đồ án thiết kế lắp ráp thiết bị sấy tầng sôi

Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
Chương 1
Ý NGHĨA KINH TẾ VÀ KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ SẤY TẦNG SÔI
Việc làm ra tinh bột sắn đã có từ lâu đời trong nhân dân ta. Bằng những công nghệ
thô sơ mà cũng sản xuất ra được những loại tinh bột có chất lượng cao, mặc dù hiệu suất
thu hồi thấp. Từ dạng củ chuyển thành tinh bột là đã tạo ra một loại hàng hóa có giá trị
cao. Nó được sử dụng rộng rãi và thuận tiện để chế biến ra các món ăn rất được ưa thích.
Hiện nay với công nghệ sản xuất hiện đại, việc làm ra tinh bột sắn được tự động hóa và
công đoạn sấy không mất nhiều thời gian cũng như chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên với
điều kiện thời tiết thay đổi không ổn định như ngày nay thì việc chọn lựa phương pháp
sấy và thiết bị sấy là rất quan trọng.
Với kích thước hạt tinh bột bé thì phương pháp sấy tầng sôi là phù hợp nhất. Hệ
thống sấy tầng sôi này hoạt động liên tục. Luồng không khí nóng với áp lực lớn đẩy
nguyên liệu tung lên nhằm sấy nhanh chóng tức thì, tốc độ truyền nhiệt nhanh, do vậy
lượng nước ngậm trong nguyên liệu được bay hơi nhanh và theo khí nóng thoát ra ngoài.
Chất lượng sản phẩm khá đồng đều, tiết kiệm được nhiều chi phí. Vì thế, việc nghiên cứu
và phát triển hệ thống sấy tầng sôi để đưa vào trong sản xuất là đáp ứng thiết thực nhu
cầu của ngành công nghiệp nước ta.
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 1
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
Chương 2
CÔNG NGHỆ SẤY TINH BỘT SẮN TẦNG SÔI
2.1. Tổng quan về củ sắn (khoai mì)
2.1.1. Nguồn gốc củ sắn
Sắn (hay còn gọi là khoai mì) thuộc chi
Manihot, loài M.esculenta. Sắn có nguồn gốc ở vùng
nhiệt đới của châu Mỹ La Tinh và được trồng cách
đây khoảng 5000 năm, nó phát nguồn từ vùng đông
bắc của nước Brasil thuộc lưu vực sông Amazone.

Đến giữa thế kỷ 18, sắn được du nhập vào Việt Nam
và được trồng ở khắp nơi từ nam chí bắc. Tuy nhiên
do quá trình sinh trưởng và phát dục của sắn kéo dài,
giữ đất lâu nên chỉ các tỉnh trung du và thượng du Bắc
Bộ như: Phú Thọ, Tuyên Quang, Hòa Bình … là điều
kiện trồng trọt thích hợp nhất. Hình 2.1. Củ sắn
Sắn Việt Nam cũng bao gồm nhiều loại giống. Nhân dân ta thường căn cứ vào
kích thước, màu sắc củ, thân, gân lá và tính chất sắn đắng hay ngọt (quyết định bởi hàm
lượng axit HCN cao hay thấp) mà tiến hành phân loại. Tuy nhiên trong công nghệ sản
xuất tinh bột người ta phân thành hai loại: sắn đắng và sắn ngọt. Hai loại này khác nhau
về hàm lượng tinh bột và độc tố. Nhiều tinh bột thì hiệu quả sản xuất kinh tế cao, còn
nhiều độc tố thì quy trình công nghệ phức tạp hơn.
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 2
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
2.1.2. Cấu tạo và thành phần hóa học củ sắn
2.1.2.1. Cấu tạo
Củ sắn có dạng hình trụ, vuốt hai đầu. Kích thước của củ tùy thuộc vào thành phần
dinh dưỡng của đất và điều kiện trồng, dài 0,1÷1m, đường kính 2÷10 cm. Cấu tạo gồm 4
phần chính: lớp vỏ gỗ, vỏ cùi, phần thịt củ và phần lõi.
Hình 2.2. Cấu tạo củ sắn (cắt ngang)
+ Vỏ gỗ: gồm những tế bào xếp sít, thành phần chủ yếu là cellulose và
hemicellulose, không có tinh bột, giữ vai trò bảo vệ củ khỏi tác động bên ngoài. Vỏ gỗ
mỏng, chiếm 0,5÷5% trọng lượng củ. Khi chế biến, phần vỏ gỗ thường kết dính với các
thành phần khác như: đất, cát, sạn và các chất hữu cơ khác.
+ Vỏ cùi: dày hơn vỏ gỗ, chiếm từ 5÷20% trọng lượng củ. Gồm các tế bào thành
dày, thành tế bào chủ yếu là cellulose, bên trong tế bào là các hạt tinh bột, các chất chứa
nitrogen và dịch bào. Trong dịch bào có tanin, sắc tố, độc tố, các enzyme…Vỏ cùi có
nhiều tinh bột 5÷8% nên khi chế biến nếu tách đi thì tổn thất tinh bột trong củ, nếu không
tách thì nhiều chất dịch bào làm ảnh hưởng đến mà sắc của tinh bột.

+ Thịt củ sắn: là thành phần chủ yếu trong củ, chiếm 70÷75% trọng lượng củ,
chứa 90÷95% hàm lượng tinh bột trong củ, gồm các tế bào nhu mô thành mỏng là chính,
thành phần chủ yếu là cellulose, pentosan. Bên trong tế bào là các hạt tinh bột, nguyên
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 3
Lõi sắn
Vỏ gỗ
Vỏ cùi
Thịt sắn
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
sinh chất, glucid hòa tan và nhiều nguyên tố vi lượng khác. Những tế bào xơ bên ngoài
thịt củ chứa nhiều tinh bột, càng về phía trong hàm lượng tinh bột giảm dần. Ngoài các tế
bào nhu mô còn có các tế bào thành cứng không chứa tinh bột, cấu tạo từ cellulose nên
cứng như gỗ, gọi là xơ.
+ Lõi củ sắn: ở trung tâm dọc suốt cuống tới chuôi củ. Ở cuống lõi to nhất rồi nhỏ
dần xuống chuôi, chiếm 0,3÷1% trọng lượng củ. Thành phần lõi là cellulose và
hemicellulose.
2.1.2.2. Thành phần hóa học
Bảng 2.1. Thành phần hóa học củ sắn
Thành phần hóa học
(%)
Sắn lưu vụ
Trên 1 năm Trên 2 năm
Nước 71,0 73,0
Glucid 26,5 23,2
Protein 0,9 1,4
Lipid 0,1 0,1
Cellulose 1,5 1,9
Khoáng 0,9 0,8
(Bảo quản hoa màu và chế biến các món ăn)

Ngoài các thành phần hóa học trên trong củ sắn còn chứa một lượng nhỏ độc tố,
sắc tố, chất tanin và các enzyme.
Ở nước ta, có nhiều loại sắn chứa hàm lượng độc tố khác nhau, nhưng xét về hàm
lượng chất độc chứa trong củ mì thì có thể chia làm 3 nhóm sau:
+ Nhóm sắn vỏ đỏ (sắn ngọt): là loại củ có hàm lượng chất độc tương đối thấp,
hàm lượng HCN chung trong toàn củ thường là 4÷5mg/100g.
+ Nhóm sắn vỏ vàng (sắn nghệ): là loại khoai mì có hàm lượng độc cao hơn mì vỏ
đỏ. Hàm lượng HCN trong toàn củ trung bình là 10mg/100g.
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 4
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
+ Nhóm sắn vỏ trắng (sắn đắng, sắn dù, sắn độc): có hàm lượng chất độc cao.
Hàm lượng HCN chung trong toàn củ trung bình là 15÷30mg/100g.
Bảng 2.2. Phân bố hàm lượng HCN trong củ sắn
Sắn đắng HCN (mg/100g)
Vỏ mỏng bên ngoài 7,60
Vỏ dày bên trong 21,60
Hai đầu củ 16,20
Ruột sắn (phần ăn được) 9,72
Lõi sắn 15,80
(Theo Viện vệ sinh dịch tễ học)
2.2. Tính chất chức năng và ứng dụng của tinh bột sắn
2.2.1. Tính chất chức năng của tinh bột sắn
+ Tính chất nhớt – dẻo:
Phân tử tinh bột chứa nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau
làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều phân tử nước hơn khiến cho dung dịch có
độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao hơn.
+ Khả năng tạo gel và thoái hóa:
Khi để nguội hồ tinh bột thì các phân tử sẽ tương tác với nhau và sắp xếp lại một
cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột có cấu trúc mạng ba chiều. Để tạo được gel thì

dung dịch tinh bột phải có nồng độ dung dịch đậm đặc vừa phải, phải được hồ hóa để
chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh.
Vì tinh bột chứa amylose và amylopectin nên trong gel tinh bột có vùng kết tinh
và vùng vô định hình.
Tinh bột cũng có thể đồng tạo gel với protein. Nhờ tương tác này mà khả năng giữ
nước, độ cứng và độ đàn hồi của gel protein tốt hơn.
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 5
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
Khi gel tinh bột để một thời gian, chúng sẽ co lại và một lượng dịch thể sẽ tách ra.
Quá trình đó gọi là sự thoái hóa.
Có hiện tượng thoái hóa là do hình thành nhiều cầu hydro giữa các phân tử tinh
bột. Các phân tử amylose có mạch thẳng nên định hướng với nhau dễ dàng và tự do hơn
các phân tử amylopectin. Vì thế hiện tượng thoái hóa gần như chỉ có liên quan với các
phân tử amylose là chủ yếu. Tốc độ thoái hóa sẽ tăng khi giảm nhiệt độ và sẽ đạt cực đại
ở pH = 7.
+ Khả năng tạo màng:
Là do amylose và amylopectin dàn phẳng ra, sắp xếp lại và tương tác trực tiếp với
nhau bằng liên kết hydro hoặc gián tiếp qua phân tử nước.
+ Khả năng tạo sợi:
Thông thường người ta tạo sợi như sau:
▪ Cho dịch tinh bột đã chuẩn bị qua 1 bảng có đục lỗ với đường kính lỗ thích hợp.
▪ Các sợi mới hình thành vừa ra khỏi khuôn kéo còn ướt được nhúng ngay vào 1 bể
đựng nước nóng để định hình nhờ tác dụng của nhiệt.
▪ Các sợi đã hình thành được kéo ra khỏi bể rồi được nhúng tiếp vào bể nước lạnh để
các phân tử liên hợp lại với nhau được chặt hơn và tạo được nhiều cầu hydro giữa các
phân tử hơn.
▪ Các sợi tiếp đó được gia nhiệt để khử nước cũng như làm tăng lực cố kết và độ
cứng.
2.2.2. Một số ứng dụng của tinh bột sắn trong ngành thực phẩm

- Tinh bột sắn để sản xuất mật tinh bột, đường glucose, bột ngọt, cồn, maltodextrin,
lysine, acid citric, xiro glucose và mạch nha giàu maltose.
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 6
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
- Hồ vải, hồ giấy, colender, phủ giấy, bìa các tông.
- Trong sản xuất bánh kẹo, mì ăn liền, bún, miến, mì ống, mì sợi, bột khoai, bánh
tráng, hạt trân châu (tapioca).
- Phụ gia thực phẩm, phụ gia dược phẩm.
- Sản xuất màng phủ sinh học, chất giữ ẩm.
- Chất độn: làm tăng độ đặc trong súp và trái đóng hộp, kem và dược phẩm.
- Chất kết nối: làm quánh các sản phẩm, giúp thực phẩm không bị khô khi nấu như
xúc xích, thịt hộp.
- Chất ổn định: sử dụng khả năng giữ nước cao như trong kem, bột nở, ngành dệt.
- Thức ăn (thủy sản, gia súc)
2.3. Tổng quan về quá trình sấy
2.3.1. Giới thiệu chung
Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu. Quá trình
này có thể tiến hành bay hơi tự nhiên bằng năng lượng tự nhiên như: năng lượng mặt trời,
năng lượng gió… (gọi là quá trình phơi hay sấy tự nhiên). Dùng phương pháp này thì đỡ
tốn nhiệt năng, nhưng không chủ động điều chỉnh được vận tốc của quá trình theo yêu
cầu kĩ thuật, năng suất thấp… Bởi vậy trong các ngày công nghiệp người ta thường tiến
hành quá trình sấy nhân tạo (dùng nguồn năng lượng do con người tạo ra).
Mục đích của quá trình sấy là làm giảm hàm lượng ẩm trong vật liệu, tăng hàm
lượng chất khô, tạo ra nhiều tính chất đặc trưng cho sản phẩm, làm giảm hoạt độ nước
trong nguyên liệu nên ức chế hệ vi sinh vật và một số enzyme, giúp kéo dài thời gian bảo
quản sản phẩm. Đồng thời quá trình sấy có thể cải thiện một vài chỉ tiêu chất lượng của
sản phẩm.
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 7
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu

Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng (nhiệt năng) để biến đổi
trạng thái của pha lỏng (nước) trong vật liệu thành hơi. Đây là quá trình không ổn định,
độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian.
2.3.2. Các phương pháp sấy
Tùy theo phương pháp truyền nhiệt, trong kĩ thuật sấy có các phương pháp sau:
+ Sấy đối lưu: là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với không khí
nóng, khói lò,… (gọi là tác nhân sấy).
+ Sấy tiếp xúc: là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp với vật
liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn.
+ Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại
do nguồn nhiệt phát ra truyền cho vật liệu sấy.
+ Sấy bằng dòng điện cao tần: là phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường có
tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu.
+ Sấy thăng hoa: là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không rất cao,
nhiệt độ rất thấp nên ẩm độ tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn
thành hơi không qua trạng thái lỏng.
+ Sấy tầng sôi: là phương pháp sấy thuộc nhóm sấy đối lưu, thích hợp cho sấy nông
sản.
2.3.3. Phân loại hệ thống sấy
Hệ thống sấy buồng
Cấu tạo chủ yếu của 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. Nếu dung lượng của
buồng sấy bé và thiết bị chuyển tải là các khay sấy thì người ta thường gọi hệ thống sấy
buồng này là tủ sấy. Nếu dung lượng của buồng sấy lớn và thiết bị chuyển tải là các xe
goòng thì người ta gọi là hệ thống sấy kiểu xe goòng.
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 8
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
Hệ thống sấy hầm

Trong hệ thống sấy hầm thiết bị sấy là một hầm sấy dài, vật liệu sấy vào ở đầu này
và ra ở đầu kia của hầm. Thiết bị chuyển tải trong hệ thống sấy hầm thường là xe goòng
hoặc là băng tải. Đặc điểm chủ yếu của hệ thống sấy hầm là bán liên tục hoặc liên tục.
Cũng như hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm có thể sấy được nhiều dạng vật liệu sấy.
Tuy nhiên do cấu tạo nên năng suất của hệ thống sấy hầm cao hơn hệ thống sấy buồng.
Hệ thống sấy tháp
Trong hệ thống sấy này thiết bị sấy là một tháp sấy, trong đó người ta đặt một loạt
kênh dẫn và kênh thải tác nhân sấy xen kẽ nhau. Vật liệu sấy trong hệ thống sấy tháp là
dạng hạt tự chảy từ trên xuống dưới. Tác nhân sấy từ các kênh dẫn xuyên qua lớp hạt
chuyển động đi vào các kênh thải để ra ngoài. Như vậy, hệ thống sấy tháp là hệ thống sấy
chuyên dùng để sấy hạt. Cùng dạng với hệ thống sấy tháp chúng ta cũng gặp những hệ
thống sấy tương tự, ở đó hạt chuyển động từ trên xuống còn tác nhân sấy đi ngang qua
lớp hạt thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ẩm. Hệ thống sấy tháp là hệ thống sấy liên tục.
Hệ thống sấy thùng quay
Thiết bị sấy trong hệ thống sấy thùng quay như tên gọi là một thùng sấy hình trụ
tròn đặt nghiêng một góc nào đó. Trong thùng sấy người ta bố trí các cánh xáo trộn. Khi
thùng quay, vật liệu sấy vừa chuyển động từ đầu này đến đầu kia của thùng sấy vừa bị
xáo trộn từ trên xuống dưới. Tác nhân sấy cũng vào ở đầu này và ra ở đầu kia của thùng
sấy. Như vậy, hệ thống sấy thùng quay cũng là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt hoặc
cục nhỏ và có thể làm việc liên tục.
Hệ thống sấy khí động
Có rất nhiều hệ thống sấy khí động. Thiết bị sấy trong hệ thống sấy này có thể là
một ống tròn hoặc hình phễu, trong đó tác nhân sấy 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
của tác nhân sấy có thể đạt (40 50) m/s. Vật liệu sấy trong các hệ thống sấy này phải là
những hạt, mảnh nhỏ và độ ẩm cần lấy đi trong quá trình sấy thường là độ ẩm bề mặt.
Hệ thống sấy tầng sôi
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 9
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị

Trong hệ thống sấy tầng sôi, thiết bị sấy là một buồng sấy, trong đó người ta bố trí
ghi đỡ vật liệu sấy. Tác nhân sấy có thông số thích hợp được đưa vào dưới ghi và làm cho
vật liệu sấy chuyển động bập bùng trên ghi như hình ảnh bọt nước sôi. Vì vậy, người ta
gọi là hệ thống sấy tầng sôi. Đây cũng là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt. Hạt khô
nhẹ hơn sẽ ở phần trên của lớp sôi và được lấy ra khỏi thiết bị sấy một cách liên tục.
Trong hệ thống sấy tầng sôi, truyền nhiệt và ẩm giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy rất tốt
nên trong cá hệ thống sấy hạt hiện có thì hệ thống sấy tầng sôi có năng suất lớn, thời gian
sấy nhanh và vật liệu sấy được sấy rất đều.
Hệ thống sấy phun
Hệ thống sấy phun là một hệ thống sấy chuyên dùng để sấy các dung dịch huyền
phù như trong dây chuyền sản xuất sữa bột, sữa 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 các đĩa quay ở đỉnh tháp tạo thành
những hạt dung dịch bay lơ lửng trong thiết bị sấy. Tác nhân sấy có thể được đưa vào
cùng chiều hay ngược chiều thực hiện quá trình truyền nhiệt truyền ẩm với các hạt dung
dịch và thoát ra ngoài qua cyclone. Vật liệu khô thu được ở đáy chóp và được lấy ra
ngoài hoặc liên tục hoặc định kỳ.
2.3.4. Phân loại vật liệu sấy
Vật liệu ẩm được chia thành 3 nhóm khác nhau tùy theo tính chất keo – vật lý và
đặc biệt là khả năng thay đổi kích thước hình học trong quá trình tách ẩm của vật liệu:
+ Vật liệu thể keo: có tính chất đàn hồi, kích thước của vật liệu thay đổi lớn khi độ
ẩm thay đổi. Cụ thể là khi tách ẩm kích thước của vật liệu co lại rất lớn, nhưng khi hút
ẩm nó lại trương nở ra. Ví dụ như: Gelatin, Aga-Aga,…
+ Vật liệu mao quản xốp: có cấu trúc gồm những mao quản. Kích thước của vật
liệu không thay đổi khi độ ẩm thay đổi. Ví dụ như: Silicagel, than hoạt tính, than gỗ,…
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 10
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
+ Vật liệu keo mao quản: là những vật liệu có tính chất trung gian của hai nhóm
trên. Nghĩa là chúng có tính đàn hồi và các mao quản của chúng có khả năng hấp thụ

nước. Thuộc về nhóm này là các vật liệu có nguồn gốc thực vật.
2.3.5. Các giai đoạn trong quá trình sấy
+ Giai đoạn 1: Giai đoạn đốt nóng nguyên liệu
Tại thời điểm bắt đầu quá trình sấy, nếu nhiệt độ của nguyên liệu thấp hơn nhiệt
độ bay hơi của đoạn nhiệt của không khí thì nhiệt độ của nguyên liệu sẽ tăng lên. Giai
đoạn đốt nóng nguyên liệu thường diễn ra nhanh và độ ẩm của nguyên liệu chỉ giảm đi ít.
+ Giai đoạn 2: Giai đoạn sấy đẳng tốc
Trong giai đoạn này độ ẩm của nguyên liệu sẽ giảm tuyến tính theo thời gian sấy.
Tốc độ sấy trong giai đoạn này là một hằng số. Theo lý thuyết, giai đoạn sấy đẳng tốc sẽ
kéo dài đến thời điểm khi độ ẩm của nguyên liệu đạt tới giá trị độ ẩm tới hạn w
k
.
+ Giai đoạn 3: Giai đoạn sấy giảm tốc
Khi độ ẩm nguyên liệu đạt giá trị độ ẩm tới hạn, tốc độ sấy sẽ giảm dần. Khi độ
ẩm của nguyên liệu đạt giá trị độ ẩm cân bằng, độ ẩm nguyên liệu không thể giảm thấp
hơn được nữa, tốc độ sấy bằng 0. Quá trình sấy xem như kết thúc.
2.3.6. Cơ chế thoát ẩm ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy
2.3.6.1. Quá trình khuếch tán nội
Quá trình khuếch tán nội là quá trình chuyển dịch ẩm từ các lớp bên trong ra lớp
bề mặt của vật liệu ẩm. Động lực của quá trình này là do sự chênh lệch nồng độ ẩm giữa
các lớp bên trong và các lớp bề mặt. Ngoài ra, quá trình khuếch tán nội còn diễn ra do
quá trình chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt. Qua nghiên cứu ta
thấy rằng ẩm dịch chuyển từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Vì vậy, tùy
thuộc vào phương pháp sấy và thiết bị sấy mà dòng ẩm dịch chuyển dưới tác dụng của
nồng độ ẩm và dòng dịch chuyển dưới tác dụng của nhiệt độ có thể cùng chiều hoặc
ngược chiều với nhau.
Ta có thể biểu thị tốc độ khuếch tán nội bằng phương trình sau:
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 11
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị

= k.F.
Trong đó:
W: là lượng nước khuếch tán, (kg).
dt: là thời gian khuếch tán, (h).
F: là diện tích bề mặt khuếch tán, (m
2
).
k: là hệ số khuếch tán.
: là gradien độ ẩm.
Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển cùng chiều với nhau sẽ làm thúc đẩy quá trình thoát
ẩm, rút ngắn thời gian sấy. Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển ngược chiều nhau sẽ kìm hãm
sự thoát ẩm, kéo dài thời gian sấy.
2.3.6.2. Quá trình khuếch tán ngoại
Sự định kỳ chuyển hơi nước trên bề mặt nguyên liệu vào không khí gọi là quá
trình khuếch tán ngoại. Lượng nước bay hơi trong khuếch tán ngoại thực hiện dưới điều
kiện áp suất hơi nước bão hòa trên bề mặt nguyên liệu (E) lớn hơn áp suất riêng phần của
hơi nước trong không khí (e).
Lượng nước bay hơi trong quá trình khuếch tán ngoại thực hiện được dưới điều
kiện áp suất hơi nước bão hòa (E) lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong không
khí (e). Sự chênh lệch đó là ∆P = E e. Lượng hơi nước bay hơi tỷ lệ thuận với ∆P, với
bề mặt bay hơi và thời gian làm khô:
dW = B(E e).F.dt
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 12
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
Tốc độ bay hơi nước được biểu diễn như sau:
= B(E e).F
Trong đó:
W: là lượng nước bay hơi, (kg).
F: là diện tích bề mặt bay hơi, (m

2
).
dt: thời gian bay hơi, (h).
B: là hệ số bay hơi.
2.3.6.3. Mối quan hệ giữa hai quá trình khuếch tán
Khuếch tán nội và khuếch tán ngoại có một mối quan hệ chặt chẽ với nhau, quá
trình khuếch tán nội là động lực của quá trình khuếch tán ngoại và ngược lại. Tức là khi
khuếch tán ngoại được tiến hành khi khếch tán nội mới có thể được tiếp tục và như thế
ẩm độ ẩm của nguyên liệu mới được giảm dần. Tuy nhiên trong quá trình sấy ta phải sao
cho hai quá trình này ngang bằng với nhau, tránh trường hợp khuếch tán ngoại lớn hơn
khuếch tán nội. Vì khi đó sẽ làm cho sự bay hơi ở lớp bề mặt diễn ra mãnh liệt làm cho
bề mặt của sản phẩm khô cứng, hạn chế sự thoát ẩm. Khi xảy ra hiện tượng đó ta khắc
phục bằng cách sấy gián đoạn (quá trình ủ ẩm) mục đích là để thúc đẩy quá trình khuếch
tán nội.
2.4. Công nghệ sấy tầng sôi
2.4.1. Quy trình sản xuất tinh bột sắn
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 13
Vỏ
Vỏ
Đất, cát
Tách vỏ
Rửa
Cắt khúc
Nghiền 1
Ly tâm tách bã
Ly tâm vắt
Rửa tinh bột
Ly tâm tách
dịch
Sấy

Đóng gói
Sắn
Sản phẩm
Ép
Phơi khô
Bã
Dịch
Lắng
Nước

Nước
Bao
bì
Tinh
bột loại
2
Thức ăn
gia súc
Nghiền 2
Đánh tơi
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột sắn
2.4.2. Phương pháp sấy tầng sôi trong quá trình sấy tinh bột sắn
2.4.2.1. Ưu nhược điểm của phương pháp
* Ưu điểm:
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 14
SO
2
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu

Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
Pha rắn được đảo trộn rất mãnh liệt, dẫn đến sự san bằng nhiệt độ và nồng độ
trong toàn lớp hạt, nhờ đó tránh được nguy cơ quá trình nhiệt cục bộ, tạo điều kiện thuận
lợi cho nhiều quá trình trao đổi nhiệt và xúc tác dị thể được tiến hành ở mức tối ưu.
Hệ số dẫn nhiệt cấp nhiệt từ bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị đến lớp sôi (hay
ngược lại) rất lớn. Có thể so sánh với trường hợp của lỏng giọt. Điều này rất quan trọng
vì cho phép không những giảm bề mặt truyền nhiệt, giảm thể tích thiết bị mà còn thực
hiện nhiều quá trình hóa học và chuyển khối với hiệu suất cao.
Tạo khả năng dùng các hạt rắn có kích thước nhỏ, tức là có bề mặt riêng lớn để
giảm trở lực khuếch tán, tăng diện tích tiếp xúc pha, tăng năng suất thiết bị trong quá
trình truyền nhiệt, chuyển khối, hóa học trên xúc tác pha rắn bởi vì nếu dùng các hạt có
kích thước nhỏ ở trạng thái bất động thì nhiệt độ cũng như nồng độ có nguy cơ phân bố
không đều theo cả chiều dọc cũng như tiết diện ngang của thiết bị, trở lực lớp hạt lớn, hệ
số trao đổi nhiệt và hệ số trao đổi chất nhỏ, diện tích tiếp xúc pha thực tế nhỏ hơn tổng
diện tích các hạt nhiều. Tất cả điều ấy dẫn đến quá trình xảy ra không mãnh liệt, chất
lượng không đồng đều, hiệu quả sử dụng nguyên liệu và thiết bị thấp.
Do tính linh động của lớp sôi nên dễ dàng nạp liệu và tháo sản phẩm, dễ thực hiện
quá trình liên tục, cơ giới hóa và tự động hóa, dễ điều chỉnh các thông số công nghệ như
lưu lượng và áp suất.
Trở lực tương đối nhỏ và ổn định, không phụ thuộc vào tốc độ pha khí trong giới
hạn tồn tại trạng thái lỏng giả.
Cấu tạo thiết bị tương đối đơn giản, gọn nhẹ và dễ chế tạo.
* Nhược điểm:
Trong phạm vi một lớp vật liệu thì không có khả năng thực hiện quá trình theo
nguyên tắc các pha (vì bị khuấy trộn mãnh liệt). Do đó động lực của các quá trình truyền
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 15
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
nhiệt, chuyển khối không đạt được cực đại. Điều này có thể được khắc phục bằng cách bố
trí thiết bị theo mô hình dãy hộp, tức là chuyển từ khuấy trộn lý tưởng sang đẩy lý tưởng.

Thời gian lưu của các hạt trong lớp sôi không đều, dẫn đến hiện tượng có hạt lưu
lại quá ngắn, có hạt lại quá lâu so với thời gian trung bình cần thiết.
Các hạt rắn bị va đập, bào mòn, vỡ vụn do đó thiết bị phải có thiết bị thu hồi bụi.
Thiết bị tầng sôi phải chịu được mài mòn nhất là khi gia công các hạt có cạnh sắc.
Có hiện tượng tích điện và tĩnh điện dẫn đến khả năng dễ gây cháy nổ.
Vận tốc của pha khí bị giới hạn trong phạm vi cần thiết để duy trì trạng thái tầng
sôi mà nhiều khi không phải thích hợp đối với quá trình công nghệ.
2.4.2.2. Nguyên lý hoạt động
Không khí được quạt (1) đẩy vào caloriphe (2) để được đốt nóng rồi thổi vào
buồng sấy (3). Tại buồng sấy vật liệu sấy được nhập qua phễu tiếp liệu (4). Không khí
nóng thổi qua lưới phân phối khí (5) qua lớp vật liệu sấy, nhiệt được truyền tới bề mặt vật
liệu làm cho nước bốc hơi. Hơi nước khuếch tán qua màng biên không khí và đươc mang
đi khỏi bởi dòng không khí di chuyển. Không khí thổi qua lớp vật liệu làm chúng ở trạng
thái lơ lửng và rung động mạnh, tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với nhiệt. Những hạt vật
liệu khô sẽ tự động rơi vào của tháo liệu (6). Không khí thải sẽ cuốn theo bụi cùng những
hạt vật liệu có kích thước nhỏ qua bộ phận xyclon (7). Những vật liệu có kích thước nhỏ
sẽ được thu lại còn không khí thải được quạt (8) hút đẩy ra ngoài qua màng lọc.
Chương 3
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 16
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
Ta có các thông số ban đầu của vật liệu tinh bột sắn:
Năng suất: G
2
= 500 (kg/h)
Độ ẩm và nhiệt độ trước khi sấy: W
1
= 25%, θ
1

= 26
0
C
Độ ẩm và nhiệt độ sau khi sấy: W
2
= 12%, θ
2
= 40
0
C
Với các thông số trên ta bắt đầu tính toán như sau:
3.1. Tính toán lượng ẩm cần bốc hơi
• Cân bằng vật liệu của máy sấy:
Để thành lập phương trình cân bằng vật liệu, dùng các ký hiệu:
G
1
: lượng vật liệu ẩm đi vào máy sấy; kg/h
G
2
: lượng vật liệu ra khỏi máy sấy; kg/h
W
1
, W
2
: lần lượt là độ ẩm ban đầu và độ ẩm cuối của vật liệu (tính theo khối lượng
chung); %
W: lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy; kg/h
• Phương trình cân bằng vật liệu chung:
G
1

= G
2
+ W [I]
Lượng vật liệu khô tuyệt đối:
[II]
Từ phương trình trên rút ra:
• Lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy:
W = G
1
– G
2
= G
1
- = G
1
[128 – III]
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 17
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
Hoặc: W = G
2
W = 500. = 86,7 (kg/h)
G
1
= G
2
+ W = 500+86,7 = 586,7 (kg/h)
3.2. Tính toán quá trình sấy lý thuyết
3.2.1. Xác định thông số không khí ngoài trời
Ta có nhiệt độ không khí và ẩm độ không khí (t

0
; φ
0
) = (27
0
C; 80%)
Dựa vào đồ thị I – x ta tra đuợc:
I
0
=73

(kJ/kg kkk) , x
0
= 0,019 (kg ẩm/kg kkk)
3.2.2. Xác định các thông số của tác nhân sấy trứơc khi vào thiết bị sấy (sau khi ra
khỏi calorife)
Ta chọn nhiệt độ của tác nhân sấy trước khi vào buồng sấy là t
1
= 80
0
C
Khi gia nhiệt không khí trong bộ phận đốt nóng, trạng thái không khí biến đổi ở
điều kiện x
0
= const. Nên ta có x
1
= x
0
= 0,019 (kg/kg kkk).
Tra đồ thị I – x ta được : I

1
= 132 (kJ/kg kkk), φ
1
=6,5%
3.2.3. Xác định các thông số của tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết
Ta chọn t
2
= 42
0
C
+ Tính áp suất bão hòa của tác nhân sấy (P
bh
) tại t
2
= 42
0
C:
[30 – III]
Thay số ta được:
+ Tính hàm ẩm của tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết (x
2
):
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 18
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
[132 – III]
Trong đó:
t
1
: là nhiệt độ của tác nhân sấy trước khi vào thiết bị sấy t

1
= 80
0
C
t
2
: là nhiệt độ của tác nhân sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy t
2
= 42
0
C
i
2
: là entapy của hơi nước tính theo công

thức:
i
2
= r
0
+ C
n
.t
2
(kJ/kg) [29 – III]
i
2
= 2493 + 1,97.42 = 2575,8 (kJ/kg)
C
n

: nhiệt dung riêng của hơi nước, C
n
= 1,97 (kJ/kg
0
C)
r
0
: ẩm nhiệt hóa hơi của hơi nước ở 0
0
C, r
0
= 2493 (kJ/kg)
Vậy ta có: x
2
= 0,019 + = 0,034 (kg/kg kkk)
+ Tính độ ẩm tuơng đối của tác nhân sấy lý thuyết (φ
2
):
[28 – III]
Từ đồ thị ta tra được I
2
= 128 (kJ/kg kkk)
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 19
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
+ Tính lượng không khí lý thuyết:
l (kg/kg kkk) [I]
Suy ra:
L = l.W = 86,7.66,67 = 5780,3 (kg kkk/h) = 1,6 (kg kkk/s)
3.3. Cân bằng nhiệt lượng của máy sấy

Để thành lập phương trình cân bằng nhiệt lượng, dùng các ký hiệu:
Q: nhiệt lượng tiêu hao chung cho máy sấy (W)
Q
c
: nhiệt lượng do bộ phận caloriphe cung cấp (W)
nhiệt lượng tiêu hao riêng cho máy sấy (J/kg ẩm)
I
0
, I
1
, I
2
: lần lượt là Entanpy của không khí trước khi vào caloriphe chính, sau khi ra khỏi
caloriphe chính (bắt đầu vào phòng sấy) và sau khi ra khỏi phòng sấy (J/kg kkk).
t
0
, t
1
, t
2
: nhiệt độ của không khí trước khi vào caloriphe chính, sau khi ra khỏi caloriphe
chính và sau khi ra khỏi máy sấy (
0
C).
ϴ
1
, ϴ
2
: lần lượt là nhiệt độ của vật liệu trước khi vào phòng sấy và sau khi ra khỏi phòng
sấy (

0
C).
Q
m
: nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh (W).
: nhiệt lượng mất mát riêng đối với 1kg ẩm ra môi trường xung quanh (J/kg
ẩm).
C
vl
, C
nc
: lần lượt là nhiệt dung riêng của vật liệu và của nước (J/kg.
0
C).
3.3.1. Các dòng nhiệt lượng đi vào máy sấy
+ Do không khí: L.I
0
+ Do vật liệu: G
1
.C
vl
. ϴ
1
= G
2
.C
vl
. ϴ
1
+C

nc
.W. ϴ
1
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 20
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
+ Do bộ phận calorife cung cấp: Q
c
.
Tổng nhiệt lượng vào là:
Q
1
= L.I
0
+ G
2
.C
vl
. ϴ
1
+ C
nc
.W. ϴ
1
+ Q
c
.
3.3.2. Các dòng nhiệt lượng mang ra khỏi máy sấy
+ Do không khí thải: L.I
2

+ Do vật liệu sấy: G
2
.C
vl
. ϴ
2
.
+ Do mất mát ra môi trường xung quanh: Q
m
Tổng nhiệt lượng ra khỏi máy sấy là:
Q
2
= L.I
2
+ G
2
.C
vl
. ϴ
2
+ Q
m
3.3.3. Phương trình cân bằng nhiệt lượng
Q
1
= Q
2
Hay: L.I
0
+ G

2
.C
vl
. ϴ
1
+ C
nc
.W. ϴ
1
+ Q
c
= L.I
2
+ G
2
.C
vl
. ϴ
2
+ Q
m
L. (I
2
– I
0
) +

G
2
.C

vl
.( ϴ
2
- ϴ
1
) + Q
m
- C
nc
.W. ϴ
1
= Q
c
= Q
Đặt: Q
vl
= G
2
.C
vl
.( ϴ
2
- ϴ
1
) (Nhiệt lượng cần thiết để đốt nóng vật liệu).
Vậy:
Q = Q
c
= L.(I
2

– I
0
) +

Q
vl
+ Q
m
- C
nc
.W. ϴ
1
+ Lượng nhiệt tiêu hao riêng cho máy sấy (tính theo 1 kg ẩm bay hơi) là:
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 21
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
= C
nc
.ϴ
1
= l. C
nc
.ϴ
1
Đặt ∆ = C
nc
.ϴ
1

→ q = q

c
= l.
+ Nhiệt lượng tiêu hao chung ở bộ phận calorife cũng có thể tính theo phương trình:
q
c
= l. [I]
Vậy: l. l. = ∆
→
+ Đối với quá trình sấy lý thuyết:
q = l. = (128 – 73) = 3666 (kJ/kg ẩm)
+ Đối với quá trình sấy thực tế:
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 22
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
q
vc
+ q
vl
+q
m
)
Trong đó:
C
nc
: nhiệt dung riêng của nước ở , C
nc
= 4,19 (kJ/kg
0
K)
nhiệt độ ban đầu của vật liệu, C

nhiệt độ của vật liệu đi ra
q
b
:

nhiệt lượng riêng đưa thêm vào thiết bị sấy, (kJ/kg ẩm), q
b
= 0.
q
vc
: nhiệt lượng tiêu hao riêng cho bộ phận vận chuyển, q
vc
= 0.
q
vl
: nhiệt lượng tiêu hao riêng khi đốt nóng vật liệu.
q
m
: nhiệt lượng riêng mất mát ra môi trường xung quanh.
Mà: 125 (kJ/kg ẩm)
C
vl
: nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối, C
vl
= 1,55 (kJ/kg
0
K).
+ Nhiệt lượng riêng mất mát ra môi trường xung quanh thực tế là:
q
m

= 2%(q
0
+ q
tn
+ q
vl
)
Với:
q
0
: nhiệt lượng hữu ích cần bốc hơi 1kg ẩm, (kJ/kg ẩm).
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 23
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
q
0
= (r
0
+C
n
.t
2
) – C
nc
. ϴ
1
= 2493+1,97.42 – 4,19.26 = 2467 (kJ/kg ẩm)
q
tn
: nhiệt lượng tổn thất riêng của tác nhân sấy.

q
tn
= l.C
k
.(t
2
– t
0
) = (kJ/kg ẩm)
C
k
: nhiệt dung riêng của không khí khô, C
k
= 1,000 (kJ/kg
0
K).
l: lượng không khí khô tiêu tốn riêng cho 1kg ẩm bốc hơi, (kJ/kg kkk).
Vậy: q
m
= 2% (q
0
+ q
tn
+ q
vl
) = 2%.( 2467+ + ) = 71,84 (kJ/kg kkk)
q
vc
+ q
vl

+q
m
) = 4,19.26 – (125 + 71,84) = - 87,9
3.3.4. Cách biểu diễn quá trình sấy trong máy sấy lên đồ thị I - x
3.3.4.1. Xây dựng đường sấy lý thuyết
Trạng thái không khí ban đầu là A, ta chỉ cần biết hai thông số t
0
và , đây chính là
trạng thái không khí trước khi vào caloriphe. Từ A kẻ đường thẳng đứng cắt đường t
1
=
const (t
1
là nhiệt độ của không khí trước khi vào phòng sấy). Vậy điểm B (t
1
, x
1
=x
0
) là
đặc trưng cho trạng thái không khí nóng trước khi vào phòng sấy đã được xác định. Đoạn
AB chính là quá trình đun nóng.
Từ điểm B (x
1
, t
1
, I
1
, ) theo đường thẳng I
1

= const tới cắt đường t
2
= const là
nhiệt độ của không khí sau khi ra khỏi phòng sấy tại điểm C. Do đó điểm C (t
2
, I
2
, , x
2
)
đặc trưng cho trạng thái của không khí ra khỏi phòng sấy. Đoạn BC là quá trình biến đổi
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 24
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Đồ án Quá Trình Thiết Bị
trạng thái của không khí ở trong phòng sấy. Đường gấp khúc ABC là biểu diễn quá trình
sấy trong máy sấy lý thuyết.
3.3.4.2. Xây dựng đường sấy thực tế
Từ đường sấy lý thuyết ta sẽ xác định được đường sấy thực tế. Trên đường I
1
=
const, ta lấy một điểm e bất kỳ và vẽ xuống phía dưới một đoạn eE (vì ). Như vậy
điểm E sẽ nằm dưới đường sấy lý thuyết. Nối điểm B với điểm E kéo dài cắt đường t
2
=
const (là trạng thái không khí thải trong quá trình sấy) tại điểm C
’
(là trạng thái không khí
ra khỏi phòng sấy). Vậy đường gấp khúc ABC
’
là quá trình sấy thực tế.

Hình 3.1. Đường sấy lý thuyết và đường sấy thực tế
3.4. Năng suất thể tích trung bình
[II]
Trong đó:
GVHD: Phạm Thị Kim Ngọc 25
C
’