CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG SẤY 1.1 TỔNG QUAN VỀ SẤY 1.1 Khái niệm về sấy Sấy là một khâu quan trọng trong dây chuyền công nghệ, được sử dụng phổ biến ở nhiều ngành công nghiệp chế biến nông – lâm – hải sản. Sấy không chỉ đơn thuần là tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu mà là một quá trình công nghệ phức tạp, đòi hỏi vật liệu sau khi sấy phải đảm bảo chất lượng theo một chỉ tiêu nào đó với mức chi phí năng lượng (điện năng, nhiệt năng) tối thiểu. Chẳng hạn, khi sấy gỗ thì không được nứt nẻ, cong vênh hoặc khi sấy thực phẩm thì phải đảm bảo giữ được màu sắc, hương vị và chất lượng của sản phẩm.2 Mục đích của sấy Với mục đích bảo quản tốt vật liệu hoặc để giảm năng lượng tiêu tốn trong quá trình vận chuyển, hoặc để đảm bảo các thông số kĩ thuật cho các quá trình gia công vật liệu tiếp theo. Vậy sấy có mục đích chính là: + Giảm trọng lượng.
+ Giảm chi phí chuyên chở và đồng thời nó cũng làm tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm. + Ngăn cản vi sinh vật như nấm mốc, nấm men, vi khuẩn phát triển. + Loại bỏ phần nước tự do trong sản phẩm, làm giảm hoạt độ của nước, chậm bớt các quá trình sinh học giúp bảo quản thực phẩm được lâu hơn.3 Các phương pháp tách ẩm Tùy theo tính chất và độ ẩm, tùy theo yêu cầu và mức độ làm khô của vật liệu mà người ta tiến hành các phương pháp tách ẩm ra khỏi vật liệu theo 3 cách: phương pháp cơ học, phương pháp hóa lý và phương pháp nhiệt + Phương pháp cơ học: Dùng máy ép, máy lọc, máy li tâm… để tách nước. Dùng khi không cần tách triệt để mà chỉ tách sơ bộ một lượng nước ra khỏi vật liệu + Phương pháp nhiệt: Dùng nhiệt năng làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu, được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp và trong đời sống.
+ Phương pháp hóa lý: Dùng một hóa chất có tính hút nước cao để tách ẩm ra khỏi vật liệu như CaCl2 khan, H2SO4 đậm đặc… Phương pháp này đắt và phức tạp nên dung chủ yếu để hút ẩm trong một hỗn hợp khí để bảo quản máy và thiết bị.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY 1.1 Hệ thống sấy lạnh Trong các hệ thống sấy lạnh, nhiệt độ vật liệu sấy có thể trên dưới nhiệt độ môi trường (t > 0) và cũng có thể nhỏ hơn 0°C. Sấy lạnh có ưu điểm là chất lượng sản phẩm sấy tốt nhất nhưng hệ thống sấy phức tạp, vốn đầu tư lớn và chi phí năng lượng cho một đơn vị sản phẩm cao. Vì vậy, hệ thống sấy lạnh chỉ được sử dụng khi vật liệu sấy không chịu được nhiệt độ cao và đòi hỏi ngặt nghèo về chất lượng sản phẩm như màu sắc, hương vị. Có thể phân loại hệ thống sấy lạnh theo ba dạng sau đây: a) Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 0: Với hệ thống sấy này, tác nhân sấy thông thường là không khí trước hết được khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh hoặc khử ẩm hấp phụ, sau đó được đốt nóng (nếu khứ ẩm bằng phương pháp làm lạnh) hoặc được làm lạnh (nếu khử ẩm bằng phương pháp hấp phụ) đến nhiệt độ mà công nghệ yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu sấy.
Khi đó, do phần áp suất P_h trong tác nhân sấy bé hơn phần áp suất hơi nước trên bề mặt vật P_bm nên ẩm từ dạng lỏng trên bề mặt vật liệu sấy bay hơi vào tác nhân sấy, kéo theo sự dịch chuyển ẩm trong lòng vật ra bề mặt. Như vậy, quy luật dịch chuyển ẩm trong các hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 0 hoàn toàn giống như trong các hệ thống đối lưu nói chung. Điều khác nhau ở đây chỉ là cách giảm phần áp suất hơi nước trong tác nhân sấy. b)Hệ thống sấy thăng hoa: Trong hệ thống sấy này, nước ở dưới điểm ba thể, nghĩa là T<273°K, p<610Pa nhận được nhiệt lượng (thường là do dẫn nhiệt và bức xạ) thực hiện quá trình thăng hoa để nước chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi và đi vào tác nhân sấy.
Như vậy, trong các hệ thống sấy thăng hoa, một mặt ta phải làm lạnh vật liệu sấy xuống dưới 0°C trong các kho lạnh và sau đó đưa vật liệu sấy với ẩm dưới dạng rắn vào bình thăng hoa. Ở đây, vật liệu sấy được đốt nóng và đồng thời tạo chân không trong không gian xung quanh bằng bơm hút chân không c)Hệ thống sấy chân không: Nếu nhiệt độ vật liệu sấy nhỏ hơn 273°K nhưng áp suất xung quanh p>610Pa thì khi vật liệu sấy được nhiệt lượng, các phân tử nước ở thể rắn chuyển thành thể lỏng và sau đó mới chuyển thành thể hơi để đi vào tác nhân sấy.2 Hệ thống sấy nóng Các hệ thống sấy nóng phổ biến có thể phân làm ba loại theo ba phương pháp đốt nóng vật: hệ thống sấy đối lưu, hệ thống sấy tiếp xúc và hệ thống sấy trong các trường năng lượng. Trong mỗi loại lại được phân làm nhiều loại nhỏ theo kết cấu và đặc trưng đốt nóng vật 2 a)Hệ thống sấy tiếp xúc: Là hệ thống sấy trong đó vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng bằng dẫn nhiệt. hệ thống sấy tiếp xúc được chia làm hai loại: Hệ thống sấy lo: là hệ thống sấy chuyên dụng dùng để sấy các vật liệu sấy dạng tấm phẳng có thể uốn cong dược như giấy, vải.
Trong hệ thống sấy này thiết bị sấy là những hình trụ tròn (gọi là các lô sấy) được đốt nóng thông thường bằng hơi nước bão hòa. Giấy hoặc vải ướt được cuộn tròn từ lỗ này qua lỗ khác và nhận nhiệt bằng dẫn nhiệt từ bề mặt các lô. Ẩm nhận được năng lượng tách khỏi vật liệu sấy và bay vào mọi trường không khí xung quanh. Để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt – ẩm có thể đặt các quạt hút hoặc quạt thổi trên bề mặt vật liệu sấy.
Hệ thống sấy tang: cũng là hệ thống chuyên dụng để sấy các vật liệu sấy dạng bột nhão. Thiết bị sấy trong hệ thống sấy này cũng là các hình trụ tròn, hoặc dạng trống, được đốt nóng. Bột nhão bám vào tầng của hình trụ và nhận nhiệt bằng dẫn nhiệt để ẩm tách khỏi vật liệu sấy đi vào không khí xung quanh. Bột đã sấy khô được một thiết bị tách khỏi tang b)Hệ thống sấy đối lưu: Đây là hệ thống sấy phổ biến nhất, được phân loại theo cấu tạo.
Hệ thống sấy buồng (HTSB): Cấu tạo chủ yếu của HTSB là buồng sấy. Trong buồng sấy bố trí các thiết bị đỡ vật liệu gọi chung là thiết bị truyền tải. Nếu dung lượng của buồng sấy bé và thiết bị truyền tải là các khay sấy thì được gọi là tủ sấy. Nếu dung lượng buồng sấy lớn và thiết bị truyền tải là xe goòng với các thiết bị chứa vật liệu thì gọi là HTSB kiểu xe goòng… Nói chung, thiết bị truyền tải trong HTSB rất đa dạng.
Ví dụ HTSB để sấy sơ chế thuốc lá mà chúng ta gặp phổ biến ở các địa phương trồng thuốc lá thiết bị truyền tải chỉ là các sào bằng tre để treo thuốc. Do đặc điểm nói trên, HTSB là một hệ thống sấy chu kỳ từng mẻ. Do đó, năng suất sấy không lớn. Tuy nhiên, HTSB có thể sấy nhiều dạng vật liệu sấy khác nhau từ dạng cục, hạt như các loại nông sản đến các vật liệu dạng thanh, tấm như gỗ, thuốc lá.
Hệ thống sấy hầm (HTSH): Khác với HTSB, trong HTSH, thiết bị sấy là một hầm sấy dài, vật liệu sấy vào đầu này và ra đầu kia của hầm. Thiết bị truyền tải trong HTSH thường là các xe goòng với các khay chứa vật liệu sấy hoặc băng tải. Đặc điểm chủ yếu của HTSH là bán liên tục hoặc liên tục. Cũng như HTSB, HTSH có thể sấy nhiều dạng vật liệu sấy khác nhau.
Tuy nhiên, do hoạt động liên tục hoặc bán liên tục nên năng suất của nó lớn hơn rất nhiều so với HTSB. Hệ thống sấy tháp: Đây là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy vật liệu sấy dạng hạt như thóc, ngô, lúa mỳ. Hệ thống sấy này có thể hoạt động liên tục hoặc bán liên tục. Thiết bị sấy trong hệ thống sấy này là một tháp sấy, trong đó người ta đặt một loạt các kênh dẫn xen kẽ với một loạt các kênh thải.
vật liệu sấy đi từ trên xuống và tác nhân sấy 3 từ kênh dẫn xuyên qua vật liệu sấy thực hiện quá trình trao đổi nhiệt – ẩm với vật liệu sấy rồi đi vào kênh thải và thải vào môi trường Hệ thống sấy thùng quay: là một hệ thống sấy chuyên dụng để sấy các vật liệu sấy dạng cục, hạt. thiết bị sấy ở đây là một hình trụ tròn đặt nghiêng một góc nào đó. Trong thùng sấy có thể bố trí các cánh xáo trộn hoặc không. Khi thùng sấy quay, vật liệu sấy vừa dịch chuyển từ đầu này đến đầu kia vừa bị xáo trộn và thực hiện quá trình trao đổi nhiệt – ẩm với dòng tác nhân sấy.
Hệ thống sấy khí động: Có nhiều dạng hệ thống sấy khí động, thiết bị sấy trong hệ thống sấy này có thể là một ống tròn hoặc phễu, trong đó tác nhân sấy có nhiệt độ thích hợp với tốc độ cao vừa làm nhiệm vụ trao đổi nhiệt – ẩm vừa làm nhiệm vụ đưa vật liệu sấy đi từ đầu này đến dầu kia của thiết bị sấy. Do đó, vật liệu sấy trong hệ thống sấy này thường là dạng hạt hoặc các mãnh nhỏ và độ ẩm cần lấy đi thường là ẩm bề mặt Hệ thống sấy tầng sôi: là hệ thống sấy chuyên dụng để sấy hạt, thiết bị sấy ở đây là một buồng sấy, trong đó vật liệu sấy nằm trên ghi có đục lỗ. tác nhân sấy có nhiệt độ và tốc độ thích hợp đi xuyên qua ghi và làm cho vật liệu sấy chuyển động bập bùng trên mặt ghi như hình ảnh các bọt nước sôi để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt – ầm. Vì vậy, người ta gọi hệ thống sấy này là hệ thống sấy tầng sôi.
Hạt khô nhẹ hơn sẽ nằm phía trên và được lấy ra một cách liên tục Hệ thống sấy phun: dùng để sấy các dung dịch huyền phù như trong công nghệ sản xuất sữa bột. thiết bị sấy trong hệ thống sấy sấy phun là một hình chóp trụ, phân chóp quay xuống dưới. Dung dịch huyền phù được bơm cao áp đưa vào thiết bị tạo sương mù. Tác nhân sấy có nhiệt độ thích hợp đi vào thiết bị sấy thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ấm với sương mù vật liệu sấy và thải vào môi trường.