quá trình thiết bị phần sấy

1. CHƯƠNG 5: KỸ THUẬT SẤY THỰC PHẨM
Các thông số cơ bản của không khí ẩm5.2
Tĩnh học quá trình sấy5.3
Khái niệm chung5.1
Động học quá trình sấy5.4
Thiết bị sấy5.5

2. 5.1 Khái niệm chung
Sấy: là quá trình tách nước (ẩm) ra khỏi vật
liệu bằng nhiệt.
- Bức xạ
- Dẫn nhiệt
- Đối lưu nhiệt
- Năng lượng điện trường cao tần
Mục đích: giảm khối lượng của vật liệu,
tăng độ bền và tăng thời gian bảo quản
Quá trình sấy diễn ra gồm quá trình trao đổi
nhiệt và quá trình trao đổi chất.
Bản chất quá trình sấy là quá trình khuếch
tán

3. Sấy tự nhiên
Sấy nhân tạo
Các phương pháp làm khô vật liệu:
- Phương pháp cơ học
- Phương pháp hoá học (hoá lý)
- Phương pháp nhiệt

4. Các đối tượng khảo sát trong quá trình sấy
Tác nhân sấy (không khí ẩm)
Vật liệu sấy (nguyên liệu, sản phẩm)

5. Quá trình sấy:
Tĩnh lực học: xác định thông số đầu vào, ra
của tác nhân sấy, vật liệu sấy dựa trên PT cân
bằng vật chất-năng lượng, từ đó xác định
được lượng vật liệu, tác nhân sấy và lượng
nhiệt cho quá trình sấy.
Động lực học: khảo sát biến thiên độ ẩm vật
liệu theo thời gian, tính chất, cấu trúc vật liệu,
điều kiện thủy động lực học tác nhân sấy… từ
đó xác định tốc độ sây, thời gian sấy thích hợp

7. 5.2 Các thông số cơ bản của không khí ẩm
Không khí ẩm: hỗn hợp của hơi nước và
không khí
- Nhiệt độ bầu khô (tk)
- Nhiệt độ bầu ướt (tư)
- Nhiệt độ điểm sương (ts)
- Độ chứa hơi (d hoặc y, kgẩm/kgkkk)
- Độ ẩm tương đối của không khí φ=pA/PA
0≤φ ≤ 100% hoặc 0≤φ ≤ 1

8. 5.2 Các thông số cơ bản của không khí ẩm
Hàm nhiệt (enthalpy): H (kcal/kgkkk,
kj/kgkkk)
P: áp suất riêng phần hơi nước trong
không khí ẩm (at, mmHg)

9. Đồ thị không khí ẩm (Mollier, Ramzin)

10. Ví dụ 1:
1. Xác định elthalpy và hàm ẩm, P, tư, ts không khí ở 60oC và
φ =0,3.
2. Tìm hàm ẩm, φ, P, tư, ts biết không khí ở 50oC và H
=150kj/kgkkk.

11. 5.3. Tĩnh học quá trình sấy
Nguyên lý hoạt động:

12. 5.3.1 Cân bằng vật chất
Đặt:
x: độ ẩm vật liệu trên căn bản vật liệu ướt [kgẩm/ kgvlư]
X: độ ẩm vật liệu trên căn bản vật liệu khô [kgẩm/ kgvlk]
LK: lượng vật liệu khô tuyệt đối, kg hay kg/s
L1, L2: lượng vật liệu trước và sau khi sấy, kg, kg/s
x1, x2: độ ẩm vật liệu trước và sau khi sấy (theo VL ướt)
x =
𝐿1−𝐿 𝐾
𝐿1
.100 (%ẩm/kgvlư ; X =
𝐿1−𝐿 𝐾
𝐿 𝐾
.100 (kgẩm/kgvlk
LK=L1(1-x1) = L2(1-x2) (5.3)
L1 = L2(1-x2)/(1-x1) hoặc L2 = L1(1-x1)/(1-x2) (5.4)
Lượng ẩm tách ra: W = L1 - L2 (5.6)

13. 5.3.1 Cân bằng vật chất
Lượngkhôngkhíkhôcầnthiết:
G =
𝑊
𝑑2−𝑑1
[kg, kg/s]
Lượngkhôngkhíkhôriêng(lượng KK cầnđểbốchơi1kg ẩm:
g =
𝐺
𝑊
=
1
𝑑2−𝑑1
=
1
𝑑2−𝑑0
[kgkkk/kgẩm]
d0=d1 : độ ẩm tác nhân trước và sau khi đun nóng (do đun
nóng không tách ẩm cũng như không ngưng tụ.
d2 : độ ẩm tác nhân ra (mang ẩm từ vật liệu ra ngoài)
G:Lượng không khí khô tuyệt đối quá TB sấy:
Gd2 = Gd1 + W

14. 5.3.2 Cân bằng năng lượng
Định luật bảo toàn năng lượng:
∑năng lượng vào = ∑ năng lượng ra

15. 5.3.2 Cân bằng năng lượng

16. 5.3.2 Cân bằng năng lượng
Q: tổng nhiệt cung cấp cho thiết bị sấy
Nhiệt lượng cung cấp riêng (lượng nhiệt cần để tách 1kg
ẩm cho máy sấy), ta chia (5.12) cho W:

17. 5.3.2 Cân bằng năng lượng
Lượng nhiệt tiêu tốn chung:
Ta có:
Nhiệt tiêu hao riêng cho calorife:
∆: lượng nhiệt bổ sung thực tế = nhiệt bổ sung chung –
nhiệt tổn thất chung

18. Sấy lý thuyết và sấy thực tế:
Sấy lý thuyết:
Khi ∆ = 0 hay là = nên ta có:
Cân bằng nhiệt cho bộ phận đốt nóng (calorife): không khí
tăng nhiệt độ t0->t1, H0->H1, lưu lượng không khí là g:
qs=g(H1-H0)
So sánh (5.17) và (5.18) ta được:
H2=H1

19. Sấy lý thuyết và sấy thực tế:
B
C
Đồ thị biểu diễn sấy lý thuyết
AB: giai đoạn đốt nóng KK
BC: sấy lý thuyết

20. Sấy lý thuyết và sấy thực tế:
Sấy lý thuyết: khi ∆ ≠ 0 nên H2 ≠ H1

21. Sấy lý thuyết và sấy thực tế:
Sấy lý thuyết: khi ∆ ≠ 0 nên H2 ≠ H1
ABC2: sấy thực tế
ABC1: sấy thực tế

22. Ví dụ 2:
1. Xác định các thông số còn lại của không khí ở trạng thái
A(24oC, φ =0,7) được đốt nóng trong calorife lên B(90oC).
A(24oC, φ =0,7, d=0,13kg/kgkkk, H=54kgj/kgkkk)
B(90oC, H=126kj/kgkkk
2. Xác định các thông số tại các điểm A, B, C, suất lượng
dòng không khí khô và công suất nhiệt một thiết bị sấy lý
thuyết bốc hơi 100kgẩm/h từ vật liệu sấy nếu không khí ban
đầu A (t0=15oC, φo=0,8) được đốt nóng lên trạng thái B trong
calorife và được đưa vào buồng sấy. Trạng thái cuối không
khí ra khỏi buồng sấy là C(t2=44oC, φo= 0,5)

23. Ví dụ 2:
Hướng dẫn:
A(t0=15oC, φo =0,8, d0=0,009kg/kgkkk, H0=40kj/kgkkk)
B(t1= oC, H1=H2=121kj/kgkkk, d1=do
C(t2=44oC, φ2 =0,5, d2=0,03kg/kgkkk, H0=121kj/kgkkk)
g=
1
𝑑2−𝑑0
=
1
0,03−0,009
= 47,6 𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘/𝑘𝑔ẩ𝑚bốchơi
Nhiệtlượngtiêutốnriêng:
qs=
𝐻2−𝐻0
𝑑2−𝑑0
=
121−40
0,03−0,009
= 3880 𝑘𝑔𝑗/𝑘𝑔ẩ𝑚
Suấtlượngdòngkhôngkhíkhô:
G= 𝑊. 𝑔 = 47,6.100 = 4760 𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘/h
Côngsuấtnhiệt:
Q= 𝑊. 𝑞𝑠 = 100.3880 = 388000
𝑘𝑗
ℎ
= 108𝑘𝑊

24. 5.3.3 Các phương thức sấy
5.3.3.1. Sấy có bổ sung nhiệt trong phòng sấy
Lượng nhiệt cần thiết cho toàn bộ quá trình sấy được cung
cấp ở bộ phận đốt nóng và nhiệt bổ sung ngay trong phòng
sấy. Ta bỏ qua lượng nhiệt (Σq - ctvlđ) thì toàn bộ lượng nhiệt
cung cấp cho quá trình sấy (q=qs+qb) là một đại lượng không
đổi. Ta có những trường hợp sau:
- Đường AB1C biểu diễn quá trình sấy không có bổ sung
nhiệt → q = qs (vì qb = 0)
- Đường AB2C biểu diễn quá trình sấy có bổ sung nhiệt.
Lượng nhiệt ở bộ phận đốt nóng làm cho enthalpy của không
khí tăng từ H0 → HB2, lượng nhiệt bổ sung trong phòng sấy
làm cho enthalpy của dòng khí tăng từ HB2 →H.

25. 5.3.3 Các phương thức sấy
- Đường AB3C biểu diễn quá trình sấy có bổ sung nhiệt,
trong đó nhiệt độ không khí được giữ không đổi trong suốt
quá trình sấy và bằng tc
- Đường AC biểu diễn quá trình sấy không có bộ phận đốt
nóng, toàn bộ lượng nhiệt cần thiết q được cung cấp ngay
trong phòng sấy, nhiệt độ không khí thấp nhất.
Ứng dụng: thích hợp sấy những vật liệu không chịu được
nhiệt độ cao.

26. 5.3.3 Các phương thức sấy

27. 5.3.3 Các phương thức sấy
5.3.3.2. Sấy có đốt nóng giữa chừng

28. 5.3.3 Các phương thức sấy
Đặc điểm: nhiệt độ phòng sấy không giảm nhanh, chế
độ sấy điều hòa hơn, thích hợp sấy những vật liệu
không chịu được nhiệt độ cao.

29. 5.3.3 Các phương thức sấy
5.3.3.3. Sấy có tuần hoàn khí thải

30. 5.3.3 Các phương thức sấy
Không khí ra khỏi phòng sấy có trạng thái biểu diễn bởi
điểm C(H2, t2, d2, φ2), thải đi một phần, còn một phần quay
trở lại trộn lẫn với không khí ban đầu biểu diễn bởi điểm
A(H0, t0, d0, φ0) tạo thành hỗn hợp mới tại M(HM, tM, dM, φM).
Hỗn hợp tại M được gia nhiệt lên điểm B1 rồi đi vào phòng
sấy
AMB1C biểu diễn quá trình sấy có tuần hoàn khí thải với
nhiệt độ tối đa của không khí là tB1 thấp hơn nhiệt độ của
không khí khi sấy đốt nóng một lần ban đầu
Ưu điểm: nhiệt độ của tác nhân sấy thấp hơn nhiều so với
không tuần hoàn, độ ẩm trung bình của tác nhân lớn hơn so
với không tuần hoàn, thích hợp sấy những vật liệu dễ bị biến
dạng trong quá trình sấy ở nhiệt độ cao, hàm ẩm thấp (như
đồ gốm, sành, sứ,…)

31. 5.3.3 Các phương thức sấy
Hòa trộn 1 kg không khí khô ban đầu trộn lẫn với n kg không
khí tuần hoàn:
A
M
C
H0
HM
H2
d0 dM
d2
dM=
𝑑0+𝑛𝑑2
1+𝑛
ℎ𝑎𝑦 𝑛 =
𝑑 𝑚−𝑑0
𝑑2
−𝑑𝑀
HM =
𝐻0
+𝑛𝐻2
1+𝑛
Lượng khôngkhíđivàomáysấy:
Gn=
𝑊
𝑑2−𝑑𝑀
hay Gn=G(1+n)
Trongđó: G=W/(d2-d0)
Nhiệt tiêu tốn ở calorife: Qs = Ln (H1-HM)

32. 5.3.3 Các phương thức sấy
5.3.3.4. Sấy bằng khói lò
- Sấy khói lò thường được sử dụng khi vật liệu sấy
cho phép sấy ở nhiệt độ cao và không yêu cầu phải
giữ vệ sinh.
- Khói lò sử dụng làm tác nhân sấy thường chứa 1
lượng tro bụi nhất định nên phải được làm sạch trước
khi vào phòng sấy.
- Nhiệt độ của khói lò thường rất cao, vượt quá nhiệt
độ cho phép của vật liệu sấy nên phải trộn lẫn khói lò
với không khí lạnh để điều chỉnh nhiệt độ khói lò.
- Sấy bằng khói lò có ưu điểm tiết kiệm nhiên liệu,
giảm chi phí thiết bị do không dung thiết bị đun nóng
gián tiếp ở calorife như khi sấy bằng không khí nóng.

33. 5.4 Động học quá trình sấy
5.4.1 Các giai đoạn của quá trình sấy
- Tốc độsấy:
làlượngẩmthoátratrênmộtđơnvịdiệntíchbềmặtvậtliệ
usấytrongmộtđơnvịthờigian, kýhiệuN:
N=
𝒅𝑾
𝑺𝒅𝒕
, kgẩm/m2.h
- Nước trong vật liệu: tồn tại 2 dạng, dạng ẩm tự do
và ẩm liên kết. Quá trình sấy chỉ tác được ẩm tự do
và một phần ẩm liên kết.

34. N
W
W0Wđ
T-T
A
B
Đ-T
Nđt
G-T
C
D
WthWcuốiWc
- AB: gia nhiệt vật liệu lên tư
- BC: sấy đẳng tốc, nhiệt độ vật liệu ổn định
- CD: sấy giảm tốc, nhiệt độ vật liệu tăng dần lên tk

35. N
W
W0Wđ
T-T
A
B
Đ-T
Nđt
G-T
C
D
WthWcuốiWc
W
t
W0
Wc
a. Đường cong sấy b. Đường cong tốc độ sấy
5.4.2 Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy

36. 5.5 Thiết bị sấy
Các nhóm trình bày những vấn đề sau:
1. Cấu tạo
2. Nguyên lý hoạt động
3. Ưu nhược điểm
3. Ứng dụng trong CNTP, cho ví dụ cụ thể

37. 5.5 Thiết bị sấy
5.5.1 Hầm sấy

40. 5.5 Thiết bị sấy

41. 5.5 Thiết bị sấy
5.5.2 Sấy băng tải

42. 5.5 Thiết bị sấy

43. 5.5 Thiết bị sấy

44. 5.5 Thiết bị sấy
5.5.3 Sấy khí thổi

45. 5.5 Thiết bị sấy
5.5.4 Sấy tầng sôi

46. 5.5 Thiết bị sấy

47. 5.5 Thiết bị sấy
5.5.6 Sấy thùng quay

48. 5.5 Thiết bị sấy

49. 5.5 Thiết bị sấy

50. 5.5 Thiết bị sấy

51. Cánh đảo máy sấy thùng quay

52. 5.5 Thiết bị sấy
5.5.6 Sấy phun

53. 5.5 Thiết bị sấy

54. 5.5 Thiết bị sấy

55. 5.5 Thiết bị sấy