thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy

Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
LỜI NÓI ĐẦU
Sấy là quá trình được sử dụng rất phổ biến trong cuộc sống hàng ngày
cũng như trong công nghiệp. Thực tế cho thấy các quá trình nhiệt nói chung
và quá trình sấy nói riêng là những quá trình công nghệ rất phức tạp. Chẳng
hạn, quá trình sấy là quá trình tách Èm(chñ yếu là nước và hơi nước) khỏi
vật liệu nhờ nhiệt lượng và sau đó sử dụng tác nhân để thải Èm vừa nhận
được từ vật liệu vào môi trường với điều kiện năng suất cao, chi phi nhiên
liệu cũng như vận hành và vốn đầu tư bé nhất nhưng sản phẩm phải có chất
lượng tốt nhất hoặc không nứt nẻ cong vênh hoặc giữ được màu sắc và
hương vị.
Như vậy nghành công nghiệp sấy ra đời đã đóng một phần rất quan trọng
trọng trong dây truyền sản xuất. Nhưng tuỳ thuộc vào từng loại sản phẩm
sấy khác nhau mà tính đa dạng của các thiết bị sấy cũng rất đa dạng và
phong phú như thiết bị sấy buồng, sấy hầm, sấy tháp, sấy phun. Trong đó
thiết bị sấy phun là một trong những thiết bị sấy được sử dụng rộng rãi nhất
là trong công nghiệp sữa. Với nghành công chế biến sữa ngày càng phát
triển ở Việt nam nên chúng em chọn đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY
PHUN TRONG CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT SỮA BỘT GẦY” cho đồ
án tốt nghiệp của mình.
Do thời gian có hạn nên chúng em không thể tránh khỏi những sai sót, rất
mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các bạn để sản phẩm của chúng
em được hoàn thiện hơn
Hà nội, ngày 24 tháng 2 năm 2005
Sinh viên
Lê Hữu Bằng
Lê Quý Dương
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 1 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
PHẦN I: TỔNG QUAN

Ngày nay, việc chăn nuôi bò sữa ở nước ta ngày càng phát triển do đó vấn
đề về việc bảo quản sữa là một nhu cầu cấp bách. Hơn nữa, hàng năm nước
ta phải nhập một lượng lớn sữa bột để phục vô nhu cầu trong nước. Vì vậy
việc tiếp cận với công nghệ và đặc biệt là thiết bị sấy sữa là một bước chuẩn
bị cần thiết để hướng tới chúng ta có thể chế tạo được các thiết bị phục vụ
cho nền công nghiệp sữa ngày càng phát triển ở Việt Nam mang lại lợi Ých
kinh tế lớn cho đất nước.
I.CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY
Quá trình sấy nhằm loại độ Èm ra khỏi vật liệu, để bảo quản làm tăng chất
lượng, và vận chuyển vật liệu dễ dàng hơn Do yêu cầu về công nghệ mà
vật liệu sấy có thể có các dạng sau: dạng cục, dạng hạt, dạng tấm phẳng,
dạng dịch thể Dạng vật liệu sấy là một trong những nhân tố hàng đầu quyết
định dạng thiết bị sấy ngoài ra còn có các nhân tố khác như năng lượng sấy(
lớn hoặc bé) nguồn năng lượng, vị trí thiết bị trong dây chuyền công nghệ,
trong tổng thể mặt bằng xí nghiệp, chất lượng sản phẩm sấy vv cũng đóng
vai trò quan trọng trong việc lựa chọn thiết bị sấy.Hơn nữa chọn dạng thiết
bị sấy cần cân nhắc khả năng chế tạo, điều kiện vận hành, vốn đầu tư Hệ
thống thiết bị sấy thường được phân loại theo phương pháp cung cấp nhiệt
ta chia ra các phương pháp sau:
I.1. Hệ thống sấy tiếp xúc:
Trong hệ thống sấy tiếp xúc vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt
nóng. Hệ thống sấy tiếp xúc tạo ra độ chênh phân áp nhờ tăng phân áp suất
hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy.Trong số này thường gặp hệ thống sấy lò,
hệ thống sấy tang. với đặc tính vật liệu đang sấy là sữa ( dạng hạt nhỏ) thì
hệ thống sấy này không phù hợp.
I.2. Hệ thống sấy bức xạ:
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 2 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
Trong hệ thống sấy bức xạ vật liệu sấy nhận nhiệt từ nguồn bức xạ để

Èm dịch chuyển từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và từ bề mặt khuyếch
tán vào môi trường. Trong hệ thống sấy bức xạ người ta tạo độ chênh phân
áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường chỉ bằng cách đốt nóng vật.
Ta thấy hệ thống sấy này vật liệu không đều, năng suất thấp do đó với vật
liệu sấy trong đề tài này thì thiết bị sấy này không phù hợp.
I.3. Hệ thống sấy dùng dòng điện cao tần:
Trong các hệ thống sấy loại này, khi vật liệu sấy đặt trong một trường
điện từ thì trong vật liệu xuất hiện dòng điện và chính dòng điện này đốt
nóng vật. Hệ thống sấy này rất tốn điện năng do đó với nguồn năng lượng
điện ở Việt Nam hệ thống sấy này không phù hợp.
I.4. Phương pháp sấy đối lưu:
Trong hệ thống sấy này, vật liệu sấy nhận nhiệt bằng đối lưu từ một
lưu thể nóng mà thông thường là khói lò hoặc không khí nóng. Đây là loại
hệ thống sấy phổ biến trong công nghiệp. Trong hệ thống sấy đối lưu có thể
chia ra các dạng sau:
I.4.1. Hệ thống sấy buồng:
Thiết bị sấy buồng thường dùng để sấy các loại vật liệu dạng cục, hạt,
đến các vật liệu dạng thanh, tấm. Cấu tạo chủ yếu trong hệ thống sấy buồng
là buồng sấy.Trong buồng sấy có bố trí các thiết bị đỡ vật liệu sấy mà ta gọi
chung là thiết bị chuyển tải. Do đó năng suất không lớn hệ thống sấy này
không phù hợp trong công nghiệp sản xuất sữa bột.
I.4.2 Hệ thống sấy hầm:
Hệ thống sấy hầm thiết bị sấy là một hầm dài, vật liệu sấy vào đầu
này ra đầu kia của hầm thiết bị vận tải trong hệ thống sấy hầm thường là xe
goòng hoặc là băng tải nên hệ thống sấy này không phù hợp.
I.4.3 Hệ thống sấy tháp:
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 3 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
Trong hệ thống này thiết bị sấy là một tháp trong đó người ta vật liệu

sấy trong đề tài này thiết bị sấy không phù hợp.
I.4.4 Hệ thống sấy khí động:
Có nhiều dạng hệ thống sấy khí động. Thiết bị sấy trong hệ thống sấy
này có thể làm một ống tròn hoặc hình phễu, trong đó tác nhân 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 sấy có thể đạt từ 40-50m/s
vật liệu sấy trong hệ thống sÊy này phải là những mảnh nhỏ và độ Èm cần
lấy đi trong quá trình thường là độ Èm bề mặt. Do đó hệ thống sấy này
không phù hợp với đề tài.
I.4.5 . Hệ thống sấy tầng sôi:
Trong hệ thống sấy tầng sôi thiết bị sấy là một buồng sấy trong đó
người ta bè trí các ghi đỡ vật liệu sấy. Tác nhân sấy có thông số thích
hợp được đưa vào dưới ghi và làm cho vật liệu chuyển động bập bùng trên
ghi như hình ảnh các bọt sôi. Đây là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy các
hạt khô nhẹ các hạt khô nhẹ hơn sẽ ở phần trên của lớp sôi sẽ được lấy ra
khỏi thiết bị sấy một cách liên tục. Trong công nghiệp sản xuất sữa bột thiết
bị này không phù hợp .
I.4.6 Hệ thống thiết bị sấy thùng quay:
Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy vật liệu
dạng cục nhỏ hoặc là dạng hạt có độ Èm ban đầu lớn và có thể làm việc
liên tục.
Ưu điểm của hệ thống thiết bị sấy thùng quay là quá trình sấy đều đặn
và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, cường độ
làm việc tính theo lượng Èm đạt được cao, tuy nhiên do vật liệu bị đảo trộn
nhiều có thể bị gãy tạo ra bôi. Trong thiết bị sấy thùng quay thường không
sử dụng tái tuần hoàn vì trong khí có chứa bụi và yêu cầu phải có thiết bị lọc
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 4 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
bụi khí ra khỏi thùng sấy do đó làm tăng trở lực của hệ thống, tăng vốn đầi

tư và chi phí vận hành. Dựa vào đặc tính làm việc và những ưu điểm của hệ
thống sấy thùng quay và những đặc tính của vật liệu đem sấy ta thấy thiết bị
sấy thùng quay không phù hợp với đề tài.
I.4.7 Hệ thống sấy phun:
Hệ thống sấy phun là hệ thống chuyên dùng để sấy các huyền phù
như dây chuyền sản xuất sữa bột, 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 dich bay lơ lửng trong thiết bị sấy với đặc
điểm nêu trên hệ thống sấy này phù hợp với đề tài.
I.5. Giới thiệu hệ thống sấy phun.
Hệ thống sấy phun gồm có buồng sấy phun, bộ phận nạp liệu là những vòi
hoặc cơ cấu phun, hệ thống quạt, caloriphe để cấp nhiệt cho tác nhân sấy, bộ
phận thu hồi sản phẩm sấy.
Nhờ các bộ phận phun mà nguyên liệu sấy được phun thành những hạt rất
nhỏ vào dòng tác nhân sấy đi trong buồng sấy làm tăng sự tiếp xúc giữa hai
pha. Nhờ vậy mà cường độ sấy rất cao, thời gian sấy ngắn, sử dụng tác nhân
sấy có nhiệt độ cao. Sản phẩm sấy phun có chất lượng cao, xốp, dễ hoà tan,
tiện cho sử dụng và chế biến. Dễ dàng chọn lựa các thông số chế độ
sấy( năng suất, kích thước hạt phun, nhiệt độ sấy, thời gian sấy, kích thước
và dạng buồng sấy).
Hệ thống sấy phun có những nhược điểm sau: Lưu lượng tác nhân lớn, tốn
kém trong khâu chuẩn bị dung dịch(nguyên liệu sấy) và hệ thông phun có
giá thành cao, hệ thống có kích thước lớn, nhất là khi sử dụng tác nhân sấy
có nhiệt độ thấp.
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 5 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
Các bộ phận quan trọng của hệ thống sấy phun như cơ cấu phun, buồng
sấy phun. Tác nhân sấy phải tuyệt đối sạch, sản phẩm sấy phải được thu hồi

đến mức cao nhất để tránh lãng phí và ô nhiễm môi trường. Chuẩn bị nguyên
liệu sấy(dung dịch đem phun) là một công đoạn của day truyền công nghệ
chế biến thực phẩm hoặc dược phẩm
I.5.1 Cơ cấu và phương pháp phun
Nhiệm vụ của cơ cấu phun là phải phun dung dịch thành các hạt phân tán
có kích thước đều như yêu cầu, năng suất cao, lâu mòn, dễ thay thế và giá
thành phù hợp. Cơ cấu phun gồm: các vòi phun thuỷ lực, các loại đĩa văng,
các vòi phun cơ học.
Vòi phun cơ học nói chung có cấu tạo đơn giản, năng suất cao(4000kg/h
trở xuống). Công phục vụ và chi phí năng lượng thấp(2 - 4kWh/t). Vòi phun
cơ học có nhược điểm như sau: khó điều chỉnh năng suất, đòi hỏi áp suất
phun cao, lỗ nhỏ nên dễ tắc. Vòi phun cơ học thường để phun các dung dịch
keo, dung dịch có độ nhớt lớn, không dùng để phun các loại huyền phù, các
loại kem. Do đó vòi phun cơ học không phù hợp với sản phẩm sấy phun là
sữa bột gầy.
Vòi phun ở hình a làm việc theo nguyên tắc: dòng chảy với tốc độ rất lớn
phun vào dòng khí(tác nhân sấy), do ma sát lớn với dòng khí mà dòng lỏng
bị rối tung thành các hạt rất mịn như sương. Để làm được như vậy thì áp suất
dung dịch trước vòi phun bằng từ 2 - 20 MPa và đường kính lỗ vòi phun
phải nhỏ vào khoảng 0,8 - 1,5 mm. Đường kính các hạt long sau khi phun là
d = 20 - 100µm. Độ phân tán phụ thuộc vào tính chất vật lý của dung dịch và
khí, cấu tạo của vòi phun. Độ phân tán càng cao khi tốc độ phun lớn, áp suất
trước vòi phun cao, mật độ môi trường khí cao.
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 6 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
Vßi phun c¬ häc
a. Vßi phun thµnh dßng
h¹t: 1 - kÐp nèi; 2 - vá; 3 -
vßi phun.

b. Vßi phun ly t©m: 1 - èng
dÉn; 2 - §ai èc; 3 - vá; 4 -
Vßi phun
a,
3
2
1
b,
1
2
3
4

Vòi phun cơ học ly tâm (hình b) có áp suất làm việc thấp(0,2 - 0,5)MPa. Do
cấu tạo của miệng vòi phun nên dung dịch chảy xoáy với vận tốc ly tâm lớn
làm tung thành các hạt nhỏ. Dòng hạt phun ra có dang hình nón với góc đỉnh
bằng từ 90 - 140
0
.
Các vòi phun thuỷ lực được ứng dụng rộng rãi hơn. Nguyên lý hoạt động
của chúng là dòng dung dịch phun ra gặp dòng không khí hoặc hơi quá
nhiệt(thế nào là hơi quá nhiệt) có mật độ lớn. Do chênh lệch tốc độ mà xuất
hiện lực ma sát làm cho dung dịch phân tán thành các hạt nhỏ có đường kính
từ (6 -7)µm. Vòi phun thuỷ lực chia làm hai loại: áp suất khí thấp P
K
≤ 0,01
MPa và áp suất khí cao P
K
= (0,15 - 0,7) MPa.
Loại thấp áp có hệ số lưu lượng là: 1kg dung dịch cần(4 - 10) kg không

khí(tác nhân sấy). Loại cao áp là (0,5 - 0,7) kg không khí. Vòi phun thuỷ lực
thường dùng để phun hầu hết các loại dung dịch kể cả bột nhão loãng ,
huyền phù. Dễ dàng điều chỉnh năng suất và độ phân tán.
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 7 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thit k h thng sy phun trong cụng nghip sn xut sa bt gy
5
4
3
1
Vòi phun thuỷ lực
1 - Cửa cấp khí; 2 - Của
cấp dung dịch; 3 - Miệng
trong; 4 - Miệng ngoài; 5 -
Đĩa hình nón
2

Nhc im ca chỳng l: Chi phớ nng lng cao(60kWh/t), nng sut
khụng cao, khi tng nng sut lờn (600 - 650)kg/h cú nh hng chỳt ít n
ng u ca cỏc ht.
cp dung dch , huyn phự, bt nhóo loóng di dng ht nh li ti vo
buụng sy cũn cú cỏc c cu a vng ly tõm. Nguyờn tỏc hot ng ca a
vng ly tõm nh sau: Dung dch, huyn phự hay bt nhóo loóng c cp
vo gn trc quay ca a, a quay t (4000 - 20.000) vg/ph, thm chớ
50.000 vg/ph. Di tỏc dng ca lc li tõm nờn nguyờn liu b vng thnh
mng mng quanh a vo mụi trng tỏc nhõn sy trong bung sy vi vn
tc rt ln. Do cú lc ma sỏt ca tỏc nhõn sy m nguyờn liu b xộ nh
thnh cỏc ht cú ng kớnh trung bỡnh d
tb
= (8 - 18) àm.

cú vũng quay nhanh cho a vng ta dựng tuabin khớ, tuabin hi, hoc
ng c in hoc hp tng tc. Chi phớ nng lng cho a vng khụng ln
Lờ Hu Bng Lờ Quý Dng - 8 - TRng hbk h ni
LớP MTP k45
Thit k h thng sy phun trong cụng nghip sn xut sa bt gy
(5 - 10) kWh/t.
Các đĩa văng ly tâm
a. Đĩa văng nhẵn: 1 - ống nạo liệu; 2 - trục
quay; 3 - Đĩa
b. Đĩa văng có cánh: 1 - Cánh; 2 - Đĩa văng;
3 - Lỗ nắp trục quay; 4 - Lỗ nạp liệu; 5 - nắp
c. Đĩa văng có vòi: 1 - vòi phun; 2 - các ống
nạp liệu; 3 - trục quay; 4 - Đĩa
1
a,
1
2
c,
3
4
21 3
b,
2 3 54

a vng cú b mt nhn (hỡnh a) cú th lm cho nguyờn liu trt trờn
mt a dn ti tc ly tõm gim khụng to ra c cỏc ht nh v ng
u theo yờu cu sy. trỏnh hin tng trờn ta a cú cỏnh hoc a cú vũi
(hỡnh b,c). Theo yờu cu bi toỏn t ra ta dựng loi a vng hỡnh c.
I.5.2 Bung v c ch sy phun
Vic b trớ c cu phun, ca cp tỏc nhõn sy vo bung sy, hỡnh dng v

kớch thc bung sy, phng phỏp tỏch sn phm sy ra khi khớ thi Cú
nh hng ln n s ho trn ng u gia dũng tỏc nhõn sy v dũng ht
vt liu sy, tc l nh hng ln cng sy, cht lng v nng sut quỏ
trỡnh sy.
Lờ Hu Bng Lờ Quý Dng - 9 - TRng hbk h ni
LớP MTP k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
Đối với các buồng sấy sử dụng vòi phun thì kích thước của hạt sản phẩm
ra tương đối lớn và đòi hỏi chiều cao buồng sấy lớn. Do đó sẽ ảnh hưởng
đến chất lượng của sản phẩm cuối cùng là sữa bột gầy. Vì vậy ta không dùng
vòi phun mà sử dụng đĩa văng cấp dung dịch làm việc theo nguyên tắc dòng
cùng chiều.
S¶n phÈm sÊy
KhÝ th¶i+s¶n phÈm sÊy
Nguyªn liÖu sÊy
T¸c nh©n sÊy

Đĩa văng luôn luôn đặt trên đỉnh buồng sấy. Chùm hạt văng ra theo mặt
phẳng nằm ngang, tác nhân sấy theo cửa tiếp tuyến chảy xoáy chùm lấy các
hạt cùng chảy xoáy xuống dưới. Bán kính của chùm hạt văng ra là căn cứ để
xác định đường kính buồng sấy. Do đĩa văng quay nhanh nên nó cũng giống
như chiếc quạt hút dòng tác nhân sấy và các hạt dung dịch lên trên.
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 10 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
II. CÔNG NGHỆ SẤY
Quá trình sấy là quá trình chất lỏng hoặc hơi của nó mà chủ yếu là nước
và hơi nước nhận năng lượng để dịch chuyển từ trong lòng vật sấy ra bề mặt
và nhờ tác nhân mang thải vào môi trường.
II.1. Vật liệu Èm.

Vật liệu Èm là các vật có khả năng chứa nước hoặc hơi trong quá trình
hình thành hoặc gia công bản thân các vật liệu như các loại nông sản thực
phẩm (Lúa, Ngô, vải, gỗ, đường ).
Độ Èm của vật liệu:
Độ Èm tương đối :
Độ Èm tương đối là tỉ số giữa độ Èm tuyệt đối trên độ Èm tương đối lớn
nhất.
Nếu ký hiệu m, m
n
Và m
0
tương úng là khối lượng của vật liệu Èm khối
lượng của nước và khối lượng của vật liệu khô thì ta luôn có:
m = m
n
+ m
0
. (1)
Như vậy độ Èm tương đối bằng:
w =
%.100.
m
m
n
(2).
Ta thấy rằng m
n
< m
0
. Nên độ Èm tương đối w luôn nhỏ hơn 100%.

Ta có quan hệ : 0% < w < 100%.
Độ Èm tuyệt đối:
Độ Èm tuyệt đối là khối lượng của hơi nước có trong 1m khối không khí
Èm vậy độ Èm tuyệt đối w
k
. được tính bằng:
w
k
=
%.100.
0
m
m
n
(3)
Có thể thấy rằng đối với vật liệu khô tuyệt đối ta có w
k
= w = 0.
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 11 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
Do khối lượng Èm m
n
chứa trong vật liệu có thể lớn hơn khối lượng vật
liệu khô w
k
nên độ Èm tương đối w
k
có thể lớn hơn 100%.
Quan hệ giữa độ Èm tương đối và đội Èm tuyệt đối.

Từ các quan hệ (1) và (3) ta dễ dàng thu được các quan hệ sau:
k
k
w
w
w
+
=
100
hay w
k
=
100.
100 w
w
−
% . (4).
Độ chứa Èm và nồng độ Èm:
Trong khi nghiên cứu vật liệu Èm người ta còn đưa ra khái niêm độ chứa
Èm u. Độ chứa Èm u là giới hạn của tỷ số giữa khối lượng Èm g
a
và khối
lượng vật liệu khô g
k
của một khối hình hộp vô cùng nhỏ của vật liệu Èm có
các kích thước (Δx, Δy, Δz) khi các kích thước này dần tơi không:
u =
0
g
g

n
. (5)
Khác với độ Èm tuyệt đối có tính trung bình độ chứa Èm u được xem
như một hàm liên tục của không gian (x, y, z) và thời gian t.Hay u =
u(x,y,z,t). Do đó nếu phân bố đÒu trong vật thì giá trị của độ chứa Èm u và
độ Èm tuyệt đối w
k
có mối quan hệ:
u =
100
k
w
. (6)
Ngoài đô chứa ầm người ta còn sử dụng khái niệm nồng độ Èm c.
Tương tự như độ chứa Èm u, nồng độ Èm c được định nghĩa như là giới hạn
của khối lượng Èm chứa trong một hình hộp vô cùng nhỏ của vật liệu Èm có
các kích thước (Δx, Δy, Δz) khi các kích thước này dần tơi không:
Như vậy nồng độ Èm bằng:
c =
zyx
n
ddd
g

. (7).
Tương tự như lượng chứa ầm và độ Èm tuyệt đối, nếu độ Èm tương đối có
tính chất thì nồng độ Èm là một hàm liên tục của không gian và thời gian
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 12 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy

c = c(x,y,z,t). Do đó khi Èm phấn bố đều trong vật thì quạ hệ giữa nồng độ
Èm và độ Èm tương đối có dạng:
ς
.100
w
c =
. (8).
Để tìm mối liên hệ giữa độ chứa Èm u và nồng độ Èm c ta đưa vào khái
niệm khối lượng của vật liệu khô trong một đơn vị thể tích vật liệu Èm và gọi
là khối lượng riêng dẫn suất ký hiệu là
dx
ς
ở giới hạn ta có :
zyx
k
dx
ddd
g

=
ς
. (9)
Khi đó kết hợp (7) và (9) ta có quan hệ giữa u và c như sau:
c = u.ρ
dx
.
Nếu trong quá trình sấy, độ ngót về thể tích của vật liệu không đáng kể
thì khối lượng riêng dẫn xuất bằng khối lượng riêng của vật liệu khô.
Các đặc tính đặc trưng nhiệt vật lý của vật liệu Èm.
Nhiệt dung riêng của vật liệu Èm:

Nhiêt dung riêng của vật liệu nói chung và của vật liệu Èm nói riêng
được xác định bằng thực nghiệm trên cơ sở công thức thức định nghĩa
C
p
=
dt
d
q
.
Trong kỹ thuật, nhiêt dung riêng của vật liệu Èm được xác định theo
nguyên lý trung bình cộng giữa nhiệt dung riêng của vật liệu khô C
k
và nhiệt
dung riêng của nước C
a
.
G
GCGC
GG
GCGC
C
aakk
ak
aaKk
+
=
+
+
=
(10)

hay
100
)100( wCwC
C
ak
+−
=
(11)
Có thể viết lại (11) dưới dạng:
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 13 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
100
ka
k
CC
CC
−
+=
(12)
trong các công thức trên:
w =
n
n
mm
m
+
0
là độ Èm tương đối;
C

a
- nhiệt dung riêng của Èm. Nếu Èm là nước C
a
= C
n
= 4,1816
kJ/kg.K. Nếu Èm là hơi nước thì C
a
= C
h
= 1,842 kJ/kg.K;
C
k
- nhiệt dung riêng của vật liệu khô.
Nhiệt dung riêng tính theo công thức (12) là nhiệt dung riêng mà đơn
vị vật chất là 1kg vật liệu Èm. Ngoài ra người ta còn tính nhiệt dung riêng
trên cơ sở 1 kg vật liệu khô. Và gọi nhiên dung riêng này là nhiệt dung riêng
dẫn xuất C
dx
nhiệt dung riêng dẫn suất C
dx
được tính theo nhiệt dung riêng
của vật liệu khô độ Èm tuyệt đối w
k
hay độ chứa Èm u:
C
dx
= C
k
= C

a
uCC
w
ak
k
.
100
+=
.
(13)
Như vậy (12) và (13), nhiệt dung riêng của vật liệu Èm phụ thuộc tuyến
tính với độ Èm.
II.2. Hệ số dẫn nhiệt
Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu Èm nói chung phụ thuộc vào bản chất vật
khô, độ Èm của vật liệu mà còn phụ thuộc rất lớn vào cấu trúc các hang xốp,
đường kính các mao quản. Hơn nữa hiện tượng dẫn Èm từ trong lòng vật liểu
ra bề mặt và thải vào môi trường cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình dẫn
nhiệt mà đặc trưng đó là hệ số dẫn nhiệt. Tuy nhiên để tính toán trong kỹ
thuật chúng ta chỉ quan tâm đến hệ số dẫn nhiệt tường đương khi đã tính ảnh
hưởng nói trên của một loại vật liệu cụ thể. Có rất nhiều phương pháp để xác
định hệ số dẫn nhiệt nhưng về nguyên tắc, để xác định độ dẫn nhiệt, phương
pháp nào cũng phải tìm cách xác định mật độ dòng nhiệt q và trường nhiệt độ
để tìm Gradient của nó.
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 14 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
Nếu biết hệ số dẫn nhiệt của vật liệu khô λ
k
và của nước hoặc hơi chứa
trong các hang sốp λ

a
thì hệ số dẫn nhiệt của vật liệu Èm có thể được tính
theo công thức (1.55-1).
a
k
k
a
k
V
V
)1(1
)1(1
−Ψ+
Ψ−−
=
λ
λ
λλ
(14)
Trong đó: V
k
và V
a
là thể tích của vật liệu khô và của các hang xốp ? là
hệ số hình dáng các phân tử tạo nên vật liệu Èm:
Phân tử hình cầu:
ak
k
λλ
λ

+
=Ψ
2
3
(15)
Phân tử hình trụ:
)(3
5
ak
ak
λλ
λλ
+
+
=Ψ
(16)
Phân tử hình tấm mỏng:
a
ak
λ
λλ
3
2+
=Ψ
(17)
III. KHÔNG KHÍ ÈM.
Không khí Èm gồm có không khí khô và hơi nước. Trạng thái của
không khí Èm ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sấy và bảo quản sản phẩm
sấy.
Theo định luật dalton, áp suất của không khí Èm bằng áp suất của hơi

nước cộng áp suất của không khí khô:
P = P
K
+ P
h
; N/m
2
(18).
Trong đó:
P - áp suất của không khí Èm , N/m
2
;
P
K
- áp suất của không khí khô, N/m
2
;
P
h
- áp suất của hơi nước, N/m
2
;
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 15 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
Độ Èm tuyệt đối của không khí là khối lượng hơi nước có trong một
mét khối không khí Èm , ký hiệu là : ρ
h
, (kg/m
3

không khí Èm).
Độ Èm tương đối của là tỷ số giữa độ Èm tuyệt đối ρ
h
trên độ Èm tuyệt
đối lớn nhất ρ
h.max
ứng với nhiệt độ nào đó của không khí Èm, ký hiệu là:
,%100.
max.h
h
p
p
=
ϕ
. (11).
TR
P
v
h
h
h
h
.
1
==
ρ
, kg/m
3
(12).
TR

P
v
h
b
h
.
1
,,
,,
max.
===
ρρ
, kg/m
3
(13).
Trong đó:
v
h
- thể tích riêng của hơi nước chưa bão hoà, m
3
/kg;
R
h
- hằng số của hơi nước, J/kg.
0
K;
T - nhiệt độ của không khí Èm,
0
K;
,,

ρ
- khối lượng riêng của hơi nước bão hoà, kg/m
3
;
v
,,
- thể tích riêng của hơi nước bão hoà, m
3
/kg;
P
b
- áp suất riêng của hơi nước bão hoà, N/m
2
.
Thay các giá trị tương ứng từ (13), (12) vào (11) ta thu được :
%100.
b
h
P
P
=
ϕ
(14)
Giá trị của ϕ thay đổi từ 0 đến 1 hoặc từ 0% đến 100%. Nếu ϕ = 0 thì
khi Êy ta có không khí khô tuyệt đối ( trong không khí không có hơi nước ).
Khi không khí Èm là tác nhân sấy thì ϕ càng nhỏ khả năng sấy của nó càng
tốt và ngược lại.
Độ chứa Èm của không khí :
Độ chứa Èm của không khí là tỷ số giữa khối lượng hơi nước và khối
lượng không khí khô:

Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 16 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
d =
h
h
k
k
h
h
k
h
PP
P
TR
VP
TR
VP
m
m
−
== 622,0
.
.
.
.

(15)
Trong đó : R
h

= 461,5 J/kg.
0
K và R
k
= 287,1 J/kg.
0
K.
Do khối lượng hơi nước Ýt nên thứ nguyên của d là g/kg.kk.
Thể tích riêng của không khí Èm là v:
v =
kh
mm
V
+
; m
3
/kg (16)
Trong đó:
m
h
- khối lượng của hơi nước, kg;
m
k
- khối lượng của không khí , kg;
m = m
h
+ m
k
(kg)
Khối lượng riêng của không khí là âm là tỷ số giữa khối lượng m và

thể tích V,
V
m
=
ρ
, kg/m
3
(17)
Nhiệt độ điểm sương của không khí Èm là nhiệt độ của điểm cắt nhau
giữa đường d = const nào đó và đường ϕ = 1. nhiệt độ điểm sương ký hiệu là
t
s
.
Entanpi của không khí Èm ký hiệu là I:
I = i
k
+ di
h
(18)
Trong đó :
i
k
và i
h
là entanpi của không khí khô và hơi nước. J/kg:
i
k
= C
k
.t = 1,00.t (19)

i
h
= r
h
+ C
h
.t = 2500 + 1,86.t (20)
C
k
và C
h
là nhiệt dung riêng của không khí khô và hơi nước kJ/kg.độ;
t - nhiệt độ không khí Èm ,
0
C;
r
h
- nhiệt hoá hơi của nước, kJ/kg.
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 17 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
thay các giá trị của các công thức (19), (20) vào công thức (18) ta được:
I = t + (2500 + 1,86.t)d (21)
Trong khoảng t = 0
0
C đến 100
0
C thì giá trị của I tính theo (21) có sai số
dưới 0,5 %.
Đồ thị I - d và trạng thái của không khí Èm.

Ngoài phương pháp giải tích trên ta có thể xác định các thông số của
không khí Èm bằng phương pháp đồ thị như t - d và I - d trong thực tế thuận
tiện nhất là dùng đồ thị I - d. trên đồ thị I - d ta có thể tìm thấy 4 thông số
trạng thái của không khí Èm : độ Èm tương đối, nhiệt độ không khí, lượng
chứa Èm và entanpi I. Trong đó chỉ có hai thông số độc lập nhau còn các
thông số khác lại có thể tìm trên đồ thị hoặc bằng phương pháp giải tích, trên
đồ thị I - d biểu diễn các trạng thái của không khí Èm một cách dễ dàng và
đơn giản.
Không khí Èm là hệ một pha hai cấu tử. Theo thuyết các pha thì nó có ba
bậc tự do. để vẽ được đồ thị I - d ta cho một thông số là hằng số , đó là P =
const
P là áp suất khí quyển, nó phụ thuộc vào độ cao địa lý so với mặt nước
biển. Vì vậy đồ thị I - d có thể vẽ với P = 0,1MPa = 760mmHg; 740 mmHg;
710 mmHg, ở Việt Nam các vùng đồng bằng và trung du có chiều cao tương
ứng với 760 mmHg.
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 18 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 19 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
A
B
A
=
c
o
n
s
t
I = const

t
A
t
s
d
A
d, g/kg kh.kh
P
h
, mmHg
I kcal/kg kh.kh
¸
p

s
u
Ê
t

h
¬
i

b
·
o

h
o
µ

d=const
t
=
c
o
n
s
t
t
M

=

c
o
n
s
t
t
M
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
Trên đồ thị I - d được vẽ với góc giữa đường I và d là 135
0
, với đường
thẳng d = const là đường thẳng đứng, ϕ = const là những đường cong, t =
const là những đường thẳng nghiêng. Khi làm giảm nhiệt độ của không khí
Èm ở điều kiện đẳng d (d = const) đến giá trị mà tại đó mà hơi nước đọng lại
thành sương được gọi là nhiệt độ đọng sương t
s
.

Quan hệ giữa các đại lượng t, d, I của không khí Èm chưa bão hoà
(thuộc vùng trên đường ϕ = 1) thể hiện ở biểu thức sau :
I = ( 1+ 1,86.d )t + 2500d (22)
Khi d = 0 thì I = t; khi d tăng thì giá trị trước t cũng tăng.
Đường đẳng nhiệt ở vùng sương mù t
M
còn gọi là nhiệt độ bầu ướt . t
M
=
const đi qua điểm cắt nhau giữa đường I = const nào đó với đường ϕ = 1.
Đường t
M
bị gãy khúc với góc nghiêng thể hiện ở biểu thức sau:

tC
d
I
K
T
.=






∂
∂
(23)
I = C

K
(d - d
s
)t + I
s
(24)
Trong đã :
d
s
. I
s
lần lượt là độ chứa Èm và entanpi của không khí Èm bão hoà ở
nhiệt độ điểm sương t
s
.
Vì vậy đường nhiệt độ không đổi ở vùng bão hoà là t
M
bị gãy khúc so
với t = const và có độ nghiêng gần với đường I.
Đường ϕ = const được vẽ theo quan hệ sau:
b
P
P
d
d
.
0622,0
+
=
ϕ

. (25)
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 20 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
Đường ϕ = 1 (100 %) biểu diễn các trạng thái bão hoà của không khí
Èm ở những nhiệt đội khác nhau. Phía trên nó là vùng không khí Èm chưa
bão hoà phía dưới nó là vùng sương mù.
Đường quan hệ giữa áp suất riêng của hơi nước P
h
với d thể hiện ở
phương trình sau:
P
h
= P.
d
d
+
0622,0
(26)
Với d << 0,622 thì nó gần như là đường thẳng.
Từ đồ thị I - d ta có thể dễ dàng khoả sát sự thay đổi trạng thái của
không khí Èm khi nhiệt độ của nó thay đổi. Chẳng hạn ta có không khí Èm
với trạng thái điểm A có các thông số t
A
, ia, ϕ
A
, d
A
.
Khi ta hạn nhiệt độ của không khí Èm đó theo đường d = const. tại

điểm B là điểm cắt nhau giữa ϕ = 1 và d
A
= const là điểm sương của không
khí có nhiệt độ là t
s
= t
B
. nếu tiếp tục hạ nhiệt độ xuống dưới t
S
thì hơi nước
trong không khí Èm sẽ đọng thành sương , thành lỏng, thành tuyết. Nhiệt độ
bầu ướt là t
M
đi qua điểm cắt nhau của đường I
A
= const và ϕ = 1. từ điềm
sương (điểm B) ta tăng dần nhiệt độ từ t
s
đến t
A
hoặc cao hơn nữa thì mặc dù
d
A
= const nhưng gia trị của ϕ giảm dần.
Tất cả các quá trình theo các phương thuộc đường bên trái đường d
A
=
const đều làm mất nước trong không khí Èm; ngược lại các quá trình theo
các phương về bên phải đường d
A

= const đều làm cho không khí nhận thêm
nước. Như vậy các quá trình sấy vật Èm đều là các quá trình nằm bên phải
đường d
A
= const.
IV. HỆ CÂN BẰNG VẬT ÈM – KHÔNG KHÍ ÈM.
Như chóng ta đã biết, các vật Èm hay các sản phẩm sấy thường được
bảo quản trong môi trường không khí. Riêng các sản phẩm sấy đến độ Èm
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 21 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
thấp lại có tính háo nước thì cần phải bảo quản trong các bao kín hoặc trong
các môi trường khí trơ.
Quá trình tiếp xúc giữa không khí và vật Èm trong thời gian nhất định
giữa chúng sẽ sảy ra cân bằng.
Nếu không khí Èm có hơi nước áp suất riêng là P
h
lớn hơn áp suất hơi
nước P
m
ngay trên bề mặt vật Èm thì hơi nước từ không khí sẽ đọng và thấm
vào vật Èm. Trường hợp ngược lại với P
m
> P
h
thì vật Èm sẽ truyền Èm vào
không khí .
Thời gian truyền Èm để đến cân bằng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như :
nhiệt độ, độ Èm của không khí và vật Èm.
Khi cân bằng, áp suất hơi nước trong không khí bằng với áp suất hơi

nước ngay trên bề mặt vật Èm (P
h
= P
m
).
Khi cân bằng tỷ số giữa P
h
và P
b
bằng tỷ số giữa P
m
và P
b
, đúng bằng độ
Èm của không khí:
b
h
b
m
p
P
P
P
==
ϕ
Độ chứa Èm của vật Èm cân bằng được ký hiệu là u
c
; nó phụ thuộc vào
cấu tạo của vật , dạng liên kết giữa vật chất khô và Èm các điều kiện tương
tác giữa vật Èm và môi trường không khí Èm.

Độ chứa Èm cân bằng phụ thuộc vào nhiệt độ và độ Èm tương đối của
không khí. Khi nhiệt độ của không khí là t = const thì quan hệ giữa u
c
và ϕ
thể hiện ở công thức sau:
u
c
= f(ϕ)
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 22 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
u
c
u
max
u
'
c
u
c
u
''
c
t = const
P
h
= P
b
P
h
> P

m
P
h
< P
m
nh¶ hÊp phô
h
Ê
p

p
h
ô
Hót vµ nh¶ Èm khi nhiÖt ®é kh«ng khÝ kh«ng ®æi (®¼ng nhiÖt)
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
Trên hình vẽ ta thấy đường hút Èm và nhả Èm không trùng nhau như vậy
nếu độ Èm của không khí là ϕ
1
thì độ Èm cân bằng của vật khi hót Èm là u
’’
C
khi nhả u
C
. tương tự với độ Èm là ϕ
2
ta có u
c
vá u
C
’’

như vậy cùng một độ Èm
tương đối ϕ của không khí thì thì độ Èm cân bằng của vật ở quá trình hút bao
giờ cũng nhỏ hơn quá trình nhả.
Đường nhả Èm đối với quá trình sấy, đường hút Èm ứng với quá trình
bảo quản sản phẩm sấy. Nếu ta dùng không khí có ϕ = ϕ
1
để sấy vật Èm thì
độ Èm của nó giảm đến mức tối đa là u = u
c
trong quá trình bảo quản sản
phẩm tiếp súc với không khí có ϕ ≥ ϕ
2
và hút Èm trở lại. những vật háo nước
thì sau khi sấy phải được bảo quản trong bao gói hoặc trong khí trơ.
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 23 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
PHẦN II: THÀNH PHẦN HOÁ HỌC VÀ MỘT SỐ TÍNH
CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA SỮA NGUYÊN LIỆU
CHƯƠNG I: THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA SỮA
Hàm lượng các thành cơ bản của sữa có thể dao động trong một phậm vi
khá rộng, phụ thuộc vào sự khác biệt về giống, về điều kiện tự nhiên, điều
kiện chăn nuôi
Bảng các thành phần hính của 1 lít sữa bò
Các
thành
phần
Trọng
lượng
%

Nước Pha láng 902 87,4
Gluxit
(40÷60
g/l)
Dạng tù do:Lactoza (do galactoza
glucoza) ở trạng thái phân tử
Dạng kết hợp: galactoza,
galactosamin, axit sialic ở trạng thái
keo, được kêt hợp với protein<1g/l
39 4,75
Chất
béo
(25÷45
g/l)
Ở dạng cầu béo: Là những giọt chất
béo có đường kính từ 1÷10µm, được
bao bọc bởi một màng lipoprotein ở
dạng nhũ tương.
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 24 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45
Thiết kế hệ thống sấy phun trong công nghiệp sản xuất sữa bột gầy
Ở dạng các hợp chất hoà tan trong
chất béo: Các sắc tố (β caroten),
sterol ( cholesterol), các vitamin
39 3,78
Hợp
chất
Nitơ
(25÷40
g/l)

Ở dạng mixen 28g: ở dạng huyền
phù, là phức của phosphat canxi liên
kết với một liên hợp của các casein.
Ở dạng hoà tan 4,7g: là những cao
phân tử của albumin và
imunoglobulin.
Nitơ phi protein 0,3g: urê, axit uric,
creatin.
33 3,2
Chất
khoáng
(25÷40
g/l)
Ở trạng thái keo và hoà tan:
- ở dạng phân tử và ion: axit
xitric, K, Ca, P, Na, Cl, Mg.
- ở dạng các nguyên tố trung
lượng (oligoelement): Zn, Al,
Fe, Cu, I…
9 0,87
Chất
khô
tổng số
(MST)
Sữa đã được làm bốc hơi 130 12,6
Các
chất
khác
Các chất xúc tác sinh học: Các
vitamin(A,D,E,K,B

1
,B
2
,PP,B
6
,B
12
,C)
… và các enzim.
Các khí hoà tan: CO
2
, O
2
, N
2
, 4÷5%
thể tích của sữa
Vết
I. NƯỚC
I.1. Nước tự do: Nước tự o chiếm 96-97% tổng lượng nước. Nó có thể
tách được trong quá trình cô đặc, sấy vì không có liên kết hoá học với chất
khô
Nước tù do có thể bị bốc hơi trong quá trình bảo quản hoặc cũng có thể bị
nhưng tụ ngay trên bề mặt. Khi bảo quản sữa bột, nước tự do xâm nhập vào
lam cho sữa bị vón cục.
Lê Hữu Bằng – Lê Quý Dương - 25 - TRường đhbk hà nội
LíP MTP – k45