Chương 1 TỔNG QUAN Chương này nghiên cứu tổng quan về tính chất của đường thô, đường tinh luyện, kỹ thuật sấy đường được áp dụng trong thực tiễn. Nghiên cứu về các phương pháp và thiết bị sấy nói chung đã và đang được sử dụng trong công nghệ sấy đường và kỹ thuật sấy tầng sôi nói riêng. Giới thiệu về nguyên liệu đường 1. Đường RS Đường RS là đường tinh luyện là một trong những loại gia vị phổ biến trong gia đình, đóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp bánh kẹo,… Đường tinh luyện RS có thành phần chủ yếu là đường Sacaroza (Saccharose) có trong thân cây mía tập trung ở phần gốc cây mía.
Đường được sản xuất từ đường thô qua xử lý tinh luyện hoặc trực tiếp từ mía cây. Có thể nói là loại đường thông dụng nhất hiện nay được sử dụng rộng rãi ở mọi nơi, được dùng cho nhiều mục đích khác nhau. + Đường thô cũng là đường Sacaroza (Saccharose) nhưng chưa qua xử lý, có 2 loại đường chủ yếu hiện nay Đường vàng là một sản phẩm đường Sacaroza (Saccharose) thực chất nó là đường thô chưa qua xử lý. Màu vàng là do tái chế từ mật mía mà ra.
Thông thường loại đường này thường được trộn với đường loại chuẩn với một tỉ lệ khoảng 5-10 % để kiểm soát màu sắc, kích thước và tăng hiệu quả về kinh tế. Đường nâu là một sản phẩm đường Sacaroza (saccharose) với một màu nâu đặc biệt do sự hiện diện của mật rỉ đường còn lại trong đường kết tinh. 1 Luận văn Thạc sĩ Khoa cơ khí động lực – ĐH SPKT Tp.1: Đường nâu, đường vàng và đường tinh luyện RS Hình 1.2: Đường làm từ cây mía Ở nước ta, đường mía là loại đường chủ yếu, là nguồn cung cấp chính, đáp ứng hầu như mọi nhu cầu chính yếu trong các vấn đề tạo ngọt. Trên cây mía, thông thường phần ngọn sẽ nhạt hơn phần gốc.
Đó là đặc điểm chung của thực vật chất dinh dưỡng (ở đây là hàm lượng đường) được tập trung nhiều ở phần gốc (vừa để nuôi dưỡng cây vừa để dự trữ). Đây là loại nguyên liệu chính dùng để sản xuất đường ở nước ta, vì điều kiện thổ nhưỡng và đất đai phù hợp cho việc chuyên canh cho nên ở nước ta có rất nhiều nhà máy đường trải khắp đất nước đóng góp sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp mía đường mà sản phẩm chính yếu là đường tinh luyện RS được dùng nhiều trong nước và xuất khẩu nên để đảm bảo chất lượng sản phẩm, vận chuyển, bảo quản và sử dụng thì công nghệ sấy đường đóng vai trò hết sức quan trọng đòi hỏi phải không ngừng cải tiến và phát triển. 2 Luận văn Thạc sĩ Khoa cơ khí động lực – ĐH SPKT Tp. Quy trình công nghệ sản xuất mía đường Hình 1.3: Quy trình công nghệ sản xuất mía đường [5] Đường được lấy ra sau công đoạn ly tâm phải tiến hành sấy ngay nếu để thời gian dài đường sẽ kết dính, đóng cục và biến màu.
Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng đường RS Chất lượng đường RS sau khi sấy dựa theo tiêu chuẩn (TCVN 6958:2001) [2] 3 Luận văn Thạc sĩ Khoa cơ khí động lực – ĐH SPKT Tp.HCM Độ Pol, (oZ), không nhỏ hơn 99,80 Hàm lượng đường khử, % khối lượng (m/m), không lớn hơn 0,03 Tro dẫn điện, % khối lượng (m/m), không lớn hơn 0,03 Sự giảm khối lượng khi sấy ở 105oC trong 3 h, % khối lượng (m/m), không lớn hơn 0,05 Độ màu, đơn vị ICUMSA, không lớn hơn 30 1. Các phương pháp và thiết bị sấy đường chủ yếu hiện nay Theo tác giả Bùi Trung Thành, Nguyễn Huy Bích (2003) [6] sấy đường thường có 3 dạng máy sấy được sử dụng phổ biến là máy sấy thùng quay, máy sấy tầng sôi sàng rung và máy sấy tầng sôi. Tuy nhiên các loại máy sấy này cũng tồn tại một số ưu điểm và nhược điểm nhất định. Sấy đường bằng máy sấy thùng quay Máy sấy dạng này chủ yếu dựa vào nguyên lý trao đổi nhiệt đối lưu, dòng đi của vật liệu và tác nhân sấy ngược chiều nhau.4: Hệ thống máy sấy đường kiểu thùng quay[6] Máy sấy này hầu hết đang được sử dụng rộng rãi ở các nhà máy sản xuất đường tại Việt Nam vì có ưu điểm sau: - Thiết bị vận hành sử dụng dễ dàng, đơn giản không đòi hỏi nhân công có trình độ kỹ thuật quá cao.
- Độ ẩm sản phẩm sấy luôn luôn đảm bảo do có thể dễ dàng điều chỉnh thời được thời gian lưu vật liệu sấy trong buồng. - Tuy vậy máy sấy thùng quay còn tồn tại các nhược điểm sau 4 Luận văn Thạc sĩ Khoa cơ khí động lực – ĐH SPKT Tp.HCM - Hạt đường không đạt nhiều hơn do nhiệt độ sấy không đồng đều, dễ vón cục tỷ lệ thu hồi thấp. - Hạt đường bị vỡ vụn nhiều do va chạm trực tiếp vào thành và cánh của buồng sấy. - Màu sắc hạt đường sau sấy chưa đạt nhiều - Tốn chi phí năng lượng làm nguội sản phẩm đường cuối quá trình sấy vì đường ra khỏi máy sấy có nhiệt độ cao.
Chính vì những nhược điểm như vậy máy sấy thùng quay chưa được quy vào dòng máy sấy chất lượng cao. Sấy đường bằng máy sấy sàng rung Máy sấy sàng rung khắc phục được những nhược điểm của máy sấy thùng quay màu sắc tốt hơn và tỷ lệ vỡ hạt thấp, loại máy sấy này làm việc theo nguyên lý vật liệu cấp ở phía trên sàng còn tác nhân sấy đi dưới sàng nhờ cơ chế rung nên vật liệu ít vón cục và nhiệt độ sấy đồng đều hơn so với thùng quay tuy nhiên nếu lớp vật liệu quá dày làm ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sấy độ ẩm không đồng đều, chi phí điện năng cao.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy sấy đường sàng rung[6] 1. Sấy đường bằng máy sấy tầng sôi Máy sấy tầng sôi ứng dụng sấy đường là một trong những đột phá mới trong ngành công nghiệp sấy đường, loại máy sấy này khắc phục được những nhược điểm của các loại máy sấy truyền thống khác như máy sấy thùng quay hay máy sấy sàng rung, máy 5 Luận văn Thạc sĩ Khoa cơ khí động lực – ĐH SPKT Tp.HCM sấy hầm,. Nếu sấy các hạt có kích thước nhỏ phạm vi từ 50 – 2000m được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp sấy các dạng vật liệu rời như công nghiệp xử lý hoá dầu, hoá học, dược liệu, nông nghiệp, thực phẩm,.
Nhờ có một số ưu điểm vượt trội như sau: - Hiệu suất truyền nhiệt, truyền ẩm rất tốt, bề mặt tiếp xúc nhiệt các hạt lớn và đồng đều nhất giữa tác nhân sấy với hạt và giữa các hạt với hạt. - Nhiệt độ sấy đồng đều dẫn đến độ ẩm sản phẩm sấy đồng đều, cho ra chất lượng sản phẩm sấy tốt, có giá trị cao. Cho nên các loại máy sấy tầng sôi được các nhà khoa học quy vào dòng máy sấy chất lượng cao mặc dù vậy máy sấy tầng sôi còn có những hạn chế nhất định về mặt tiêu thụ năng lượng quá nhiều, tổn thất áp suất quá lớn để cho các lớp hạt hoá sôi dẫn đến điện năng tiêu thụ nhiều, quá khó sấy cho các loại vật liệu ướt, kết dính, hạn chế về kích thước hạt. Chính vì vậy các nhà khoa học trong nước cũng như thế giới tiếp tục nghiên cứu về công nghệ sấy tầng sôi làm sao giảm được chi phí năng lượng từ đó có rất nhiều công trình nghiên cứu được công bố về máy sấy tầng sôi cấp khí gián đoạn hay còn gọi là máy sấy tầng sôi xung khí được giới thiệu cụ thể ở mục 1.
9 9 7 8 1 2 3 5 6 4 1- Phễu cấp đường ẩm; 2- Không khí nóng vào; 3- Bộ phân phối khí; 4- Không khí tươi vào; 5- Động cơ rung; 6- Vị trí lấy đường sản phẩm; 7- Buồng sấy tầng sôi; 8- Đường làm nguội; 9- Khí thải ra khỏi máy sấy Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy sấy đường tầng sôi [6] 1. Kỹ thuật sấy tầng sôi xung khí ứng dụng sấy đường 1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 6 Luận văn Thạc sĩ Khoa cơ khí động lực – ĐH SPKT Tp.HCM Kỹ thuật sấy tầng sôi xung khí đã cải thiện được những nhược điểm của máy sấy tầng sôi thông thường. Từ một số kết quả nghiên cứu chính về tầng sôi xung khí làm cơ sở cho tác giả phân tích lựa chọn và ứng dụng phù hợp để thực hiện sấy đường RS bằng phương pháp tầng sôi xung khí.
và cộng sự là những người đã sáng chế ra mô hình máy sấy tầng sôi xung khí và kết quả cũng đạt được những công nhận về bằng sáng chế ở các nước Ba Lan, Mỹ, Châu âu vào năm 1979, 1999, 2003, theo tài liệu [8, 9, 10, 11]. Tuy nhiên loại máy sấy này còn hạn chế về tính ứng dụng, phù hợp cho máy sấy tầng sôi xung khí dạng mẻ không phù hợp cho máy sấy tầng sôi xung khí liên tục. Mô hình máy sấy xung khí này được thể hiện cụ thể ở hình 1.7, bố trí một đĩa quay và có 4 khoang sấy. Khi ứng dụng để sấy đường thì yêu cầu đĩa phải quay nhanh để tránh trường hợp đường bị vón cục đồng nghĩa với việc tần số xung cấp khí phải lớn, khi đó hoạt động của máy sấy này gần giống như máy sấy tầng sôi thông thường nên đây cũng là mặt hạn chế của máy sấy tầng sôi xung khí dạng mẻ khi thực hiện sấy đối với vật liệu có tính kết dính cao như đường, muối.7: Mô hình sấy tầng sôi xung khí Gawrzynski Z.và cộng sự sáng chế [8] Năm 2002, theo tác giả KudraT cùng các cộng sự.
[12] đã nghiên cứu đưa ra kết quả việc sấy bùn giấy và bột giấy, công bố tần số cấp xung khí phù hợp là 10Hz 7 Luận văn Thạc sĩ Khoa cơ khí động lực – ĐH SPKT Tp.HCM giúp cho quá trình sôi tốt, đồng đều và hiệu quả hơn như vậy thấy rằng giá trị tần số tạo xung cấp khí nóng là hết sức quan trọng là thông số công nghệ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sấy và chi phí sấy. Một số tác giả cũng đã chứng minh rằng tần số xung khí ảnh hưởng đến tổn thất áp suất trên lớp hạt vì tần số lớn thì thời gian lưu vật liệu ở buồng sấy càng lâu làm cho lớp dày vật liệu tăng lên và ngược lại.