Tiểu luận - hệ thống sấy tầng sôi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA SAU ĐẠI HỌC


TIỂU LUẬN
KỸ THUẬT THỰC PHẨM NÂNG CAO
HỆ THỐNG SẤY TẦNG SÔI
GVHD : TS. Nguyễn Anh Tuấn
HV : Nguyễn Phương Hảo
MSHV : 54CH003
Lớp : CNSTH 2012
1 9 5 9
Nha Trang, tháng 7 năm 2013
2
MỤC LỤC
3
MỞ ĐẦU
Công nghiệp thực phẩm đang phát triển rất mạnh mẽ theo đó là quá
trình bảo quản lương thực và thực phẩm. Một trong những phương pháp bảo
quản đó là sấy. Có rất nhiều phương pháp sấy và mỗi một phương pháp đều
có những đặc điểm nổi bật phù hợp với nguyên liệu. Và phương pháp sấy
tầng sôi đã và đang được áp dụng rộng rãi trong những năm gần đây. Sấy
tầng sôi là một trong những phương pháp sấy tiên tiến nhất. Quá tình sấy
trong lớp sôi bề mặt tiếp xúc pha rất lớn, vật liệu được khuấy trộn rất mãnh
liệt nên cường đọ sấy rất cao, sấy đồng đều.
So với quá trình sấy khác thì sấy tầng sôi có rất nhiều ưu điểm, cụ thể
là:
- Cường độ sấy lớn, năng suất cao.
- Cấu tạo đơn giản, sấy đồng đều.
- Có thể cơ khí hóa và tự động hóa hoàn toàn.
- Do tính linh động của lớp sôi nên dễ dàng nạp nguyên liệu và

tháo sản phẩm, dễ thực hiện quá trình liên tục, dễ điều chỉnh các thông số 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.
Do tất cả những ưu điểm trên mà kỹ thuật sấy tầng sôi được sử dụng
ngày càng nhiều trong công nghiệp như một phương pháp tăng cường độ quá
trình. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một số nhược điểm:
- Khó khống chế chế độ làm việc ổn định.
- Do vật liệu đảo trộn mạnh nên dễ bị vỡ vụn, tạo bụi, bào mòn
thiết bị và tốn năng lượng cho các thiết bị thu hồi.
- Thời gian lưu của các hạt trong lớp sôi không đều.
Do đó việc tìm hiểu về hệ thống sấy tầng sôi là cần thiết và là một yêu
cầu thực tế.
4
TỔNG QUAN
I. LÝ THUYẾT VỀ SẤY
1. Các dạng liên kết ẩm trong hạt
Nước trong vật liệu ẩm có thể chia làm hai nhóm: nước tự do và nước
liên kết
- Nước tự do nằm ở bề mặt vật liệu, có áp suất riêng bằng áp suất hơi
nước bão hòa ứng với nhiệt độ hiện tại của vật liệu ẩm. Nước tự do nằm trong
vật liệu ẩm là lượng nước tạo ra trên bề mặt của vật ẩm hơi nước có áp suất
riêng đạt giá trị bão hòa ở nhiệt độ hiện tại của vật ẩm.
- Nước liên kết tạo ra trên vật ẩm hơi nước có áp suất nhỏ hơn áp bão
hòa với nhiệt độ hiện tại của vật ẩm.
Do khả năng phản ứng hóa học và hòa tan mạnh các chất nên trong
khối vật liệu ẩm không có nước nguyên chất mà ở dưới dạng dung dịch.
Muốn tách nước ra khỏi vật liệu ẩm thì cần có năng lượng bằng hay lớn hơn
năng lượng liên kết nước với vật liệu ẩm. Do đó ta cần biết được các dạng
liên kết của vật liệu ẩm.

1.1. Liên kết hóa học
Liên kết hóa học của vật chất với nước rất bền vững, trong đó các phân
tử nước đã trở thành một bộ phận trong thành phần hóa học của phân tử vật
ẩm. Loại này chỉ có thể được tách ra khi có phản ứng hóa học vì chúng có
năng lượng rất cao. Đôi khi phải nung vật liệu đến nhiệt độ cao. Sau khi tách
ẩm thì tính chất hóa lý của vật thay đổi. Xét sự tách nước của một tinh thể
ngậm nước:
Quá trình này gọi là quá trình nung vì cần nhiệt độ rất cao.
1.2. Liên kết hóa lý
Trong liên kết hóa lý người ta chia làm hai loại liên kết: Liên kết hấp
phụ và liên kết thẩm thấu
5
CuSO
4
.5H
2
O CuSO
4
+ 5H
2
O
*Liên kết hấp phụ: Liên kết hấp phụ của nước gắn liền với các hiên
tượng xảy ra trên bề mặt giới hạn pha. Nhất là trong các vật keo có cấu tạo
dạng hạt có bán kính tương đương nhỏ khoảng từ 0,001 ÷ 0,1 μm . Cấu tạo
của dạng vật liệu ẩm này có bề mặt riêng khá lớn nên năng lượng tự do mạnh.
Khi tiếp xúc với ẩm có xu hướng hút nước vào bề mặt tự do của hạt tạo ra
liên kết hấp phụ giữa nước và bề mặt.
F = U – T.S
Trong đó:
F - năng lượng tự do của phân tử

U - nội năng
S - entropi
T - nhiệt độ tuyệt đối
Năng lượng tự do trên một đơn vị bề mặt giới hạn thì chính bằng sức
căng bề mặt hạt σ
*Liên kết thẩm thấu: Liên kết thẩm thấu là liên kết mang tính cơ học
của nước với vật liệu có tính keo – xốp mao dẫn. Những vật liệu này có cấu
trúc khung, nước thấm vào và nằm trong không gian các khung. Nước trong
vật thể này không phải là nước nguyên chất mà dưới dạng dung dịch. Việc
nước thấm từ ngoài vào trong vật hay ngược lại từ trong vật thể ra ngoài
giống như nước thấm qua màng ngăn cách từ dung dịch có nồng độ thấp sang
dung dịch có nồng độ cao.
Khi nước ở lớp bề mặt bay hơi thì nồng độ dung dịch ở đó tăng lên và
nước ở sâu bên trong sẽ thấm ra ngoài. Ngược lại, khi ta đặt vật thể vào trong
nước thì nước sẽ thấm vào bên trong.
1.3. Liên kết cơ lý
Dạng liên kết này của nước với vật thể bao gồm cả nước trên bề mặt và
nước trong mao quản
- Nước đã có sẵn trong quá trình hình thành vật ẩm ví dụ nước trong
các tế bào thực vật, động vật do vật đông đặc khi nó chứa sẵn nước. Để tách
6
các trường hợp liên kết này cần làm cho nước bay hơi, nén ép vật hay phá vỡ
cấu trúc vật. Sau khi tách nước vật bị biến dạng nhiều, có thể thay đổi tính
chất và thậm chí thay đổi cả trạng thái pha .
- Nhiều vật ẩm có cấu trúc mao quản như gỗ, vải trong các vật thể
này có vô số các mao quản. Các vật thể này khi để trong nước, nước sẽ theo
mao quản thâm nhập vào vật thể. Khi vật thể này để trong không khí ẩm thì
hơi nước sẽ ngưng tụ trên bề mặt mao quản và theo các mao quản thâm nhập
vào vật thể. Muốn tách các hạt ẩm loại này thì ta cần làm cho ẩm bay hơi hoặc
đẩy ẩm ra bằng áp suất lớn hơn áp suất mao dẫn.

- Liên kết có thể do dính ướt lên bề mặt vật thể. Liên kết dạng này dễ
tách bằng cách bay hơi đồng thời có thể tách băng cách lau chùi, thấm thổi, ly
tâm
2. Phân loại vật liệu sấy
Có nhiều cách phân loại vật liệu sấy. Cách phân loại được sử dụng
nhiều trong kỹ thuật là cách phân loại dựa vào tính chất vật lý của vật thể.
Theo cách này thì các vật liệu ẩm được chia làm 3 nhóm: vật xốp mao dẫn,
vật keo và vật keo xốp mao dẫn.
2.1. Vật xốp mao dẫn
Những vật mà trong đó ẩm liên kết với vật liệu chủ yếu bằng mối liên
kết mao dẫn được gọi là vật xốp mao dẫn. Chúng có khả năng mọi chất lỏng
dính ướt không phụ thuộc vào thành phần ẩm hoá học của chất lỏng. Các vật
liệu xây dựng, than củi cát thạch anh là những thí dụ về vật liệu xốp mao
dẫn. Những vật này lực mao dẫn lớn hơn rất nhiều so với trọng lượng ẩm
chứa trong vật và quyết định hoàn toàn sự lan truyền ẩm trong vật. Trong
trường hợp trọng lượng ẩm cân bằng với lực mao dẫn hay mao quản trương
lên, khi sấy khô thì co lại. Phần lớn các vật xốp mao dẫn khi sấy khô thì dòn
như bánh mỳ, rau xanh v.v
7
2.2. Vật keo
Vật keo là những vật có tính dẻo do cấu trúc hạt. Trong vật keo ẩm liên
kết ở dạng hấp phụ và thẩm thấu. Ví dụ keo động vật, vật liệu cenlulose, tinh
bột, đất sét Các vật keo có điểm chung là khi sấy bị co ngót khá nhiều và vẫn
giữ được tính dẻo.
Để đơn giản công việc nghiên cứu và tính toán, trong kỹ thuật sấy
người ta khảo sát các vật keo như các vật giả xốp mao dẫn. Khi đó các vật keo
được xem như vật xốp mao dẫn có cấu trúc mao quản nhỏ.
2.3. Vật keo xốp mao dẫn
Những vật thể mà trong đó tồn tại ẩm liên kết có trong cả keo là vật
xốp mao dẫn thì được gọi là vật keo xốp mao dẫn. Các loại vật này như gỗ,

than, bùn các loại hạt và một số thực phẩm. Về cấu trúc, các vật này thuộc
loại xốp mao dẫn nhưng về bản chất lại là các vật keo có nghĩa là thành mao
dẫn của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao quản trương lên, khi sấy khô
thì co lại. Phần lớn, các vật xốp mao dẫn khi sấy kho thì co lại, trở nên dòn
như bánh mỳ, rau xanh,
3. Cơ chế tách ẩm trong hạt
Trong quá trình sấy hạt, ẩm được chuyển từ trung tâm ra bề mặt ngoài
của hạt, từ bề mặt hạt, ẩm dược bốc hơi vào môi trường sấy. Quá trình trên
chỉ thực hiện được trong điều kiện áp suất hơi riêng phần của hạt lớn hơn áp
suất riêng phần của môi trường. Khi đó, bề mặt của hạt sẽ khô đi và sẽ xuất
hiện gradient ẩm giữ lõi và bề mặt của hạt và gây nên sự dịch chuyển ẩm từ
phần trung tâm của hạt ra bề mặt hạt. Quá trình sấy có thể tăng cường bằng
cách:
- Tăng áp suất hơi riêng phần của hạt.
- Giảm áp suất hơi riêng phần của môi trường.
- Đồng thời cả hai biện pháp trên.
Nhưng đối với mỗi loại hạt tại một hàm ẩm nhất định nào đó ta chỉ có
thể tăng nhiệt độ tới một nhiệt độ cho phép nhất định, gọi là nhiệt độ đốt nóng
8
cho phép của hạt. Nếu vượt qúa giới hạn đó sẽ gây ảnh hương xấu tới chất
lượng làm giống hoặc làm lương thực của hạt, như làm giảm độ nẩy mầm,
tăng tỷ lệ bị rạn gẫy do nước bốc hơi trên bề mặt là quá mạnh.
Giảm áp suất của môi trường bằng cách tăng cường đối lưu, tăng tốc độ
của tác nhân sấy nhưng ta cũng chỉ tăng tốc độ của tác nhân sấy tới một trị số
nhất định, nếu vượt trị số đó lượng không khí nóng hoặc khói lò đó sẽ không
tận dụng hết để làm khô hạt, hiệu suất sấy sẽ thấp.
Không khí nóng hoặc hỗn hợp không khí với khói lò làm nhiệm vụ
chuyển nhiệt để đốt nóng và bốc hơi ẩm của hạt, đồng thời làm nhiệm vụ
chuyển hơi ẩm ra bên ngoài và chúng được gọi là tác nhân sấy.
4. Các giai đoạn xảy ra trong qúa trình sấy hạt

Quá trình sấy hạt xảy ra theo 3 giai đoạn:
* Giai đoạn nâng nhiệt độ vật liệu (Giai đoạn I): Nâng nhiệt của vật liệu
khi tác nhân sấy bắt đầu tiếp xúc với vật liệu. Giai đoạn này rất ngắn có thể
xem như không tồn tại. Nó chỉ tương ứng với việc nâng nhiệt độ của vật liệu
đạt được nhiệt độ sấy (khi đó năng lượng chỉ dùng để bay hơi nước).
Nhiệt độ đó không thể đạt ngay lập tức vì rằng lúc đầu nhiệt độ còn khá
thấp so với nhiệt độ của tác nhân sấy và bản thân nó lại thường có độ dẫn
nhiệt kém, khi tốc độ sấy tăng nhanh.
* Giai đoạn tốc độ sấy không đổi hay giai đoạn đẳng tốc (Giai đoạn II):
Giai đoạn đẳng tốc tương ứng với việc bay hơi ẩm tự do trên bề mặt vật liệu.
Trong giai đoạn này, tốc độ di chuyển ẩm từ trong bề mặt vật liệu lớn hơn tốc
độ bay hơi ẩm từ bề mặt vào môi trường (không khí nóng). Nhiệt độ bề mặt
vật liệu sấy không đổi và đúng bằng nhiệt độ bầu ướt không khí sấy. Trong
giai đoạn này, tốc độ sấy không đổi khi các thông số của tác nhân sấy không
đổi.
* Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần hay giai đoạn giảm tốc (Giai đoạn III):
Khi trên bề mặt vật liệu không còn ẩm tự do nữa thì áp suất hơi riêng phần ở
9
đó giảm xuống rõ rệt và do vậy tốc độ sấy các lớp trong bề mặt vật liệu nhỏ
hơn tốc độ bay hơi từ bề mặt vào môi trường.
Đôi khi người ta còn chia giai đoạn này thành 2 giai đoạn khác nhau:
Giai đoạn đầu (trên bề mặt không còn ẩm tự do song ở lớp sâu phía trong thì
vẫn còn) và giai đoạn cuối (không còn ẩm tự do trong toàn bộ vật liệu).
Khi nước tự do đã hoàn toàn biến mất thì trong vật liệu chỉ còn ẩm liên
kết. Việc tách ẩm liên kết càng về sau càng khó khăn do ở những lớp sau,
năng lượng liên kết của ẩm trong vật liệu càng mạnh hơn. Mặt khác các chất
hoà tan trong vật liệu (ví dụ: đường muối ) do nước vận chuyển đến bề mặt
vật liệu đã bịt kín các lỗ mao quản làm cản trở quá trình khuếch tán ẩm của
vật liệu.
Trong giai đoạn này nhiệt độ của vật liệu sấy dần dần tăng lên và cuối

cùng bằng nhiệt độ tác nhân sấy. Sở dĩ là do tốc độ bay hơi giảm xuống đã
kéo theo hiệu ứng làm lạnh (do bay hơi) cũng giảm xuống. Nếu ta tiếp tục sấy
cho đến khi không còn khả năng thoát ẩm trong vật liệu, có nghĩa là vật liệu
đạt được độ ẩm cân bằng thì nhiệt độ của vật liệu sẽ bằng nhiệt độ của môi
trường xung quanh (nhiệt độ của các tác nhân sấy) và do đó có thể vượt quá
nhiệt độ cho phép của vật liệu.
Thực tế trong giai đoạn này người ta thường duy trì nhiệt độ tác nhân
sấy thấp hơn (vài độ) so với nhiệt độ cho phép của vật liệu để đảm bảo chất
lượng sản phẩm.
10
II. THỦY ĐỘNG LỰC HỌC CỦA QUÁ TRÌNH SẤY TẦNG SÔI
1. Cơ chế tạo lớp lỏng giả (tầng sôi)
Ta hãy khảo sát hiện tượng sau đây: Đổ một lớp vật liệu dạng hạt lên
lưới nằm ngang bên trong ống đặt thẳng đứng, tiết diện ngang của ống (có thể
là hình tròn, vuông, chữ nhật), hạt không lọt lưới. Thổi không khí đi qua lớp
hạt chiều từ dưới lên, trạng thái của các hạt và cả lớp hạt phụ thuộc rất lớn
vào vận tốc của dòng khí đi xuyên qua lớp hạt.
Ta thấy khi vận tốc dòng khí nhỏ thì lực do nó sinh ra bé hơn trọng
lượng hạt nên các hạt đứng yên. Tăng tốc độ dòng khí dần lên đến giá trị xấp
xỉ vận tốc tăng của hạt thì sẽ xảy ra hiện tượng các hạt động đậy làm thể tích
khối hạt lớn lên. Lúc này xem như lực đẩy của dòng khí cân bằng trọng lượng
hạt. Tăng tiếp vận tốc dòng khí, ta thấy hiện tượng hạt và khí chuyển động
11
giống hệt quá trình sôi (các bóng khí xuyên qua lớp hạt rồi nổ bùng ở bề mặt
lớp hạt, tạo ra chuyển động mãnh liệt và hỗn độn của hạt. Trường hợp tiết
diện ngang ống dẫn nhỏ, lớp hạt dày thì có thể xảy ra hiện tượng các bóng khí
nhập lại với nhau bên dưới các lớp hạt tạo ra sự phân lớp.
Nếu ta thay ống tiết diện đều bằng ống có tiết diện thay đổi như hình
nón thì sẽ xảy ra hiện tượng phụt cộng với sôi, tuần hoàn nên ta gọi là sôi tuần
hoàn.

Áp dụng hiện tượng trên để sấy ta gọi là sấy tầng sôi và sấy tầng sôi
tuần hoàn. Các quá trình này có trao đổi nhiệt và truyền ẩm giữa tác nhân sấy
và vật sấy với cường độ cao, thời gian sấy giảm xuống, năng suất tăng lên.
Động lực học và sức cản trong tầng sôi và tầng sôi tuần hoàn:
Khi dòng khí đi qua lớp hạt thì nó chịu sức cản khí động do lớp hạt gây
nên. Trở lực khí động phụ thuộc vào tốc độ dòng khí.
12
Quá trình sôi tuần hoàn
Khi tốc độ dòng khí
'
KK
WW
≤
thì lớp hạt đứng yên. Tốc độ tăng từ 0
đến
'
K
W
thì tỷ lệ thuận với bình phương tốc độ. Độ xốp của lớp hạt là
4,0=
ε
,
chiều dày lớp hạt là
constH =
.
thK
W
.
gọi là tốc độ tới hạn. Tăng tốc độ dòng
khí lên

'
. KthK
WW >

thì
p∆
đột ngột giảm đi một giá trị đúng bằng lực liên kết
giữa các hạt, các hạt bắt đầu xa nhau và quá tình sôi xảy ra.
Ngược lại khi giảm tốc độ dòng khí từ giá trị
thK
W
.
xuống 0 thì
p∆
giảm
dần mà không có bước nhảy như khi tăng. Điều đó được giải thích như sau:
Để đưa các hạt từ trạng thái tĩnh sang động cần nhiều năng lượng hơn (để
khắc phục lực liên kết giữa các hạt) giữ cho chúng ổn định chuyển động.
Tăng tốc dòng khí
'
KK
WW
>
dẫn tới chiều cao lớp hạt H tăng lên làm
cho độ xốp ε cũng lớn lên (ε = 0,55 – 0,75), trong khi đó
p∆
gần như không
đổi. Khoảng tốc độ dòng khí
lKKK
WWW

.
'
≤≤

là vùng

ổn định. gọi

là tốc độ
lắng của hạt. Khi tốc đọ dòng khí là
lKK
WW
.
≥
thì hạt bị cuốn theo dòng khí
13
H=∞; độ xốp đạt giá trị lớn nhất, chế độ tầng sôi bị phá vỡ và chuyển thành
chế độ vận chuyển hạt.
Trong tính toán thiết kế máy sấy tầng sôi thì các đại lượng: trở lực lớp
hạt tĩnh
p∆
, trở lực lớn nhất
max
p∆
, vận tốc tới hạn (lúc bắt đầu sôi)
thK
W
.
,
vận tốc lắng

lK
W
.
. Vận tốc đầu
B
K
W

và

cuối
E
K
W
là rất quan trọng.
Khí thổi vào ở đáy ghi với tốc độ v
k
. Khi tốc độ khí tăng lên đến trị số
nhất định thì chiều cao H của lớp vật liệu bắt đầu tăng lên. Tăng tốc khí thổi
vào thì tốc độ khí trong lớp cũng tăng lên, trở lực của lớp cũng tăng. Khi tốc
độ khí đạt tới trị số v
kp
= v
cbmin
(tốc độ cân bằng đối với hạt nhỏ) thì trở lực đạt
cực đại.
14
Sau đó nếu tăng tốc độ khí thổi lên v
kp
> v

cbmin
thì trở lực trong lớp vật
liệu giảm đi vì lúc này trong lớp bắt đầu suất hiện các kênh cho phép khí lọt
qua dễ dàng. Do trở lực của lớp giảm nên tốc độ của khí trong lớp tăng lên.
Khi tốc độ khí thổi đạt đến trị số v’ thì trở lực giảm đến cực tiểu, đồng thời
tốc độ khí trong lớp đạt cực đại. Nếu tiếp tục tăng tốc độ khí thổi vào v
k
> v’
ts
thì trở lực của lớp lại tăng lên vì lúc này các hạt lớn bắt đầu được nâng lên,
tốc độ khí trong lớp giảm xuống. Khi tốc độ khí thổ đạt trị số v
k
> v” thì trở
lực và tốc đọ khí trong lớp giữ không đổi. Đương nhiên trong giai đoạn này
nếu tăng tốc độ khí thổi đến trị số nhất định v
k
≥ v
cbmax
(tốc độ cân bằng ứng
với các hạt lớn nhất) thì tốc độ khí trong lớp hạt lại tăng lên, trở lực các lớp
giảm đi. Lúc này đa số hạt bay theo khí thoát ra ngoài.
Như vậy ta thấy trạng thái của lớp trải qua 2 chế độ:
- Chế độ lớp chặt ứng với tốc độ khí thổi v
k
< v
cbmin;
- Chế độ lớp sôi ứng với tốc độ khí thổi v
k
> v
cbmin;

Ở chế độ lớp sôi có thể chia ra hai giai đoạn:
- Giai đoạn 1: v
k
< v” là giai đoạn sôi của các hạt nhỏ và trung bình
- Giai đoạn 2: v
k
> v”
s
là giai đoạn sôi xoáy, giai đoạn này toàn bộ hạt ở
trạng thái sôi. Tốc độ khí trong lớp gần như giữ không đổi.
Nếu tốc độ khí thổi tăng lên đến một trị số nhất định thì tốc độ khí
trong lớp lại tăng lên, trở lực giảm đi và khi v
k
→ v
cbmax
thì đa số hạt bay theo
khí.
Thiết bị sấy tầng sôi làm việc trong giai đoạn bắt đầu sôi xoáy, lúc này
các hạt nhỏ bay theo khí thoát không đáng kể thì:
v” = 0,15 ÷ 0,2 v
cbmax
Tốc độ khí thổi trong thiết bị sấy tầng sôi cần chọn là v
k
> v”
s
và cần
được xác định thích hợp.
2. Trao đổi nhiệt và truyền ẩm trong tầng sôi
15
Quá trình trao đổi nhiệt và truyền ẩm giữa các vật sấy (các hạt) và tác

nhân sấy trong tầng sôi xảy ra rất mạnh. Đó là kết quả tiếp xúc bề mặt lớn
giữa các hạt rời chuyển động hỗn loạn trong dòng tác nhân sấy chảy rối. Có
nhiều giả thuyết dưa ra các phương trình chuẩn số Nusselt từ đó để hệ số tỏa
nhiệt
α
giữa tác nhân sấy và các hạt:

đt
d
Nu
.
.
λ
α
=
(kcal/m
2
.h.độ)
Trong đó:
λ
- hệ số dẫn nhiệt của tác nhân sấy (không khí) lấy theo nhiệt độ trung
bình, kcal/m.h.độ;
đt
d
.
- đường kính tương đương của hạt, m
Chuẩn số Nusselt được tính như sau:
34,0
.
65,0

.
74,0
Re.0151,0
−








=
đt
hte
d
H
FNu
Với
10030 ÷=
e
F
34,0
.
65,0
.
6,0
Re.0283,0









=
đt
hte
d
H
FNu
Với
200100 ÷=
e
F
Trong đó:
H - chiều cao lớp hạt khi sôi, m.
Đối với hạt ngũ cốc ta có thể chọn H = (0,18 ÷ 0,25) m, sau đó tính
kiểm tra:
3
2
.
3
).(.4
KK
Kl
đte
v
g

dF
ρ
ρρ
−
=
g
- gia tốc trọng trường, m/s
2
;
Kl
ρρ
,
- khối lượng riêng của hạt, tác nhân sấy, kg/m
3
;
K
v
- độ nhớt động của tác nhân sấy, m
2
/s;
KK
v,
ρ
- tra theo nhiệt độ trung bình.
16
3. Các hệ thống và thiết bị sấy tầng sôi
Dựa trên nguyên lý sấy tầng sôi, mà người ta thiết kế hệ thống sấy cho
phù hợp với từng loại vật sấy, có năng suất cao, chất lượng tốt và không gây ô
nhiễm môi trường, giá thành hạ.
Máy sấy tầng sôi được áp dụng rộng rãi để sấy các vật sấy dạng hạt,

dạng bột nhão, dung dịch Đối với các vật sấy bột nhão, dung dịch thì phải
dùng các vật mang dạng hạt trơ với vật sấy, không thấm nước, chịu va đập và
chịu nhiệt. Vật sấy bám dính trên bề mặt ngoài của các hạt mang (hạt chủ).
Quá trình sấy tầng sôi diễn ra đối với các hạt có dính vật sấy dạng nhão. Sản
phẩm sấy thu được ở dạng bột, được thu hồi nhờ các xyclon và lọc túi. Các
vật mang lại được trộn với bột nhão để sấy tiếp.
Các hệ thống máy sấy tầng sôi có cấu tạo đơn giản, làm việc liên tục
hoặc gián đoạn, cường độ sấy cao hơn hẳn so với sấy tháp và sấy thùng quay.
Hệ số tỏa nhiệt theo dung tích là
120005800 −=
v
α
(W/m
3
.độ), hệ số bay hơi
ẩm trên diện tích lưới (ghi) là
300060 −=
F
A
(kg/m
2
.h), thời gian sấy ngắn, sản
phẩm khô đều, chất lượng tốt.
Nhược điểm của máy sấy tầng sôi là phải tạo ra tốc độ tác nhân sấy đủ
lớn để duy trì qúa trình sôi làm tăng chi phí năng lượng cho quạt. Tác nhân
sấy phải được cấp đều trên toàn diện tích lưới (ghi), nếu không thì chế độ sôi
bị phá vỡ. Cần phải có cơ cấu đảo để tránh hiện tượng các hạt liên kết và bịt
bớt lỗ lưới cũng phá vỡ chế độ sôi.
Phân loại máy sấy tầng sôi dựa trên các đặc điểm như: làm việc liên tục
hay theo chu kỳ, hình dạng tiết diện ngang của buồng sấy là hình tròn hay tứ

diện, các hạt vừa sôi vừa chuyển dịch theo một hướng quy định hay không,
buồng sấy có một hay nhiều tầng sôi.
Nguyên liệu ẩm được nạp vào buồng sấy nhờ vít tải, quạt làm việc theo
chế độ sấy. Sản phẩm chủ yếu lấy ra ở cửa của buồng sấy, sản phẩm có kích
17
thước nhỏ bị cuốn theo tác nhân sấy được thu hồi bằng xyclon và lọc túi. Các
cửa lấy sản phẩm đều phải có bộ phận đóng gió (lấy sản phẩm nhưng tác nhân
sấy không lọt ra ngoài).
Năng suất của vít tải nạp liệu đúng bằng năng suất của hệ thống tính
theo vật sấy ẩm. Hệ thống này (Hình 1) có cấu tạo đơn giản dễ vận hành, nó
có thể làm việc liên tục hoặc theo chu kỳ (từng mẻ). Trong trường hợp sấy các
loại hạt khó vỡ thì chỉ có cửa 12 là lấy sản phẩm, còn cửa 10 và 11 là bụi.
Thông thường thì buồng sấy 6 là hình trụ. Nếu là hình khối hộp thì tiết diện
ngang nên là hình vuông, tiết diện hình chữ nhật thì cạnh dài không nên lấy
lớn gấp đôi cạnh ngắn, vì như vậy để tạo ra vùng không sôi. Để hạn chế các
mảnh sản phẩm ít bay theo tác nhân thì buồng sấy hơi loe dần về phía trên.
Góc loe giữa hai thành buồng sấy bằng 14- 16
0
C (không nên lấy đến 20
0
C).
Quạt gió (1) đưa không khí vào buồng hỗn hợp (2) ở đây không khí kết
hợp với khói để được môi chất sấy có thông số nhất định theo yêu cầu của chế
độ sấy. Môi chất sấy được đưa vào buồng sấy, khí nóng thổi vào từ dưới ghi
(3) lên phía trên với tốc độ thích hợp. Vật liệu sấy từ phễu (5) rơi xuống vít tải
(4) đi vào buồng sấy tầng sôi (6). Sau đó rơi xuống mặt ghi (3), khí nóng thổi
lên với tốc độ thích hợp làm cho vật liệu lơ lửng và xáo trộn cùng với khí
nóng tạo thành lớp sôi. Trong lớp sôi khí nóng gia nhiệt và sấy khô vật liệu.
Sản phẩm khô được lấy ra từ cửa (12). Các hạt vật liệu nhỏ bay theo khí vào
xyclon (7) và bụi được tách ra ở cửa (11). Các hạt vật liệu nhỏ hơn bay vào

lọc túi (9) ở đây khí thải sạch ra ngoài theo cửa (8) còn bụi sẽ ra ngoài theo
cửa (10).
Ở thiết bị làm việc liên tục, ghi xích chuyển động, vật liệu ẩm được đưa
vào ở một đầu và lấy ra ở đầu kia là vật liệu khô. Thiết bị sấy tầng sôi làm
việc theo chu kỳ thì vật liệu ẩm được đặt trên ghi cố định để trong xe đẩy để
đưa vào buồng sấy. Sau khi sấy khô sẽ lấy xe vật liệu ra. Để tạo ra lớp sôi, tốc
đọ khí thổi phải có trị số thích hợp.
18
Click vào đây để xem hoạt động của hệ thống sấy tầng sôi (Ctrl + Click)
Hình 2 thể hiện kết cấu buồng sấy dùng cho quá trình sấy tầng sôi các
hạt không đồng nhất, dễ dính bết tạo ra các khối hạt làm phá vỡ chế độ sôi.
Cách đảo 3 liên tục quay để chống sự vón cục của các hạt.
19
Hình 1: Cấu tạo của hệ thống sấy tầng sôi:
Quạt 7. Xyclon
Caloriphe 8. Khí thải sạch
Lưới (ghi) 9. Lọc túi
Vít tải nạp liệu 10, 11, 12. Sản phẩm khô
Nguyên liệu ẩm (các hạt ẩm) 13. Không khí
Buồng sấy tầng sôi
1
8
2
10
5
6
7
12
11
4

3
9
13
Để tránh hiện tượng khô không đồng đều giữa các vùng trên lưới có
kích thước rộng (buồng sấy lớn) thì ta tạo ra dòng sôi chảy từ cửa nạp liệu đến
cửa tháo sản phẩm. Có rất nhiều cách để tạo ra dòng sôi chảy theo một hướng
trong buồng sấy. Hình 3 thể hiện cấu tạo của máy sấy tầng sôi chảy theo dòng
từ cửa vào đến cửa ra. Các hạt ẩm được rót vào sát thành buồng sấy chảy nhẹ
xuống lưới. Tác nhân sấy là khói lò tạo ra nhờ buồng đốt nhiên liệu dạng lỏng
(như dầu FO) được quạt 6 hút. Tác nhân theo ống dẫn 10 chui qua lưới và lớp
hạt, tạo ta quá trình sôi chảy của các hạt.
Sở dĩ các hạt vừa sôi và vừa chảy theo hướng từ cửa vào đến cửa ra là
nhờ đặt lưới (ghi) nghiêng xuống một góc từ 1
0
- 4
0
về phía cửa ra, đồng thời
thu hẹp dần lưới.
20
Hình 2: Buồng sấy một tầng có cánh đảo hạt
Tác nhân sấy do quạt thổi tới
Lưới (ghi)
Cánh đảo
Khí thải đi đến các xyclon và lọc túi
Nguyên liệu ẩm
Cơ cấu nạp liệu đóng gió
Cơ cấu tháo sản phẩm và đóng gió
Trục cánh đảo
Buồng sấy
Ngoài ra có thể tạo ra quá trình sôi và chảy của lớp hạt bằng lưới

khuyết và cách quay như hình 4. Các hạt liên tục sôi trên lưới giữa các cánh,
đồng thời bị các cánh quay gạt đến vùng lưới khuyết rồi rơi xuống cửa tháo ra
ngoài. Tốc độ quay của cánh sao cho thời gian lưu của hạt trên lưới đúng
bằng thời gian sấy.
21
Hình 3: Máy sấy tầng sôi chảy
Thiết bị đốt 6. Quạt
Buồng đốt dầu 7. Xyclon
Cửa nạp vật sấy dạng hạt ẩm 8. Cơ cấu tháo sản phẩm hoặc bụi
Buồng sấy 9. Băng tải sản phẩm
Khí thải 10. Kênh dẫn tác nhân
11. Cửa tháo sản phẩm
Nếu trong buồng sấy có nhiều tầng sôi thì ta gọi là buồng sấy nhiều
tầng sôi. Quá trình sôi ở các tầng là như nhau, nhưng nhiệt đội và độ ẩm của
tác nhân sấy cho mỗi tầng thường là khác nhau. Nhờ các ống chảy truyền, độ
dốc của ghi mà vật sấy dạng hạt từ cửa nạp lần lượt chảy qua các tầng sôi, khi
đã đạt độ khô thì chảy ra ngoài. Buồng sấy nhiều tầng sôi cho phép điều chỉnh
chế độ sấy (điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm của tác nhân) cho phù hợp với độ ẩm
của vật sấy. Nó rất phù hợp cho quá trình sấy các vật sấy có lượng ẩm kiên
kết cao, sản phẩm khô đồng đều. Buồng sấy nhiều tầng sôi có kết cấu phức
tạp hơn.
Hình 5 thể hiện cấu tạo của buồng sấy nhiều tầng sôi nằm ngang. Nó
gồm có 4 tầng sôi đặt theo phương nằm ngang.
22
Hình 4: Buồng sấy tầng sôi có vách ngăn
(cánh)
Cửa tháo sản phẩm
Cánh quay
Buồng sấy
Trục của cánh

Cửa ra của khí thải
Cửa vào của tác nhân sấy
Lưới (ghi) khuyết
Hình 6 thể hiện cấu tạo của buồng sấy nhiều tầng sôi thẳng đứng. Vật
sấy ẩm dạng hạt được nạp vào tầng sôi trên cùng, sản phẩm lấy ra ở tầng dưới
cùng.
23
Hình 5: Buồng sấy có nhiều tầng sôi nằm ngang
1,2,3,4. Các tầng sôi
5. Sản phẩm
6. Van điều chỉnh sản phẩm chảy nhiều hay ít
7. Buồng sấy
8. Khí thải
9. Nguyên liệu ẩm
10. Nhiên liệu lỏng
11. Không khí
12,13. Buồng đốt
Các hạt chảy truyền từ tầng trên xuống tầng dưới là bộ phận chảy
truyền (Hình 7). Tác nhân sấy được cấp riêng cho mỗi tầng sau khi đi qua
lưới và lớp hạt chúng theo khoảng riêng rồi cùng đi ra cửa trên đỉnh buồng
sấy.
Cường độ sấy trong buồng sấy nhiều tầng sôi cao hơn buồ sôi đồng
đềung có một tầng sôi. Có thể sấy đến hàm ẩm rất thấp đối với vật sấy có
lượng ẩm liên kết lớn. Bộ phận quan trọng trong máy sấy tầng sôi là lưới (ghi)
phân phối gió. Để có quá trình sôi đồng đều trên toàn diện tích ghi thì áp suất
tác nhân sấy phía dưới ghi phải đều. Điều đó dẫn tới trở lực cục bộ của ghi là
đáng kể. Để có trở lực lớn thì tổng diện tích lỗ lấy bằng (3÷10)% diện tích
ghi. Đường kính lỗ phải nhỏ để có nhiều lỗ phân bổ đều trên diện tích ghi.
24
Hình 6: Buồng sấy nhiều tầng

sôi thẳng đứng
1,2,3. Tác nhân sấy cấp cho ba
tầng sôi
4. Vật sấy ẩm dạng hạt
5. Khí thải
6. Sản phẩm
Đường kính lỗ và số lỗ xác định sao cho vận tốc tác nhân sấy đi qua lỗ lớn
gấp (7÷10) lần vận tốc lắng của hạt có đường kính bằng đường kính lỗ ghi.
Nhằm phân đều tác nhân sấy ta có thể lắp ghi phụ bên dưới ghi chính với
khoảng cách (50÷60) mm. Đường kính lỗ trên ghi phụ bằng và nhỏ hơn 25
mm, tổng diện tích lỗ là (40÷50) diện tích ghi.
25
Hình 7: Các phương pháp cho hạt chảy chuyền
Dùng ghi quay
Ống chảy chuyền có cơ cấu tháo
Ống chảy chuyền
Hình 8: Cấu tạo của ghi (lưới)
Hàn từ các thanh thép tròn
Các thanh ghi
Ghi hai lớp bằng thép tấm đục lỗ
Gồm hai tấm thép đục lỗ, ở giữa có lớp đệm bằng các hạt chịu nhiệt