Luận Văn Kỹ Thuật Sấy Hệ thống sấy

Lời nói đầu
Tách nớc (ẩm) ra khỏi vật liệu rắn hay dung dịch là một quá trình kỹ thuật
rất phổ biến và rất quan trọng đối với nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là các
ngành hoá chất và thực phẩm. Với mục đích: bảo quản tốt vật liệu, hoặc để giảm
năng lợng tiêu tốn trng quá trình vận chuyển vật liệu, hoặc để đảm bảo các thông
số kỹ thuật cho các quá trình gia công vật liệu tiếp theo. Tuỳ theo tính chất và độ
ẩm của vật liệu, tuỳ theo yêu cầu và mức độ làm khô vật liệu mà ngời ta tiến
hành các phơng pháp tách ẩm ra khỏi vật liệu theo các cách sau:
Phơng pháp cơ học : dùng các máy ép, máy lọc, máy li tâm
Phơng pháp hoá lí: dùng 1 hoá chất có tính hút nớc cao để tách ẩm khỏi
vật liệu: CaCl
2
khan, H
2
SO
4
đậm đặc
Phơng pháp dùng nhiệt: dùng nhiệt năng làm bốc hơi nớc ra khỏi vật
liệu.
Trong công nghiệp thực phẩm nói chung, để phục vụ cho mục đích bảo
quản , vận chuyển cũng nh nâng cao chất lợng cảm quan cho sản phẩm thực
phẩm, phơng pháp sấy đợc sử dụng rộng rãi nhất.
Do đó, bài toán công nghệ đặt ra với kỹ s thực phẩm là dựa trên những đặc
tính, chức năng của sản phẩm thực phẩm cụ thể cần tách ẩm, lựa chọn phơng
pháp sấy phù hợp và từ đó tính toán, thiết kế 1 hệ thống sấy tối u cho quá trình
sấy.
Phần I: tổng quan về nguyên liệu
và hệ thống sấy
I. Tính chất nguyên vật liệu:
Nguyên liệu chính sản xuất bánh phở là gạo, ngoài ra bổ sung thêm đờng
và muối. Bài toán công nghệ đặt ra là tính toán và thiết kế HTS bánh phở:

Tính chất của nguyên liệu:
1
Thành phần chính của bánh phở là gạo. Chất lợng gạo có ảnh hởng quyết định
tới chất lợng bánh phở. Loại gạo có hàm lợng amiloza cao thì bánh phở sản xuất
ra sẽ dai hơn. Hàm lợng amiloza trong tinh bột gạo phụ thuộc giống lúa. Theo
một số nghiên cứu thì giống lúa hạt dài, thân hạt trong thì hàm lợng amiloza trong
tinh bột cao hơn các loại khác. Vì vậy, gạo phải đợc lựa chọn kĩ và xay xát cẩn
thận trớc khi đa vào sản xuất bánh phở.
Gạo để sản xuất bánh phở cần trải qua các công đoạn:
- Ngâm gạo: sau khi đã chuẩn bị đợc loại gạo làm bánh phở, ta cho gạo vào
bể ( hoặc nồi to) đổ nớc sạch ngập và ngâm trong thời gian 2h (mùa đông
có thể ngâm 3 đến 4h). Mục đích của quá trình ngâm là làm cho hạt tinh
bột trơng nở tạo điều kiện cho quá trình xay sau này đợc dễ dàng hơn.
- Xay: trong sản xuất bột và tinh bột gạo, muốn giải phóng đợc tinh bột gạo
thì phải xay ớt. Ngoài ra, do xay ớt mà bột gạo mịn và khi làm bánh phở
mới dai. Thờng ngời ta xay bột trên cối xay bằng đá hoặc loại đĩa. Các loại
cối này có thể quay tay hoặc chạy bằng động cơ.
- Sau khi xay xong, dịch bột gạo đợc tập trung vào một nồi để lắng trong 1
đêm. Mục đích của quá trình ngâm và gạn nớc trong là vì trong thành phần
của gạo có 1 số chất làm giảm độ dai của bánh phở khi tráng nh xenluloza,
protein, đờng.
- Sau khi ngâm, thay nớc trong nồi bằng nớc mới, điều chỉnh nồng độ bột
theo nh lợng nớc ở trên, khuấy dịch bột chúng ta đợc dịch bột cho quá trình tráng
( cứ 1 Kg gạo xay thì cho vào 0,8l nớc sạch). Dịch bột sau khi đợc tạo ra sẽ đem
đi tráng và sấy tạo thành sản phẩm.
II. Công nghệ và thiết bị quá trình sấy:
II.1 Các phơng pháp sấy:
II.1.1 Phơng pháp sấy nóng:
II.1.1.1 HTS đối lu:
Trong HTS này, VLS nhận nhiệt bằng đối lu từ một dịch thể nóng mà thông

thờng là không khí nóng hoặc khói lò. Đây là loại HTS phổ biến hơn cả. Trong
HTS đối lu, ngời ta lại phân ra các loại: HTS buồng, HTS hầm, HTS thùng quay,
HTS tháp, HTS khí động
II.1.1.2 HTS tiếp xúc:
Nh tên gọi, trong HTS tiếp xúc VLS nhận nhiệt từ một bề mặt nóng. Nh vậy,
trong các HTS tiếp xúc ngời ta tạo ra độ chênh phân áp suất nhờ tăng phân áp
2
suất hơi nớc trên bề mặt VLS. Trong số này, chúng ta thờng gặp HTS lô, HTS
tang
II.1.1.3 HTS bức xạ:
Trong HTS bức xạ, VLS nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để ẩm dịch
chuyển từ trong lòng VLS ra bề mặt và từ bề mặt khuyếch tán vào môi trờng. Rõ
ràng, trong HTS bức xạ ngời ta tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nớc giữa VLS
và môi trờng chỉ bằng cách đốt nóng vật.
II.1.1.4 Các hệ thống sấy khác:
Ngoài ba HTS đối lu, tiếp xúc và bức xạ, trong các HTS nóng còn có HTS
dùng dòng điện cao tần hoặc dùng năng lợng điện từ trờng để đốt nóng vật.
Trong các HTS này, khi VLS đặt trong một trờng điện từ thì trong vật xuất hiện
các dòng điện và chính dòng điện này đốt nóng vật. Nh vậy, cũng nh các HTS
bức xạ và hệ thống sấy tiếp xúc, các HTS loại này cũng chỉ tạo ra độ chênh phân
áp suất giữa VLS và môi trờng bằng cách đốt nóng vật. Do kĩ thuật tạo ra trờng
điện từ cũng nh tính kinh tế của nó nên các HTS này rất ít gặp.
II.1.2 Phơng pháp sấy lạnh:
Trong phơng pháp sấy lạnh, ngời ta tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nớc
giữa VLS và TNS chỉ bằng cách giảm phân áp suất hơi nớc trong TNS p
am
nhờ
giảm lợng chứa ẩm d. Khi đó, ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề
mặt ra môi trờng có thể trên dới nhiệt độ môi trờng (t>0) và cũng có thể nhỏ hơn
0oC. Phơng pháp sấy lạnh có thể phân làm hai loại HTS:

II.1.2.1 HTS lạnh ở nhiệt độ t>0:
Với những HTS mà nhiệt độ VLS cũng nh nhiệt độ TNS xấp xỉ nhiệt độ môi
trờng, TNS thờng là không khí trớc hết đợc khử ẩm hoặc bằng phơng pháp làm
lạnh hoặc bằng các máy khử ẩm hấp phụ và sau đó lại đợc đốt nóng hoặc làm
lạnh đến nhiệt độ mà công nghệ yêu cầu rồi cho đi qua VLS. Khi đó, do phân áp
suất hơi \nớcd trong TNS bé hơn phân pá suất hơi nớc trên bề mặt VLS mà ẩm từ
dạng lỏng bay hơi đi vào TNS. Nh vậy, qui luật dịch chuyển ẩm trong lòng vật và
từ bề mặt vật vào môi trờng trong các HTS lạnh loại này hoàn toàn giống nh
trong các HTS nóng. Điều này khác nhau ở đây chỉ là cách giảm phân áp suất
hơi nớc p
am
trong TNS. Chẳng hạn, trong các HTS nóng đối lu ngời ta giảm p
am
bằng cách đốt nóng TNS (d=const) để tăng áp suất bão hoà dần đến giảm độ
ẩm tơng đối Trong khi đó, với các HTS lạnh có nhiệt độ THS bằng nhiệt độ môi
trờng chẳng hạn, ngời ta lại tìm cách giảm phân áp suát hơi nớc của TNS p
am
3
bằng cách giảm lợng chứa ẩm d kết hợp với quá trình làm lạnh (sau khử ẩm bằng
hấp phụ) hoặc đốt nóng (sau khử ẩm bằng làm lạnh).
II.1.2.2 HTS thăng hoa:
HTS lạnh mà trong đó ẩm trong VLS ở dạng rắn trực tiếp biến thành hơi đi
vào TNS thờng gọi là sấy thăng hoa. Trong HTS thăng hoa, ngời ta tạo ra môi tr-
ờng trong đó nớc trong VLS ở dới điểm 3 thể, nghĩa là nhiệt độ của vật liệu T <
273K và áp suất TNS bao quanh vật p<610 Pa. Khi đó, nếu VLS nhận đợc nhiệt
lợng thì nớc trong VLS ở dạng rắn sẽ chuyển trực tiếp thành hơi nớc và đi vào
TNS. Nh vậy, trong các HTS thăng hoa một mặt ta phải làm lạnh vật xuống dới
0oC và tạo chân không xung quanh VLS.
II.1.2.3 HTS chân không:
Nếu nhiệt độ VLS vẫn nhỏ hơn 273K nhng áp suất TNS bao quanh vật p >

610 Pa thì khi VLS nhận đợc nhiệt lợng, các phần tử nớc ở thể rắn không chuyển
trực tiếp thành thể hơI để đI vào TNS mà trớc khi biến thành hơi đi vào môI trờng
nớc ở thể rắn phảI chuyển qua thể lỏng.
Do tính phức tạp và không kinh tế nên các HTS chân không và HTS thăng
hoa cũng nh những HTS lạnh nói chung chỉ đợc dùng để sấy những VLS quý
hiếm không chịu đợc nhiệt độ cao. Vì vậy, các HTS này là những HTS chuyên
dùng, không phổ biến.
II.2 Phân loại hệ thống sấy:
II.2.1 Hệ thống sấy tiếp xúc:
HTS lô: Đây là loại HTS chuyên dùng để sấy hoặc là các VLS vải,
giấy, carton Trong HTS này, TBS là những hình trụ tròn mà quen gọi là các lô
sấy đợc đốt nóng thờng là bàng hơi nớc bão hoà. Vải hoặc giấy ớt đợc cuộn tròn
từ lô này đến lô kia và nhận nhiệt bằng dẫn nhiệt từ bề mặt các lô và thải ẩm vào
môi trờng.
HTS tang: HTS này cũng là HTS chuyên dụng để sấy các vật liệu
dạng bột nhão. TBS trong HTS này cũng là một hình trụ tròn, có thể là dạng
trống, đợc đốt nóng. Bột nhão bám vào tang của hình trụ và nhận nhiệt bằng dẫn
nhiệt để thải ẩm ra môi trờng. Bột đã sấy khô đợc một thiết bị tách khỏi tang.
II.2.2 Hệ thống sấy bức xạ:
HTS bức xạ thờng dùng để sấy các vật liệu dạng tấm mỏng nh vải, lớp sơn
trên các chi tiết kim loại. Ngoài ra nó cũng đợc dùng để sấy sách sau khi đóng
bìa hoặc phim ảnh với mục đích vừa sấy vừa diệt nấm mốc.
4
Có thể phân HTS bức xạ theo nguồn năng lợng đốt nóng bề mặt bức xạ
hoặc tính chất của bề mặt bức xạ. Theo tính chất bề mặt bức xạ ta có:
- HTS bức xạ dùng đèn hồng ngoại
- HTS bức xạ dùng bề mặt bức xạ. Bề mặt bức xạ có thể là các điện
trở bức xạ khi chúng ta dùng điện để đốt nóng hoặc các bề mặt bức xạ khác đợc
đốt nóng bằng khí đốt.
ở nhiệt độ cao, dòng nhiệt bức xạ mới đáng kể, do đó, các bề mặt bức xạ

phải đợc đốt đến nhiệt độ cao và kéo theo suất tiêu hao nhiệt lợng riêng trong
các HTS bức xạ rất lớn. Vì vậy, HTS bức xạ thờng không kinh tế. Nếu không do
yêu cầu công nghệ nh vừa sấy vừa diệt nấm mốc (trong sấy sách, phim ảnh)
hoặc yêu cầu cờng độ sấy phải rất cao để đảm bảo độ bám chắc và bóng đẹp
nh sấy các chi tiết kim loại sau khi sơn thì ngời ta không dùng HTS bức xạ.
II.2.3 Hệ thống sấy đối lu:
Ngời ta phân HTS đối lu chủ yếu theo cấu tạo của TBS. Có thể gặp các
HTS đối lu sau đây:
HTS buồng: Cấu tạo chủ yếu của HTS buồng là buồng sấy. Trong buồng
sấy bố trí các các thiết bị đỡ VLS mà ta gọi chung là thiết bị chuyền tải
(TBCT). Nếu dung lợng buống sấy bé và TBCT là các khay sấy thì ngời ta
thì ngời ta thờng gọi HTS buồng này là tủ sấy. Nếu dung lợng buồng sấy
lớn và TBCT là các xe goòng thì ngời ta gọi là HTS buồng kiểu xe goòng.
Nói chung, TBCT trong HTS buồng rất đa dạng. Ví dụ HTS buồng để sấy
thuốc lá mà chúng ta thờng gặp ở Việt Nam thì TBCT chỉ là các sào để treo
thuốc lá. Đặc điểm của HTS buồng, do tính chất cấu tạo của nó là HTS chu
kì từng mẻ một nên năng suất không lớn. Tuy nhiên, nó có thể sấy nhiều
dạng VLS khác nhau từ vật liệu dạng cục,, dạng hạt đến các vật liệu dạng
thanh, tấm.
HTS hầm: Khâc với HTS buồng, trong HTS hầm TBS là một hầm sấy dài.
TBCT trong HTS hầm thờng là xe goòng hoặc băng tải. Đặc điểm chủ yếu
của HTS hầm là bán liên tục và cũng nh HTS buồng nó có thể sấy đợc
nhiều dạng VLS. Tuy nhiên do cấu tạo nên năng suất TBS hầm lớn hơn
năng suất TBS buồng.
HTS tháp: Trong HTS này TBS là một tháp sấy, trong đó ngời ta đặt một
loạt kênh dẫn và kênh thải TNS xen kẽ nhau. VLS trong HTS tháp là dạng
5
hạt tự chảy từ trên xuống dới. TNS từ các kênh dẫn xuyên qua lớp hạt
chuyển động đi vào các kênh thải để thải ra ngoài. Nh vậy, HTS tháp là
HTS chuyên dùng để sấy hạt. Cùng dạng với HTS tháp chúng ta cũng gặp

những HTS tơng tự, ở đó hạt chuyển động từ trên xuống còn TNS đi ngang
qua lớp hạt thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ẩm. HTS tháp là HTS liên tục.
HTS thùng quay: TBS trong HTS thùng quay nh tên gọi là một thùng sấy
hình trụ tròn đặt nghiêng một góc nào đó. Trong thùng sấy ngời ta bố trí các
cánh xáo trộn. Khi thùng quay, VLS vừa chuyển động từ đầu này đến đầu
kia của thùng sấy vừa bị xáo trộn từ trên xuống dới. TNS cũng vào đầu này
và ra đầu kia của thùng sấy. Nh vậy, HTS thùng quay cũng là HTS chuyên
dùng để sấy hạt hoặc cục nhỏ và có thể làm việc liên tục.
HTS khí động: Có rất nhiều dạng HTS khí động. TBS trong HTS này có thể
là một ống tròn hoặc hình phễu.Trong đó, TNS có tốc độ cao vừa làm
nhiệm vụ sấy vừa làm nhiệm vụ vận chuyển VLS từ đầu này đến đầu kia
của TBS. Tốc độ TNS có thể đạt (40 50) m/s. VLS trong các HTS này
phải là những hạt, mảnh nhỏ và độ ẩm cần lấy đi trong quá trình sấy thờng
là độ ẩm bề mặt.
HTS tầng sôi: Trong HTS tầng sôi, TBS là một buồng sấy, trong đó ngời ta
bố trí ghi đỡ VLS. TNS có thông số thích hợp đợc đa vào dới ghi và làm cho
VLS chuyển động bập bùng trên ghi nh hình ảnh các bọt nớc sôi. Vì vậy
ngời ta gọi đó là HTS tầng sôi. Đây cũng là HTS chuyên dùng để sấy hạt.
Hạt khô nhẹ hơn sẽ ở phần trên của lớp sôi và đợc lấy ra khỏi TBS một
cách liên tục. Trong HTS tầng sôi, truyền nhiệt và truyền ẩm giữa TNS và
VLS rất tốt nên trong các HTS hạt hiện có thì HTS tấng sôi có năng suất
lớn, thời gian sấy nhanh và VLS đợc sấy rất đều.
HTS phun: HTS phun là một HTS chuyên dùng để sấy các dung dịch
huyền phù nh trong dây chuyền sản xuất sữa bột, sữa đậu nành TBS
trong HTS này thờng là một hình chóp trụ, phần chóp hớng xuống dới.
Dung dịch huyền phù đợc bơm cao áp đa vào các vòi phun hoặc trên đĩa
quay ở đỉnh tháp tạo thành những hạt dung dịch bay lơ lửng trong TBS.
TNS có thể đợc đa vào cùng chiều hay ngợc chiều thực hiện quá trình
truyền nhiệt truyền ẩm với các hạt dung dịch và thoát ra ngoài qua xyclon.
6

Vật liệu khô thu đợc ở đáy chóp và đợc lấy ra ngoài hoặc liên tục hoặc định
kì.
II.2 Thiết bị sấy:
II.2.1 Một số nhận xét về nguyên tắc làm việc của thiết bị:
Theo nguyên tắc chuyển động của VLS và TNS có thể phân chia TBS ra
các loại làm việc xuôI chiều, ngợc chiều và chéo dòng.
TBS xuôI chiều: Loại này đợc ứng dụng trong những trờng hợp sau:
khi vật liệu ở trạng tháI ẩm chịu đợc sấy với cờng độ cao tốt hơn ở trạng
tháI khô;
khi ở nhiệt độ cao vật liệu dễ bị hỏng;
khi độ hút ẩm của vật liệu nhỏ;
khi độ hút nớc của vật liệu tơng đối lớn nhng cần coi trọng chất lợng hơn
hiệu quả kinh tế của quá trình
TBS ngợc chiều: Loại này đợc ứng dụng trong những trờng hợp sau:
Khi vật liệu có độ ẩm lớn nhng không đợc bốc hơI nhanh;
Khi vật liệu chịu đợc nhiệt độ cao;
Khi độ hút ẩm của vật liệu lớn.
TBS chéo dòng: Loại này đợc ứng dụng trong những trờng hợp sau:
Khi vật liệu ở trạng tháI khô và ớt chịu đợc sấy nhanh tốt nh nhau;
Khi vật liệu chịu đợc nhiệt độ cao;
Khi không ứng dụng đợc xuôI chiều hoặc ngợc chiều, do trở lực của TBS
lớn hoặc do cấu tạo đặc biệt;
Khi yêu cầu cần sấy nhanh và độ ẩm của vật liệu sau khi sấy cần nhỏlà
quan trọng hơn yêu cầu về tiêu hao ít nhiệt và không khí.
II.2.2 Các thiết bị chủ yếu trong HTS:
1. HTS nóng: HTS nóng phổ biến là HTS đối lu. trong HTS đối lu có thể có các
thiết bị sau đây:
Calorifer: Nhiệm vụ của calorifer là đốt nóng không khí đến một nhiệt độ
theo yêu cầu để cung cấp nhiệt cho VLS đồng thời giảm độ ẩm tơng đối để
tăng khả năng nhận ẩm của nó. Do nguồn cung cấp nhiệt lợng mà chúng ta

có calorifer điện, calorifer hơI nớc và calorifer khí khói.
7
Thiết bị sấy: TBS có thể là buồng sấy, hầm sấy, thùng sấy là thiết bị trong
đó chứa VLS để thực hiện quá trình sấy
Quạt: Quạt là thiết bị dùng để vận chuyển (hút hoặc đẩy) đa không khí qua
calorifer vào TBS để thực hiện quá trình sấy và mang ẩm thảI ra môI trờng.
Xyclon: Xyclon là thiết bị dùng để thu hồi các sản phẩm sấy bay theo tác
nhân. Xyclon thờng dùng trong các HTS phun để sấy các dung dịch huyền
phù mà sản phẩm sau khi sấy ở dang bột nh sữa bột, bột đậu nành Đ ơng
nhiên các HTS đối lu bình thờng nh HTS buồng, HTS hầm không có
xyclon
Buồng đốt: Nếu TNS là khói lò hoặc dụng khói lò làm nguồn năng lợng để
đốt nóng không khí thì HTS còn có thêm buồng đốt.
Sơ đồ thiết bị và sự thay đổi trạng thái của không khí sấy trong HTS đối lu
cho ở hình 6.1a. ở đây trạng thái không khí ngoài trời đợc biểu diễn bởi trạng thái
A xác định bằng cặp thông số (t
0 ,

0
). Không khí ở trạng thái này đợc quạt (II) đa
vào caloriphe (III) và ửo đây nó đợc đốt nóng đẳng ẩm (d
1
= d
0
= const) theo quá
trình AB đến trạng thái B. Trạng thái B xác định bởi cặp thông số (d
1,
t
1
). Không

khí ở trạng thái B đợc quạt đẩy vào TBS (I) (có thể là buồng sấy, hầm sấy, thùng
sấy v.v ) và thực hiện quá trình sấy lý thuyết BC
0
. Nh vậy, trong các HTS nóng
đối lu, nhiệt độ cao nhất của TNS là nhiệt độ t
1
tại điểm B. Nhiệt độ này do tính
chất của VLS và chế độ công nghệ qui định. Ví dụ sấy thóc ăn thì t
1
có thể bằng
90
0
C còn sấy thóc giống thì t
1
thờng nhỏ hơn 50
0
C. Nhiệt độ ra khỏi TBS t
2
tuỳ
chúng ta chọn sao cho tổn thất nhiệt do TNS mang đi là bé nhất nhng phải tránh
hiện tợng đọng sơng, nghĩa là tránh trạng thái C
0
nằm trên đờng =100%. Đơng
nhiên nhiệt độ t
2
bé nhất có thể đợc bằng nhiệt độ không khí ngoài trời t
0
. Tuy
nhiên để tránh hiện tợng đọng sơng thì t
2

bao giờ cũng lớn hơn t
0
.
2. HTS lạnh: Nếu VLS không chịu đợc nhiệt độ cao và giả thiết quá trình sấy chỉ
có thể xảy ra ở nhiệt độ môi trờng t
0
. Trong trờng hộp này ta phải chọn HTS lạnh
ở nhiệt độ môi trờng. Khi đó, có thể tổ chức quá trình sấy theo một trong hai sơ
đồ hồi lu toàn phần sau đây:
Sơ đồ thứ nhất biểu diễn trên hình 6.1b. ở đây ngời ta thờng dung TBS (I)
máy hút ẩm (II), máy lạnh (III) và quạt (IV). TNS sau khi ra khỏi TBS đi qua máy
8
hút ẩm để khử bớt ẩm. Thờng quá trình khử ẩm do chất hấp phụ phải liên tục bị
hoàn nguyên nên quá trình khử ẩm là quá trình d giảm nhiệt độ tăng.Trên đồ thị
I d biểu diễn bởi đờng C
0
A. Không khí ở trạng thái A xác định bở cặp thông số
(d
1
, t
1
) đợc làm lạnh đến trạng thái B xác định bởi cặp thông số (t
0
, d
1
). TNS ở
trạng thái B có nhiệt độ t
0
và độ ẩm tơng đối
1

rất bé đợc đa vào TBS để thực
hiện quá trình sấy đẳng nhiệt BC
0
.
Bây giờ ta xem xét sơ đồ của HTS lạnh thứ 2 . Trong sơ đồ này ngời thay
máy hút ẩm hấp phụ bằng máy lạnh (II) khử ẩm. TNS sau khi ra khỏi TNS đợc
làm lạnh khử ẩm theo quá trình C
0
A
1
A
2
. Không khí ở trạng thái C
0
có nhiệt độ t
2
=
t0 và lợng chứa ẩm d
2
đợc làm lạnh đẳng ẩm (d=d
2
= const) đến trạng thái bão
hoà A
1
đợc tiếp tục làm lạnh, hơi nớc trong không khí sẽ ngng tụ một phần. Giả
sử trạng thái A
2
đợc xác định bởi (d
1
, t

1
) và ta có d
1
<d
2
và t
1
<t
2
. Không khí ở trạng
thái bão hoà A
2
đợc đốt nóng đẳng ẩm d=d
1
=const đến nhiệt độ môi trờng t
0
theo
quá trình A
2
B trong bộ đốt nóng. TNS ở trạng thái B có nhiệt độ t
0
nhng độ ẩm t-
ơng đối
1
rất bé đợc đa vào TBS để thực hiện quá trình sấy đẳng nhiệt BC
0
Phần II: TíNH toán và thiết kế
hệ thống sấy
Bài toán
Thiết kế HTS hầm để sấy bánh phở với năng suất 720 Kg / 20h biết:

TNS là khói lò gián tiếp với nhiệt độ TNS sau buồng phối trộn (bắt
đầu vào hầm sấy) là 70
0
C
Thời gian sấy T = 4h.
Độ ẩm của VLS w
1
= 60%, w
2
= 20%
9
Bánh phở đợc sản xuất ra dới dạng tấm mỏng với diện tích bề mặt lớn. Bánh phở
đợc sản xuầt trong các cơ sở sản xuất trung bình với quy mô không lớn lắm. Để
đảm bảo năng suất cũng nh hiệu quả kinh tế trong sản xuất, bánh phở đợc sấy
trong các hấm sấy có cấu tạo đơn giản.
1. Tính năng suất sấy trong 1h:
Năng suất sấy trung bình 1h:
)/(36
20
720
2
hKgG
==
Khối lợng VLS vào thiết bị G1:
)/(72
6,01
2,01
36
1
1

1
2
21
hKg
w
w
GG
=


=


=
2. L ợng ẩm cần bốc hơi trong 1h:
363672Ư
21
===
GGW
Kg hơi / h
3. Chọn chế độ sấy:
Chọn HTS hầm không hồi lu và TNS là khói lò gián tiếp đi ngợc chiều
với VLS.
Thông số không khí ngoài trời đợc lấy theo số liệu trung bình của khí hậu
miền Bắc Việt Nam: t
0
= 20
0
C,
0

= 85%
Bánh phở có khô có khả năng chịu đợc nhiệt độ trên dới 70
0
C. Do đó
chọn nhiệt độ TNS vào hầm sấy t
1
= 70
0
C, nhiệt TNS ra khỏi hầm sấy
chọn sơ bộ t
2
= 35
0
C
4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết:
4.1. Các thông số không khí ngoài trời:
Nhờ cặp thông số (t
0
,
0
) có thể xác định đợc trạng thái A của không khí
ngoài trời:
t
0
= 20
0
C

0
= 85%

- á p suất hơi bão hoà ứng với t
0
= 20
0
C:
10
Công thức Phylônhenkô:
)(Ư
093,5
59,233
.17
0
0
barep
t
t
b

+
=
Công thức Antoine:
)(Ư
0
5,235
42,4026
12
barep
t
b
+

=

)(0233,0Ư
205,235
42,4026
12
0
barep
b
==
+

- L ợng chứa ẩm d
0
:
0
0
.
.
.621,0Ư
0
0
0
b
b
pB
p
d

=
(B = 745 mmHg )

0126,0
0233,0.85,0
750
745
0233,0.85,0
.621,0Ư
0
=

=
d
(Kg ẩm / kg kk)
- Entanpi I
0
:
kk) Kg / (KJ).842,12500(.004,1Ư
0000
tdtI
++=
)/(044,52
)20.842,12500(0126,020.004,1Ư
0
kkKgKJ
I
=

++=
- Entanpi
0
Ư
a
i
của hơi n ớc ở t
0
= 20
0
C:
)/(.842,12500Ư
0
0
KgKJti
a
+=

)/(84,253620.842,12500Ư
0
KgKJi
a
=+=
Các thông số của không khí ngoài trời:
11
d
0
= 0,0126 Kg ẩm / Kg kk
I
0

= 52,044 KJ / Kg kk
0
Ư
a
i
= 2536,84 (KJ/Kg)
4.2. Entanpi của TNS sau calorife (điểm B)
Trạng thái không khí sau calorife B đợc xác định trên đồ thị I-d bởi cặp
thông số (t
1
, d
0
).
Từ điểm B xác định đợc entanpi I
1
, độ ẩm tơng đối
1
- Entanpi I
1
:
kk) Kg / (KJ).842,12500(.004,1Ư
1011
tdtI
++=
)/(405,103
)70.842,12500(0126,070.004,1Ư
0
kkKgKJ
I
=

++=
- Phân áp suất bão hoà của hơi n ớc
1
Ư
b
p
ở t
1
= 70
0
C:
)(Ư
1
1
5,235
42,4026
12
barep
t
b
+

=

)(307,0Ư
705,235
42,4026
12
1
barep

b
==
+

- Độ ẩm t ơng đối

1
:
%43,60643,0
)0126,0621,0.(307,0
0126,0.
750
745
)621,0(
Ư
0
0
1
1
==
+
=
+
=
dp
Bd
b

4.3. Thông số TNS sau quá trình sấy lý thuyết (điểm C
0

)
Trạng thái TNS sau quá trình sấy lý thuyết đợc xác định bởi cặp thông số
(I
20
=I
1
; t=t
2
=35
0
C). Cặp thông số đó xác định điểm C
0
và từ đó xác định đợc lợng
chứa ẩm d
20
và độ ẩm tơng đối
20
12
- L ợng chứa ẩm d
20
:
0280,0
35.842,12500
35.004,1405,103
.842,12500
.004,1
2
220
20
=

=


=
t
tI
d
(Kg ẩm/Kg kk)
- Phân áp suất bão hoà của hơi n ớc
2
Ư
b
p
ở t
2
= 35
0
C
)(Ư
2
2
5,235
42,4026
12
barep
t
b
+

=

)(0558,0Ư
355,235
42,4026
12
2
barep
b
==
+

- Độ ẩm t ơng đối

20:
%77768,0
)0280,0621,0.(0558,0
0280,0.
750
745
)621,0(
Ư
20
20
20
2
=
+
=

+
=
dp
Bd
b

4.4. L ợng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1 Kg ẩm l
0
:
935,64
0126,00280,0
11
020
0
=

=

=
dd
l
(Kg kkk / Kg ẩm)
Lợng không khí khô cần thiết để làm bay hơi toàn bộ lợng ẩm trong 1h:
66,233736.935,64.Ư
00
===
lWL
(Kg kkk / Kg ẩm)
Trong quá trình sấy lý thuyết, cặp thông số (t , ) của 3 điểm A, B, C
0

là
A (20
0
C, 85%)
B (70
0
C, 6,43%)
C
0
(35
0
C, 77%)
Theo phụ lục 5 sách Tính toán và thiết kế HTS , xác định đ ợc thể tích không khí
ẩm của 1 Kg kkk là v (m
3
/Kg kkk) theo nhiệt độ và độ ẩm tơng đối khi
B=745mmHg.
B (70
0
C, 6,43%) v
B
= 1,01 m
3
/Kg kkk
13
C
0
(35
0
C, 77%) v

Co
= 0,9327 m
3
/Kg kkk
V
B
= L
0
. v
B
= 2337,66 . 1,01 = 2361,0366 (m
3
/h)
V
Co
= L
0
. v
Co
= 2337,66 . 0,9327 = 2180,335 (m
3
/h)
Lu lợng thể tích trung bình:
V
0
= 0,5 (V
B
+ V
Co
)

= 0,5 (2361,0366 + 2180,335) = 2270,686 (m
2
/h) = 0,631 m
3
/s
5. Xác định kích th ớc hầm sấy:
- Kích th ớc khay:
- Xe goòng:
12 hàng khay / xe, mỗi hàng khay có 2 khay
Chiều dài 1 xe là 1,2m
Chiều rộng xe là 0,9m
Chiều cao xe là 1m
- Mỗi khay chứa 2 Kg nguyên liệu

khối l ợng VLS 1 xe là
G
x
= 24 . 2 = 48 (Kg)
- Số xe goòng cần thiết:
)(6
48
4.72
xen
==
- Kích th ớc hầm sấy:
Chiều rộng của hầm sấy:
B
h
= B
x

+ 100 = 900 + 100 = 1000 (mm)
Chiều dài của hầm sấy:
L
h
= n . L
x
+ 2 . 1000 = 6 . 1200 + 2000 = 9200 (mm)
Chiều cao của hấm sấy:
H
h
= H
x
+ 50 = 1000 + 50 = 1050 (mm)
14
- Kích th ớc phủ bì hầm sấy:
Hầm sấy đợc xây bằng gạch đỏ có chiều dày
mm250
1
=

Trần hầm sấy đợc đổ bê tông chiều dày
mm70
2
=

Lớp cách nhiệt bằng bông thuỷ tinh dày
mm150
3
=

Chiều rộng phủ bì:
)(1500250.210002
1
mmBB
h
=+=+=

Chiều cao phủ bì:
)(1270150701050
32
mmHH
h
=++=++=

6. Tính toán nhiệt hầm sấy:
6.1. Tổn thất do VLS mang đi q
v
:
- Theo kinh nghiệm, trong sấy nông sản, nhiệt độ VLS ra khỏi TBS t
V2
lấy

thấp
hơn nhiệt độ TNS nơng ứng 5
ữ
10
0
C.
Trong HTS này, VLS và TNS chuyển động ngợc chiều nên t
V2

= t
1
(5
ữ
10)
0
C
Lấy t
V2
= 70 10 = 60
0
C
- Nhiệt dung riêng của bột gạo có thế lấy C
Vk=
1,5 KJ/Kg.K
Nhiệt dung riêng của bánh phở ra khỏi hầm sấy C
V2
C
V2
= C
Vk
(1-W
2
) + C
n
W
2
= 1,5 . 0,8 + 4,18 . 0,2 = 2,036 (KJ/Kg)
- Tổn thất nhiệt do VLS mang đI bằng:
Q

V
= G
2
. C
V2
(t
V2
t
V1
) = 36 . 2,036 (60 - 20) = 2931,84 (KJ/h)
Q
V
= Q
V
/ W = 2931,84 / 36 = 81,44 (KJ/Kg ẩm)
6.2. Tổn thất do thiết bị chuyển tải:
- Tổn thất do xe goòng mang đi:
Xe goòng làm bằng thép CT3 có khối lợng 1 xe G
x
= 45 Kg
Theo phụ lục 4, nhiệt dung riêng của thép C
x
= 0,5 KJ/Kg.K
Vì xe goòng làm bằng thép nên nhiệt độ xe goòng ra khỏi hầm sấy bằng
chính nhiệt độ TNS là t1 t
X2
= t
1
= 70
0

C

)/(5,1687
4
)2070.(5,0.45.6
)(.
12
hKJ
T
ttCGn
Q
xxxx
x
=

=

=
875,46
36
5,1687
Ư
===
W
Q
q
x
x
(KJ/Kg ẩm)
15

- Tổn thất do khay sấy mang đi
+ Số khay sấy trong 1 xe là 2 . 12 24 (khay / xe)
+ Khay làm bằng nhôm có khối lợng khoảng 2 Kg/khay
+ Nhiệt độ của khay khi ra khỏi hầm sấy cũng bằng nhiệt độ TNS
t
K2
= t
1
= 70
0
C
+ Nhiệt dung riêng của nhôm C
K
= 0,86 KJ/Kg.K
+ Tổn thất nhiệt do khay mang đi:
)/(3096
4
)2070.(86,0.2.6.24
)(.24
12
hKJ
T
ttCGn
Q
KKKK
K
=

=

=
86
36
3096
Ư
===
W
Q
q
x
x
(KJ/Kg ẩm)
Nh vậy tổn thất do thiết bị chuyển tảI bằng:
Q
CT
= Q
x
+ Q
K
= 1687,5 + 3096 = 4783,5 (KJ/h)
q
CT
= Q
CT
/ W = 4783,5 / 36 = 132,875 (KJ/Kg ẩm)
6.3. Tổn thất ra môi tr ờng:
a. Giả thiết tốc độ TNS:
Để tính tổn thất ra môi trờng, chúng ta giả thiết trớc tốc độ TNS trong hầm:
Coi nh chiều dài khay L
K

bằng chiều rộng xe B
x
và chiều cao khay lấy bằng
H
K
=50mm. Tiết diện tự do của hầm sấy là:
F
td
= B
h
. H
h
12 . L
K
. H
K

= 1 . 1,05 12 . 0,9 . 0,04 = 0,618 (m
2
)
Do đó tốc độ TNS tối thiểu sẽ bằng lu lợng thể tích trong quá trính sấy lý thuyết
V
0
chia cho tiết diện tự do F
td
hay
)/(021,1
618,0
631,0
Ư

0
0
sm
F
V
w
td
===
Chọn w
0
= 1,237 m/s
b. Các dữ liệu tính mật độ dòng nhiệt truyền qua 2 t ờng bên hầm sấy:
+ Nhiệt độ dịch thể nóng t
f1
trong trờng hợp này là nhiệt độ trung bình của
TNS:
16
t
f1
= 0,5 (t
1
+ t
2
) = 0,5 (70 + 35) = 52,5 (
0
C)
Nhiệt độ của dịch thể lạnh là nhiệt độ môi trờng
t
f2
= t

0
= 20
0
C
Tờng xây bằng gạch dày
1
=250mm, hệ số dẫn nhiệt
1
=0,77W/mK
+ TNS chuyển động đối lu cỡng bức với tốc độ w=1,237 m/s và không khí
phía ngoài đối lu tự nhiên chảy rối.
+ Hệ số truyền nhiệt K đợc tính theo công thức:
21
11
1



++
=
K

1
,
2
: tơng ứng là hệ số trao đổi nhiệt đối lu giữa TNS với bề mặt bao che
và giữa bề mặt bao che với không khí ngoài trời.
, : tơng ứng là chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của gạch đỏ.
Mật độ dòng nhiệt q (W/m
2

) truyền qua 1 đơn vị diện tích bề mặt truyền
nhiệt:
q = K. t = K (t
f1
- t
f2
) =
1
(t
f1
- t
w1
) =
2
(t
w2
- t
f2
)

1
= 6,15 + 4,17 v = 6,15 + 4,17 . 1,237 = 11,308 (W/mK)

1
= 1,715 t
0,333
= 1,715 (52,5 20)
0,333
= 5,4666 (W/mK)

)/(Ư6777,1
4666,5
1
77,0
25,0
308,11
1
1
11
1
2
21
1
1
KmWK
=
++
=
++
=



Mật độ dòng nhiệt
17

1
, t
f1

2
, t
f2
t
W2
t
W1
q = K(t
f1
- t
f2
) = 1,6777 (52,5 20) = 54,53 (W/m
2
) = 196,308 (KJ/m
2
h)
c. Tổn thất nhiệt qua 2 t ờng bên:
Q
t
= Fq = 2 (1,27 . 9,2 ).196,308 = 4587,325 (KJ/h)
426,127
36
325,4587
Ư
===
W
Q
q
t
t

(KJ/Kg ẩm)
d. Tổn thất nhiệt qua trần:
Với bề mặt truyền nhiệt hớng lên nh trần hầm sấy thì hệ số trao đổi nhiệt
đối lu
2tr
= 1,3
2
= 1,3 . 5,4666 = 7,107 (W/mK)

tr
tr
K
23
3
2
2
1
11
1





+++
=
Trong đó
2
và
3

tơng ứng là hệ số dẫn nhiệt của bê tông và thuỷ tinh cách
nhiệt. Tra sổ tay hoá công tập 1 ta có:
2
=0,922 W/mK và
3
=0,0372 W/mK

)/(Ư231,0
107,7
1
0372,0
15,0
922,0
07,0
308,11
1
1
2
KmWK
tr
=
+++
=
Mật độ dòng nhiệt:
q = K
tr
(t
f1
- t
f2

) = 0,231 (52,5 20) = 7,5075 (W/m
2
) = 27,027(KJ/m
2
h)
Tổn thất nhiệt qua trần:
Q
tr
= Fq = 27,027 (1,5 . 9,2 ) = 327,973 (KJ/h)
360,10
36
973,372
Ư
===
W
Q
q
tr
t
(KJ/Kg ẩm)
e. Tổn thất nhiệt qua cửa:
Hai đầu hầm sấy có cửa làm bằng thép carbon dày
4
=5mm, hệ số dẫn
nhiệt
4
= 54,4 W/mK
Hệ số truyền nhiệt qua cửa K
c
:

)/(Ư684,3
4666,5
1
4,54
005,0
308,11
1
1
11
1
2
24
4
1
KmWK
C
=
++
=
++
=



18
Cửa phía TNS vào có độ chênh lệch nhiệt độ (t
1
t
0
) còn đầu kia (t

2


t
0
)
Tổn thất nhiệt qua cửa:
Q
c
= 3,6 K
c
[(t
1
t
0
) + (t
2
t
0
)] F
c
= 3,6 . 3,684.[(70 20) + (35 20)] . (1,5 .1,27)
= 1642,22 (KJ/h)
617,45
36
22,1642
Ư
===
W
Q

q
c
c
(KJ/Kg ẩm)
f. Tổn thất qua nền:
Nhiệt độ trung bình của TNS bằng 53,5
0
C và giả sử tờng hầm sấy cách t-
ờng bao che phân xởng 3m. Theo bảng 7.1 sách Tính toán và thiết kế thiết bị
sấy ta có:
q = 30,6875 W/m
2
= 110,475 KJ/m
2
h
Tổn thất nhiệt qua nền bằng:
Q
n
= F
n
q = 110,475 (1,5 . 9,2 ) = 1524,555 (KJ/h)
349,42
36
1524,555
Ư
===
W
Q
q
n

n
(KJ/Kg ẩm)
Nh vậy, tổng tổn thất nhiệt truyền qua kết cấu bao che ra môi trờng là:
Q
mt
= Q
t
+ Q
tr
+ Q
c
+ Q
n

= 4587,325 +327,973 + 1642,22 + 1524,555
= 8127,073 (KJ/h)
752,225
36
8127,073
Ư
===
W
Q
q
mt
mt
(KJ/Kg ẩm)
6.4. Tổng tổn thất :
= Ca tv1 qv qct qmt
= 4,18 .20 81,44 132,875 225,752 = -356,467 (KJ/Kg ẩm)

7. Tính toán quá trính sấy thực:
7.1. Thông số TNS sau quá trình sấy thực
- Xác định l ợng chứa ẩm d2:
19
026,0
467,35635.842,12500
)467,356)70.842,12500((0126,0)3570(004,1
)()(
2
1021
2
=
++
+++−
=
=
−
−+−
=
Di
DidttC
d
pk
(Kg Èm/Kg kk)
- Entanpi I
2
I
2
= C
pk

t
2
+ d
2
(2500 + C
pa
t
2
)
= 1,004 . 35 + 0,025 (2500 + 1,842 . 35)
= 99,252 (KJ/Kg kk)
- TÝnh ®é Èm t ¬ng ®èi
ϕ
2
:
p
b2
= 0,0558 bar
⇒
%72
)025,0621,0.(0558,0
025,0.
750
745
)621,0(
.
2
2
2
2

≈
+
=
+
=
dp
dB
b
ϕ
7.2 TÝnh l îng TNS trong qu¸ tr×nh sÊy th c:
- Lîng kh«ng khÝ kh« cÇn thiÕt ®Ó bèc h¬i 1 kg Èm trong qu¸ tr×nh sÊy thùc:
62,74
0126,0026,0
11
02
0
=
−
=
−
=
dd
l
(Kg kkk / Kg Èm)
- Lîng kh«ng khÝ kh« cÇn thiÕt ®Ó bay h¬i toµn bé lîng Èm trong 1h:
L = W . l = 36 . 74,629 = 2686,567 (Kg kkk / h)
- NhiÖt lîng tiªu hao q:
q = l (I
1
– I

0
) = 74,629 (103,405 – 52,044) =3833 (KJ/Kg Èm)
- NhiÖt lîng cã Ých q
1
:
q
1
= i
2
- C
a
t
v1
= (2500 + 1,842.35) – 4,18 . 20 = 2480,870 (KJ/Kg Èm)
- Tæn thÊt nhiÖt TNS mang ®i q
2
:
q
2
= l C
dx
(d
0
) (t
2
–t
0
) = 74,627 . 1,027 (35 - 20) =1149,517 (KJ/Kg Èm)
- Tæng nhiÖt lîng cã Ých vµ c¸c tæn thÊt q :’
q = q’

1
+ q
2
+ q
v
+ q
ct
+ q
mt
= 2480,870 + 1149,517 + 81,44 + 132,875 + 225,752
= 4070,454 (KJ/Kg Èm)
20
Theo lý thuyết, nhiệt lợng tiêu hao q và tổng nhiệt lợng có ích và các tổn
thất q phải bằng nhau. Tuy nhiên do trong tính toán đã làm tròn số hoặc do sai
số trong tính toán các tổn thất mà đã phảm phải 1 sai số nào đó:
q = q q = 4070,454 3833 = 237,454
Sai số:
%1,6%100.
3833
454,237
==

Bảng cân bằng nhiệt:
TT Đại lợng Kí hiệu KJ/Kg ẩm %
1.
2.
3.
4.
5.
6.

7.
8.
Nhiệt lợng có ích
Tổn thất nhiệt do TNS
Tổn thất nhiệt do VLS
Tổn thất nhiệt do thiết bị
chuyển tải
Tổn thất nhiệt do môi tr-
ờng
Tổng nhiệt lợng tính toán
Tổng nhiệt lợng tiêu hao
Sai số tơng đối
q
1
q
2
q
v
q
ct
q
mt
q
q
2480,870
1149,517
81,44
132,875
225,752
4070,454

3833
61
28
2
3
6
100
94
6
Hiệu suất nhiệt của TBS
t
= 61%
Tổn thất do TNS là lớn nhất (28%), do VLS là nhỏ nhất (2%)
- Thể tích TNS sau khi ra khỏi hầm sấy, t
2
= 35
0
C,
2
= 72%
v
c
= 0,9297 m
3
/Kg kk
Lu lợng thể tích TNS sau hầm sấy V
c
:
21
V

c
= L . v
c
= 2686,567 . 0,9297 = 2497,701 (m
3
/h)
- Thể tích TNS trớc khi vào hầm sấy: v
B
= 1,01 m
3
/kg kk
V
B
= L . v
B
= 2686,567 . 1,01 = 2713,433 (m
3
/h)
- Lu lợng thể tích trung bình TNS đi trong hầm sấy V:
V = 0,5 (V
B
+ V
C
) = 0,5 (2713,433 + 2497,701)
= 2605,567 (m
3
/h) = 0,724 (m
3
/s)
- Kiểm tra tốc độ TNS:

)/(2,1
618,0
724,0
sm
F
V
w
td
===
Tốc độ TNS giả thiết là 1,237 m/s so với tốc độ thực sai số 3% nên mọi tính toán
có thể coi là đúng.
8. Năng suất quạt cần đáp ứng: V = 2605,567 m
3
/h
9. Công suất nhiệt và l ợng hơi cần thiết:
- Công suất nhiệt của caloriphe:
Q = W.q = 36.3833 = 137,988 (KJ/h) = 38,33 KW
- Lu lợng hơi cần thiết:
Hiệu suất nhiệt caloriphe
c
= 75%, nhiệt ẩn hoá hơi r của hơi nớc ở áp suất 3
bar là r = 2164 KJ/kg thì lợng hơi cung cấp là:
)/(85
2164.75,0
137988
hKg
r
Q
D
c

===

Chú thích:
1. HTS : Hệ thống sấy
2. VLS : Vật liệu sấy
3. TNS : Tác nhân sấy
22
Tài liệu tham khảo:
1. Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm tập 4
Phân riêng dới tác dụng của nhiệt (chng luyện, hấp thụ, hấp phụ, trích
ly,kết tinh, sấy) GS.TSKH. Nguyễn Bin
2. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất TS. Trần Xoa, TS.
Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản.
3. Tính toán và thiết kế hệ thống sấy PGS. TSKH Trần Văn Phú
23