Thiết kế thiết bị sấy tầng sôi

hi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) Bộ giáo dục và đào tạo TRường đại học Bách khoa hà nội Bản nhận xét đồ án tốt nghiệp Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: Lớp: Khoá: Nghành: Cán bộ hướng dẫn: Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét của người hướng dẫn: Ngày ……..tháng…….năm Người hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) Bộ giáo dục và đào tạo TRường đại học Bách khoa hà nội Bản nhận xét đồ án tốt nghiệp Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: Lớp: Khoá Nghành: Cán bộ hướng dẫn: Cán bộ duyệt thiết kế: Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét của người duyệt: Ngày tháng năm Người duyệt (Ký, ghi rõ họ và tên ) Mục lục Lời cảm ơn Phần I: Tổng quan Chương I: Công nghệ sản xuất tinh bột săn Chương II: Phân tích và lựa chọn thiết bị sấy cho công nghệ sấy tinh bột sắn Công nghệ ấy là gì ? Lý thuyết về sấy. Phân loại vật liệu sấy Cơ chế tác ẩm trong công nghệ sấy Các giai đoạn trong quá trình sấy Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ sấy Phân tích lựa chọn thiết bị sấy Sơ lược về hệ thống sấy Chọn tác nhân sấy và chất tải nhiệt Kỹ thuật sấy tầng sôi ưu nhược điểm của kỹ thuật sấy tầng sôi Cơ chế của quá trình tạo tầng sôi Phần II: Tính toán thiết bị tầng sôi Chương I: Tính toán công nghệ 1. Tính lượng ẩm cần bốc hơi 2. Tính toán quá trình sấy lý thuyết Xác định thông số không khí ngoài trời 2.2.Xác định thông số của tác nhân sấy trước khi vào TBS (sau khi ra khỏi Calorife) 2.3.Xác định các thông số của TNS sau quá trình sấy lý thuyết Tính toán quá trình sấy thực Xác định tốc độ làm việc tối ưu(wt) Xác định sơ bộ diện tích lưới và chiều cao VLS Tính toán nhiệt cho thiết bị sấy Xác định thông số TNS sau quá trình sấy thực Cân bằng nhiệt và hiệu suất buồng sấy Tính toán diện tích truyền nhiệt và lượng than cho quá trình sấy Tính bề mặt truyền nhiệt Tính lượng than tiêu thụ Diện tích ghi lò Tính lại một số kích thước Tính lại kích thước lưới Khối lượng VLS nằm trên lưới Thời gian sấy Xác định trở lực trong thiết bị sấy Chương II: Tính toán kết cấu Tính toán lưới thiết bị sấy Tính chiều dày thân thiết bị Phần III: Tính toán các thiết bị phụ Chương I: Tính toán Xyclon Và thiết bị lọc bụi tay áo Tính toán Xyclon Tính toán thiết bị lọc bụi tay áo Chương II: Tính toán quạt cho hệ thống Tính quạt cho thiết bị tầng sôi Tính trở lực của hệ thống Tính chọn quạt Chương III: Tính toán vít tải và bộ phận xả liệu kiểu cánh Tính toán thiết kế vít tải nạp liệu ở vị trí số 1 Tính toán thiết kế vít tải xả liệu của thiết bị lọc bụi tay áo ở vị trí số 1 Tính toán thiết bị xả liệu kiểu cánh Bộ phận rung và tính toán Quan hệ giữa khối lượng khung và khối lượng đối trọng giữa biên độ dao động và bán kính quay của đối trọng Công suất của bộ phận rung Tính bộ truyền đai Tài liệu tham khảo Lời cảm ơn Sau quá trình thực tập, nghiên cứu với sự nỗ lực của bản thân đồng thời được sự giúp đỡ tận tình của thầy Tôn Anh Minh chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp:” Tính toán và thiết kế thiết bị sấy tinh bột sắn bằng phương pháp tấng sôi”. Để thiết kế hoàn chỉnh thiết bị này đòi hỏi không những thời gian, kiến thức vững vàng mà còn đòi hỏi cả những kinh nghiệm thực tế mà với một sinh viên đang ngồi trên ghế nhà trường thì đó là một khó khăn rất lớn. Mặc dù vậy, được sự hướng dẫn tận tình của thầy Tôn Anh Minh và bản thân chúng em cũng đã rất cố gắng đi khảo sát thực tiễn và tham khảo sách vở, tham khảo ý kiến của nhiều người chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời hạn được giao, nhưng chắc rằng đồ án vẫn còn những thiếu sót, hạn chế nhất định. Chúng em kính mong nhận được sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy cô trong hội đồng bảo vệ đồ án tốt nghiệp. Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy hướng dẫn đồ án tốt nghiệp: Tiến sĩ Tôn Anh Minh dã tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành đồ án. Qua đây chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa máy thực phẩm, gia đình, bạn bè đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ chúng em. Xin chân thành cảm ơn Hà nội ngày 5 tháng 5 năm 2006 Sinh viên: vũ mạnh cường Vũ trí hưng Phần I: Tổng quan Chương I: Công nghệ sản xuất tinh bột sắn Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất tinh bột sắn Nguyên liệu Sắn lát khô đã qua sử lý Bảo quản Đóng bao Sấy khô Tách nước Cát Nước sạch Tách xơ mịn Tinh chế Tách cát Cô đặc Chiết suất Rửa Nghiền Tiếp nhận Sử lý nước Cát, vỏ Tách nước xả Xơ Nước xử lý Nước hồi lưu Q(hơi),t0,P(áp suất hơi) Khối nguyên liệu đầu vào gồm có: Hệ thống cân, thiết bị bốc dỡ, băng tải, động cơ điện đóng vai trò cung cấp truyền động điện. Tiếp nhận: Các băng truyền động, vít tải +) Rửa: các cánh khuấy, bơm nước +) Máy nghiền: Đọng cơ truyền động 1600Kw có sử dụng biến tần +) Chiết suất: Các bơm áp suất cao, bơm nước dịch phun vào các lưới lọc. +) Cô đặc: Sử dụng các máy ly tâm tốc độ cao, động cơ truyền động thương là động cơ Roto dây quấn và nhiều phiến góp, hoặc động cơ không đồng bộ roto lồng sóc và có sủ dụng biến tần. +) Tách cát: Bể lắng sử dụng cánh khuấy. +) Tinh chế: Sử dụng máy ly tâm. +) Tách xơ mịn: Máy bơm áp suất cao. +) Tách nước: Thùng sử dụng máy bơm ly tâm tốc độ cao. +) Sấy khô. +) Đóng bao: Sủ dụng hệ thống cân tự động và đóng bao tự động. *) Trong toàn bộ các khâu của dây truyền công nghệ tinh bột sắn, các thiết bị điện được tham gia vào trong các khâu đóng vai trò cung cấp truyền động cho hệ thống, hoặc điều khiển quá trình làm việc của các khâu và mạch điện cũng chia làm hai dạng: Mạch điện lực và mạch điều khiển. Chương II: Phân tích và lựa chọn thiết bị sấy cho công nghệ sấy tinh bột sắn Công nghệ sấy là gì? Công nghệ sấy nói chung là một khoa học trong sản xuất, nó bao gồm hàng loạt quá trình đơn giản và phức tạp tác động lên nguyên liệu ban đầu nào đó để thu được sản phẩm cuối cùng theo ý muốn. Lựa chọn công nghệ sản xuất tốt sẽ thu được sản phẩm có chất lượng cao và giá thành hạ. Công nghệ sấy là quá trình làm giảm ẩm trong vật ẩm đến độ ẩm mong muốn. Vật ẩm trước khi đem sấy thường có nguồn gốc thực vật, động vật, khoáng vật. Sản phẩm sấy được đem sủ dụng ngay, đem bảo quản hoặc mới là bán thành phẩm của công nghệ nào đó. Lựa chọn công nghệ sấy phải dự trên tính chất vật ẩm trước, trong khi sấy và sản phẩm sấy. Để lựa chọn công nghệ sấy cho mỗi loại sản phẩm ta dựa trên những kinh nghiệm lâu đời của nhân loại dưới sự chỉ đạo về các lý thuyết về sấy và những kết quả thực nghiệm, những tiến bộ khoa học kỹ thuật liên quan đến qua trình sấy. *) Những tính chất công nghệ của các sản phẩm thực phẩm là đối tượng sấy Các sản phẩm thực phẩm có nguồn gốc thực vật, động vật hay khoáng vật. Vì vậy mỗi loại có đặc tính riêng. Mỗi loại cụ thể đều có các loại thông số riêng như: hoá lý, cơ lý, nhiệt vật lý, điện vật lý, hoá học, sinh học. Chúng được gọi là những tính chất công nghệ của vật liệu sấy( vật sấy). Tất cả những tính chất trên đều chịu đựng các sự thay đổi, nhất là sự thay đổi ẩm dưới tác dụng của nhiệt trong quá trình sấy. Sản phẩm sấy càng giữ nguyên những tính chất ban đầu hoặc tăng cường tính chất tốt nào đó thì công nghệ sấy đã lựa chọn là phù hợp. Tất cả các sản phẩm thực phẩm đều có tính keo, xốp – mao dẫn. Trong quá trình sấy, các sản phẩm thực phẩm mất đi phần lớn lượng ẩm ( có khi đến 50% hoặc 90%) của chúng có thể dẫn tới làm giảm chất lượng. Sự truyền ẩm, bay hơi ẩm lớn( tốc độ sấy cao) và không đồng đều sẽ làm cong vênh, nứt vỡ sản phẩm khi nhiệt độ sấy quá cao sẽ làm cho caramen hoá đường, sự hoạt động của các enzim làm tối màu sản phẩm. Mỗi loại sản phẩm đều quy định một nhiệt độ sấy cao nhất gọi là nhiệt độ sấy tối đa cho phép (tmax). Thường chọn nhiệt độ vật sấy trong quá trình sấy nhỏ hơn tmax. Độ ẩm của sản phẩm sấy được quy định phụ thuộc vào phương pháp bảo quản hoặc công nghệ chế biến tiếp theo. Một số sản phẩm thực phẩm đòi hỏi sấy đến độ ẩm phù hợp. Sây kiệt sẽ làm cho một số chất hoạt tính sinh học mất khả năng phục hồi. Sấy đến độ ẩm còn cao hơn độ ẩm yêu cầu cũng không được. Điều kiện cơ bản để bảo quản sản phẩm sấy trong môi trường không khí là độ ẩm của nó phải thấp hơn độ ẩm cân bằng phụ thuộc vào độ ẩm tương đói của không khí có giá trị hạn chế sự phát triển của nấm mốc hay các vi sinh vật nói chung. Giới hạn dưới của độ ẩm không khí đối với sự sinh sôi của các loại như sau: Nấm mốc: = 47% Nấm men: = 88% Thuốc sát trùng: = 55% Các vi sinh vật: = 69% Khi chọn độ ẩm của các sản phẩm sấy cũng cần chu ý đến việc hạn chế tối đa hoạt động của các enzim làm tối màu sản phẩm. Chất lượng của một số sản phẩm thực phẩm còn là màu sắc và hương vị. Có những loại sau khi sấy càng giữ nguyên được màu sắc và hương vị ban đầu càng tốt, song lại có thứ cần có màu sắc đặc trưng mới sau khi sấy như: thuốc lá, cà fê, cacao. Sự thay đổi màu gắn liền với sự thay đổi hoá học dưới tác dụng kéo dài của nhiệt. Nhiệt độ cao, tốc độ sấy làm bay hơi nhiều hương đặc trưng của sản phẩm. *) Lựa chọn phương pháp và chế độ sấy Khi nói: chế độ sấy tốt nhất, phương pháp sấy phù hợp nhất trong hệ thống máy sấy hiện đại nhất chỉ đúng cho từng loại sản phẩm sấy cụ thể. Mỗi loại sản phẩm sấy đòi hỏi phương pháp và chế độ sấy riêng. Lý thuyết về sấy. 2.1).Phân loại vật liệu sấy Theo Lưcốp vật liệu ẩm được chia thành 3 nhóm khác nhau tuỳ theo tính chất keo - vật lý và đặc biệt là khả năng thay đổi kích thước hình học trong quá trình tách ẩm của vật liệu: Vật thể keo: có tính chất đàn hồi, kích thước của vật thay đổi lớn khi độ ẩm thay đổi. Cụ thể là khi tách ẩm kích thước của vật co lại rất lớn, nhưng khi hút ẩm nó lại trương nở ra. Thuộc nhóm nay là Gelatin, Aga-Aga. Vật liệu mao quản xốp: Có cấu trúc gồm những mao quản. Kích thước của vật không thay đổi khi độ ẩm thay đổi. Ví dụ như Silicagel, than hoạt tính, than gỗ. Vật liệu keo mao quản: Là những vật liệu có tính chất trung gian của hai nhóm trên. Nghĩa là chúng có tính đàn hồi và các mao quản của chúng có khả năng hấp thụ ẩm. Thuộc về nhóm này là các vật liệu có nguồn gốc thực vật. 2.2). Cơ chế tác ẩm trong vật liệu sấy Thực chất của quá trình sấy là chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, quá trình chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu (Pm) lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nưởc trong môi trường không khí xung quanh ( Pm). Khi bề mặt của hạt khô đi sẽ xuất hiện gradien ẩm giữa lõi và bề mặt hạt và gây nên sự chuyển dịch ẩm từ phần trung tâm của hạt ra bề mặt hạt, áp suất của hơi nước trên bề mặt vật liệu phụ thuộc vào độ ẩm của vật liệu, nhiệt độ và dạng liên kết của ẩm với vật liệu. 2.3). Các giai đoạn trong quá trình sấy Quá trình sấy một vật liệu được chia làm 3 giai đoạn như sau: Nhiệt độ VL sấy I II III Thời gian sấy Độ ẩm VL sấy I II III Thời gian sấy Tốc độ sấy I II III Thời gian sấy Mô tả các giai đoạn sấy - Giai đoạn nâng nhiệt độ vật liệu ( giai đoạn I) Giai đoạn này thường rất ngắn: nó tương ứng với việc nâng nhiệt độ của vật liệu tới khi đạt nhiệt độ sấy ( khi đó năng lượng chỉ dùng để bay hơi nước). Nhiệt độ đó không đạt được ngay lập tức vì rằng lúc đầu vật liệu có nhiệt độ khá thấp so với nhiệt độ của tác nhân sấy và bản thân nó lại thường là một chất có độ dẫn nhiệt kém, ở giai đoạn này tốc độ sấy tăng nhanh. -Giai đoạn tốc độ sấy không đổi ( giai đoạn II, giai đoạn đẳng tốc): Giai đoạn II tương ứng với việc bay hơi ẩm tự do trên bề mặt vật liệu. Trong giai đoạn này tốc độ di chuyển ẩm từ trong ra bề mặt vật liệu lớn hơn tốc độ bay hơi ẩm từ bề mặt vào môi trường ( khi nóng). Nhiệt lượng mà vật sấy không đổi và đúng bằng nhiệt độ bầu ướt của không khí sấy. Trong giai đoạn này, tốc độ sấy không đổi một khi các thông số của tác nhân sấy không đổi. -Giai đoan tốc độ sấy giảm dần ( giai đoạn III, giai đoạn giảm tốc): Khi bề mặt vật liệu không còn ẩm tự do nữa thì áp suất hơi riêng phần ở đó sẽ giảm xuống rõ rệt và do vậy tốc độ sấy cũng giảm xuống nhanh chóng. Trong giai đoạn này tốc độ di chuyển ẩm từ các lớp trong ra bề mặt vật liệu nhỏ hơn tốc độ bay hơi từ bề mặt vào môi trường. Đôi khi người ta còn chia giai đoạn này thành hai giai đoạn khác nhau: Giai đoạn đầu ( trên bề mặt không còn ẩm tự do song ở các lớp sâu phía trong thì vẫn còn ) và giai đoạn cuối ( không còn ẩm tự do trong toàn bộ vật liêu). Khi nước tự do đã hoàn toàn biến mất thì trong vật liệu chỉ còn ẩm liên kết. Việc tách ẩm liên kêt càng về sau càng khó khăn hơn do ở những lớp năng lượng liên kết của ẩm trong vật liệu càng mạnh hơn. Mặt khác các chất hoà tan trong vật liệu ( ví dụ đường, muối). Do nước vận chuyển đến bề mặt vật liệu đã bịt kín liên kết của ẩm trong vật liệu càng mạnh hơn. Mặt khác các chất hoà tan trong các lỗ mao quản làm cảc trở qua trình khuyéch tán ẩm của vật liệu. Trong giai đoạn này nhiệt độ của vật liệu sấy dần dần tăng lên và cuối cùng bằng nhiệt độ tác nhân sấy. Sở dĩ như vậy là do tốc độ bay hơi giảm xuống kéo theo hiệu ứng làm lạnh ( do bay hơi) cũng giảm xuống. Nếu ta tiếp tục sấy cho tới khi không còn khả năng thoát ẩm trong vật liệu, có nghĩa là vật liệu đạt được độ ẩm cân bằng thì nhiệt độ của vật liệu sẽ bằng nhiệt độ của môi trường xung quanh ( nhiệt độ của tác nhân sấy) và do đó có thể vượt quá nhiệt độ cho phép của vật liệu. Thực tế trong giai đoạn này người ta thường duy trì nhiệt độ tác nhân sấy thấp hơn ( vài độ) so với nhiệt độ cho phép của vật liệu để đảm bảo chất lượng của sản phẩm. Về lý thuyết, để tăng cường độ quá trình trong giai đoạn giảm tốc ta chỉ có thể thay đổi những yếu tố bên trong hạt. Trong quá trình sấy thực phẩm nói chung và các hạt nông sản nói riêng, giai đoạn đẳng tốc thường ngắn hơn nhiều so với giai đoạn giảm tốc. Do đó trên thực tế thường không quan sát thấy, nhất là khi độ ẩm ban đầu cuả vật liệu không cao. Giá trị độ ẩm tới hạn ( điểm B) phụ thuộc vào tốc độ sấy, cách thức của vật liệu và đặc tính hút nhả ẩm của vật liệu. Do vậy, nói chung cần thiết phải xác định thời gian sấy bằng phương pháp thực nghiệm. 2.4). Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ sấy Tốc độ sấy là tốc độ khuyếch tán của nước từ trong hạt ra ngoai không khí, được quy ước biểu thị bằng lượng hơi nước bốc hơi từ một đơn vị bề mặt trong một đơn vị thời gian ( kg/m2.h). Ngoài ra trong thực tế sản xuất, tốc độ sấy còn được biểu diễn qua lượng hơi nước bốc từ một đơn vị khối lượng hạt trong một đơn vị thời gian ( kg ẩm/kg hạt.h). Tốc độ sấy chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố phức tạp. Trong giai đoạn đẳng tốc, tốc độ sấy quyết định bởi tốc độ bay hơi ẩm từ bề mặt hạt vào trong không khí. Theo Danton tốưc độ hạt bay hơi từ bề mặt phụ thuộc vào sự chênh lệch áp suất hơi nước trên bề mặt hạt trong không khí. Như vậy muốn sấy được nhanh phải tăng áp suất trên bề mặt hạt, hoặc giảm áp suất hơi trong không khí. áp suất hơi bề mặt hạt tăng và giảm theo sự tăng giamt độ ẩm và nhiệt độ của nó. Do đố tốc độ sấy cũng tăng, giảm phụ thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ của hạt tăng hay giảm. Lúc đầu quá trình sấy, độ ẩm trong hạt cao nên có tốc độ lớn, càng về cuối, độ ẩm của hạt càng giảm nên tốc độ sấy giảm. Mặt khác, nước trong hạt khi bốc hơi kèm theo sự thu nhiệt, nếu không có sự đốt nóng, cung cấp từ ngoài vào nhiệt lượng tương ứng thì nhiệt độ của hạt bị giảm dần, làm giảm tốc độ sấy. Do vậy, muốn tăng tốc độ sấy cần phải cung cấp nhiệt cho hạt. Trong thức tế, thường dùng không khí nóng hay hỗn hợp không khí với khói lò để làm chất đốt nóng hạt đồng thời là chất mang ẩm ( từ hạt thoát ra) gọi là tác nhân sấy. Tốc độ bay hơi phụ thuộc vào tốc độ cung cấp nhiệt từ ngoài vào do đó tốc độ sấy phụ thuộc vào nhiệt độ của tác nhân sấy. Như vậy, tăng nhiệt độ tác nhân sấy là biện pháp tăng tốc độ sấy. Tốc độ không khí đi trên bề mặt cũng ảnh hưởng lớn đến tốc độ sấy, vì tốc độ không khí càng lớn thì tốc độ truyền nhiệt từ ngoài vào hạt càng tăng và do đó tốc độ khuyếch tán hơi nước trên bề mặt không khí càng lớn. Theo các tài liệu thì tốc độ sấy trong giai đoạn đẳng tốc là do tốc độ truyền nhiệt qua lớp biên bao quanh vật liệu sấy quyết định. Tốc độ có thể được tăng lên bằng cách tăng nhiệt độ và tác nhân sấy. Trên thực tế, người ta thương dùng nhiệt độ của tác nhân sấy lên tới nhiệt độ mà tại đó nhiệt độ bầu ướt của nó bằng xấp xỉ nhiệt độ đốt nóng cho phép của hạt. Tóm lại: Trong giai đoạn đẳng tốc, tốc độ sấy phụ thuộc chủ yếu vào các thông số của tác nhân sấy như: nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ của không khí, hướng và chiều chuyển đông của không khí bao quanh vật liệu sấy. Trong giai đoạn giảm tốc, tốc độ sấy phụ thuộc vào tốc độ khuyếch tán ẩm từ trong ra bề mặt hạt: vì trong giai đoạn này, tốc độ khuyếch tán ẩm bên trong hạt nhỏ hơn tốc độ bay hơi ẩm từ bề mặt hạt vào môi trường. Do đó tốc độ sấy của giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu vào các thông số bên trong của vật liệu như: dạng liên kết ẩm, cấu trúc, hình dạng và kích thước của hạt. Ngoài ra, tốc độ sấy con phụ thuộc vào hướng và chiều của gradien nhiệt độ. Nếu gradien nhiệt độ cùng chiều với gradien ẩm thì quá trình sấy sẽ được tăng cường. Ngược lại sẽ kìm hãm quá trình. Trên thực tế, với các quá trình sấy thông thường thì gradien nhiệt độ là ngược chiều với gradien ẩm. Để khắc phục nhược điểm đó nhà khoa học Xô Viết đã đề ra phương pháp sấy hồi lưu đẳng nhiệt, tức là thức hiện quá trình sấy trong điều kiện đẳng nhiệt để loại trừ tác động ngược của gradien nhiệt độ. 3.Phân tích lựa chọn thiết bị sấy. 3.1). Sơ lược về các hệ thống sấy. Khi đã chọn phương pháp sấy chúng ta tiến hành chọn HTS. Vì tính chất phổ biến và đa dạng của các HTS nóng nên dưới đây chúng ta chỉ giới thiệu đặc điểm cấu tạo và phân loại các HTS này. Trên cơ sở đó kết hợp với năng suất sấy yêu cầu cũng như hình dáng và kích thước của VLS mà chúng ta chọn HTS thích hợp. Hệ thống sấy buồng Cấu tạo chủ yếu của hệ thống sấy buồng là sấy buồng. Trong buồng sấy bố trí các thiết bị đỡ vật liệu sấy ta gọi chung là thiết bị truyền tải ( TBCT). Nếu dung lượng của buồng sấy bé và TBCT là các khay sấy thì người ta thường gọi hệ thống sấy buồng này là tủ sấy. Nếu dung lượng buồng sấy lớn và TBCT là các xe goòng thì người ta gọi là hệ thống sấy buồng kiểu xe goòng. Nói chung, TBCT trong hệ thống sấy buồng rất đa dạng. Ví dụ hệ thống sấy buồng để sấy thuốc lá mà chúng ta thường gặp ở Việt Nam thì TBCT chỉ là các sào để treo thuốc lá. Đặc điểm của hệ thống sấy buồng, do tính chất cấu tạo của nó , là một hệ thống sấy chu kỳ từng mẻ một. Do đó, năng suất sấy không lớn. Tuy nhiên, nó có thể sấy nhiều dạng vật liệu sấy khác nhau từ vật liệu dạng cục, hạt đến các vật dạng thanh, tấm. b}Hệ thống sấy hầm. Khác với hệ thống sấy buồng, trong hệ thống sấy hầm thiết bị sấy là một hầm sấy dài, vật liệu sấy vào đầu này và ra đầu kia của hầm. TBCT trong hệ thống sấy hầm thường là xe goòng hoặc băng tải. Đặc điểm chủ yếu của hệ thống sấy hầm là bán liên tục hoặc liên tục và cũng như hệ thống sấy buồng nó có thể sấy được nhiều dang vật liệu sây. Tuy nhiên, do cấu tạo, năng suất của nó có thể lớn hơn năng suất của hệ thống sấy buồng. c) Hệ thông sấy tháp Trong hệ thông sấy này thiết bị sấy là một tháp sấy, trong đó người ta đặt một loại kênh dẫn và kênh thải TNS xen kẽ nhau. Vật liệu sấy trong hệ thống sấy tháp là dạng hạt tự chảytừ trên xuống dưới. TNS từ các kênh dẫn xuyên qua lớp hạt chuyển động đi vào các kênh thải để thải ra ngoài. Như vậy, hệ thống sấy tháp là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt. Cùng dạng với hệ thống sấy tháp chúng ta cũng gặp những hệ thống sấy tương tự, ở đó hạt chuyển động từ trên xuống còn TNS đi ngang qua lớp hạt thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ẩm. Hệ thống sấy tháp là hệ thống sấy liên tục. d) Hệ thống sấy thùng quay Thiết bị sấy trong hệ thống sấy thùng quay như tên gọi là thùng sấy hình trụ tròn đặt nghiêng một góc nào đó. Trong thùng sấy người ta bố trí các cánh trộn. Khi thùng quay, vật liệu sấy vừa chuyển động từ đầu này đến đầu kia của thùng sấy vừa bị xáo trộn từ trên xuống dưới. TNS cũng vào đầu này và ra đầu kia của thùng sấy. Như vậy, hệ thống sấy thùng quay cũng là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt hoặc cục nhỏ và có thể làm việc liên tục. e) Hệ thống sấy khí động Có rất nhiều dạng hệ thống sấy khí động. Thiết bị sấy trong hệ thống sấy này có thể là ,ột ống tròn hoặc hình phễu, trong đó TNS có tốc độ cao vừa làm nhiệm vụ sấy vừa làm nhiệm vụ vận chuyển vật liệu sấy từ đầu này đến đầu kia của thiết bị sấy. Tốc độ tác nhân có thể đạt (40ữ50) m/s. Vật liệu sấy trong các hệ thống sấy này phải là các hạt, mảnh nhỏ và độ ẩm cần lấy đi trong quá trình sấy thường là độ ẩm bề mặt. f) Hệ thông sấy tầng sôi Trong hệ thống sấy tầng sôi thiết bị sấy là một buồng sấy trong đó người ta bố trí ghi đỡ vật liệu sấy. TNS có thông số thích hợp được đưa vào dưới ghi và làm cho vật liệu sấy chuyển động bập bùng trên ghi như hình ảnh các bọt nước sôi. Vì vậy người ta gọi đó là hệ thống sấy tầng sôi. Đây cũng là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt. Hạt khô nhẹ hơn sẽ ở tầng trên của lớp sôi và được lấy ra khỏi thiết bị sấy một cách liên tục. Trong hệ thống sấy tầng sôi, truyền nhiệt và truyền ẩm giữa TNS và vật liệu sấy rất tốt nên trong các hệ thống ấy hạt hiện có thì hệ thống sấy tầng sôi có năng suất lớn, thời gian sấy nhanh và vật liệu sấy được sấy rất đều. g) Hệ thống sấy phun Hệ thống sấy phun là một hệ thống sấy chuyên dùng để sấy các dung dịch huyền phù như trong dây truyền sản xuất sữa bột, sữa đậu nành, thiết bị sấy trong hệ thống sấy này thường là một hình chóp trụ, phần chóp hướng xuống dưới. Dung dịch huyền phù được bơm cao áp đưa vào các vòi phun hoặc trên đĩa quay ở đỉnh tháp tạo thành những hạt dung dịch bay lơ lủng trong thiêt bị sấy. TNS có thể được đưa vào cùng chiều hay ngược chiều thức hiện quá trình truyền nhiệt, truyền ẩm với các hạt dung dịch và thoát ra ngoài qua xyclon. Vật liệu khô thu được ở đáy chóp và được lấy ra ngoài hoặc liên tục hoặc định kỳ. h) Phân tích lựa chọn hệ thống sấy tầng sôi Qua giới thiệu và phân tích về các hệ thống sấy ở trên ta thấy lựa chọn hệ thống sấy tầng sôi cho sấy tinh bột sắn là tương đối hợp lý và phù hợp vì sản phẩm ta thu được vừa có dạng cục nhỏ vừa có dạng bụi 3.2. Chọn tác nhân sấy và tải nhiệt Cơ chế quá trình sấy gồm 2 giai đoạn: gia nhiệt cho vật sấy làm ẩm hoá hơi và mang ẩm từ bề mặt vào môi trường. Nừu ẩm thoát ra khỏi vật mà không mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng đến quá trình bốc hơi ẩm từ vật sấy. Cụ thể là làm chậm quá trình thoát hơi ẩm từ vật sấy thậm chí có thể làm ngưng trệ quá trình thoát hơi ẩm của vật sấy. Quá trình có thể dẫn tới làm tăng nhiệt độ vật sấy làm cho vật không khô mà bị ninh nhừ đi. Để tải ẩm đã bay ra từ vật sấy vào môi trường có thể duìng biện pháp sau: - Dùng tác nhân sấy làm chất tải ẩm. - Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật sấy ra ngoài ( sấy chân không) - Sấy với nhiệt độ cao: nhiệt độ vật sấy lớn hơn nhiệt độ bão hoà ứng với áp suất không khí ẩm ( ví dụ áp suất không khí ẩm P= 745mmHg nhiệt độ bão hoà tương ứng là 1000C). Trường hợp này áp suất hơi ẩm thoát ra khỏi vật lớn hơn áp suất không khí ẩm , do chênh áp suất này mà ẩm có thể tự thoát ra ngoài môi trường. Như vậy ta thấy tác nhân sấy có thể vừa đóng vai trò ra nhiệt vứa tải ẩm hoặc chỉ làm một trong hai chức năng ấy. Trong sấy đối lưu vai trò của tác nhân sấy đặc biệt quan trọng vì nó đóng cả hai vai trò vừa ra nhiệt vừa tải ẩm. Tuỳ theo chế độ sấy và yêu cầu chất lượng sản phẩm sấy mà chọn loại tác nhân sấy thích hợp. Các tác nhân sấy thường dùng là không khí nóng, khói nóng, hỗn hợp không khí và khói, hơi quá nhiệt, chất lỏng. Khi chọn môi chất sấy có thể sơ bộ dựa vào các điều kiện sau: • Trường hợp vật sấy chịu được nhiệt độ cao và không sợ nhiễm bẩn bởi tro, bụi thì nên dùng khói là môi chất sấy vì dùng khói sẽ sấy được ở nhiệt độ cao hơn, cường độ bay hơi ẩm lơn hơn, đồng thời thiết bị sấy rẻ tiền hơn vì không cần calorife. • Trường hợp sản phẩm sấy cần tránh nhiễm bẩn do khói thì nên chọn không khí nóng làm tác nhân sấy. Để ra nhiệt cho không khí có thể dùng calorife hơi - khí, khói - khí hay calorife điện. Dùng kiểu calorife nào là tuỳ vào từng trường hợp cuj thể và do tính toán kinh tế kỹ thuật quyết định. • Hơi quá nhiệt dùng trong trường hợp sấy các vật liệu dễ cháy, dễ nổ. Hơi quá nhiệt có nhược điểm là phải dùng lò hơi để sản xuất nên giá thành thiết bị cao. Trong thiết bị sấycần chọn chất tải nhiệt phù hợp với các điều kiện kinh tế kỹ thuật cụ thể của việc sấy sản phẩm. Trong sấy đối lưu hay sấy tiếp xúc, chất tải nhiệt có thể dùng là hơi nước hay khói để ra nhiệt cho tác nhân sấy và các bề mặt truyền nhiệt cho vật liệu. Dùng khói là chất tải nhiệt thjì hệ thống thiết bị sẽ đơn giản hơn, giá thành thiết bị thấp hơn so với dùng hơi nước vì không cần dùng lò hơi. Nhược điểm của calorife khí - khói là lam việc ở nhiệt độ cao, bề mặt truyền nhiệt bám bụi …dẫn đến giảm tuổi thọ của thiết bị. Đồng thời thiết bị calorife khí - khói có hệ số truyền nhiệt thấp hơn so với calorife hơi - khí dẫn đến tiêu hao kim loại chế tạo bề mặt truyền nhiệt sẽ lớn hơn. Hơn nữa việc điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy sẽ khó khăn hơn so với calorife hơi - khí. Dùng hơi nước làm chất tải nhiệt có ưu điểm là calorife hơi - khí cấu tạo gọn nhẹ vì có hệ số truyền nhiệt lớn và thường có thể làm cánh ở phía không khí, việc điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy dễ dàng thuận tiện. Thiết bị không bị bám bẩn do khói, lại lam việc ở nhiệt độ thấp nên tuổi thọ cao hơn so với calorife khi -khói. Hơn nữa do làm việc ở nhiệt độ thấp ( thường < 2000C) nên calorife có thể chế tạo bằng kim loại màu như đồng, nhôm nên ít bị han rỉ nên tuổi thọ càng cao. Nhược điểm dùng hơi nước làm chất tải nhiệt là phải dùng lò hơi nên giá thành thiết bị cao. Việc chọn chất tải nhệt là hơi nước hay khói là tuỳ thuộc vào các điều kiện cụ thể và phải trải qua nghiên cứu tính toán nhiều phương án kinh tế, kỹ thuật để chọn phương án hợp lý. Về nguyên tắc có thể sơ bộ đánh giá theo các yếu tố sau: - Những nơi có nhiều hộ tiêu thụ nhiệt về sấy cũng như có nhiều các hộ tiêu thụ công nghệ khác dùng hơi nước thì việc dùng lò hơi là hợp lý vì lò hưoi cho phép sản xuấtnhiệt tập chung có hiệu suất cao hơn so với sản xuất nhiệt phân tán. - Những nơi chỉ có ít hộ tiêu thụ nhiệt về sấy thì dùng calorife khi – khói hay calorife kiểu ống nhiệt là hợp lý. 4. Kỹ thuật sấy tầng sôi Hiện nay tầng sôi ( hay còn gọi là lỏng giả) đã được người ta nhắc đến trong sách báo ngay từ năm 1878. Nhưng mãi đến những năm đầu thế kỉ 20 kỹ thuật này mới được ứng dụng vào trong sản xuất. ứng dụng thành công đầu tiên của nó là trong lĩnh vực chế biến dầu mỏ ( 1942). Ngày nay kỹ thuật tầng sôi đã được ứng dụng khá rộng rãi để tiến hành các phản ứng hoá học có xúc tác pha rắn, để khí hoá nhiệt liệu rắn, chế tạo than hoạt tính, đôt quặng pyrit . Thực chất quá trình lỏng giả là sự tác dụng tương hỗ giữa chất khí ( hay chất lỏng giọt) với lớp hạt rắn ở trạng thái lơ lửng. Lúc đó hệ khí rắn có đầy đủ các tính chất như một chất lỏng: tính linh động, tính điền đầy, tính chảy. 4.1). ưu nhược điểm của kỹ thuật tầng sôi So với quá trình ở trạng thái tĩnh thì quá trình ở trạng thái lỏng giả có rất nhiều ưu điểm, cụ thể là : - Pha rắn được đảo trộn rất mãnh liệt, dẫn đến sự san bằng ở nhiệtk độ và nồng độ trong toàn lớp hạt, nhờ đó tránh được nguy cơ quá trình nhiệt cục bộ, tạo điều kiện thuận lợi cho nhiều quá trình trao đổi nhiệt và xúc tác dị thể được tiến hành ở mức tối ưu. - Hệ số dẫn nhiệt cấp nhiệt từ bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị đến lớp sôi ( hay ngược lại) rất lớn. Có thể so sánh với trường hợp của chất lỏng giọt. Điều này rất quan trọng vì cho phép không những giảm bề mặt truyền nhiệt, giảm thể tích thiết bị mà còn thực hiện nhiều quá trình hoá học và chuyển khối với hiệu suất cao. - Tạo khả năng dùng các hạt rắn có kích thước nhỏ, tức là có bề mặt riêng lớn để giảm trở lực khuyếch tán, tăng diện tích tiếp xúc pha, tăng năng suất thiết bị trong quá trình truyền nhiệt, chuyển khối, hoá học trên xúc tác pha rắn bởi vị nếu dùng các hạt có kích thước nhỏ ở trạng thái bất động thì nhiệt độ cũng như nồng độ có nguy cơ phân bố không đều theo cả chiều dọc cũng như tiết diện ngang của thiết bị, trở lực lớp hạt lớn, hệ số trao đổi nhiệt và hệ số trao đổi chất nhỏ, diịen tích tiết xúc pha thực tế nhỏ hơn tổng diện tích các hạt nhiều. Tất cả điều ấy dẫn đến quả trình xảy ra không mãnh liệt, chất lượng không đồng đều, hiệu quả sử dụnh nguyên liệu và thiết bị thấp. - Do tính linh động của lớp sôi nên dễ dàng nạp liệu và tháo sản phẩm, dễ thực hiện quá trình liên tục, cơ giới hoá và tự động hoá, dễ điều chỉnh các thông số công nghệ như lưu lượng và áp suất. - Trỏ lực tương đối nhỏ và ổn định, không phu thuộc vào tốc độ pha khí trong giới hạn tồn tại trạng thái lỏng giả. - Cấu tạo thiết bị tương đối đơn giản, gon nhẹ và dễ chế tạo. Do tất cả những ưu điểm trên mà kỹ thuật tầng sôi được sử dụng ngày càng phổ biến trong công nghiệp như một phương pháp tăng cường độ quá trình. Tuy nhiên phương pháp này cũng có một số nhược điểm như: +) Trong phạm vi một lớp vật liệu thì không có khả năng thực hiện quá trình theo nguyên tắc ngược chiều các pha ( vì bị khuấy trộn mãnh liệt). Do đó động lực của các quả trình truyền nhiệt, chuyển khối , không đạt được cực đại. Điều này có thể được khắc phục bằng cách bố trí thiết bị theo mô hình dãy hộp, tức là chuyển từ khuấy trộn lý tưởng sang đẩy lý tưởng. +) Thời gian lưu của các hạt trong lớp sôi không đều, dẫn đến hiện tượng có hạt lưu lại quá ngắn, có hạt lại quá lâu so với thời gian trung bình cần thiết. +) Các hạt rắn bị va đập, bào mòn, vỡ vụn do đó thiết bị phải có thiết bị thu hồi bụi . Thiết bị tầng sôi phải chịu được mài mòn nhất là khi gia công các hạt có cạnh sắc. +) Có hiện tượng tích điện và tĩnh điện dẫn đến khả năng dễ gây cháy nổ. +) Vận tốc của pha khí bị giới hạn trong phạm vi cần thiết để duy trì trạng thái tầng sôi mà nhiều khi không phải là thích hợp đối với quá trình công nghệ. 4.2). Cơ chế của quá trình tạo tầng sôi Khi cho dòng khí đi từ dưới lên qua ghi phân phối có chứa một lớp hạt rắn thì có thể xảy ra 3 trạng thái sau đây:._.