Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa quá trình sấy tinh bột trong dây chuyền sản xuất tinh bột sắn

ViÖn NC ThiÕt kÕ chÕ t¹o m¸y n«ng nghiÖp






B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi:

Nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o hÖ thèng
tù ®éng hãa ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh sÊy
tinh bét trong d©y chuyÒn s¶n xuÊt
tinh bét s¾n


Cn®t: Phan §øc ChiÕn











8494

Hµ néi – 2010

- 1 -
Lời cảm ơn

Đề tài này được thực hiện dưới sự cung cấp/tài trợ kinh phí của Bộ công
thương. Cơ quan chủ trì đề tài và nhóm tác giả xin chân thành cám ơn sự giúp
đỡ và tài trợ kinh phí của Vụ khoa học và công nghệ, Bộ công thương trong suốt
thời gian thực hiện đề tài.
Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm tác giả còn nhận được sự giúp đỡ của
một số tập thể và cá nhân sau:
•
Nhà máy chế biến tinh bột sắn Văn Yên – Yên Bái, Công ty tinh bột sắn
BMC Lào- Viêng đã tạo điều kiện cho đề tài khảo sát và thực nghiệm trên dây
chuyền thiết bị về các thông số nhiệt ẩm làm cơ sở cho việc nghiên cứu của đề
tài.
• Công ty cæ phÇn th−¬ng m¹i vµ tù ®éng ho¸ ADI đã cử cán bộ kỹ thuật
hướng dẫn và cung cấp cho đề tài các thiết bị điều khiển như
đồng hồ nhiệt, biến
tần đời mới để phục vụ cho việc thiết kế và lắp đặt hệ thống điều khiển tự động
quá trình sấy tinh bột.
• Nhà máy chế biến tinh bột sắn Yên Thành- Nghệ An thuộc tổng công ty
máy Động lực và máy Nông nghiệp đã tạo điều kiện cho đề tài ứng dụng sản
phẩm của đề tài vào thự
c tế sản xuất đạt kết quả tốt.
Qua đây, cơ quan chủ trì và nhóm tác giả xin gửi lời cám ơn chân thành tới
các quý vị về sự giúp đỡ nêu trên.

- 2 -
CC Kí HIU VIT TT
m

d
(kg/h): Lu lợng môi chất mang nhiệt (dầu thực vật)
t
dv
, t
dr
(
0
C): Nhiệt độ môi chất mang nhiệt vào (t
dv
) và ra (t
dr
)khỏi caloriffe
L
0
, L

0
(Kg/h):Lu lợng
L
0
không khí khô cần cho sấy, làm nguội, hoà trộn (L
02
)
t
0
(
0
C):Nhiệt độ không khí môi trờng
t

1
(
0
C) :Nhiệt độ tác nhân sấy
t
2
(
0
C): Nhiệt độ không khí thải sau sấy
t

0
(
0
C): Nhiệt độ không khí thải làm nguội

0
(%): Độ ẩm tơng đối của không khí môi trờng

1
(%): Độ ẩm tơng đối của tác nhân sấy

2
(%): Độ ẩm tơng đối của không khí thải sau sấy


0
(%): Độ ẩm tơng đối của không khí thải sau làm nguội
d
0

(g/kgkk): Lợng chứa ẩm của không khí môi trờng
d
1
= d
0
(g/kgkk): Lợng chứa ẩm của tác nhân sấy
d
2
(g/kgkk): Lợng chứa ẩm của không khí thải sau sấy
d

0
(g/kgkk): Lợng chứa ẩm của không khí thải sau làm nguội
I
0
(Kcal/kgkk): Entanpi của không khí môi trờng
I
1
(Kcal/kgkk): Entanpi của tác nhân sấy
I
2
(Kcal/kgkk): Entanpi của không khí thải sau sấy
I

0
(Kcal/kgkk): Entanpi của không khí thải sau làm nguội
G
1
(Kg/h): Lu lợng nguyên liệu sấy
G

2
(Kg/h): Lu lợng sản phẩm
w
1
(%): Độ ẩm tơng đối của nguyên liệu sấy
w
2
(%): Độ ẩm tơng đối của sản phẩm

1
(
0
C): Nhiệt độ nguyên liệu sấy

2
(
0
C): Nhiệt độ sản phẩm
TNS: Tác nhân sấy
VCK: Vật chất khô
TĐN: Trao đổi nhiệt

- 3 -
TSP/ngµy: TÊn s¶n phÈm/ngµy.
TBS: ThiÕt bÞ sÊy
HTS: HÖ thèng sÊy
YFACO: C«ng ty cæ phÇn thùc phÈm, n«ng l©m s¶n Yªn B¸i.
DTA: Delta A Sevise Temperatyre Controller
DTB: Delta B Sevise Temperatyre Controller

- 4 -
mở đầu
Sự phát triển không ngừng của kỹ thuật sấy hiện đại các loại vật liệu ẩm
luôn có quan hệ mật thiết với việc sử dụng nhiệt độ sấy cao, thời gian sấy ngắn
nhằm đạt mục đích cờng hoá quá trình sấy, ở một số trờng hợp đặc biệt, ngời
ta còn tạo ra tác nhân sấy với độ ẩm thấp hoặc sử dụng các loại tia bức xạ với
công suất lớn. Vì vậy để có thể điều khiển hiệu quả quá trình sấy diễn ra sôi
động trong thời gian ngắn không thể không áp dụng các kỹ thuật tự động điều
chỉnh và điều khiển do điều khiển bằng tay (thủ công) không thể đảm bảo độ ổn
định chính xác của nhiệt độ sấy cao hoặc các tham số khác nh: độ ẩm, lu
lợng riêng, cờng độ bức xạ của tác nhân sấy. Việc áp dụng kỹ thuật điều
khiển tự động quá trình sấy còn thực sự cần thiết ở phơng diện kỹ thuật an toàn
ví dụ khi sấy các loại vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ dễ cháy nổ.
Tự động điều khiển quá trình sấy đóng góp quan trọng vào việc nâng cao
chất lợng sử dụng của các loại sản phẩm sau sấy và nâng cao hiệu quả sử dụng của
thiết bị sấy nh: tăng năng suất sấy, đảm bảo chất lợng sấy, tăng tính ổn định
trong khi sấy, giảm nhẹ cờng độ và tạo thuận lợi cho công nhân vận hành góp
phần không nhỏ vào việc giảm các chi phí sấy. Vì vậy tự động hoá quá trình sấy đã
và đang trở thành giải pháp kỹ thuật đợc áp dụng rộng rãi nhằm đạt đợc nhiều
mục đích, một mặt đảm bảo năng suất lao động tăng đáng kể, mặt khác bảo đảm
quá trình sấy diễn ra với hao phí nguyên nhiên liệu thấp nhất, chất lợng sản phẩm
sau sấy ng u, n nh v tt nht. Đối với các thiết bị có quá trình sấy diễn ra
nhanh, các tham số quá trình sấy cần đảm bảo chính xác, quá trình sấy không thể
thực thực hiện nếu không áp dụng các giải pháp điều chỉnh, điều khiển tự động.
Có thể thấy với các ý nghĩa về kỹ thuật và kinh tế nh đã nói trên, ngày nay
rất nhiều giải pháp điều chỉnh và (hoặc) điều khiển tự động phức tạp đã đợc áp
dụng rộng rãi. Kỹ thuật tổ hợp các giải pháp tự động hoá và cơ giới hoá ngày nay đã

đạt tới trình độ hiện đại nhất định góp phần quan trọng vào việc hoàn thiện ở mức
độ cao các thiết bị sấy nói chung và sấy nông sản, thực phẩm nói riêng.
Kỹ thuật sấy hiện đại dùng để thực hiện công nghệ sấy tinh bột nói chung
và tinh bột sắn nói riêng phn ln ó đợc thiết kế dựa trên nguyên lý sấy đối lu
kiểu khí động (tác nhân sấy là dòng khí chuyển động, buồng sấy dạng ống (đứng

- 5 -
hoặc nằm ngang). Quá trình trao đổi nhiệt ẩm trong các thiết bị sấy khí động
luôn diễn ra với nhiệt độ tác nhân sấy cao (từ 200
0
C đến 400
0
C) và thời gian sấy
rất ngắn khong (2 ữ 3giây). Để các thiết bị sấy hoạt động hiệu quả và an toàn
thỡ cn/nờn ỏp dng n giải pháp tự động điều chỉnh (iu chnh các tham số
sấy) v điều khiển quá trình sấy một cách đồng bộ nhằm đảm bảo sự ổn định độ
ẩm sản phẩm, năng suất sấy và giảm các chi phí sấy. Vì vậy, việc nghiên cứu
thiết kế, chế tạo hệ thống tự động hoá điều khiển quá trình sấy tinh bột thực sự
có ý nghĩa về kinh tế kỹ thuật và mang tính thời sự cao, đặc biệt là trong bối
cảnh hiện nay khi mà nền công nghiệp trong nớc đã có thể tự thiết kế, chế tạo
các thiết bị sấy khí động với nhiều quy mô năng suất khác nhau. Thành công của
đề tài sẽ làm cho tính sử dụng của thiết bị sấy hoàn thiện hơn đồng thời sẽ là
đóng góp đáng kể vào mục tiêu đa nhanh các tiến bộ khoa học tiên tiến vào
thực tiễn sản xuất nói chung và sản suất các sản phẩm nông nghiệp chất lợng
cao nói riêng của nớc ta trong xu thế hội nhập quốc tế sôi động hiện nay.
Đợc sự đồng ý của vụ khoa học công nghệ - Bộ Công thơng theo quyết
định về việc đặt hàng thực hiện các nhiệm vụ khoa học và công nghệ năm 2010
số 6228/QĐ-BTC ngày 10/12/2009 của Bộ Trởng Bộ Công Thơng, Viện
nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp đã xây dựng và tổ chức thực hiện
đề tài Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống tự động hoá điều khiển quá trình

sấy tinh bột trong dây chuyền sản xuất tinh bột sắn. Với mục tiêu: tích hợp và
chế tạo trong nớc 01 hệ thống tự động điều khiển quá trình sấy tinh bột sắn và
lắp đặt để ứng dụng trong điều kiện thực tế sản xuất trên hệ thống thiết bị sản
xuất tinh bột sắn đồng bộ do Viện đã chuyển giao cho các đơn vị sản xuất.









- 6 -
Chơng 1
Tổng quan về kỹ thuật tự động điều khiển, điều chỉnh
và kiểm soát quá trình sấy tinh bột sắn.


1.1. Giới thiệu công nghệ sản xuất tinh bột sắn. Các yếu tố điều kiện của
quá trình sấy tinh bột sắn.
1.1.1. Sơ lợc về công nghệ sản xuất tinh bột sắn từ củ sắn tơi
Công nghệ sản xuất tinh bột sắn từ củ sắn tơi theo phơng thức công
nghiệp với qui mô lớn ( 200tấn củ/ngày đêm) và chất lợng sản phẩm cao đợc
mô tả tóm tắt bằng sơ đồ hình 1.1

Hình 1.1: Sơ đồ khối công nghệ sản xuất tinh bột sắn
Khâu chuẩn bị nguyên liệu củ sắn bao gồm các nguyên công nh: tiếp
nhận, làm sạch đất bám dính, làm sạch vỏ gỗ và rửa củ.
Khâu làm nhỏ củ bao gồm hai nguyên công: làm nhỏ sơ bộ (thái, băm
thành lát) và mài củ.
Tách ly dịch sữa nhằm tách bã củ (thô và xơ mịn) ra khỏi hỗn hợp củ,
nớc sau mài. Thông thờng khâu này đợc thực hiện theo nhiều nguyên công
nhỏ nh: tách bã thô, tách xơ mịn và tách sạn cát. Các nguyên công đợc lặp đi,
lặp lại một số lần (tuỳ thuộc yêu cầu về chất lợng sản phẩm và tính chất cơ lý
và giống củ sắn)
Dịch sữa sau khi đã đợc làm sạch các tạp chất cơ học (bã, xơ, sạn cát)
đợc chuyển tới công đoạn tinh lọc làm sạch (các tạp chất hữu cơ) và cô đặc
(nâng cao nồng độ tinh bột trong dịch sữa) sau đó đợc chuyển tới khâu tách bớt
Chuẩn bị
nguyên liệu
Làm nhỏ
(cắt, mài)
Tách ly
dịch sữa
Làm sạch cô
đặc dịch sữa
Tách bớt
nớc
Sấy khô
Đồng nhất
kích thớc
Vào baoBảo quản

- 7 -

nớc bằng phơng pháp cơ học để nhận đợc tinh bột dới dạng ẩm (độ ẩm sau
tách nớc dao động từ 32% ữ 38%).
Để trở thành hàng hoá và có thể bảo quản lâu dài với độ ẩm cân bằng từ
12,5% ữ 13% tinh bột cần đợc làm khô bằng phơng pháp sấy (làm khô chủ
động) trớc khi vào bao để chuyển vào kho để bảo quản.
Do tính liên tục và khép kín của công nghệ, các bớc sản xuất tinh bột sắn từ
củ sắn tơi luôn phải đảm bảo tính đồng bộ, liên hoàn và chịu sự tác động qua lại về
chất lợng làm việc của từng nguyên công ví dụ: chất lợng của khâu công nghệ tách
bớt nớc chịu ảnh hởng rất lớn từ nồng độ đậm đặc của dịch sữa tinh bột sau khi
làm sạch và cô đặc. Tơng tự nh vậy, khâu làm khô bằng phơng pháp nhân tạo với
việc sử dụng không khí nung nóng chịu ảnh hởng rất lớn từ độ ẩm của tinh bột sau
khi đã qua nguyên công tách nớc bằng cơ học.
Trong công nghệ sản xuất tinh bột sắn nguyên công sấy khô tinh bột đạt
tới độ ẩm bảo quản lâu dài đóng vai trò hết sức quan trọng. Độ ẩm của sản phẩm
tinh bột khi sử dụng hoặc giao nhận khi mua bán luôn là một chỉ tiêu đợc quan
tâm hàng đầu, thậm chí nhiều tiêu chuẩn quốc gia về chất lợng tinh bột (Thái
Lan, Trung Quốc, Nhật Bản) lấy chỉ tiêu độ ẩm sản phẩm làm chỉ tiêu đầu tiên
để phân loại (siêu: loại 1, loại 2, loại 3). Vì vậy cũng nh hầu hết các kỹ thuật
sấy khác, sấy tinh bột bằng phơng pháp khí động không thể thiếu các giải pháp
kỹ thuật nhằm đảm bảo tính ổn định cao của độ ẩm sản phẩm.
1.1.2. Kỹ thuật sấy tinh bột bằng khí động
ở tất cả các dây chuyền thiết bị sản xuất tinh bột sắn theo phơng thức
công nghiệp có công suất từ 50 tấn sản phẩm/ngày trở lên đều phải sử dụng các
thiết bị sấy liên tục. Các loại thiết bị sấy tinh bột liên tục kiểu hầm (tunel) có thể
dễ dàng gây quá nhiệt cho sản phẩm và từ đó gây hồ hoá tinh bột nên chúng đã
hoàn toàn đợc thay thế bằng các thiết bị (hoặc tổ hợp các thiết bị) sấy khô kiểu
khí động (en. Pneumatic), là loại thiết bị hiện nay đã vợt xa các thiết bị sấy
thông dụng nhất để sấy tinh bột từ bất cứ nguồn nào.
Các thiết bị sấy khô tinh bột kiểu khí động còn đợc gọi là thiết bị sấy
nâng nhiệt tức thời với đặc trng là nhiệt độ tác nhân sấy trớc khi tiếp xúc với

- 8 -
tinh bột ẩm rất cao so với nhiệt độ hồ hoá của tinh bột và thời gian quá trình trao
đổi nhiệt ẩm rất ngắn.


Hình 1. 2. Giới thiệu nguyên lý hoạt động của tổ hợp thiết bị sấy kiểu khí động
đợc áp dụng trong các dây chuyền thiết bị sản xuất tinh bột sắn với công suất
từ 50 tấn tinh bột/ngày trở lên.
Tinh bột đã đợc rút bớt nớc (tinh bột ẩm) đợc nạp vào thiết bị làm tơi
xốp (1), sau đó nhờ thiết bị chuyển tải dạng vít vô tận chuyển chúng theo nguyên
tắc có kiểm soát (có thể thay đổi khối lợng chuyển tải trong một đơn vị thời
gian) tới thiết bị chuyển tải kín (vừa chuyển tải vừa giữ vai trò nh một nút khí
động) cung cấp tinh bột ẩm cho thiết bị vẩy tinh bột (4) vào dòng khí nóng (đợc
nung nóng tới khoảng 180
0
ữ 200
0
C nhờ thiết bị trao đổi nhiệt (5) thổi từ dới
lên với lu lợng khoảng 8 ữ 10m
3
/giây tại đầu dới một ống thẳng đứng (6) có
đờng kính thích hợp với năng suất sấy và cao khoảng 15 ữ 27m [3]. Không khí
nóng bốc lên cao một cách tự nhiên, nhng dòng khí đợc hỗ trợ bằng quạt sấy
(7) nhanh chóng đa tinh bột lên đỉnh cột ống. Tinh bột nóng ẩm cần từ 2 3 giây
để dịch chuyển từ đầu dới ống sấy tới đỉnh ống và trong khoảng thời gian đó tinh

- 9 -
bột sẽ đợc làm khô sau đó tinh bột đợc tách khỏi không khí ẩm nhờ bộ cyclon thu
gom (8) [3]. Trong quá trình chuyển động lên trên theo chiều cao cột ống sấy, quá

trình trao đổi nhiệt ẩm giữa dòng khí khô nóng (tác nhân sấy) và tinh bột ẩm đợc
thực hiện, nhờ đó tốc độ bốc hơi nớc từ tinh bột ẩm vào dòng khí nóng diễn ra rất
nhanh giữ cho các hạt riêng rẽ của tinh bột không tăng nhiệt độ quá mức (quá giới
hạn nhiệt độ hồ hoá) và không đủ thời gian hoặc độ ẩm cần thiết để hồ hoá tinh bột.
Tinh bột còn nóng (nhiệt độ khoảng 45-50
0
C) thờng đợc làm nguội tới nhiệt độ
xp xỉ nhiệt độ môi trờng nhờ đa vào một ống khí động khác (9) không dùng khí
nóng (thông thờng dùng không khí môi trờng đã làm sạch bụi bẩn) và đợc tách
ra khỏi dòng khí làm nguội nhờ Cyclon (10) để từ đó lấy ra để đóng bao hoặc đồng
nhất kích thớc nếu có yêu cầu sau đó đóng bao bảo quản.
1.1.3. Những yếu tố ảnh hởng đến quá trình sấy tinh bột bằng kỹ thuật sấy
kiểu khí động và khả năng điều chỉnh, kiểm soát chúng khi sấy.
Tơng tự nh khi thiết kế các thiết bị sấy nói chung, khi thit k thiết bị
sấy khí động cng cn phi tớnh toỏn mt s thụng s nh: lợng hơi nớc cần
đợc bốc hơi (đợc tính toán dựa trên cơ sở của năng suất sấy), độ ẩm nguyên
liệu và độ ẩm sản phẩm và đây cũng chính là đại lợng phản ánh khả năng làm
việc của thiết bị sấy. Tuy nhiên khả năng này của một thiết bị với các thông số
thiết kế kỹ thuật cụ thể lại phụ thuộc vào sự ổn định của độ ẩm nguyên liệu. Mặt
khác quá trình sấy chịu sự tác động của hai yếu tố là nhiệt độ và lu lợng tác
nhân sấy. Hai yếu tố này đợc lựa chọn trên cơ sở đặc tính cơ lý nhiệt của
nguyên liệu song cũng thờng xuyên phải điều chỉnh (tăng/giảm) tuỳ thuộc vào
điều kiện thời tiết khí hậu (ảnh hởng của không khí môi tr
ờng nơi đặt thiết bị
sấy). Điều chỉnh, kiểm soát và điều khiển quá trình sấy tinh bột kiểu khí động
thực chất là điều chỉnh các mối quan hệ của các thông số quá trình sấy tới khả
năng làm bay hơi nớc của thiết bị sấy để nhận đợc độ ẩm sản phẩm theo mong
muốn.
1.1.3.1.Độ ẩm nguyên liệu (tinh bột) - yếu tố đầu vào của quá trình sấy
Đối với các thiết bị sấy trong công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất tinh

bột sắn, nguyên liệu sấy là bột ở dạng ẩm ớt (độ ẩm, trong khoảng 32 ữ 38%)
nhận đợc sau quá trình tách bớt nớc trong dịch sữa tinh bột. Dịch sữa này là

- 10 -
sản phẩm của các quá trình phân ly và cô đặc (xem hình 1.1) và ở trạng thái thể
lỏng. Theo yêu cầu của công nghệ sản xuất, dịch sữa sau khi phân ly và cô đặc
phải có nồng độ vật chất khô (VCK) khoảng 36% (xấp xỉ 360kg/m
3
dịch sữa)
[3]. Trên thực tế, trừ một số dây chuyền thiết bị của Châu Âu (chủ yếu sản xuất
tinh bột khoai tây), công đoạn phân ly và cô đặc thờng không đợc kiểm soát
chặt chẽ nghiêm túc (không có kỹ thuật tự động điều chỉnh, kiểm soát) vì thế
nồng độ VCK trong dịch sữa thờng thay đổi hỗn loạn. Do vậy khi chuyển dịch
sữa này lên các máy tách nớc bằng cơ học với các chế độ làm việc không đổi
dẫn tới độ ẩm của nguyên liệu (tinh bột ẩm) sau khi tách bớt nớc và trớc khi
cung cấp cho thiết bị sấy cũng biến động theo. Mặt khác, do nguyên lý làm việc
của các loại thiết bị tách nớc bằng phơng pháp cơ học (thông thờng dùng các
thiết bị ly tâm kiểu trống nằm ngang, hoạt động giỏn on / theo mẻ) lắng tinh
bột bằng lực ly tâm, tinh bột bám vào mặt trong của tang trống theo từng lớp
trong suốt thời gian nạp dịch sữa vào máy do vậy độ ẩm của từng lớp có sự khác
nhau theo chiều dày của lớp tinh bột đợc lắng trong máy.
Các đặc thù của công đoạn chuẩn bị nguyên liệu (tinh bột ẩm) cho thiết
bị sấy kiểu khí động đã nêu, dẫn tới tình trạng độ ẩm của tinh bột ẩm trớc khi
cung cấp cho thiết bị sấy luôn luôn là một đại lợng biến đổi hỗn loạn ngay cả
khi đã áp dụng các biện pháp tự động điều khiển quá trình làm việc của thiết bị
tách nớc bằng cách điều chỉnh quan hệ giữa độ ẩm của tinh bột sau tách nớc
và thời gian kéo dài giai đoạn tách nớc nhm mc ớch (cố định độ ẩm của sản
phẩm sau tách nớc). Vì vậy không thể không áp dụng các giải pháp điều chỉnh
các tham số tham gia quá trình sấy nh: lu lợng tác nhân sấy, nhiệt độ tác
nhân sấy, thời gian sấy và lu lợng nguyên liệu cung cấp vào quá trình sấy để

đảm bảo độ ẩm sản phẩm theo yêu cầu.
1.1.3.2.Lu lợng và độ ẩm tác nhân sấy.
Đối với các thiết bị sấy tinh bột, tác nhân sấy đợc sử dụng là không khí
trời đợc nung nóng (nhờ bộ trao đổi nhiệt). Lợng chứa ẩm trong một đơn vị
khối lợng không khí khô (tính bằng g ẩm/kg kkhô) phụ thuộc vào trạng thái
không khí môi trờng và không thay đổi sau khi đợc nung nóng (sau calorifer)
có vai trò tạo ra th năng sấy, quyết định tới khả năng nhận hơi nớc thoát ra

- 11 -
từ vật cần sấy trong suốt quá trình trao đổi nhiệt ẩm. Tuy nhiên công nghệ sấy
tinh bột ẩm với nhiệt độ tác nhân sấy cao (thờng từ 180
0
C ữ 200
0
C) dù độ ẩm
của không khí trời có cao (thậm chí cả khi xấp xỉ với điểm đọng sơng) khi đợc
nung nóng tới nhiệt độ tác nhân cần thiết, độ ẩm của tác nhân sấy vẫn đảm bảo <
5% [3]. Điều này có nghĩa là độ ẩm của tác nhân sấy trong công nghệ sấy tinh
bột là đại lợng ít tác động đến hiệu quả trao đổi nhiệt ẩm và đợc xem nh đại
lợng không đổi.
Khi lợng chứa ẩm (g/kgkkk) đã đợc lựa chọn và là đại lợng không đổi,
trong quá trình sấy, lu lợng riêng (tính bằng kg kkk/kg ẩm) lúc này đóng vai
trò nh một kho chứa ẩm di động. Khi lu lợng riêng của tác nhân sấy tăng
có nghĩa là khả năng chứa ẩm thoát ra từ vật sấy tăng và ngợc lại nếu thiếu sẽ
gây ra hậu quả đọng ẩm (thành sơng) trong thiết bị sấy.
ở một thiết bị sấy khí động cụ thể khi mà công suất sấy đã đợc cố định (khả
năng nhận và chuyển tải hơi nớc có ngỡng) việc tìm cách thay đổi lu lợng tác
nhân sấy thờng không đợc lựa chọn là giải pháp nhằm điều chỉnh tinh/iu chnh
trơn (vô cấp) chế độ sấy, đặc biệt ở các thiết bị sấy khí động luôn cần tới nhiệt độ
tác nhân sấy cao, nếu lu lợng sấy thay đổi lớn dẫn tới làm thay đổi khả năng trao

đổi nhiệt của các thiết bị trao đổi nhiệt và điều này rất khó thực hiện khi cả hệ thống
cung cấp nhiệt năng đã đợc thiết kế cho một thiết bị sấy cụ thể. Thông thờng, yêu
cầu này đ
ợc điều chỉnh cứng (cài đặt sẵn) tuỳ thuộc trạng thái không khí môi
trờng đặc trng bởi nhiệt độ (t
0
) và độ ẩm tơng đối (
0
).
1.1.3.3.Nhiệt độ tác nhân sấy và thời gian sấy
Công nghệ sấy tinh bột ẩm đợc thực hiện bằng các thiết bị sấy kiểu khí
động bao giờ cũng đặc trng bởi nhiệt độ sấy rất cao và thời gian sấy ngắn nhằm
đảm bảo tránh hiện tợng tinh bột bị hồ hoá (một phần hoặc toàn bộ hạt tinh bột)
và biến màu. Hiện thợng hồ hoá và biến màu xẩy ra khi nhiệt độ thân hạt tinh
bột vợt quá nhiệt độ giới hạn cho phép (khoảng 55 ữ 60
0
C tuỳ theo độ ẩm của
tinh bột) hậu quả là độ dẻo và độ trắng của tinh bột sản phẩm giảm, ảnh hởng
lớn đến giá trị sử dụng [3].

- 12 -
Thời gian sấy là yếu tố có quan hệ mật thiết với nhiệt độ sấy. Nhiệt độ tác
nhân sấy đợc lựa chọn căn bản dựa vào tính chất nhiệt - lý của tinh bột, thời
gian sấy cần phải đảm bảo sao cho trong quá trình sấy nhiệt độ tinh bột không
vợt quá nhiệt độ cho phép. Nguyên tắc này đợc giải quyết hiệu quả khi áp
dụng các thiết bị kiểu khí động thay thế cho các kiểu sấy cổ điển nh sấy hầm,
sấy băng chuyền
Nhiệt độ tác nhân sấy và thời gian sấy ở các thiết bị sấy khí động đợc lựa
chọn phù hợp với công nghệ sấy nâng nhiệt tức thời vì vậy hai yếu tố này thờng
đợc giữ cố định trong quá trình sấy. Hơn thế nữa, việc điều chỉnh thay đổi thời

gian sấy khi lu lợng sấy đã đợc cố định hoặc có sự thay đổi nhỏ không thể
thực hiện đợc do không điều chỉnh đợc các kích thớc cơ bản của ống sấy (tiết
diện ống và chiều cao ống sấy).
1.1.3.4.Lợng cung cấp nguyên liệu sấy
Trong điều kiện các tham số của tác nhân sấy (lu lợng, nhiệt độ) và thời
gian sấy không đổi, lu lợng nguyên liệu ẩm cung cấp cho quá trình sấy là yếu
tố ảnh hởng trực tiếp đến khối lợng nớc bốc hơi trong quá trình sấy và quyết
định đến độ ẩm của sản phẩm khi khả năng rút ẩm của tác nhân sấy và thông số
thiết kế của thiết bị sấy không đổi. Sự thay đổi lu lợng nguyên liệu cung cấp
cho quá trình sấy tất yếu sẽ làm thay đổi độ ẩm của sản phẩm sau sấy. Đây chính
là quan hệ cần đợc điều chỉnh mềm trong quá trình sấy nhằm hớng tới mục
tiêu đảm bảo cho độ ẩm của sản phẩm không đổi và có giá trị nh mong muốn.
1.2.Tình hình áp dụng những giải pháp kỹ thuật tự động điều khiển quá
trình sấy tinh bột bằng thiết bị sấy kiểu khí động. Phân tích, nhận xét về
khả năng ứng dụng
1.2.1. Sự cần thiết của các kỹ thuật điều khiển, tự động điều khiển quá trình
sấy tinh bột.
Khi thiết kế các thiết bị sấy nói chung bao gồm cả các thiết bị sấy tinh bột
kiểu khí động, ngời thiết kế luôn dành sự quan tâm thích đáng đến việc lựa
chọn các giải pháp kỹ thuật hợp lý để thực hiện các nội dung điều khiển, hiệu
chỉnh và kiểm soát quá trình sấy. Mức độ kỹ thuật của các giải pháp từ đơn giản
đến phức tạp và hiện đại tuỳ thuộc vào các yêu cầu kinh tế kỹ thuật cụ thể. Có

- 13 -
trờng hợp chỉ áp dụng những biện pháp thủ công nhng cũng có nhiều trờng
hợp cần phải áp dụng tới các kỹ thuật tự động một phần hoặc toàn phần, thậm
chí các giải pháp đã đợc lập trình với việc sử dụng những tiến bộ khoa học tiên
tiến, hiện đại.
Đối với các thiết bị sấy kiểu khí động dùng để sấy tinh bột nói chung và
sấy tinh bột sắn nói riêng, ngoài các lý do chung, có thể liệt kê các lý do có tính

đặc thù để làm cơ sở chứng minh cho sự cần thiết phải áp dụng giải pháp kỹ
thuật hợp lý thực hiện việc điều khiển quá trình sấy:
-Bản chất kỹ thuật của công nghệ sấy tinh bột sắn đòi hỏi sử dụng nhiệt độ
sấy cao, thời gian sấy ngắn (nâng thân nhiệt của tinh bột một cách tức thời). Nếu
không áp dụng các giải pháp điều khiển có hiệu quả rất dễ xảy ra những hiện
tợng không mong muốn, kể cả khả năng gây cháy, nổ
-Sấy chỉ là một trong nhiều khâu công nghệ sản xuất tinh bột sắn và chịu
sự ảnh hởng chất lợng của các công đoạn khác, đặc biệt là công đoạn rút bớt
nớc bằng phơng pháp cơ học (máy tách nớc). Tinh bột ẩm (nguyên liệu của
quá trình sấy) do nhiều lý do khác nhau, luôn mang độ ẩm không ổn định (thay
đổi hỗn loạn) đòi hỏi phải có sự điều chỉnh các tham số của quá trình sấy nhằm
đạt đợc độ ẩm của sản phẩm theo yêu cầu định trớc.
-Yêu cầu về chất lợng sản phẩm tinh bột nói chung trong đó có độ ẩm
của các sản phẩm nói riêng rất khắt khe, đặc biệt là tinh bột hàng hoá. Sai lệch
về độ ẩm so với yêu cầu chất lợng, tinh bột có thể giảm cấp loại gây thiệt hại
không nhỏ cho sản xuất.
-Kỹ thuật sấy tinh bột thờng là những yếu tố hợp các thiết bị cơ điện,
nhiệt thực hiện những chức năng và có những công năng riệng biệt, song lại cần
hoạt động với sự đồng bộ cao. Nếu không áp dụng các kỹ thuật tự động điều
chỉnh, kiểm soát mang tính liên động, kịp thời và chính xác thì hiệu quả quá
trình sấy không thể đảm bảo. Một số trờng hợp, khi áp dụng các giải pháp kỹ
thuật đơn giản kém chính xác và trình độ thao tác thấp, thiếu kinh nghiệm dẫn
tới quá trình sấy không thể thực hiện đợc.
1.2.2. Giải pháp kỹ thuật đ và đang đợc áp dụng ở trong và ngoài nớc.
Phân tích, nhận xét

- 14 -
Cùng với sự hoàn thiện không ngừng của các thiết bị sấy kiểu khí động, kỹ
thuật tự động điều khiển, điều chỉnh quá trình sấy cũng không ngừng phát triển
và ngày càng hoàn thiện về mọi mặt từ cấu trúc của hệ thống tới thiết bị đo

kiểm và kỹ thuật của các cơ cấu chấp hành. Tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thể, các hệ
thống tự động điều khiển, điều chỉnh có thể chỉ là những thiết bị hiển thị, cảnh
báo nhng cũng có thể là cả một hệ thống thiết bị làm việc theo phơng pháp
lôgíc, đồng bộ và thậm chí đợc lập trình với việc ứng dụng các tiến bộ mới của
cụng ngh thụng tin. Các thiết bị đo kiểm (nhiệt độ, áp suất, vận tốc không khí,
độ ẩm) đợc sử dụng có mức độ kỹ thuật cao, đảm bảo sai số thấp và phơng
pháp đo hiện đại tiện dụng (trực tiếp, gián tiếp, từ xa).
Qua quỏ trỡnh thc hin ti nhúm tỏc gi ó tham khảo các tài liệu và
thông qua việc khảo sát thực tiễn các thiết bị sấy kiều khí động nhập ngoại ca
mt s nc (Trung Quốc, Thái Lan, Hà Lan) dùng để sấy tinh bột sắn có thể
rút ra mt s nhận định sau:
- Mục đích không đổi của các giải pháp kỹ thuật áp dụng là đảm bảo độ
ẩm sản phẩm ổn định với sai số nhỏ nhất so với giá trị định trớc của nó.
- Bản chất của các phơng án áp dụng là lấy sự ổn định của lợng hơi ẩm thoát
ra từ quá trình sấy làm cơ sở để điều chỉnh các tham sô tham gia quá trình sấy.
-Nội dung của các phơng án gồm hai phần cơ bản: Một là kỹ thuật kiểm
soát, điều chỉnh, điều khiển các tham số của tác nhân sấy, hai là kỹ thuật điều
khiển, điều chỉnh các thiết bị chấp hành.
ở các nớc có nền công nghiệp phát triển, kỹ thuật sấy tinh bột (chủ yếu
là tinh bột khoai tây) với việc sử dụng cỏc thiết bị sấy khí động dạng ống (đứng
hoặc nằm ngang) thờng áp dụng một số phơng án kỹ thuật điều chỉnh, điều
khiển cơ bản. Mỗi phơng án có sự lựa chọn thông số ra chỉ thị và thông số chịu
sự điều chỉnh hoặc cố định khác nhau.
1.2.2.1.Phơng án thứ nhất (xem hình 1.3 và 1. 4)
Nội dung kỹ thuật cụ thể của phơng án này là dựa trên cơ sở sự thay đổi
độ ẩm nguyên liệu (tham số ra tín hiệu điều khiển) để tiến hành điều chỉnh các
tham số tham gia quá trình sấy nhằm đảm bảo ổn định lợng hơi nớc bay hơi

- 15 -
trong quá trình sấy từ đó nhận đợc sự ổn định giá trị độ ẩm sản phẩm. Phơng

án này đợc thể hiện bằng hai phơng pháp.
+ Phơng pháp làm thay đổi lu lng/lợng nguyên liệu sấy (hình 1.3).
Phơng pháp này thực hiện việc khống chế lợng hơi nớc thoát ra trong quá
trình sấy thông qua việc thay đổi lợng nguyên liệu ẩm cung cấp cho quá trình
sấy trong khi kiểm soát để cố định lu lợng và nhiệt độ tác nhân sấy. Bản chất
của phơng pháp là lấy sự thay đổi của độ ẩm nguyên liệu làm tín hiệu điều
chnh lợng cung cấp nguyên liệu vào thiết bị sấy nhằm cố định lợng hơi nớc
bay hơi trong quá trình sấy.

CT

T
C
CP
P
C
CA
C
I
II
IV
III
A

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống tự động điều khiển quá trình sấy theo phơng
pháp cố định nhiệt độ và lu lợng tác nhân sấy. Điều chỉnh lợng nguyên liệu
cấp vào theo sự thay đổi độ ẩm nguyên liệu.
Chú thích:
: Bộ trao đổi nhiệt kiểu dầu khí CT: Cảm biến nhiệt độ
: ống sấy CP: Cảm biến áp suất

: Quạt sấy ĐT, ĐP: HIển thị nhiệt độ, áp suất


: Cơ cấu cấp nguyên liệu sấy CA: Đầu đo độ ẩm


Cơ cấu chấp hành ĐA: Hiển thị độ ẩm
CĐ: Thiết bị chuyển đổi hoặc/ và khuyếch đại tín hiệu đo
I
II
III
IV

- 16 -


Hệ thống hoạt động theo nguyên tắc sau:
Trớc tiên việc ổn định (điều chỉnh để khống chế điều chỉnh cứng ) lu
lợng tác nhân sấy đợc thực hiện nhờ bộ điều chỉnh lu lợng thông qua tín
hiệu áp suất của dòng không khí. Tín hiệu áp suất đo đợc bằng cảm biến áp suất
(CP) truyền đến thiết bị đo áp suất và khuyếch đại (nếu cần) từ đó đợc truyền
dẫn đến cơ cấu chấp hành (van đóng mở) lắp phía cửa quạt sấy (III). Nhiệt độ tác
nhân sấy đợc giữ cố định nhờ phơng pháp điều chỉnh trực tiếp thông qua việc
ấn định qua bộ calorife (1) bằng van thông giữa hai đờng cấp và thải môi chất
mang nhiệt (hơi nớc hoặc dầu thực vật).
Độ ẩm của nguyên liệu cấp vào quá trình sấy đợc cảm biến độ ẩm (CA) liên
tục chuyển đến tổ hợp xử lý (đo, hiển thị, khuyếch đại hoặc chuyển đổi tín hiệu) để từ
đó chuyển đến bộ phận chấp hành làm thay đổi lợng nguyên liệu cấp vào quá trình
sấy (thay đổi tốc độ vòng quay của bộ phận cấp nguyên liệu ẩm IV).
Khả năng áp dụng phơng pháp này tồn tại một số nhợc điểm sau:

-Năng suất của thiết bị tính theo sản phẩm khô sẽ bị giảm khi độ ẩm của
nguyên liệu tăng so với tính toán thiết kế.
-Thiết bị đo độ ẩm nguyên liệu ẩm cao (thờng từ 32 ữ 38%) bao gồm:
cảm biến ẩm, ẩm kế, thờng sử dụng theo nguyên lý đo nhiệt dung riêng. Trong
trờng hợp dòng nguyên liệu luôn chuyển động, độ chính xác của cảm biến ẩm
và ẩm kế thờng có sai số lớn.
-Hệ thống khống chế, điều chỉnh thông số của tác nhân sấy không đảm bảo
đợc sự đồng bộ giữa việc điều chỉnh lu lợng thông qua việc điều chỉnh áp suất
dòng khí và nhiệt độ ci t do yêu cầu của công nghệ sấy. Cách điều khiển này
chỉ có thể áp dụng đối với các địa phơng (nơi sử dụng thiết bị) có độ ẩm của
không khí thấp (<50%). Khi đó enthalpy (năng lợng nhiệt riêng) của tác nhân
sấy ở nhiệt độ không đổi đợc điều chỉnh bù trừ thông qua lu lợng tác nhân sấy.
+Phơng pháp cố định lợng nguyên liệu sấy (hình 1.4)
Phơng pháp này thực hiện theo nguyên tắc kiểm soát để khống chế nhiệt
độ tác nhân sấy phù hợp với công nghệ sấy. Cố định lợng nguyên liệu ẩm cung

- 17 -
cấp cho quá trình sấy. Kiểm soát và điều chỉnh lợng hơi nớc bốc hơi trong quá
trình sấy thông qua việc thay đổi (hiệu chỉnh trơn) lu lợng tác nhân sấy.
Nhiệt độ tác nhân sấy đợc cảm biến nhiệt độ (CT) đo và cung cấp tín
hiệu cho tổ hợp xử lý bao gồm hiển thị giá trị khuyếch đại v/hoặc chuyển đổi
dạng tín hiệu (ĐT và CĐ) để cung cấp đến thiết bị chấp hành làm thay đổi lu
lợng của môi chất mang nhiệt chảy qua bộ trao đổi nhiệt (1).

CT
T
C
CA
A
C

II
II
IV
III

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển quá trình sấy theo phơng pháp
cố định nhiệt độ tác nhân sấy. Điều chỉnh lu lợng tác nhân theo sự thay đổi
của độ ẩm nguyên liệu.
Chú thích:
: Bộ trao đổi nhiệt kiểu dầu khí CT: Cảm biến nhiệt độ
: ống sấy ĐT: Hiển thị nhiệt độ
: Quạt sấy CA: Đầu đo độ ẩm


: Cơ cấu cấp nguyên liệu sấy ĐA: Hiển thị độ ẩm


: Cơ cấu chấp hành
CĐ: Thiết bị chuyển đổi hoặc/ và khuyếch đại tín hiệu đo
Hệ thống điểu khiển hoạt động theo quy trình sau:
I
II
III
IV

- 18 -
Độ ẩm của nguyên liệu đợc đo bởi cảm biến độ ẩm (CA) một cách liên
tục và chuyển tín hiệu đến tổ hợp xử lý (hiển thị giá trị, khuyếch đại v/hoặc
chuyển đổi thành dạng khác) sau đó tín hiệu đã xử lý đợc cung cấp cho bộ phận
thực hiện thích hợp với sự thay đổi độ ẩm nguyên liệu sấy.

Sử dụng phơng pháp này, năng suất tính theo sản phẩm khô của thiết bị hầu
nh không bị thay đổi so với thiết kế. Tuy vậy vẫn tồn tại những nhợc điểm nh đã
phân tích trong khi sử dụng phơng án đầu và tồn tại lớn nhất khi sử dụng phơng
pháp này là khi thay đổi lu lợng tác nhân sấy sẽ dẫn tới làm thay đổi vận tốc dịch
chuyển của nguyên liệu sấy (vì tiết diện ống sấy không đổi) s dn ti chế độ làm
việc của các thiết bị phụ trợ bị rối loạn gây hậu quả xấu. Đồng thời khi có sự thay
đổi đáng kể của lu lợng tác nhân sấy sẽ dẫn tới khả năng phải thay đổi khả năng
làm việc của bộ TĐN khi muốn cố định nhiệt độ tác nhân sấy.
1.2.2.2.Phơng pháp thứ hai (xem hình 1. 5 và 1. 6) [3]
Nội dung của phơng án này là lấy tín hiệu do sự thay đổi độ ẩm (so với
giá trị ci t) của sản phẩm để chỉ huy các hệ thống thiết bị điều khiển quá
trình sấy nhằm cố định lợng nớc bay hơi trong quá trình sấy từ đó hoàn tất
mục tiêu ổn định độ ẩm sản phẩm với giá trị mong muốn. Phơng án kỹ thuật
này cũng đợc thực hiện theo hai cách.
+Phơng pháp cố định nhiệt độ và lu lợng tác nhân sấy. Điều chỉnh
lợng nguyên liệu cung cấp cho quá trình sấy theo sự thay đổi độ ẩm của sản
phẩm (hình 5) [3].
Nguyên tắc hoạt động của phơng pháp này gần tơng tự với phơng pháp đầu
của phơng án, thứ nhất (mục a). Sự khác nhau giữa hai phơng pháp ở chỗ, với
phơng án này, tín hiệu ra lệnh cho các thiết bị điều chỉnh lợng cung cấp nguyên
liệu ẩm cho quá trình sấy đợc lấy từ sự sai lệch của độ ẩm sản phẩm so với giá trị
ci t của nó. Khi có sự thay đổi của độ ẩm sản phẩm so với giá trị ci t, các
thiết bị điều chỉnh nh: cảm biến độ ẩm (CA), hiển thị, khuyếch đại hoặc và chuyển
đổi tín hiệu bị tác động để làm việc và chuyển tín hiệu thích hợp cho cơ cấu chấp
hành làm thay đổi lợng cung cấp nguyên liệu ẩm cho quá trình sấy trong khi đó lu
lợng và nhiệt độ tác nhân sấy, nhờ hệ thống điều chỉnh đợc giữ cố định.

- 19 -
Có thể nhận thấy, các nhợc điểm của phơng pháp này cũng tơng tự nh
phơng pháp đầu của phơng án thứ nhất. Năng suất sấy trung bình sẽ giảm khi

độ ẩm của nguyên liệu tăng, thiết bị đo độ ẩm sản phẩm phức tạp và khó đảm
bảo độ chính xác dẫn tới tín hiệu chỉ huy không thể ổn định và tin cậy.


CT

T
C
CL
L
C
CA
A
C
I
II
IV
III

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển quá trình sấy theo phơng pháp
cố định nhiệt độ và lu lợng tác nhân sấy. Điều chỉnh lu lợng cung cấp
nguyên liệu theo sự thay đổi độ ẩm sản phẩm.
Chú thích
: Bộ trao đổi nhiệt kiểu dầu khí CT: Cảm biến nhiệt độ
: ống sấy CP: Cảm biến áp suất
: Quạt sấy ĐT, ĐP: HIển thị nhiệt độ, áp suất


: Cơ cấu cấp nguyên liệu sấy CA: Đầu đo độ ẩm

Cơ cấu chấp hành ĐA: Hiển thị độ ẩm
CĐ: Thiết bị chuyển đổi hoặc/ và khuyếch đại tín hiệu đo

+ Phơng pháp cố định nhiệt độ tác nhân sấy và lợng nguyên liệu ẩm
cung cấp cho quá trình sấy. Điều chỉnh lu lợng tác nhân sấy theo sự thay đổi
độ sai lệch độ ẩm sản phẩm so với giá trị định trớc của nó.
I
II
III
IV

- 20 -
Nguyên tắc hoạt động của hệ thống điều khiển quá trình sấy khi sử dụng phơng
pháp này cũng tơng tự nh đã trình bày trong phơng pháp thứ hai của phơng án 2
(hình 1.4). Tồn tại lớn nhất của phơng pháp là khả năng đo và phát tín hiệu chỉ huy
của thiết bị đo độ ẩm sản phẩm. Quan hệ tơng tác giữa lu lợng và nhiệt độ tác nhân
sấy cũng không đợc giải quyết triệt để. Tính khả thi của phơng pháp thấp đặc biệt là
khi không khí trời có độ ẩm cao trong khi khả năng cung cấp nhiệt (để nung nóng tác
nhân sấy) đã đợc cố định tơng ứng với hệ thống cấp nhiệt cụ thể. Thay đổi lu lợng
tác nhân sấy dẫn tới tốc độ dòng tác nhân cũng thay đổi theo, điều này không có lợi cho
hiệu quả làm việc của các cyclon vốn rất nhạy cảm với vận tốc đầu vào của nó.


CT
T
C
CA
A
C

I
II
IV
III

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển quá trình sấy theo phơng pháp
cố định nhiệt độ tác nhân sấy và lu lợng nguyên liệu cấp vào sấy. Điều chỉnh
lu lợng tác nhân sấy theo sự thay đổi độ ẩm sản phẩm.
Chú thích
: Bộ trao đổi nhiệt kiểu dầu khí CT: Cảm biến nhiệt độ
: ống sấy CP: Cảm biến áp suất
: Quạt sấy ĐT, ĐP: HIển thị nhiệt độ, áp suất


: Cơ cấu cấp nguyên liệu sấy CA: Đầu đo độ ẩm


Cơ cấu chấp hành ĐA: Hiển thị độ ẩm
CĐ: Thiết bị chuyển đổi hoặc/ và khuyếch đại tín hiệu đo
I
II
III
IV

- 21 -
1.2.2.3.Phơng án kỹ thuật thứ 3 (xem hình 1.7) [3]
u điểm nổi bật của hai phơng án kỹ thuật điều khiển đã trình bày (bao gồm 4
phơng pháp, mỗi phơng án 2 phuơng pháp) là tín hiệu chỉ thị cho hệ thống điểu
khiển làm việc đều là tín hiệu gián tiếp phản ánh năng suất của quá trình sấy (lợng hơi
nớc thoát ra mang ra ngoài) tuy vậy tính trực tiếp phản ánh khá tin cậy nếu các thiết bị

đo, xử lý tín hiệu làm việc có hiệu quả. Cho đến ngày nay, các đầu đo độ ẩm nhanh
trong điều kiện nguyên liệu cần đo đang chuyển động, có tính cơ - lý nhiệt khá đặc
biệt nh tinh bột phần lớn là các thiết bị hoạt động theo nguyên tắc điện dung riêng (sự
thay đổi độ ẩm dẫn tới thay đổi điện dung riêng) phạm vi ứng dụng giới hạn cho một
số nguyên liệu dạng hạt rời vì thế các thông số thiết kế của chúng phần lớn đợc xây
dựng đợc dùng cho một loại nguyên liệu cụ thể, có một số thiết bị đo độ ẩm nhanh,
có thể dùng để đo cho nhiều loại nguyên liệu có tính chất cơ lý khác nhau song nó làm
việc theo nguyên tắc mẫu cần đo phải ở trạng thái tĩnh, khối lợng mẫu và phạm vi đo
tơng ứng với từng loại nguyên liệu
Nhằm khắc phục tồn tại của hai phơng pháp đã nêu, những năm gần đây,
ở các nớc phát triển (Hà Lan, Đức, Thái Lan) phổ biến ứng dụng phơng án
thiết kế hệ thống tích hợp các thiết bị đo và điều chỉnh các tham số sấy trên các
máy sấy khí động dựa trên nguyên tắc lấy nhiệt độ bầu khô của khí thải ra sau
quá trình sấy để làm tín hiệu ra lệnh/tớn hiu u vo cho các hệ thống thiết bị
điều khiển.
Cơ sở lý thuyết của phơng án dựa trên định luật của Đalton là khối lợng
ẩm bốc hơi vào không khí ở điều kiện áp suất không đổi và vận tốc không khí
không đổi phụ thuộc vào hiệu nhiệt độ bầu khô và bầu ẩm của không khí. Theo
tinh thần nội dung định luật này, các công cụ đo độ ẩm không khí bằng cặp nhiệt
kế đã ra đời, phổ biến sử dụng thay thể cho các thiết bị đo tr
ớc đó (ví dụ nh đo
độ ẩm bằng sợi, lò xo, ẩm kế).
Cơ sở thực tiễn của phơng pháp này là các hệ thống thiết bị tự động hoặc bán tự
động điều khiển quá trình sấy trên các thiết bị sấy kiểu khí động (ống đứng hoặc
ống nằm ngang) nhập ngoại của Hà Lan (tại YFACO Yên Bái). Thái Lan (tại
Ninh Bình) hoặc một số thiết bị sấy nhập của Trung Quốc, Đài Loan giải rác sử

- 22 -
dụng trên toàn quốc đều áp dụng phơng án lấy nhiệt độ bầu khô của khí thải để
làm tín hiệu chỉ huy cho các thiết bị điều khiển, điều chỉnh chế độ sấy.

Hình 1.7 giới thiệu nguyên lý hoạt động của hệ thống thiết bị điều khiển
quá trình sấy lắp trên các thiết bị nhập của Thái Lan đang đợc sử dụng ở nhiều
địa phơng trong nớc


CT

T
C
CP

P
C
CT
T
C
I
II
IV
III

Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển quá trình sấy theo phơng pháp
cố định lu lợng và nhiệt độ tác nhân sấy. Điều chỉnh lợng cung cấp nguyên
liệu cho quá trình sấy theo sự thay đổi của nhiệt độ bầu khô của khí thải.
Chú thích:
: Bộ trao đổi nhiệt kiểu dầu khí CT: Cảm biến nhiệt độ
: ống sấy CP: Cảm biến áp suất
: Quạt sấy ĐT, ĐP: HIển thị nhiệt độ, áp suất

: Cơ cấu cấp nguyên liệu sấy CA: Đầu đo độ ẩm


Cơ cấu chấp hành ĐA: Hiển thị độ ẩm
CĐ: Thiết bị chuyển đổi hoặc/ và khuyếch đại tín hiệu đo
Hệ thống điều khiển thực hiện cùng một lúc hai chức năng cơ bản: điều
chỉnh để cố định nhiệt độ và lu lợng tác nhân sấy và điều chỉnh để cố định khả
I
II
III
IV

- 23 -
năng sấy phản ánh qua lợng hơi nớc bay hơi sau quá trình sấy thông qua việc
điều chỉnh lợng nguyên liệu ẩm cung cấp cho quá trình sấy.
Nguyên tắc hoạt động của hệ thống tơng tự nh nguyên tắc đã trình bày
ở phơng pháp thứ nhất của phơng án 1 và 2 (hình vẽ 1.3 và 1.5) sự khác biệt
với hai phơng pháp đã nêu là ở phơng án này lấy sự sai lệch (so với giá trị
chuẩn ci t) của nhiệt độ khí thải sau quá trình sấy để chỉ thị cho cơ cấu chấp
hành lắp trên thiết bị cung cấp nguyên liệu sấy thực hiện việc điều chỉnh lợng
nguyên liệu cung cấp nhằm đảm bảo ổn định khả năng bốc hơi nớc của quá
trình sấy đã đợc lựa chọn nhằm đảm bảo độ ẩm sản phẩm nh mong muốn.
áp dụng phơng án này có thể xảy ra khả năng làm giảm năng suất sấy
trung bình theo khối lợng sản phẩm khô khi có sự sai lệch lớn về độ ẩm nguyên
liệu. Tuy vậy nhìn một cách tổng thể phơng án này có tính khả thi rõ rệt đối với
một đề tài nghiên cứu ứng dụng, điều kiện để nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các
thiết bị điều khiển chuyên dụng (đo độ ẩm nguyên liệu và sản phẩm) phù hợp với
phơng hớng sử dụng các thiết bị đo đã tiêu chuẩn hoá có tính năng thích hợp.
ở nớc ta hiện có khoảng trên 60 cơ sở sản xuất tinh bột sắn (với công
suất quy đổi 50TSP/ ngày) theo phơng thức công nghiệp khâu sấy khô tinh bột

đều sử dụng kỹ thuật sấy đối lu cỡng bức bằng thiết bị sấy khí động dạng ống
đứng và nằm ngang sử dụng các lò cấp nhiệt dùng các loại nhiên liệu phổ biến
nh: than, dầu FO hoặc Do. Một số lò cấp nhiệt cho quá trình nung nóng không
khí có sử dụng các môi chất mang nhiệt nh hơi nớc, dầu tải nhiệt (dầu thực vật
có nhiệt độ sôi cao).
Có thể nhận thấy mức độ cơ giới hoá và tự động hoá quá trình công nghệ
sản xuất tinh bột sắn nói chung và công nghệ sấy nói riêng ở hầu hết các dây
chuyền thiết bị còn đang ở mức thấp, đặc biệt là các dây chuyền thiết bị do trong
nớc tự sản xuất. Một vài hệ thống thiết bị do trong nớc tự sản xuất. Một vài hệ
thống thiết bị nhập ngoại đợc trang bị các giải pháp tự động điều khiển (ví dụ
dây chuyền thiết bị nhập của Hà Lan lắp đặt tại YFACO Yên Bái) ở mức độ khá
đồng bộ hoặc ở mức trung bình (ví dụ các hệ thống nhập của Thái Lan).

- 24 -
Những năm gần đây (từ 2002) đến nay Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo
máy nông nghiệp (Bộ công thơng) từ kết quả nghiên cứu triển khai của các đề
tài cấp Bộ và dự án khoa học áp dụng thử vào sản suất đã cung cấp cho thị trờng
07 hệ thống thiết bị đồng bộ để sản xuất tinh bột sắn từ củ sắn tơi. Do nhiều lý
do, mức độ áp dụng những giải pháp tự động điều khiển các khâu công nghệ nói
chung và khâu sấy nói riêng cũng đang ở mức thấp. Đối với khâu sấy, các biện
pháp kỹ thuật điều khiển mới chỉ dừng lại ở việc áp dụng một số giải pháp đơn
giản về kỹ thuật và hạn chế ở mặt tác dụng ví dụ: đã áp dụng giải pháp tự động
chống cháy nổ, đo và hiển thị nhiệt độ sấy để làm tín hiệu cho động tác điều
khiển (tăng giảm) bằng tay làm thay đổi lợng cấp nguyên liệu sấy.
Thực tế cho thấy, điều chỉnh quá trình sấy tinh bột sắn bằng các giải pháp
đơn giản nh hiện nay đã và đang sử dụng trên các hệ thống thiết bị do nớc ta
sản xuất dẫn tới nhiều hệ quả hệ luỵ, sản phẩm sau sấy thờng khó đạt đợc các
chỉ tiêu chất lợng (chủ yếu là độ ẩm, độ dẻo và độ trắng) đôi khi gây tổn thất
nghiêm trọng cho sản xuất. Phơng pháp điều chỉnh chế độ sấy tinh bột theo
nguyên tắc cứng và chỉ dựa trên kinh nghiệm và kỹ năng của ngời thao tác

khó có thể đảm bảo cho quá trình sấy diễn ra có hiệu quả trong khi các yếu tố
ảnh hởng trực tiếp đến quá trình sấy luôn thay đổi. Vì thế sự cần thiết phải áp
dụng tiến bộ kỹ thuật tự động điều khiển quá trình sấy tinh bột là một yêu cầu
vừa có tính thời sự vừa mang tính chất kinh tế kỹ thuật, đồng thời phù hợp với
trình độ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hiện nay của nớc ta.