đây, chúng ta sẽ nghiên cứu hai loại tác nhân sấy thông dụng là không khí và khói

1.3.2.1 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 Thành phần của không khí bao gồm các chất, chủ yếu là N2, O2, hơi nước, ngoài ra còn có 1 số chất khí khác như: CO2, khí trơ, H2, O3 Không khí

là một khí thực, nhưng thực tế không khí sử dụng để sấy thường ở áp suất thấp (áp suất khí quyển) và nhiệt độ không cao (từ hàng chục độ đến dưới vài trăm độ) Vì vậy, khi sử dụng có thể coi không khí là khí lý tưởng, mặc dù trong không khí có chứa hơi nước, nhưng áp suất riêng phần của nó không lớn Trong các điều kiện như trên, khi coi không khí là khí lý tưởng thì sai số gặp phải là chấp nhận được (<3%)

Không khí có chứa hơi nước là không khí ẩm Khi nghiên cứu không khí

ẩm, người ta coi nó là hỗn hợp khí lý tưởng của 2 thành phần: không khí khô và hơi nước Ở đây không khí khô được coi như là thành phần cố định như 1 chất khí lý tưởng (M =29 và số nguyên tử khí trong phân tử là 2) Thành phần thứ 2: hơi nước là thành phần luôn thay đổi trong không khí ẩm Các thông số cơ bản của không khí ẩm như sau:

5

1 Độ ẩm tuyệt đối: là lượng hơi nước có trong 1m3 không khí ẩm , ký hiệu

h (kg/m3 không khí ẩm)

3/,kg m V

1

m kg T R

P

h h

h  

Trong đó :

vh - thể tích riêng của hơi nước chưa bão hoà, (m3/kg)

Rh - hằng số chất khí của hơi nước, (J/kg.K)

ph - áp suất riêng hơi nước, (N/ m3)

T - nhiệt độ không khí ẩm, (K)

2 Độ ẩm tương đối : là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối của không khí với độ

ẩm tuyệt đối lớn nhất h-max, ứng với nhiệt độ nào đó của không khí ẩm

% 100

* max

*

b

h P

P



Trong đó: Pb: áp suất hơi bảo hòa, (N/ m3)

Độ ẩm tương đối là thông số quan trọng của không khí ẩm, nó là đại lượng đặc trưng khả năng hút ẩm của không khí Giá trị tuyệt đối của độ ẩm tương đối càng nhỏ thì điều kiện cân bằng càng khác nhau, khả năng sấy của không khí càng lớn

3 Độ chứa hơi d: là tỷ số giữa khối lượng hơi nước (mh) và khối lượng không khí khô (mk)

k.k.khô) g/kg

( , 622

, 0

h h

k k h h

k

h

p p p T

R

V p

T R

V p m

m d

V v

k h

/ , 3





6

Khối lượng riêng không khí ẩm:

3 / ,kg m V

m





5 Entanpi (I) của không khí ẩm

Entanpi của k.khí ẩm (nhiệt lượng riêng của không khí ẩm) là tổng entanpi của không khí khô và entanpi của hơi nước ở trong hỗn hợp k.khí ẩm

Entanpi của k.khí ẩm trong đó có chứa 1kg k.khí khô và có độ chứa ẩm d là: I = ik + d.ih

- Nguyên lý hệ thống sấy bằng khói lò

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy bằng khói lò

Ƣu điểm sấy bằng khói lò:

Có thể điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy trong một khoảng rất rộng; có thể sấy ở nhiệt độ rất cao 900-1.000o

C và ở nhiệt độ thấp 70-90oC hoặc thậm chí

40-50oC

Cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo, 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 thiết bị

Nhƣợc điểm:

- Gây bụi bẩn cho sản phẩm và thiết bị

- Có thể gây hoả hoạn hoặc xảy ra các phản ứng hoá học không cần thiết

7

ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm

Trong công nghiệp thực phẩm khói lò thường ít được sử dụng Trong một

số trường hợp người ta có thể dùng để sấy một số hạt nông sản Ngoài ra người

ta còn có thể sử dụng khí tự nhiên làm chất đốt, vì khói tạo thành tương đối sạch, tuy nhiên do thành phần khói vẫn có hàm lượng ẩm và khí oxit nitơ cao (dễ gây ung thư), nên cần phải tiếp tục được làm sạch trước khi sử dụng để sấy thực phẩm

1.4 Quan hệ giữa vật liệu ẩm và không khí xung quanh

1.4.1 Độ ẩm cân bằng

Nếu ta có một vật ẩm đặt trong môi trường không khí ẩm sẽ xảy ra sự trao đổi nhiệt, ẩm giữa vật ẩm và môi trường không khí Quá trình trao đổi nhiệt phụ thuộc vào sự chênh lệch nhiệt độ giữa không khí và vật, còn quá trình trình trao đổi ẩm phụ thuộc vào chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước trên bề mặt vật

và của hơi nước trong không khí ẩm Nếu áp suất riêng phần trên bề mặt vật ẩm lớn hơn áp suất riêng phần trong không khí sẽ xảy ra quá trình bay hơi từ vật ẩm,

độ ẩm của vật giảm đi (vật liệu khô hơn) Nếu ngược lại, áp suất riêng phần trên

bề mặt vật ẩm nhỏ hơn ấp suất riêng phần trong không khí thì vật liệu ẩm sẽ hấp thụ ẩm, độ ẩm tăng lên

Trong cả hai trường hợp áp suất riêng phần của hơi nước trên bề mặt vật

ẩm sẽ tiến dần tới trị số áp của riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm Khi hai trị số áp suất riêng phần này bằng nhau thì vật và môi trường ở trạng thái cân bằng ẩm Lúc này vật không hút ẩm cũng không thải ẩm Độ ẩm của vật lúc này gọi là độ ẩm cân bằng Wcb Độ ẩm cân bằng phụ thuộc vào áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí, tức là phụ thuộc vào độ ẩm tương đối của không khí  Quan hệ hàm số: Wcb=f() có thể được xác định bằng thực nghiệm và được gọi là đường đẳng nhiệt Đối với quá trình hút ẩm từ môi trường, đường cong Wcb=f() gọi là đường hấp thụ đẳng nhiệt Đối với quá trình bay hơi ẩm từ vật, đường cong xây dựng được là đường thải ẩm đẳng nhiệt (Hình 1.2) Ngoài

ra, độ ẩm cân bằng còn phụ thuộc vào thành phần hoá học, liên kết ẩm và mức

độ nào đó vào trạng thái của nguyên liệu thực phẩm Đa số sản phẩm thực phẩm khi nhiệt độ tăng thì Wcb giảm Thời gian truyền ẩm đến cân bằng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ, độ ẩm của không khí và vật ẩm, tốc độ của không khí, cấu trúc của vật ẩm

Độ ẩm cân bằng có ý nghĩa lớn trong việc chọn chế độ sấy thích hợp cho từng loại sản phẩm thực phẩm Người ta thường chọn độ ẩm cuối cùng của sản phẩm sấy bằng độ ẩm cân bằng của sản phẩm đó đối với giá trị trung bình cuả độ

ẩm tương đối không khí trong bảo quản

8

1.4.2 Độ ẩm tới hạn W th

Độ ẩm cân bằng của vật ẩm trong môi trường không khí có độ ẩm tương đối  = 100% gọi là độ ẩm tới hạn Wth Độ ẩm này là giới hạn của quá trình hấp thụ ẩm của vật hay là giới hạn của độ ẩm liên kết Sau đó muốn tăng độ ẩm của vật phải nhúng vật vào trong nước hoặc có nước ngưng tụ trên bề mặt vật Ẩm thâm nhập vào vật sau này gọi là ẩm tự do (Hình 1.3) Trên đường cong vận tốc sấy, Wth là điểm uốn giữa giai đoạn vận tốc sấy không đổi và giai đoạn vận tốc sấy thay đổi

Độ ẩm tới hạn được xác định bằng cách đo độ ẩm cân bằng của vật liệu với không khí bao quanh vật thể đó có độ ẩm tương đối 100 %, hoặc bằng đường cong hấp thụ đẳng nhiệt của vật thể Độ ẩm tới hạn của nguyên liệu hoặc sản phẩm càng lớn thì hút ẩm càng lớn khi bảo quản trong không khí ẩm

Hình 1.2: Đường cong hấp thụ và thải ẩm

đẳng nhiệt

Hình 1.3: Trạng thái tương tác giữa ẩm

và môi trường

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 ướt Tuy vậy, sự tăng nhiệt độ trong quá trình xảy ra không đồng đều ở phần ngoài và phần trong của vật Vùng trong vật đạt tới nhiệt

độ nhiệt kế ướt chậm hơn Đối với những vật dễ sấy thì giai đoạn làm nóng vật xảy ra rất nhanh

2.1.2 Giai đoạn tốc độ sấy không đổi

Kết thúc giai đoạn ga nhiệt, nhiệt độ vật bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt Tiếp tục 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 làm bay hơi ẩm của vật cũng không đổi, tốc độ sấy không đổi Trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi biến thiên của độ ẩm theo thời gian là tuyến tính Ẩm được thoát ra trong giai đoạn này là ẩm tự do Khi độ ẩm của vật đạt đến trị số giới hạn thì giai đoạn sấy tốc độ không đổi chấm dứt Đồng thời cũng chấm dứt giai đoạn thoát ẩm tự do chuyển sang giai đoạn sấy tốc độ giảm

2.1.3 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) Do vậy, tốc độ bay hơi ẩm trong giai đoạn này nhỏ hơn giai đoạn sấy tốc độ không đổi Quá trình sấy càng tiếp diễn, độ ẩm của vật càng giảm, tốc độ sấy cũng giảm cho đến khi độ ẩm của vật giảm đến bằng độ ẩm cân bằng ứng với điều kiện môi trường không khí ẩm trong buồng sấy thì quá trình thoát ẩm của vật ngừng lại Trong giai đoạn sấy tốc độ giảm nhiệt độ của vật sấy tăng lên lớn hơn nhiệt độ nhiệt kế ướt Nhiệt độ của các lớp bề mặt bên ngoài tăng nhanh hơn, càng sâu vào bên trong vật nhiệt độ tăng chậm do đó hình thành gradien nhiệt độ trong vật sấy Khi độ ẩm của vật đã đạt đến độ ẩm cân bằng thì lúc này giữa vật sấy và môi trường có sự cân bằng nhiệt và ẩm Ở cuối quá trình sấy do tốc độ sấy nhỏ

10

nên thời gian sấy kéo dài Trong thực tế, thường sấy đến độ ẩm cuối lớn hơn độ

ẩm cân bằng Độ ẩm cân bằng phụ thuộc vào độ ẩm tương đối và nhiệt độ không khí ẩm nên tùy theo độ ẩm tương đối và nhiệt độ không khí trong buồng sấy mà

có độ ẩm cuối của sản phẩm sấy có thể đạt đến ẽ khác nhau

Trong ba giai đoạn sấy kể trên, giai đoạn thứ nhất thường xảy ra rất nhanh

so với hai giai đoạn tiếp theo Vì vậy, trong nhiều trường hợp có thể chia quá trình sấy thành hai giai đoạn: giai đoạn sấy tốc độ không đổi và giai đoạn sấy tốc

độ giảm

2.2 Đường cong sấy và tốc độ sấy

2.2.1 Đường cong sấy

Đường cong sấy: là đường biểu diễn sự giảm ẩm của vật liệu sấy theo thời

gian Đường cong sấy là đường biểu diễn mối quan hệ giữa ẩm độ tuyệt đối X (căn bản khô) theo thời gian 

Trong giai đoạn sấy tốc độ không đổi độ ẩm và nhiệt độ có quan hệ tuyến tính với thời gian Còn trong giai đoạn gia nhiệt và giai đoạn sấy tốc độ giảm quan hệ này có dạng đường cong

2.2.2 Đường cong tốc độ sấy: là đường biểu diễn quan hệ tốc độ sấy và độ

ẩm tuyệt đối của sản phẩm Trong quá trình sấy độ ẩm của vật giảm dần nên chiều diễn biến của đường cong tốc độ sấy là từ phải sang trái.Trong giai đoạn làm nóng vật tốc độ sấy tăng nhanh sau đó giữ không đổi trong suốt giai đoạn sấy đầu cho tới khi độ ẩm giảm đến trị số độ ẩm tới hạn



1 2 3

Xt: độ ẩm của vật liệu tại thời điểm 

Xo: độ ẩm ban đầu của vật liệu

X1: độ ẩm vật liệu ứng với bắt đầu quá trình sấy đẳng tốc

Xc: độ ẩm vật liệu ứng với cuối quá trình sấy đẳng tốc

11

Hình 2.1 Đường cong tốc độ sấy Đường 1: trường hợp sấy các vật liệu mỏng có cấu trúc sợi như giấy, cactong mỏng,…

Đường 2: trường hợp sấy các vật liệu tấm như vải, da mỏng,…

Đường 3: trường hợp sấy các vật gốm

Đường 4,5.6: trường hợp sấy các vật liệu keo xốp mao dẫn có cấu trúc phức tạp như đất sét, vụn bánh mỳ, các loại hạt thực phẩm,

2.3 Cấu trúc của một hệ thống sấy

Thiết bị sấy gồm 3 cụm chính: buồng sấy, quạt và bộ phận gia nhiệt

Hình 2.2 Cấu trúc của một hệ thống sấy Khi hoạt động, quạt sẽ rút khí trời (điểm 1), thổi qua bộ gia nhiệt Không khí nhận nhiệt, trở nên nóng và khô (nhiệt độ tăng lên, độ ẩm tương đối giảm xuống) (điểm 2) Sau đó, không khí nóng được đưa qua buồng sấy, tiếp xúc với vật sấy làm vật nóng lên, nước trong vật bốc hơi, và được không khí mang khỏi buồng sấy (điểm 3)

12

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ SẤY

Thiết bị sấy là thiết bị nhằm thực hiện các quá trình làm khô các vật liệu, các chi tiết hay sản phẩm nhất định, làm cho chúng khô và đạt đến độ ẩm nhất định theo yêu cầu

Phương pháp sấy chia ra hai loại lớn là sấy tự nhiên và sấy nhân tạo Sấy tự nhiên là quá trình phơi vật liệu ngoài trời Phương pháp này sử dụng nguồn nhiên liệu bức xạ của mặt trời và ẩm bay ra được không khí mang đi Phương pháp sấy nhân tạo được thực hiện trong thiết bị sấy Có nhiều phương pháp sấy nhân tạo khác nhau, căn cứ vào phương pháp cung cấp nhiệt có thể chia ra các loại:

 Phương pháp sấy đối lưu

Nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt truyền từ tác nhân sấy đến vật liệu bằng cách truyền nhiệt đối lưu

 Phương pháp sấy thăng hoa

Phương pháp này thực hiện bằng cách làm lạnh vật đồng thời hút chân không để cho vật liệu sấy đạt đến trạng thái thăng hoa của nước Ẩm thoát ra khỏi vật liệu nhờ quá trình thăng hoa

 Phương pháp sấy tiếp xúc

Trong phương pháp này người ta cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp với bề mặt nguồn nhiệt

Sấy đối lưu là dùng không khí nóng hoặc khói lò làm tác nhân sấy có nhiệt

độ, độ ẩm, tốc độ phù hợp, chuyển động chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy Sấy đối lưu có thể thực hiện theo

mẻ (gián đoạn) hay liên tục Hình 3.1 thể hiện sơ đồ nguyên lý sấy đối lưu bằng không khí nóng Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang dòng chuyển động của sản phẩm

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống sấy đối lưu 1-quạt, 2-caloriphe, 3-buồng sấy

Một số dạng cấu tạo của buồng sấy:

- Hình 3.2 thể hiện mặt cắt ngang của buồng sấy được xây bằng gạch ngay trên nền phân xưởng, trần được lót bằng các tấm bê tông cốt thép Các ống gia nhiệt được đặt phía dưới vật sấy Tác nhân sấy đối lưu tự nhiên qua vật sấy rồi theo ống thải ra ngoài Loại buồng sấy này có năng suất thấp, sản phẩm khô không đồng đều

- Cấu tạo buồng sấy như hình 3.3 làm tăng tốc độ đồng thời phân phối đều tác nhân sấy đến mọi khay chứa vật sấy Nhờ vậy năng suất và chất lượng sản phẩm cao hơn Nhờ cửa 8 mà ta có thể tiến hành sấy không tuần hoàn, tuần hoàn một phần hoặc toàn bộ tác nhân sấy phù hợp với các giai đoạn sấy và các vật sấy khác nhau Tường buồng sấy có cấu tạo bằng khung chịu lực từ các thanh thép định hình, bên ngoài được bọc cách nhiệt Vật sấy được xếp lên các khay có đục lổ hoặc không Các khay được xếp vào khung giá cố định trong buồng sấy

Buồng sấy có cấu tạo như hình 3.4 có sản phẩm sấy với độ khô đồng đều hơn vì tác nhân sấy đi xuyên qua khay chứa vật sấy tạo ra sự tiếp xúc đồng đều của vật sấy với tác nhân sấy

Hình 3.3 BS đối lưu cưỡng bức tác nhân sấy bằng quạt hướng trục

1- tường buồng sây; 2- các cánh phân phối tác nhân sấy; 3- các khay chứa vật sấy; 4- caloriphe;

5- cửa lấy không khí mới; 6- cửa thải; 7- quạt; 8- cửa chỉnh lượng tác nhân sấy hồi lưu

14

3.1.2.2 Hầm sấy

Hầm sấy có cấu tạo khác buồng sấy là chiều dài có kích thước lớn gấp nhiều lần chiều rộng và chiều cao Hầm sấy được dùng để sấy các vật sấy kém chịu nhiệt và khó khô Vật sấy thường ở dạng rời xếp lớp như các loại hạt, củ, quả cắt lát, rau,… Các khay được xếp trên xe goong, xe treo hoặc băng tải Vật sấy cùng phương tiện vận chuyển đi vào đầu hầm và đi ra ở cuối hầm Tác nhân sấy chuyển động ngược chiều hoặc cùng chiều với vật sấy Để tác nhân sấy không tràn ra ngoài, hoặc không khí ở ngoài không bị hút vào hầm thì ở đầu và cuối hầm sấy có khoang xép để nạp và lấy từng xe một Hệ thống quạt vận chuyển tác nhân sấy và bộ phận gia nhiệt được lắp bên ngoài hoặc ngay trên nóc hầm sấy

Căn cứ vào phương tiện vận chuyển, hầm sấy gồm có ba loại: hầm sấy có

xe goong, hầm sấy xe treo, hầm sấy băng tải

a) Hầm sấy có xe goòng

Hình 3.5 thể hiện cấu tạo của hầm sấy có xe goòng Chiều dài của hầm bằng tổng chiều dài của các xe goòng xếp trong hầm, cộng với chiều dài nơi lắp cửa hút, đẩy tác nhân sấy, cộng với chiều dài khoang xép ở hai đầu (nếu có) để nạp và lấy xe ra

Hầm dài nhất có thể đến 60m Nếu hầm ngắn (ít xe) thì nạp và lấy xe ra có thể dùng sức người đẩy và kéo Khi hầm dài (có nhiều xe) thì phải có hệ thống

cơ giới như xích tải, cơ cấu thủy lực để nạp và xe goòng Xe goòng có bốn bánh lăn trên đường ray hoặc trong lòng hai thanh thép góc Sau khi sấy sản phẩm sấy, xe goòng theo đường vòng bên ngoài hầm đi quay lại phía đầu hầm Khi đã nạp đầy các khay chứa vật sấy, xe được đưa vào hầm sấy Thời gian sấy chính là thời gian chuyển động của mỗi xe goòng đi từ đầu đến cuối hầm sấy Năng suất của hầm sấy bằng năng suất của mỗi xe nhân với số xe vào hoặc ra trong mỗi giờ Nếu gọi thời gian giữa hai xe liên tiếp là một chu kỳ thì năng suất của hầm sấy bằng năng suất của một xe nhân với số chu kỳ trong mỗi giờ Căn cứ vào đặt tính của vật sấy để thiết kế các khay Chiều dài và chiều rộng của khay chọn sao cho một người bê hay hai người khuân dễ dàng Chiều cao khay phụ thuộc vào chiều dày của lớp vật sấy sao cho khô đều Kích thước xe goòng phụ thuộc vào

số khay xếp trên xe Mỗi tầng của xe goòng có thể xếp một hoặc hai khay Chiều cao xe phụ thuộc vào số tầng xếp khay nhân với khoảng cách giữa các khay, cộng với chiều cao cho bánh xe, ray,…

b) Hầm sấy có xe treo

Loại hầm sấy có xe treo được dùng để sấy các vật sấy rời xếp lớp Cấu tạo của loại hầm sấy này gồm: hầm sấy có kết cấu ngắn, rộng và cao, bên trong chia

15

thành nhiều khoang phù hợp với hệ thống xích vận chuyển các xe và chuyển động của tác nhân sấy Chiều dài của xích nằm trong buồng sấy phụ thuộc thời gian sấy, tốc độ của xích Chiều dài tổng cộng của xích bằng chiều dài phần nằm trong hầm sấy cộng với phần để tháo sản phẩm sấy và nạp mới vật sấy Mỗi xe treo có thể có một hay nhiều khay Nếu mỗi xe chỉ có một khay thì việc nạp vật sấy và tháo sản phẩm sấy dễ tự động hóa, quá trình sấy là liên tục (hình 3.6)

Hình 3.6 xích tải chuyển động ngang nhưng chồng lên nhau và lên cao dần đến độ cao tháo sản phẩm sấy, sau đó chuyển động xuống để nạp vật sấy còn

ẩm

Ngoài ra các xe treo và xích tải có thể chuyển động theo chiều thẳng đứng Trường hợp này hệ thống sấy được gọi là tháp sấy

Hình 3.5 Hầm sấy có xe goong a) Hình chiếu đứng; b) Hình chiếu bằng 1- xe goong; 2, 3- cửa hút, cửa đấy tác nhân sấy; 4- xích kéo xe goong; 5- bộ

phận dẫn động xích (động cơ và hộp giảm tốc); 6- đường ray vòng; 7- hai xe

đưa, đón xe goong

Hình 3.6 Hầm sấy có xe treo nạp và tháo liệu liên tục a- Nạp liệu (vật sấy); b- các xe treo trên xích; c- các phểu tháo sản phẩm; d- cửa xả vào thùng chứa thành phẩm

16

Hình 3.7 : khung xe treo

c) Máy sấy băng tải

Nguyên tắc cấu tạo của máy sấy băng tải gồm có hầm hoặc buồng sấy, băng tải liên tục chuyển động trong buồng Vật sấy được rải đều trên băng tải nhờ cơ cấu nạp liệu Sản phẩm liên tục được lấy ra ở cuối băng tải Tác nhân sấy chuyển động cắt ngang qua chiều chuyển động của băng tải Chiều dài và tốc độ của băng tải phụ thuộc vào thời gian sấy Chiều rộng băng (cũng là chiều rộng lớp vật sấy) chiều dày lớp vật sấy và tốc độ băng phụ thuộc năng suất của máy

Để không gây ra trở lực lớn, sản phẩm có độ khô đều thì lớp vật sấy trên băng có chiều dày từ 50 đến 250 mm Vật sấy xốp (hạt, mảnh cắt nhỏ) thì chọn thiên về

số lớn, vật sấy dạng bột nhão thì chọn về phía số bé

Hinh 3.8 thể hiện cấu tạo của máy sấy một băng tải có nhiều vùng sấy Băng tải là lưới thép được lắp trên hai xích tải, chuyển động nhờ hai cặp bánh xích và bộ truyền động từ động cơ Theo chiều dài của băng, buồng sấy được chia thành các khoang sấy Mỗi khoang có quạt và caloriphe riêng Nhờ vậy ta

có thể điều chỉnh được chế độ sấy, nâng cao được năng suất và chất lượng sản phẩm sấy

Hinh 3.9 thể hiện nguyên lý cấu tạo của máy sấy nhiều băng tải Vật sấy dạng rời được nạp vào nhánh trên cùng của băng tải nhờ bộ phận nạp liệu Bộ phận nạp liệu có nhiệm vụ rải đều vật sấy lên bề mặt băng đang chuyển động Băng tải được tạo bởi các khay lật đặt liên tiếp nhau mà hai đầu trục bản lề lắp lên hai xích tải Khi gần tới bánh xích trái thì hai thanh đỡ đầu khay bị hẫng,

Hình 3.7 Khung xe treo trên ray

a Hình chiếu đứng; b hình chiếu cạnh 1- khung xe treo; 2- ray treo; 3- bánh xe; 4- giá treo ray;

5- xà chịu lực (để lắp các giá treo ray); 6- móc treo xe

17

khay sẽ lật và đổ vật sấy xuống nhánh băng tải phía dưới Khi các khay ở nhánh dưới gần trở về gần đến bánh xích bên phải thì vật sấy lại được khay lật đổ xuống băng tải phía dưới Cứ như vậy cho đến băng tải dưới cùng

Hình 3.8 Máy sấy một băng tải

a Hình chiếu đứng; b hình chiếu cạnh 1- Xích tải; 2- bánh xích; 3- lớp vật sấy; 4- các khoang sấy; 5- quạt tuần hoàn tác nhân sấy trong mỗi khoang; 6- quạt hút khí thải; 7- cửa tuần hoàn tác nhân

sấy; 8- cửa lấy không khí mới; 9- caloriphe trong mỗi khoang

Hình 3.9 Nguyên lý cấu tạo của máy sấy nhiều băng tải 1- Caloriphe; 2- các cửa gió; 3- băng tải sản phẩm; 4- bộ phận

nạp liệu; 5- băng tải; 6- cửa thải

Hình 3.10 Các biện pháp cấp tác nhân sấy cho tháp

a Dùng kênh ở đáy tháp; b dùng ống trung tâm;

c dùng vách ngăn; d dùng chóp dạng máy nhà

+ hình 3.10c dùng cho tháp có tiết diện ngang là hình vuông hoặc chữ nhật

+ hình 3.10d gọi là tháp chóp: tiết diện của tháp cũng là hình vuông hoặc chữ nhật; các chóp được lắp thành các lớp chồng lên nhau; tác nhân sấy đi vào các chóp lớp dưới rồi đi qua lớp hạt đang di chuyển xuống, sau đó theo các chóp lớp trên thoát ra khỏi tháp Cấu tạo của chóp (hình 3.11)

Để tháo sản phẩm khỏi tháp, người ta sử dụng cơ cấu tháo sản phẩm lắp ở đáy tháp Một số cơ cấu tháo liệu dùng trong máy sấy tháp Hình 3.12 thể hiện cấu tạo của cơ cấu tháo sản phẩm liên tục điều khiển thủ công Đáy tháp được chia thành các kênh dẫn hạt đã khô nhờ các chóp có kích thước khác nhau đặt xen kẽ Khi ta rút lá van 5 thì hạt sẽ liên tục chảy một cách đều đặn

Hình 3.11 Cấu tạo của các loại chóp a- Dùng cho hạt có kích thước lớn; b- dùng cho hạt có kích thước vừa; c,

d- dùng cho hạt có kích thước bé

Hình 3.12 Cơ cấu tháo liệu tự chảy 1- Cửa tháo liệu; 2- các khoang chảy truyền; 3- các chóp; 4- tấm điều chỉnh dòng hạt; 5- van đáy tháp

19

Hình 3.13 thể hiện cơ cấu tháo hạt liên tục chạy bằng động cơ Bánh đai 12 nhận truyền động từ động cơ làm cho trục lệch tâm 11 quay tròn, thông qua tay biên 10 mà khung và các lá van liên tục lắc qua lại bên dưới các chóp 6 để hạt chảy ra liên tục và đều Các chóp 6 được lắp trên một khung có thể chỉnh cao hơn hay hạ thấp xuống được để điều chỉnh dòng chảy của hạt

Một số hệ thống sấy tháp:

Quá trình sấy diễn ra trong hệ thống sấy ở hình 3.14: dòng hạt ẩm từ bên ngoài cùng hạt khô lấy từ đáy hai tháp cũng được gàu tải 1 đổ vào thùng ủ 4 Thời gian ủ tùy thuộc vào từng loại vật liệu sấy Dung tích thùng ủ phụ thuộc vào thời gian ủ và năng suất của hai tháp sấy Tác nhân sấy được đốt nóng bằng các caloriphe để có nhiệt độ ban đầu phù hợp với các vùng sấy khác nhau từ đỉnh tháp xuống đáy tháp Tác nhân sấy của mỗi vùng do mỗi quạt đẩy vào từng khoang phân phối nằm giữa hai tháp sấy Từ khoang phân phối tác nhân đi vào các chóp (kênh gió) lớp dưới rồi chui qua lớp hạt để thực hiện quá trình sấy Sau

đó đi vào các chóp lớp trên và đi ra ngoài

Trên hình 3.15 quá trình sấy diễn ra như sau: hạt ẩm cùng với hạt khô được tác nhân sấy có nhiệt độ cao cho phép cuốn lên theo ống 8 Quá trình tiếp xúc

Hình 3.13 Cơ cấu tháo liệu liên tục 1- Bánh xe; 2- tấm chắn; 3- khung dao động; 4- các phễu; 5- giá đỡ phễu; 6- các chóp đáy tháp; 7- dòng hạt; 8- các chóp; 9- thân tháp; 10- thanh truyền;

11- trục lệch tâm; 12- bánh đai

3.1.2.4 Máy sấy thùng quay

Quá trình sấy trong máy sấy thùng quay cũng là sấy đối lưu Sấy thùng

quay được áp dụng rộng rãi để sấy các vật ẩm dạng hạt, mảnh vụn có kích thước nhỏ như đậu đỗ, cà phê, ngô hạt, muối ăn,…Máy sấy thùng quay có ưu điểm lớn như làm việc ổn định, năng suất cao, rất kinh tế Cấu tạo và hoạt động của máy

sấy thùng quay (hình 3.16)

Hình 3.15 Tháp sấy hạt tuần hoàn có

đốt nóng hạt bằng ống khí động lực

1- Ống dẫn hạt tuần hoàn; 2- cửa lấy

sản phẩm; 3- cửa không khí vào; 4- vùng

sấy và làm nguội; 5- vùng ủ; 6- quạt hút

tác nhân và hạt trong ống khí động lực;

7- quạt hút không khí đi vào cửa 3 qua

vùng 4; 8- ống khí động lực; 9- dòng hạt

ẩm; 10- tác nhân sấy có nhiệt độ cao;

11- không khí ngoài trời

- Các cánh đảo (hình 3.17), hình dạng và cách lắp chúng trong thùng phụ thuộc vào vật liệu sấy Đối với vật sấy có kích thước lớn, dễ bám dính vào thùng thì dùng cánh nâng vật liệu sấy lên cao rồi đổ xuống tạo mưa hạt (hình 3.17a) Đối với vật sấy có kích thước nhỏ hơn, dễ chảy thì dùng dạng cánh như hình 3.17b, 3.17c gọi là cánh phân phối Hình 3.17d là cánh hình quạt được dùng trong trường hợp vật liệu sấy có kích thước lớn hơn và có trọng lượng riêng lớn Hình 3.17e là cánh đảo trộn dùng cho vật sấy có kích thước nhỏ như bột

- Bộ phận bịt kín ở đầu và cuối thùng quay Nhiệm vụ: bịt kín khe hở giữa thùng quay và bộ phận đứng yên ở hai đầu thùng nhằm chống lại sự xâm nhập của không khí và không cho tác nhân sấy rò ra ngoài

- Hệ thống quạt vận chuyển tác nhân Nhiệm vụ: tạo ra dòng chảy của tác nhân sấy qua thùng sấy có lưu lượng đúng như quá trình sấy yêu cầu

- Hệ thống dẫn động quay cho thùng sấy

Hình 3.16 Máy sấy thùng quay 1- Buồng đốt tạo tác nhân sấy là khói lò; 2- bộ phận nạp liệu vào thùng sấy; 3- đệm kín miệng thùng; 4, 7- vành đai lăn; 5- bánh răng; 6- thùng sấy; 8- cửa nối với quạt hút khí thải cùng hệ thống xyclon và túi lọc; 9- cánh đảo; 10- cửa lấy sản phẩm; 11- các con lăn chặn để thùng sấy không tụt; 12, 15- con lăn đỡ; 13- động cơ; 14- hộp

giảm tốc và bánh răng dẫn động; 16- hộp đệm kín hình răng lược

Hình 3.17 Các dạng cánh đảo a- Cánh nâng, đổ; b, c- cánh phân chia; d- cánh hình quạt; e- cánh đảo trộn