Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi sấy bột sữa năng suất 200 kg giờ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY
--------o0o--------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY TẦNG SÔI
SẤY BỘT SỮA NĂNG SUẤT 200 (KG/GIỜ)

GVHD : Thầy Nguyễn Văn Thạnh
SVTH : Mai Lê Phú Sĩ
MSSV : 20801792

TPHCM, Tháng 12/2013

i


LỜI CẢM ƠN
Trong công nghiệp và đời sống, kỹ thuật sấy đóng vai trò vô cùng quan trọng. Trong quá
trình công nghệ của rất nhiều sản phẩm đều có giai đoạn sấy khô để bảo quản sản phẩm dài ngày,
đó là các sản phẩm nông nghiệp dạng hạt như thóc, ngô, bột sữa…
Kỹ thuật sấy là một ngành khoa học phát triển mãi từ những năm 50 đến 60 ở các viện và
các trường đại học trên thế giới, chủ yếu giải quyết những vấn đề kỹ thuật sấy các vật liệu cho
công nghiệp và nông nghiệp. Trong những năm 70 trở lại đây người ta đã đưa kỹ thuật sấy các
nông sản thành những sản phẩm khô, không những kéo dài thời gian bảo quản mà còn làm phong
phú thêm các mặt hàng sản phẩm như : trái cây, cà phê, sữa, bột, cá khô, thịt khô. Đối với nước ta
là nước nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu công nghệ sấy để sấy các nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc
biệt, nghiên cứu công nghệ sấy và thiết bị sấy phù hợp với từng loại nguyên vật liệu để đạt được

chất lượng cao nhất.
Trong luận văn này em có nhiệm vụ thiết kế thiết bị sấy bột sữa bằng phương pháp tầng
sôi với năng suất 200kg /giờ.
Đây là lần đầu tiên em tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy. Do kiến thức còn hạn chế
nên không thể tránh khỏi sai sót trong quá trình thiết kế. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và
chỉ bảo tận tình của thầy Nguyễn Văn Thạnh trong suốt quá trình làm luận văn để em có thể hoàn
thành tốt luận văn này.

TPHCM, Ngày 20 Tháng 12 Năm 2013
Sinh Viên Thực Hiện

Mai Lê Phú Sĩ

ii


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Thiết bị sấy tầng sôi sấy có thể sấy các loại nông sản dạng hạt với năng suất cao. So với các
cách thông thường (phơi bằng ánh sáng mặt trời) phải cần một lượng thời gian rất lớn (có thể 1
đến 2 ngày) nhưng vẫn bị hạn chế năng suất do điều kiện tự nhiên và diện tích sân bãi... Với
thiết bị này người nông dân có thể dễ dàng sấy liên tục một lượng lớn nông sản mà không cần
quan tâm đến điều kiện tự nhiên... Đề tài này tập trung vào việc thiết hế hệ thống cơ khí, thời
gian sấy và nhiệt độ sấy cần thiết sao cho đảm bảo sản phẩm sấy đạt yêu cầu về nhiệt độ và chất
lượng.
Trên thị trường có rất nhiều loại máy sấy khác nhau cả về mẫu mã và kiểu dáng. Đề tài
luận văn này tập trung vào một loại máy sấy là sấy tầng sôi dùng để sấy bột sữa với năng suất
200 (kg/giờ).

iii

MỤC LỤC
Trang bìa………………………………………………………………..…………………………i
Lời cảm ơn……………………………………………………………………………….………. ii
Tóm tắt luận văn……………………………..…………………………………………………..iii
Mục lục………………………………………………………………..…………………………..iv
Danh sách bảng biểu và hình vẽ……………………………………………………..………….vi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY BỘT SỮA ................................................. 1
1.1.Sơ lược về bột sữa, tính chất ..................................................................................................... 1
1.2.Sơ lược về quá trình sấy bột sữa ................................................................................................2
1.3.Khái niệm sấy …………............................................................................................................ 2
1.4.Các phương pháp và thiết bị sấy .............................................................................................. 3
CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY ........................... 15
2.1.Các phương án thiết kế ............................................................................................................ 15
2.1.1. Phương án 1……………………....................................................................................…..15
2.1.2. Phương án 2…………………………….........................................................................….16
2.1.3. phương án 3………………………………......................................................................... 17
2.2.Lựa chọn phương án thiết kế.................................................................................................... 17
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY .................................................... 18
3.1. Cân bằng vật chất ................................................................................................................... 18
3.1.1. Các thông số cơ bản ............................................................................................................ 18
3.1.2. Năng suất tách ẩm ............................................................................................................... 20
3.2. Cân bằng năng lượng .............................................................................................................. 20
3.3. Tính thiết bị chính .................................................................................................................. 24
3.3.1. Xác định tốc độ tới hạn ...................................................................................................... 24
3.3.2. Tốc độ của tác nhân trong tầng sôi ..................................................................................... 25
3.3.3. Tốc độ cân bằng .................................................................................................................. 25
3.3.4 Thời gian sấy ........................................................................................................................ 25
3.3.5. Kích thước thiết bị ............................................................................................................... 27
3.3.6. Bề dày thiết bị ...................................................................................................................... 29

3.3.7. Bộ phận nhập liệu ................................................................................................................ 31
a) Tính chọn động cơ vít tải ......................................................................................................... 31
b) Tính chọn hộp giảm tốc ........................................................................................................... 33
c) Tính toán trục vít của vít tải ..................................................................................................... 35
iv


d) Triển khai bánh vít ................................................................................................................... 40
e) Tính toán chọn khớp nối .......................................................................................................... 42
f) Tính toán chọn ổ ...................................................................................................................... 45
3.3.8. Bộ phận tháo liệu ................................................................................................................. 47
CHƯƠNG 4. TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ CỦA MÁY SẤY TẦNG SÔI ......................... 48
4.1. Tính chọn thiết bị trao đổi nhiệt ( Calorife) ........................................................................... 48
4.2. Tính chọn cyclon .................................................................................................................... 51
4.3. Tính chọn quạt ....................................................................................................................... 53
A. Tính toán trở lực ...................................................................................................................... 53
B. Chọn quạt................................................................................................................................. 60
4.4. Tính đáy và nắp thiết bị sấy.................................................................................................... 63
4.4.1. Nắp thiết bị .......................................................................................................................... 64
4.4.2. Đáy thiết bị .......................................................................................................................... 64
4.4.3. Chọn bích............................................................................................................................. 64
4.4.4. Tính chọn tai đỡ ................................................................................................................... 65
CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN........................................................... 67
5.1.Điều khiển động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ ............................................................ 67
5.1.1.Chọn mạch mở máy động cơ ................................................................................................ 67
5.1.2.Chọn mạch điều chỉnh tốc độ động cơ ................................................................................. 68
5.2.Điều khiển nhiệt độ trong buồng sấy ....................................................................................... 72
5.2.1.Phân tích công nghệ lò sấy công nghiệp .............................................................................. 72
5.2.2.Khối cảm biến nhiệt độ ........................................................................................................ 73
5.2.3.Khối xử lý dữ liệu ................................................................................................................. 76

5.2.4.Khối hiển thị số .................................................................................................................... 76
CHƯƠNG 6. BẢO TRÌ, BẢO DƯỠNG.................................................................................... 79
CHƯƠNG 7. KẾT LUẬN .......................................................................................................... 81
Tài liệu tham khảo ......................................................................................................................... 82

v


D NH SÁCH H NH V
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý của máy sấy.
Hình 1.2: Máy sấy tháp
Hình 1.3 : Cấu tạo,nguyên lý máy sấy thùng quay
Hình 1.4:Máy sấy tĩnh vỉ ngang, 6 tấn/mẻ
Hình 1.5 :Sơ đồ máy sấy SV-500
Hình 1.5. Sơ đồ sấy bằng năng lượng mặt trời.
Hình 1.6 . Hệ thống sấy phun.
Hình 1.7 :Cấu tạo,nguyên lý máy sấy tầng sôi
Hình 3.1 : Kết cấu lưới phân phối
Hình 3.2: Kích thước bao của động cơ 4A
Hình 3.3 : Kích thước bao của hộp giảm tốc
Hình 3.5: Sơ đồ tải trọng phân bố lên trục vít do M0 gây ra
Hình 3.6: Sơ đồ tải trọng dọc phân bố lên trục vít do Pd gây ra
Hình 3.7: Sơ đồ tải trọng dọc phân bố lên trục vít do Pd gây ra
Hình 3.8 : Biểu đồ mômen uốn do Pn gây ra
Hình 3.9 : Hình biểu diễn bước vít và góc nâng vít
Hình 3.10 : Cánh vít
Hình 3.11 : Các kích thước cơ bãn của nối trục vòng đàn hồi
Hình 3.12 : Các thông số kích thước cơ bản của nối trục răng
Hình 3.13 : Các kích thước cơ bản của ổ 7206
Hình 3.14: Các kích thước cơ bản của ổ

Hình 4.1: Cấu tạo calorife gia nhiệt không khí nóng
Hình 4.2 : Kích thước cơ bản của xyclon
Hình 4.3 : Các kích thước cơ bản của tai treo
Hình 4.4 : Mô hình một tai treo
Hình 5.1: Mạch đổi nối sao-tam giác
Hình 5.2: Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của biến tần
Hình 5.3 : Sơ đồ nguyên lý tối giản dùng biến tần điều khiển động cơ KĐB
Hình 5.4: Sơ đồ khối hệ thống đo nhiệt độ
Hình 5.5: Pt100 và sơ đồ khối Pt100
vi


Hình 5.6: Bảng đặc tính điện trở/nhiệt độ của Pt100
Hình 5.7: Khối xử lý dữ liệu đầu vào
Hình 5.8: Sơ đồ chân vi mạch 7107
Hình 5.9: Mạch hiển thị nhiệt độ buồng sấy

vii


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ VÀ SẢN PHẨM SẤY BỘT SỮA
1.1.Sơ lược về sữa bột, tính chất:
a) Giới thiệu về sữa bò
Sữa là một chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồn thức ăn để
nuôi sống động vật non. Nắm được điều này nghành công nghiệp chế biến sữa đã sản xuất ra
nhiều sản phẩm dựa trên ba nguồn nguyên liệu chính: sữa bò, sữa cừu, sữa dê. Ở nước ta sữa bò
là chủ yếu.
Sữa là một chất lỏng đục. Độ đục của sữa là do các chất béo, protein, một số khoáng tạo
nên. Màu sắc của sữa chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng  -caroten tạo nên. Sữa bò thường có
màu sắc từ trắng đến vàng nhạt. Sữa gầy thường trong hơn và ngả màu xanh nhạt. Sữa bò có mùi

đặc trưng và vị ngọt nhẹ.
b)Thành phần của sữa :
Sữa là một hỗn hợp bao gồm các thành phần chính: nước, lactose, protẹin, một số chất
béo. Ngoài ra sữa còn chứa một số khác với hàm lượng nhỏ như các hợp chất chứa nitơ phi
protein, vitamin, hooc mon, chất màu và khí. Hàm lượng các chất trong sũa có thể giao động
trong một khoảng rộng.

c)Bảo quản sữa trước khi chế biến:
Sữa là một hỗn hợp chứa nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ khác nhau. Trong quá trình bảo
quản, các hợp chất sữa sẽ bị biến đổi dẫn đến sự thay đổi về chất lượng của sữa. Các tế bào
VSV là nguyên nhân dẫn đến các biến đổi về thầnh phần các chất có trong sữa.
Để hạn chế các biến đổi làm hư hỏng chất lượng sữa chúng ta cần tiến hành làm lạnh
nhanh sữa, nhiệt độ bảo quản không được lớn hơn 4 oC. Ngoài ra, hàm lượng VSV trong sữa
phải dược khống chế ở mức thấp nhất. Những va chạm cơ học mạnh, sự tiếp xúc của oxy và ánh
sáng mặt trời với sữa phải được hạn chế nhằm bảo toàn các chỉ tiêu cảm quan, hoá học và hoá lý
trong quá trình bảo quản sữa trước khi chế biến.
Ngoài vi sinh vật còn có các tạp chất khác nhau như rơm, phân, kim loại, lông, bụi
bặm…cần được loại ra khỏi khối sữa bằng cách lọc.

d)Nguyên liệu trong sản xuất sữa bột:
1


Nguyên liệu để sản xuất sữa bột là sữa tươi nguyên cream hoặc sữa gầy. Sữa nguyên là sản
phẩm được chế biến từ sữa tươi không hiệu chỉnh hàm lượng chất béo . Sữa gầy là sản phẩm được
chế biến từ sữa tươi được tách bớt một phần chất béo. Để sản phẩm có chất lượng ổn định, các
yêu cầu về chỉ tiêu hoá lý, vi sinh và cảm quan cho nguyên liệu cũng khắt khe như đối với nhóm
chỉ tiêu vi sinh, tổng số tế bào trong 1l sữa trước khi cô đặc và sấy không vượt quá 3000-5000. Để
đạt được yêu cầu này sữa nguyên liệu phải qua theo một quy trình riêng nhằm làm giảm tổng số
tế bào sinh dưỡng và bào tử có trong sữa. mỗi cơ sở sản xuất sẽ tự thiết lập yêu càu chỉ tiêu chất

lượng sữa nguyên liệu cho quy trình chế biến đang được áp dụng cho nhà máy.
Ngoài nguyên liệu chính là sữa tươi hoặc sữa gầy, người ta còn áp dụng một số phụ gia
trong sản xuất sữa bột như chất ổn định (polyphosphate, orthophosphate của Na, K, Ca) chất tạo
nhũ lecithine, chất chống oxy hoá. Muối phosphate có chức năng làm ổn định cấu trúc hạt sữa,
chống oxy hoá và cải thiện độ hoà tan của sản phẩm.
Chế biến sữa bột rất có lợi về kinh tế bởi chất khô tăng cao tiết kiệm bao bì và vận chuyển
dễ dàng. Các dạng sữa bột hiện có: sữa bột nguyên kem, sữa bột tan nhanh, sữa bột gầy.
1.2.Sơ lược về quá trình sấy sữa bột:
Sấy bột sữa là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi bột sữa dưới tác dụng của nhiệt. Nước
tách ra khỏi bột sữa nhờ sự khuếch tán do: chênh lệch độ ẩm ở bề mặt và bên trong bột sữa; chênh
lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt sữa bột và môi trường bên trong. Thời gian sấy
nhanh, nhiệt của sữa bột sấy thấp, sản phẩm nhận được ở dạng bột nhỏ, không cần phải nghiền lại
và có độ hòa tan lớn. Nhiệt của bột sữa trong suốt chu kỳ sấy không vượt quá nồng độ của ẩm bốc
hơi (60°C  70°C)
Sản phẩm chế biến từ sữa đã cô đặc đến độ khô 35 - 40%, đem sấy khô, nghiền thành bột,
sàng, rây được sữa ở dạng bột có độ khô 90 - 96%, độ ẩm 4 - 10%. Tùy thuộc vào thiết bị sấy có
được sản phẩm SB có chất lượng khác nhau. Để thu nhận sữa bột người ta có thể sử dụng các
phương pháp sấy khác nhau như sấy thăng hoa, sấy trục, nhưng hiện nay sấy tầng sôi được sử
dụng nhiều hơn cả

1.3. Khái niệm sấy:
-

Khái niệm:

Sấy là sự bốc hơi nước của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ thích hợp, là quá trình
2


khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác do

chênh lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.
-

Nguyên lý:

Khi sấy không khí nóng có hàm ẩm thấp tiếp xúc với bề mặt vật liệu ẩm và
cung cấp năng lượng để bốc hơi trong vật liệu ẩm vào dòng khí, hỗn hợp không khí
ẩm sẽ tăng hàm ẩm và đi ra ngoài.
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy bằng không khí được mô tả trên hình.
Không khí sau khi sấy

Sản phẩm ướt

MÁY SẤY

Sản phẩm khô

Không khí sau khi đun nóng
BỘ PHẬN ĐỐT NÓNG

Không khí trước khi sấy

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý của máy sấy.
Vật liệu sấy ban đầu có độ ẩm cao được đưa vào thiết bị sấy, được sấy khô trong
phòng sấy rồi đi ra ngoài. Không khí bên ngoài được dưa qua bộ phận đốt nóng để gia
nhiệt lên tới nhiệt độ sấy cần thiết, sau đó vào phòng sấy để tiếp xúc với vật liệu sấy, cấp
nhiệt cho nước trong vật liệu để bốc hơi. Trong quá trình sấy, nếu cần thiết sẽ có thêm bộ
phận đốt nóng bổ sung trong phòng sấy.

1.4. Các phương pháp và thiết bị sấy bột sữa:

Phương án 1: Sử dụng máy sấy tháp
3


* Ứng dụng của máy sấy tháp:
Thiết bị sấy tháp là thiết bị sấy chuyên dùng để sấy các loại hạt cứng như thóc,ngô
đậu…có độ ẩm ban đầu không lớn lắm w ≤ 20 ÷ 30% và có thể tự dịch chuyển dễ dàng từ đỉnh
tháp xuống dưới nhờ chính trọng lượng của nó.Đôi khi trong thiết bị sấy tháp người ta còn đặt các
kết cấu cơ khí để làm chậm hoặc tăng cường tốc độ dịch chuyển của khối hạt.Sản phẩm trong
thiết bị sấy tháp có thể lấy ra liên tục hay định kỳ.
* Cấu tạo,nguyên lý hoạt động và đặc điểm :

Hình 1.2: Máy sấy tháp
1. Lò đốt

3.Phếu cấp nhiên liệu sấy

2. Quạt đẩy

4. Gàu tải

5. Tháp sấy

Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của thiết bị sấy tháp có thể có dạng như hình 1.2. Hệ thống sấy
tháp gồm calorifer,hệ thống quạt và các thiết bị phụ khác.
Tháp sấy là một không gian hình hộp mà chiều cao lớn hơn rất nhiều so với chiều rộng và
chiều dài. Trong tháp sấy người ta bố trí một hệ thống kênh dẫn và thải tác nhân xen kẽ nhau ngay
trong lớp vật liệu sấy.

4

Khi sấy, hạt di chuyển từ trên cao xuống mặt đất theo chuyển động thẳng đứng hoặc ziczắc trong tháp sấy.
* Ưu nhược điểm của hệ thống sấy tháp :

-

Ưu điểm :
+ Chất lượng sấy cao hơn như tăng độ đồng đều độ ẩm của sữa sau khi sấy.
+ Tiết kiệm được nhiều lao động thủ công.
+ Có thể tiến hành sấy liên tục

-

Nhược điểm :
+ Nhiều máy sấy tháp không thể sấy vật liệu có độ ẩm cao.
+ Sản phẩm sau khi sấy còn lẫn nhiều tạp chất.
+ Thiết bị phức tạp
Phương án 2 : Sử dụng máy sấy thùng quay để sấy bột sữa
* Ứng dụng của máy sấy thùng quay :
Thiết bị sấy thùng quay cũng là một thiết bị sấy chuyên dùng để sấy các hạt dạng rời, các

loại muối kim loại vô cơ trong sản xuất hóa chất, bột nhão, bã bia, phân bón, vật liệu sản xuất xi
măng, than cám, cát… Tác nhân sấy là không khí nóng hoặc khói lò.
* Cấu tao, nguyên lý hoạt động và đặc điểm :

Hình 1.3 : Cấu tạo,nguyên lý máy sấy thùng quay

5

1. Quạt đẩy

2. Vít tải cấp liệu

3. Đường dẫn liệu

4. Ổ đỡ thùng sấy

5. Bánh răng lớn

6. Thùng sấy

7. Quạt hút

8. Cyclon

9. Cửa tháo liệu

Thiết bị sấy thùng quay gồm thùng sấy hình trụ tròn,calorifer và quạt hút ẩm. Trong thùng
sấy đặt các cánh xáo trộn và đôi khi còn tạo thành các vùng riêng biệt. Nhờ các cánh xáo trộn mà
vật liệu sấy được đưa lên và rơi xuống để tăng cường quá trình trao đồi nhiệt ẩm. Trong thùng
quay tùy theo tính chất của vật liệu sấy, người ta có thể đặt các cánh xáo trộn, vách ngăn để tăng
cường quá trình sấy.
Thường vật liệu sấy từ phễu nạp liệu đi vào thùng sấy cùng chiều với tác nhân. Sau khi
thực hiện quá trình sấy tác nhân được đưa qua cyclon để thu hồi một phần sản phẩm bay theo và
thải vào môi trường.
*Ưu nhược điểm của hệ thống sấy thùng quay :
- Ưu điểm :
+ Tạo ra sản phẩm sấy đồng đều.

+ Tốc độ sấy nhanh do sự tiếp xúc trực tiếp và tối đa giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy nhờ
có sự đảo trộn khi thùng quay.
+ Cường độ sấy tính theo lượng ẩm đạt được.
+ Thiết bị gọn.
- Nhược điểm :
+ Do quá trình đảo trộn, vật liệu bị gãy vụn tạo ra bụi. Nên trong một số trường hợp làm
giảm phẩm chất của sản phẩm, làm giảm giá trị kinh tế.
Phương án 3 : Sử dụng máy sấy tĩnh vỉ ngang để sấy bột sữa
* Ứng dụng của máy sấy tĩnh vỉ ngang :
Máy sấy tĩnh vỉ ngang sử dụng lò đốt trấu là loại máy sấy đang được sử dụng phổ biến
nhất ở ĐBSCL thường để sấy thóc lúa. Các máy sấy này thường có năng suất lớn từ 6-50 tấn/mẻ,
với thời gian sấy dao động từ 12 đến 48h tùy theo độ ẩm ban đầu và cuối cùng của vật liệu được
sấy.

6


Hình 1.4:Máy sấy tĩnh vỉ ngang, 6 tấn/mẻ
*Cấu tao, nguyên lý hoạt động và đặc điểm :

Hình 1.5 :Sơ đồ máy sấy SV-500
7


1. Quạt sấy

2. Cửa hoà khí

3. Cửa cho nhiên liệu đốt

4. Cửa lấy xỉ

5. Sàn sấy

6. Buồng phân phối nhiệt
9. Đồng hồ chỉ thị nhiệt độ

7. Cửa tháo sản phẩm 8. Buồng sấy

Máy sấy tĩnh vỉ ngang là loại máy sấy có cấu tạo đơn giản, với mức đầu tư thấp trong các
loại máy sấy có cùng một công suất. Máy sấy tĩnh vỉ ngang có thể sấy được các loại nông sản
dạng hạt , lá, quả…và các loại vật liệu khác
*Ưu nhược điểm của máy sấy tĩnh vỉ ngang :
- Ưu điểm :
+ Lắp đặt đơn giản.
+ Vận hành dễ dàng.
+ Chi phí đầu tư thấp.
+ Công nghệ sấy đơn giản, phù hợp với nông dân.
+ Máy sấy vỉ ngang chủ yếu hoạt động dựa vào một motor quạt, nên chi phí điện thấp.
- Nhược điểm :
+ Cần diên tích mặt bằng lớn để lắp đặt.
+ Máy sấy vỉ ngang là loại máy sấy tĩnh, sấy theo mẻ nên mỗi mẻ cần đạt được ít nhất
50% công suất thì mới có thể bắt đầu một mẻ sấy
+ Đối với nhu cầu sấy lớn, vài chục tấn đến hàng trăm tấn trở lên trong một ngày và cần
áp dụng quá trình tự động hóa cùng với các công đoạn xử lý khác hay cần sấy liên tục thì máy sấy
vỉ ngang còn nhiều hạn chế.
+ Thời gian sấy kéo dài.
+ Độ ẩm không đồng đều.
Phương án 4 : sử dụng năng lượng mặt trời để sấy bột sữa
-

Sử dụng trực tiếp nhiệt độ của mặt trời để làm bay hơi nước trong vật liệu cần sấy.

-

Phức tạp hơn người ta sử dụng năng lượng mặt trời làm nóng không khí, sau đó dùng
không khí nóng đó để sấy.
Thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời có thể phân ra các loại sau :

-

Thiết bị sấy trực tiếp có tuần hoàn khí tự nhiên (gồm thiết bị thu năng lượng kết hợp với
buồng sấy).

-

Thiết bị sấy trực tiếp có bộ phận thu năng lượng riêng biệt.
8


-

Thiết bị sấy gián tiếp có dẫn nhiệt cưỡng bức (thiết bị thu năng lượng và buồng sấy riêng
biệt).
- Ưu điểm :

+ Công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư và vận hành thấp.
+ Không đòi hỏi cung cấp năng lượng lớn và nhân công lành nghề
+Có thể sấy lượng lớn vụ mùa với chi phí thấp.
- Nhược điểm :

+ Kiểm soát điều kiện sấy rất kém.
+ Tốc độ sấy chậm hơn so với với sấy bằng thiết bị, do đó chất lượng sản phẩm cũng kém và
dao động hơn.
+ Quá trình sấy phụ thuộc vào thời tiết và thời gian trong ngày.
+ Đòi hỏi nhiều nhân công.
Thiết bị:
Có nhiều kiểu thiết kế thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời khác nhau.
Những thiết bị nhỏ : thường có công suất nhỏ, tốc độ sấy và chất lượng cải tiến không
đáng kể so với phương pháp sấy phơi (có đảm bảo vệ sinh), do đó ít được sử dụng.

Hình 1.5. Sơ đồ sấy bằng năng lượng mặt trời.
Phương án 5 : sử dụng máy sấy phun để sấy bột sữa:
Một hệ phân tán mịn của nguyên liệu đã được cô đặc trước (40-60 % ẩm) được phun để
hình thành những giọt mịn, rơi vào trong dòng khí nóng cùng chiều hoặc ngược chiều ở nhiệt
độ 150-300 oC trong một buồng sấy lớn. Các kiểu vòi phun sau được sử dụng :

9


Vòi phun ly tâm : chất lỏng được nạp vào giữa tâm của chén hoặc đĩa quay có vận tốc
ngoại vi 90-200 ms-1. Các giọt lỏng đường kính 50-60 µm được bắn xuống từ mép rìa tạo thành
lớp giọt lỏng đều.
Vòi phun áp suất : chất lỏng bịcưỡng bức dưới áp suất cao (700-2000 kPa) qua một kẽ hỡ
nhỏ tạo nên những giọt lỏng có kích thước 180-250 (m.
Vòi phun khí động : không khí được sử dụng để phun dung dịch. Trước hết không khí qua
ống phun tăng tốc độrồi thổi ra miệng phun, chất lỏng được đưa đến miệng vòi bằng bơm. Không
khí có tốc độ cao sẽ thổi dung dịch văng ra thành hạt nhỏ. Vòi phun lỗ dễ bị nghẹt bởi các hạt
nguyên liệu và nguyên liệu cũng mài mòn dần dần các khe lỗ làm rộng lỗ ra do đó tăng kích thước
trung bình của các giọt lỏng. Quá trình sấy xảy ra nhanh (1-10 giây) do diện tích bề mặt của
những giọt lỏng rất lớn. Tốc độ nạp liệu được kiểm soát sao cho nhiệt độ không khí ra 90-1000C,

tương ứng với nhiệt độ bầu ướt (và nhiệt độ sản phẩm) 40-500C để sản phẩm ít bị hư hại. Bột khô
thu được ở đáy thiết bị sấy và được lấy đi bằng vít tải. Có nhiều kiểu thiết kế khác nhau về vòi
phun, buồng sấy, hệ thống đốt nóng không khí và hệ thống thu hồi bột, xuất phát từ yêu cầu của
rất nhiều loại nguyên liệu sấy phun khác nhau (ví dụ: sữa, trứng, cà phê, ca cao, chè, khoai tây,
hổn hợp kem đá, bột yaourt, pho mát, tác nhân làm trắng cà phê, nước ép trái cây, gia vị đóng gói
và tinh bột ngô, lúa mì). Các thiết bị sấy phun cũng có thể được gắn với thiết bị sấy tầng sôi để
sấy kết thúc sản phẩm thu được từ buồng sấy. Thiết bị sấy phun khác nhau về kích cỡ từ các thiết
kế ở mức độ thí nghiệm để sấy những sản phẩm khối lượng nhỏ, giá trị cao như enzym, gia vị cho
đến các thiết kế để sản xuất quy mô lớn dùng trong thương mại với năng suất đến 10.000 kg sữa
sấy/giờ.
+ Ưu điểm lớn là quá trình sấy nhanh, sản xuất liên tục ở quy mô lớn, chi phí nhân
công thấp, vận hành và bảo dưỡng tương đối đơn giản.
+ Hạn chế chính là chi phí đầu tư cao, yêu cầu độ ẩm ban đầu cao để bảo đảm
nguyên liệu có thể bơm đến thiết bị tạo giọt lỏng. Điều này dẫn đến chi phí năng lượng cao
hơn (để tách ẩm) và thất thoát các chất dễ bay hơi cao hơn. Thiết bị sấy băng chuyền và sấy
tầng sôi đang bắt đầu thay chổ sấy phun do chúng gọn hơn và có hiệu qủa sử dụng năng
lượng tốt hơn.

10


Hình 1.6 . Hệ thống sấy phun.

Phương án 6 : sử dụng máy sấy bức xạ để sấy bột sữa:
Trong đó nhịêt chủ yếu được truyền đến vật liệu sấy qua bức xạ của nguồn nhiệt, ví dụ:
bóng đèn với công suất lớn, điện trở...Ẩm bay hơi vào dòng tác nhân sấy rồi ra ngoài. Thông
thường các vật bức xạ được lắp cố định ngay trên bề mặt của lớp vật sấy. Vật sấy chuyển động
liên tục nhờ băng tải, tự chảy, dòng lưu động khí hạt, tầng sôi. Để quá trình bay hơi ẩm tốt và
tránh cho vật bị nóng quá mức, người ta dùng quạt đối lưu cưỡng bức tác nhân sấy. Chính vì vậy
nên còn gọi là hệthống sấy bức xạ- đối lưu.

Tốc độ truyền nhiệt phụ thuộc vào :
-

Nhiệt độ bề mặt của nguồn nhiệt và vật sấy.

-

Tính chất bề mặt của nguồn nhiệt và vật sấy.

-

Hình dáng của vật phát và nhận bức xạ hồng ngoại.
- Ưu điểm :

+ Quá trình trao đổi nhiệt trong sấy bức xạ có cường độ cao hơn nhiều trong sấy đối lưu
và sấy trên bề mặt nóng; có khả năng tăng cường độ sấy ở giai đoạn thứ nhất, rất hiệu quả
11


với lớp vật sấy mỏng. Tuỳ trường hợp mà thời gian sấy có thể giảm hàng chục thậm chí cả
trăm lần so với sấy đối lưu.
+ Chỉ làm nóng vật liệu sấy, không ảnh hưởng đến môi trường không khí xung quanh.
+ Phương pháp sấy sạch.
+ Máy sấy bức xạ có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng.
- Nhược điểm :
+ Bề mặt vật sấy nóng bị đốt nóng nhanh, tạo ra chênh lệch nhiệt độ lớn giữa bề mặt và
lớp sâu bên dưới. Điều này dễ dẫn tới chất lượng sản phẩm không như ý muốn (cong
vênh, nứt vỡ, biến màu...). Muốn tránh điều trên ta căn cứ vào tính chất vật sấy, yêu cầu
của sản phẩm sấy mà sử dụng nguồn tia bức xạ, điều chỉnh cường độ bức xạ và thời gian
bức xạ cho phù hợp.

+ Máy sấy bức xạ cần trang bị các thiết bị bảo vệ, điều chỉnh chế độ sấy, quan tâm thường
xuyên để có sản phẩm tốt và không bị hoả hoạn.
+ không kinh tế bằng máy sấy đối lưu nên ít được sử dụng.

Thiết bị:
Thông thường người ta dùng vật phát năng lượng bức xạ liên tục và cường độ cao thuộc
vùng quang phổ hồng ngoại với bước sóng λ= 0,77-300 µm. Để có các tia bức xạ, ta có thể dùng
nhiều loại thiết bị bức xạ khác nhau như:
Đèn gương : dây tóc đèn là vonfram, công suất từ (150-500 W). Nhiệt độ đèn là (2300 ±
100) oK. Hệ số hiệu dụng năng lượng là 70 %. Đèn có nhược điểm dễ vỡ, quán tính nhiệt kém,
tổn thất nhiệt lớn, chiếu không đều. Tuy có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng nhưng đèn ít được dùng
để sấy các sản phẩm thực phẩm.
Đèn ống thạch anh : cấu tạo của loại này là dây vonfram xoắn được đặt trong tâm của ống
thạch anh hình trụ, công suất của nó từ (0,1-20) kW. Nhiệt độ của đèn loại này là 2800 oK.
Que đốt bằng điện : cấu tạo của que đốt gồm dây hợp kim nicrôm xoắn hình lò xo đặt
trong ống kim loại, cách điện bằng ôxit manhê, oxit nhôm hoặc cát thạch anh. Công suất của mỗi
que đốt đạt đến 25 kW, nhiệt độ là 8000C. Đây là loại que đốt thông dụng nhất.
12


Vật bức xạ bằng gốm : đây là loại tiện lợi trong công nghiệp chế biến thực phẩm. Cấu tạo
của nó gồm dây điện trở bằng hợp kim nicrôm được ép vào trong lòng khối gốm. Công suất của
mỗi chiếc là 1 kW với nhiệt độ làm việc từ 450-700oC. Để đảm bảo bức xạ được đồng đều thì các
thiết bị bức xạ phải có cơ cấu phản xạ như pha đèn.
Phương án 7 : sử dụng máy sấy tầng sôi để sấy bột sữa
*Ứng dụng của máy sấy tầng sôi :
Thiết bị sấy tầng sôi là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt.Cũng giống như các hệ thống
sấy khác,hệ thống sấy tầng sôi được dùng rất phổ biến trong công nghệ sau thu hoạch.
Kỹ thuật sấy tầng sôi được ứng dụng để sấy hạt có kích thước trong phạm vi từ 502000μm.Do đó thiết bị sấy tầng sôi đang có sức cạnh tranh với những kiểu sấy truyền thống khác
như:sấy thùng quay,băng tải,khí động…

* Cấu tao, nguyên lý hoạt động và đặc điểm :

Hình 1.7 :Cấu tạo,nguyên lý máy sấy tầng sôi

1: Quạt

4: Thiết bị sấy

2: Calorife

5: Bộ phận nhập liệu

7: Cyclon

3: Lưới phân phối khí 6: Cửa tháo liệu
Bộ phận chính của TBS tầng sôi là một buồng sấy, phía dưới buồng sấy đặt ghi lò. Ghi
buồng sấy là một tấm thép có đặt nhiều lỗ thích hợp hoặc lưới thép để tác nhân sấy đi qua nhưng
hạt không lọt xuống được. Tác nhân sấy có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp được thổi từ dưới lên để đi
qua lớp vật liệu. Với tốc độ đủ lớn, tác nhân sấy nâng các hạt vật liệu lên và làm cho lớp hạt xáo
trộn. Quá trình sôi này là quá trình trao đổi nhiệt ẩm mãnh liệt nhất giữa tác nhân sấy và vật liệu
13


sấy. Các vật liệu khô hơn nên nhẹ hơn nên nằm ở lớp trên của tầng hạt đang sôi và ở một độ cao
nào đó hạt sẽ được đưa ra ngoài theo đường tháo liệu.
*Ưu nhược điểm của máy sấy tầng sôi :
- Ưu điểm :
+ Năng suất sấy cao
+ Vật liệu sấy khô đều
+ Có thể tiến hành sấy liên tục

+ Hệ thống thiết bị sấy tương đối đơn giản
+ Dễ điều chỉnh nhiệt độ vật liệu ra khỏi buồng sấy
+ Có thể điều chỉnh thời gian sấy
- Nhược điểm :
+ Trở lực lớp sôi lớn
+ Tiêu hao nhiều điện năng để thổi khí tạo lớp sôi
+ Yêu cầu cỡ hạt nhỏ và tương đối đồng đều

 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY BỘT SỮA:
Phương án 1 và không thể thực hiện vì vệ sinh an toàn thực phẩm, phương án 3 thì sấy với
khối lượng lớn chỉ thích hợp với thóc lúa, phương án 4 quá phụ thuộc thời thiết và năng suất quá
thấp, phương án 5 chỉ áp dụng cho sấy từ dạng lỏng sang đặt, phương án 6 dễ làm hư hỏng bột
sữa và chi phí bảo dưỡng rất đắt.
Dựa vào đặc điểm cấu tạo và ưu nhược điểm của từng phương án, em chọn máy sấy tầng
sôi phương án 7 để sấy bột sữa.

* Yêu cầu của bài toán thiết kế:
Thiết kế hệ thống tầng sôi để sấy bột sữa với năng suất 200 kg/h (thành phẩm). Với hệ
thống thiết bị sấy tầng sôi,chủ yếu dùng để sấy bột sữa đã qua tách ẩm sơ bộ bằng sấy phun, giúp
cho việc bảo quản tốt hơn, phục vụ cho việc xuất khẩu. Do đó ta chọn độ ẩm của bột sữa trước khi
sấy không cao lắm, và độ ẩm sau khi sấy thích hợp cho sự bảo quản.

14


CHƯƠNG II: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY TẦNG SÔI
2.1 Các phương án thiết kế:
2.1.1 Phương án 1: Tác nhân sấy thổi ngang vật liệu
Vật liệu sấy được thổi tung lên bằng 1 quạt. Sau đó được tiếp xúc với tác nhân sấy theo
phương ngang.

1: Quạt

4: Thiết bị sấy

7: Cyclon

2: Calorife

5: Bộ phận nhập liệu

3: Lưới phân phối khí 6: Cửa tháo liệu

-

Ưu điểm:
+ Kiểm soát điều kiện sấy linh hoạt bằng các vùng nhiệt được kiểm soát riêng biệt
+ Tốc độ sấy cao

-

Nhược điểm:
+ Đầu tư trang bị, vận hành và dưỡng thiết bị phức tạp và đắt tiền

15


2.1.2 Phương án 2: Tác nhân sấy thổi ngược chiều vật liệu sấy

1: Quạt

4: Thiết bị sấy

7: Cyclon

2: Calorife

5: Bộ phận nhập liệu

3: Lưới phân phối khí 6: Cửa tháo liệu

-

Ưu điểm:
+ Năng lượng được sử dụng kinh tế
+ Độ ẩm cuối của vật liệu thấp

-

Nhược điểm:
+ Sản phẩm dễ bị co ngót, hư hỏng do nhiệt.
+ Có nguy cơ hư hỏng VSV do không khí ẩm, ấm gặp nguyên liệu ướt

16


2.1.3 Phương án 3: Tác nhân sấy thổi cùng chiều vật liệu sấy

1: Quạt

4: Thiết bị sấy

7: Cyclon

2: Calorife

5: Bộ phận nhập liệu

3: Lưới phân phối khí 6: Cửa tháo liệu

-

Ưu điểm:
+ Tốc độ sấy ban đầu cao
+ Ít bị co ngót, tỷ trọng thấp, sản phẩm ít hư hỏng, ít nguy cơ hư hỏng do VSV

-

Nhược điểm:
+ khó đạt được độ ẩm cuối
2.2 Chọn phương án thiết kế:
Dựa vào ưu nhược điểm của 3 phương án trên, ta chọn phương án 3 là tối ưu nhất .

17


CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY TẦNG SÔI
3.1 CÂN BẰNG VẬT CHẤT:
Các ký hiệu sử dụng:
G1: năng suất nhập liệu của vật liệu sấy

G2: năng suất sản phẩm sau khi sấy
1: độ ẩm trên căn bản vật liệu ướt trước khi sấy
2: độ ẩm trên căn bản vật liệu ướt sau khi sấy
d1 : hàm ẩm của không khí trên căn bản không khí khô trước khi vào sấy
d2 : hàm ẩm của không khí trên căn bản không khí khô sau khi vào sấy
W : năng suất tách ẩm
L: lượng không khí khô cần thiết
l : lượng không khí khô cần thiết để tách 1Kg ẩm ra khỏi vật liệu
3.1.1 Các thông số cơ bản:
a) Đối với không khí:
Trạng thái ban đầu của không khí:
t0 = 320C
0 = 80%
Áp suất bão hòa tương ứng với nhiệt độ 320C: ( Theo công thức (2.11),[1]).
} = exp{

P0 = exp{

} = 0,0473 bar

Độ chứa hơi của không khí ngoài trời d0 : ( Theo công thức (2.15),[1])
d0 = 0,621



= 0,0249g ẩm/Kg KKK



Entanpy của không khí ngoài trời I0 : ( Theo công thức (2.17),[1])

I0 = Cpk.t0 + d0.(r + Cph.t0)
= 1,004.32+ 0,0249(2500 + 1,842.32) = 95,8457 KJ/Kg KKK
Ở đây, Cpk và Cph tương ứng là nhiệt dung riêng của không khí khô và của hơi nước quá
nhiệt ; r là ẩn nhiệt hóa hơi.
Không khí vào thiết bị sấy:
Nhiệt của bột sữa trong suốt chu kỳ sấy không vượt quá nồng độ của ẩm bốc hơi (60°C 
70°C)

18