Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nghiên cứu chế độ sấy đường RS bằng phương pháp tầng sôi xung khí

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích hcmute nghiên cứu xây dựng chế độ sấy đường rs bằng phương pháp tầng sôi xung khí, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả

• Tác giả: Lê Hồng Long
• Người hướng dẫn: PGS. TS Bùi Trung Thành
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Nhiệt
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Độ Sấy Đường RS Bằng Phương Pháp Tầng Sôi Xung Khí
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu về nguyên liệu đường
• 1.2. Quy trình công nghệ sản xuất mía đường
• 1.3. Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng đường RS
• 1.4. Các phương pháp và thiết bị sấy đường chủ yếu hiện nay
• 1.5. Sấy đường bằng máy sấy thùng quay
• 1.6. Sấy đường bằng máy sấy sàng rung
• 1.7. Sấy đường bằng máy sấy tầng sôi
• 1.8. Kỹ thuật sấy tầng sôi xung khí ứng dụng sấy đường
• 1.9. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.10. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.11. Tính cấp thiết đề tài và mục tiêu nghiên cứu
• 1.11.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.11.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.12. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Nguyên lý hoạt động của máy sấy tầng sôi xung khí liên tục
• 2.2. Các phương trình tính toán thiết kế sấy tầng sôi xung khí liên quan
• 2.3. Đường kính trung bình
• 2.4. Khối lượng riêng và khối lượng thể tích
• 2.5. Vận tốc hóa sôi tối thiểu
• 2.6. Tổn thất áp suất qua lớp hạt. Tính chất thủy động của tầng sôi xung khí
• 2.7. Kết quả nghiên cứu lý thuyết
• 3. CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Tổng quát các nội dung thực hiện đề tài nghiên cứu
• 3.2. Phương pháp nghiên cứu
• 3.2.1. Phương pháp chuyên gia
• 3.2.2. Phương pháp kế thừa
• 3.2.3. Phương pháp giải tích toán học
• 3.2.4. Phương pháp mô hình vật lý
• 3.2.5. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
• 3.3. Vật liệu và phương tiện
• 3.3.1. Vật liệu nghiên cứu
• 3.3.2. Mô hình và thiết bị dụng cụ nghiên cứu
• 3.4. Xác định các thông số nghiên cứu
• 3.4.1. Xác định các thông số nghiên cứu đầu vào
• 3.4.2. Xác định các hàm mục tiêu (thông số đầu ra)
• 3.5. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
• 4.1. Quy trình thí nghiệm
• 4.2. Kết quả thực nghiệm
• 4.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy
• 4.2.2. Ảnh hưởng của vận tốc tác nhân sấy
• 4.2.3. Ảnh hưởng của tần số xung khí
• 4.2.4. Ảnh hưởng của đường kính hạt trung bình
• 4.3. Đánh giá kết quả nghiên cứu thực nghiệm
• 4.4. Xác định chế độ sấy đường RS
• 4.5. Nhận xét, đánh giá
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 5.1. Các kết quả đạt được
• 5.2. Các mặt tồn tại và hạn chế
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG RIÊNG VÀ KHỐI LƯỢNG RIÊNG THỂ TÍCH CỦA ĐƯỜNG RS
• PHỤ LỤC 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY SẤY TẦNG SÔI XUNG KHÍ
• PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐƠN YẾU TỐ

Tóm tắt

I. Giới thiệu về chế độ sấy đường RS

Chế độ sấy đường RS là một quá trình quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm. Đường RS, được hình thành từ quá trình kết tinh, thường có độ ẩm từ 1% đến 2% sau khi ly tâm. Nếu không được sấy khô, đường sẽ dễ bị nhiễm khuẩn và có màu sắc không đạt yêu cầu. Theo tiêu chuẩn TCVN 6961: 2001, độ ẩm của đường thô cần đạt dưới 0,2%, trong khi đường tinh luyện không được vượt quá 0,05%. Việc sấy đường là cần thiết để đảm bảo chất lượng và thời gian bảo quản. Trước đây, máy sấy thùng quay là phương pháp phổ biến, nhưng hiện nay, công nghệ sấy tầng sôi đã dần thay thế nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó.

1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu

Nghiên cứu chế độ sấy đường RS bằng phương pháp tầng sôi xung khí là cần thiết để cải thiện hiệu suất sấy và tiết kiệm năng lượng. Kỹ thuật này giúp giảm chi phí năng lượng, một trong những nhược điểm lớn nhất của phương pháp sấy tầng sôi thông thường. Việc áp dụng tầng sôi xung khí không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp chế biến thực phẩm.

II. Nguyên lý hoạt động của máy sấy tầng sôi xung khí

Máy sấy tầng sôi xung khí hoạt động dựa trên nguyên lý tạo ra một lớp hạt sôi liên tục, nơi không khí nóng được đưa vào từ dưới lên, làm cho các hạt đường RS được nâng lên và sấy khô. Nguyên lý này cho phép kiểm soát tốt hơn các thông số như nhiệt độ, vận tốc tác nhân sấy và tần số xung khí. Việc điều chỉnh các thông số này có thể ảnh hưởng lớn đến độ ẩm cuối cùng của sản phẩm và tỷ lệ thu hồi. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số này có thể giúp tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả sấy.

2.1. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình sấy

Các thông số như nhiệt độ sấy, vận tốc tác nhân sấy, tần số xung khí và đường kính hạt đều có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất sấy. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng nhiệt độ sấy trong khoảng 60 – 80°C, vận tốc tác nhân sấy từ 1,5 – 2,5 m/s, và tần số xung khí từ 0,3 – 0,7 Hz là các điều kiện tối ưu cho quá trình sấy đường RS. Những thông số này không chỉ đảm bảo chất lượng sản phẩm mà còn giúp tiết kiệm năng lượng trong quá trình sản xuất.

III. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng chế độ sấy đường RS bằng phương pháp tầng sôi xung khí có khả năng tiết kiệm năng lượng so với phương pháp sấy thông thường. Thông qua các thí nghiệm, 16 phương trình hồi quy đã được thiết lập để đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình sấy. Kết quả cho thấy rằng việc áp dụng phương pháp này không chỉ giúp giảm độ ẩm của đường xuống dưới mức yêu cầu mà còn nâng cao tỷ lệ thu hồi sản phẩm.

3.1. Đánh giá hiệu suất sấy

Đánh giá hiệu suất sấy cho thấy rằng phương pháp tầng sôi xung khí không chỉ cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu chi phí năng lượng. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng độ ẩm cuối cùng của sản phẩm đạt yêu cầu, đồng thời tỷ lệ thu hồi cũng được nâng cao. Điều này chứng tỏ rằng nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao và có thể áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã xây dựng được chế độ sấy phù hợp cho quá trình sấy sản phẩm đường RS, đồng thời mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng kỹ thuật sấy tầng sôi xung khí đối với các vật liệu có độ ẩm cao. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở để tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu hơn về kỹ thuật này và phát triển công nghệ sấy đường ở quy mô công nghiệp. Việc áp dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sẽ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm trong ngành công nghiệp thực phẩm.

4.1. Kiến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Để nâng cao hơn nữa hiệu quả của phương pháp sấy tầng sôi xung khí, cần tiến hành các nghiên cứu tiếp theo về việc tối ưu hóa các thông số sấy trong điều kiện thực tế. Ngoài ra, việc nghiên cứu ứng dụng phương pháp này cho các loại vật liệu khác cũng là một hướng đi tiềm năng, giúp mở rộng khả năng ứng dụng của công nghệ này trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Đường tinh luyện RS (Refined Standard Sugar) là sản phẩm kết tinh có độ ẩm sau ly tâm thường dao động từ 1% đến 2%. Nếu không được sấy khô kịp thời, đường dễ bị kết dính, vón cục và nhiễm khuẩn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng và thời gian bảo quản. Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6961:2001 và TCVN 6958:2001, độ ẩm tối đa cho phép của đường thô và đường tinh luyện lần lượt là 0,2% và 0,05%. Do đó, quá trình sấy đường sau ly tâm là bước thiết yếu nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm và kéo dài thời gian bảo quản.

Trước đây, máy sấy thùng quay được sử dụng phổ biến trong công nghệ sấy đường, tuy nhiên phương pháp này còn tồn tại nhiều hạn chế như nhiệt độ sấy không đồng đều, tỷ lệ vỡ hạt cao và tiêu hao năng lượng lớn. Công nghệ sấy tầng sôi đã được áp dụng nhằm khắc phục các nhược điểm trên nhờ khả năng truyền nhiệt và truyền ẩm hiệu quả, đồng thời cho phép vận hành liên tục với chất lượng sản phẩm đồng đều hơn. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của kỹ thuật sấy tầng sôi là chi phí năng lượng cao do yêu cầu vận hành ở nhiệt độ và vận tốc tác nhân sấy lớn.

Để giải quyết vấn đề này, phương pháp sấy tầng sôi xung khí (Pulsed Fluidized Bed - PFB) được nghiên cứu và phát triển nhằm giảm tiêu hao năng lượng trong quá trình sấy. Luận văn tập trung nghiên cứu xây dựng chế độ sấy đường RS bằng phương pháp tầng sôi xung khí, xác định các thông số công nghệ tối ưu như nhiệt độ sấy, vận tốc tác nhân, tần số xung khí và đường kính hạt trung bình, nhằm đảm bảo chất lượng sấy và tiết kiệm năng lượng. Nghiên cứu được thực hiện tại Việt Nam trong giai đoạn gần đây, góp phần phát triển công nghệ sấy đường hiện đại, phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về kỹ thuật sấy tầng sôi xung khí, bao gồm:

• Nguyên lý hoạt động của máy sấy tầng sôi xung khí liên tục: Máy sấy hoạt động dựa trên nguyên lý cấp khí gián đoạn theo từng vùng trong buồng sấy, giúp vật liệu có tính kết dính cao như đường được tách rời hiệu quả, giảm hiện tượng vón cục và tăng hiệu quả truyền nhiệt, truyền ẩm.

• Khái niệm cầu tính và hình dạng hạt: Đường kính trung bình và hình dạng hạt ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hóa sôi và truyền nhiệt trong quá trình sấy. Cầu tính (φ) được sử dụng để quy đổi kích thước hạt không đều về kích thước tương đương hình cầu, giúp tính toán chính xác vận tốc hóa sôi tối thiểu.

• Vận tốc hóa sôi tối thiểu (v_tt): Là vận tốc khí tối thiểu cần thiết để lớp hạt chuyển từ trạng thái tĩnh sang trạng thái sôi, được xác định qua các phương trình Ergun, tương quan Reynolds-Archimedes, và các công thức thực nghiệm như Wen-Yu, Beayens-Geldart, Kunii-Levenspiel. Vận tốc này ảnh hưởng đến hiệu quả sấy và tiêu hao năng lượng.

• Độ rỗng lớp hạt (ε) và khối lượng riêng thể tích (ρ_b): Các thông số này phản ánh cấu trúc vật liệu trong buồng sấy, ảnh hưởng đến tổn thất áp suất và khả năng truyền nhiệt, truyền ẩm.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng đường RS có độ ẩm ban đầu từ 1% đến 2%, được lấy từ các nhà máy sản xuất đường trong nước. Các thông số vật lý của đường như kích thước hạt, khối lượng riêng, độ rỗng được xác định bằng phương pháp phân tích sàng và đo đạc thực nghiệm.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng quy hoạch thực nghiệm đơn yếu tố để khảo sát ảnh hưởng của từng thông số công nghệ (nhiệt độ sấy, vận tốc tác nhân, tần số xung khí, đường kính hạt) đến các chỉ tiêu chất lượng sấy như độ ẩm cuối, tỷ lệ thu hồi sản phẩm và chi phí năng lượng (điện năng và nhiệt năng).

• Thiết bị nghiên cứu: Mô hình máy sấy tầng sôi xung khí liên tục được chế tạo với bộ tạo xung khí gồm đĩa quay và đĩa tĩnh, có khả năng điều chỉnh tần số xung khí từ 0,3 đến 0,7 Hz. Các thiết bị đo độ ẩm, vận tốc khí, nhiệt độ và tiêu thụ điện năng được sử dụng để thu thập dữ liệu chính xác.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu thực nghiệm kéo dài trong khoảng thời gian từ tháng 3 đến tháng 9 năm 2018, bao gồm giai đoạn thiết kế, chế tạo mô hình, thực hiện thí nghiệm và xử lý số liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy: Nhiệt độ sấy trong khoảng 60 – 80°C là phù hợp để đạt độ ẩm sản phẩm dưới 0,05%, tỷ lệ thu hồi sản phẩm đạt trên 95%, đồng thời chi phí điện năng riêng giảm khoảng 20% so với nhiệt độ sấy cao hơn. Nhiệt độ quá cao (>80°C) làm tăng chi phí năng lượng và có thể làm giảm chất lượng màu sắc đường.

2. Ảnh hưởng của vận tốc tác nhân sấy: Vận tốc tác nhân trong khoảng 1,5 – 2,5 m/s giúp duy trì trạng thái tầng sôi ổn định, giảm tổn thất áp suất và tăng hiệu quả truyền nhiệt. Vận tốc thấp hơn 1,5 m/s không đủ để hóa sôi, trong khi vận tốc trên 2,5 m/s làm tăng tiêu hao năng lượng không cần thiết.

3. Ảnh hưởng của tần số xung khí: Tần số xung khí từ 0,3 đến 0,7 Hz được xác định là tối ưu, giúp giảm tổn thất áp suất qua lớp hạt khoảng 30% so với sấy tầng sôi thông thường, đồng thời cải thiện độ đồng đều độ ẩm sản phẩm. Tần số quá cao làm tăng chi phí điện năng do quạt phải hoạt động mạnh hơn.

4. Ảnh hưởng của đường kính hạt trung bình: Đường kính hạt trong khoảng 400 – 1000 μm là phù hợp để đảm bảo khả năng hóa sôi và truyền nhiệt hiệu quả. Hạt quá nhỏ (<400 μm) dễ bị cuốn theo dòng khí, còn hạt quá lớn (>1000 μm) khó hóa sôi và làm giảm chất lượng sấy.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp sấy tầng sôi xung khí có khả năng tiết kiệm năng lượng đáng kể so với kỹ thuật sấy tầng sôi truyền thống, với mức giảm chi phí điện năng từ 17% đến 54% tùy theo điều kiện vận hành. Việc điều chỉnh tần số xung khí và vận tốc tác nhân giúp giảm tổn thất áp suất qua lớp hạt, từ đó giảm công suất quạt và chi phí vận hành.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với các báo cáo về tần số xung khí tối ưu trong khoảng 0,05 – 1 Hz cho máy sấy tầng sôi xung khí liên tục. Các phương trình hồi quy được xây dựng từ dữ liệu thực nghiệm giúp dự đoán chính xác ảnh hưởng của từng thông số đến chất lượng sấy và chi phí năng lượng, hỗ trợ việc tối ưu hóa quy trình công nghiệp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt độ, vận tốc, tần số xung khí, đường kính hạt với độ ẩm sản phẩm, tỷ lệ thu hồi và chi phí năng lượng, giúp trực quan hóa hiệu quả của từng thông số.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng chế độ sấy tối ưu: Khuyến nghị sử dụng nhiệt độ sấy 60 – 80°C, vận tốc tác nhân 1,5 – 2,5 m/s, tần số xung khí 0,3 – 0,7 Hz và đường kính hạt 400 – 1000 μm để đảm bảo chất lượng sản phẩm và tiết kiệm năng lượng. Thời gian áp dụng: ngay trong giai đoạn vận hành sản xuất.

2. Nâng cấp thiết bị tạo xung khí: Đầu tư cải tiến bộ tạo xung khí với khả năng điều chỉnh tần số linh hoạt, giúp tối ưu hóa quá trình sấy theo từng loại vật liệu và điều kiện sản xuất. Chủ thể thực hiện: nhà máy sản xuất đường và các đơn vị thiết kế máy sấy.

3. Đào tạo vận hành và bảo trì: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu cho kỹ thuật viên về vận hành máy sấy tầng sôi xung khí, bảo trì thiết bị và kiểm soát chất lượng sản phẩm. Mục tiêu giảm thiểu sự cố và nâng cao hiệu suất thiết bị.

4. Nghiên cứu mở rộng quy mô công nghiệp: Tiếp tục nghiên cứu và thử nghiệm trên quy mô công nghiệp để đánh giá hiệu quả kinh tế và kỹ thuật, từ đó hoàn thiện công nghệ và mở rộng ứng dụng trong ngành công nghiệp chế biến đường. Thời gian dự kiến: 1-2 năm tiếp theo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật nhiệt và công nghệ thực phẩm: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về kỹ thuật sấy tầng sôi xung khí, giúp mở rộng kiến thức và phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan.

2. Các kỹ sư và chuyên gia vận hành nhà máy sản xuất đường: Tham khảo để áp dụng chế độ sấy tối ưu, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí năng lượng trong sản xuất thực tế.

3. Các nhà thiết kế và chế tạo thiết bị sấy công nghiệp: Cung cấp thông tin về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các thông số kỹ thuật quan trọng để phát triển máy sấy tầng sôi xung khí phù hợp với yêu cầu sản xuất.

4. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm: Hiểu rõ về công nghệ sấy hiện đại, từ đó đưa ra các quyết định đầu tư, hỗ trợ phát triển công nghệ sạch và tiết kiệm năng lượng.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp sấy tầng sôi xung khí khác gì so với sấy tầng sôi truyền thống?
   Phương pháp sấy tầng sôi xung khí sử dụng khí cấp gián đoạn theo chu kỳ, giúp giảm tổn thất áp suất và tiêu hao năng lượng so với sấy tầng sôi truyền thống vận hành khí liên tục. Ví dụ, chi phí điện năng giảm từ 17% đến 54%.

2. Tại sao cần kiểm soát kích thước hạt trong quá trình sấy?
   Kích thước hạt ảnh hưởng đến khả năng hóa sôi và truyền nhiệt. Hạt quá nhỏ dễ bị cuốn theo khí, hạt quá lớn khó hóa sôi, làm giảm hiệu quả sấy và chất lượng sản phẩm. Kích thước tối ưu là 400 – 1000 μm.

3. Nhiệt độ sấy ảnh hưởng thế nào đến chất lượng đường?
   Nhiệt độ sấy quá cao có thể làm đổi màu và giảm chất lượng đường, trong khi nhiệt độ quá thấp không đủ để loại bỏ ẩm. Nhiệt độ tối ưu được xác định là 60 – 80°C để cân bằng giữa chất lượng và tiết kiệm năng lượng.

4. Tần số xung khí ảnh hưởng ra sao đến quá trình sấy?
   Tần số xung khí điều chỉnh thời gian cấp khí và trạng thái hóa sôi của vật liệu. Tần số quá cao làm tăng chi phí năng lượng, quá thấp làm giảm hiệu quả sấy. Tần số tối ưu là 0,3 – 0,7 Hz.

5. Phương pháp nghiên cứu có thể áp dụng cho các vật liệu khác không?
   Có, kỹ thuật sấy tầng sôi xung khí phù hợp với các vật liệu dạng hạt rời, có độ ẩm cao và tính kết dính như muối, bột giấy, polymer sinh học, với điều chỉnh thông số phù hợp từng loại vật liệu.

Kết luận

• Đã xác định được chế độ sấy tối ưu cho đường RS bằng phương pháp tầng sôi xung khí với nhiệt độ 60 – 80°C, vận tốc tác nhân 1,5 – 2,5 m/s, tần số xung khí 0,3 – 0,7 Hz và đường kính hạt 400 – 1000 μm.
• Phương pháp sấy tầng sôi xung khí giúp giảm chi phí năng lượng từ 17% đến 54% so với sấy tầng sôi truyền thống, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm.
• Các phương trình hồi quy được xây dựng hỗ trợ dự đoán và tối ưu hóa quy trình sấy trong sản xuất công nghiệp.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển công nghệ sấy đường hiện đại, phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước và có tiềm năng ứng dụng rộng rãi.
• Khuyến nghị tiếp tục nghiên cứu mở rộng quy mô công nghiệp và cải tiến thiết bị để nâng cao hiệu quả và tính ứng dụng của công nghệ.

Các nhà máy sản xuất đường và đơn vị nghiên cứu nên phối hợp triển khai thử nghiệm quy mô công nghiệp, đồng thời đào tạo nhân lực vận hành để ứng dụng công nghệ sấy tầng sôi xung khí hiệu quả.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 – 2000m 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 Luan van 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 Luan van 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.