Thiết kế hệ thống điều khiển tự động thiết bị sấy thùng quay

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
BỘ MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNSH - CNTP

ĐỀ TÀI
PHÂN TÍCH CÁC LOẠI SẤY- LẬP TRÌNH VỀ SẤY THÙNG QUAY

HÀ NỘI, 09/2021

1


Mục Lục
CHƯƠNG :TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY.............................2
1.1 Khái niệm.................................................................................................2
1.2 Các phương pháp sấy...............................................................................2
1.2.1 Sấy thăng hoa.......................................................................................2
1.2.2 Sấy đối lưu...........................................................................................4
1.2.3 Sấy lạnh................................................................................................5
1.2.4 Sấy chân khơng....................................................................................6
CHƯƠNG 2: BÀI TỐN SẤY ĐỐI LƯU..........................................................8
2.1 Đặc điểm chung về cấu tạo, kết cấu, cấu trúc của hệ thống sấy đối lưu. .8
2.2 Đặc điểm vận hành...................................................................................9
2.3. Thiết lập hệ thống quá trình sấy có hồi lưu một phần khí thải...............11
2.3.1. Hệ thống sấy đối lưu có hồi lưu một phần khí thải ở nhiệt độ thấp...11
2.3.2. Hệ thống sấy có tuần hồn một phần khí thải khi ở nhiệt độ cao.....12
2.4. Ảnh hưởng của các thơng số tới q trình sấy đối lưu............................13
CHƯƠNG 3:QUY MƠ HỘ GIA ĐÌNH – SẤY TỦ CĨ HỔI LƯU..................16
3.1 Đặt vấn đề..............................................................................................16
3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình sấy tủ............................................17
3.3 Phân tích bài tốn điều khiển.................................................................17

3.3.1 Sơ đồ chức năng, nguyên lý hoạt động..............................................17
3.3.2 Đối tượng và phương án điều khiển...................................................18
CHƯƠNG 4:QUY MÔ CÔNG NGHIỆP NHỎ - HỒI LƯU.............................20
4.1 Đặt bài toán............................................................................................20
4.2 Các yếu tố ảnh hưởng.............................................................................21
4.3 Phân tích bài tốn điều khiển.................................................................23


4.3.1 Sơ đồ chức năng.................................................................................23
4.3.2 Đối tượng và phương án điều khiển...................................................24
4.3.3 Sơ đồ mạch điện.................................................................................26
CHƯƠNG 5 : QUY MÔ CÔNG NGHIỆP LỚN – KHÔNG HỒI LƯU..........29
5.1 Đặt vấn đề..............................................................................................29
5.2 Các yếu tố ảnh hưởng.............................................................................29
5.3 Xử lý số liệu đầu vào.............................................................................31
5.4 Phân tích bài tốn điều khiển.................................................................32
5.4.1 Sơ đồ chức năng, nguyên lý hoạt động..............................................32
5.4.2 Xác định đối tượng điều khiển và đưa ra phương án điều khiển.......33
5.4.3 Lựa chọn thiết bị chấp hành, thiết bị điều khiển................................34
5.4.4 Thiết kế phương án điều khiển...........................................................54
5.4.5 Thiết kế mạch điện.............................................................................56
5.4.6 Tính tốn lựa chọn các thiết bị điện...................................................61
5.4.7 Bảng đi dây mạch điện điều khiển.....................................................69
CHƯƠNG 6 : CHẾ ĐỘ BẢO DƯỠNG BẢO TRÌ, CÁC SỰ CỐ HAY GẶP. 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................74


CHƯƠNG 1 :TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
SẤY
1.1 Khái niệm

Sấy là sự bốc hơi nước của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ thích hợp, là q
trình 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.
1.2 Các phương pháp sấy

 Sấy tự nhiên : là sự bốc hơi nước của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ
thích hợp, là q trình 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.
 Sấy nhân tạo: là hình thức sấy trong các thiết bị sấy nhằm cung cấp nhiệt
để lấy ẩm từ vật liệu. Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp
truyền nhiệt mà có thể được phân loại
1.2.1 Sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm ra khỏi vật sấy bằng sự thăng hoa của nước.
Quá trình thăng hoa là qúa trình chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi. Ở điều kiện
bình thường, ẩm trong thực phẩm ở dạng lỏng, nên để thăng hoa chúng cần được
chuyển sang thể rắn bằng phương pháp lạnh đông. Chính vì vậy nên cịn gọi là
phương pháp Sấy lạnh đơng (Freeze Drying hay Lyophillisation)
Q trình sấy bao gồm hai giai đoạn: làm lạnh đông và tiếp theo sấy khô bằng
chân không thấp. Cả hai hệ thống đều hoạt động rất tốn kém và khi thiết bị hoạt động
theo mẻ, chi phí vận hành càng tăng cao. Hiện nay đã có các thiết bị làm việc liên tục,
nhưng chi phí đầu tư rất cao. Vì vậy phương pháp này chỉ hạn chế sử dụng đối với các
sản phẩm đắt tiền, nhưng sản phẩm mà không thể sấy được bằng phương pháp khác.
Bên cạnh đó, khơng phải bất kỳ ngun liệu nào cũng có thể sấy bằng phương pháp
lạnh đơng. Đối với những nguyên liệu có cấu trúc dễ bị hư hại trong q trình sấy
lạnh đơng thì sản phẩm sấy thăng hoa khi hồi nguyên sẽ có kết cấu tồi.


1.1.1.1 Nguyên lý sấy thăng hoa
Tiền sử lý: Ở giai đoạn này, nguyên liệu được chuẩn bị kỹ với những yêu cầu

kỹ thuật tương ứng, ngoài ra, ở giai đoạn này, tùy vào loại nguyên liệu mà chúng ta
gia giảm thêm một số chất hỗ trợ kỹ thuật.
Freezing: Giai đoạn này gọi là cấp đông nhanh. Tùy vào cấp độ của công nghệ
mà nguyên liệu được cấp đông nhanh hay siêu nhanh. Thường các tác nhân cấp đông
nhanh như đá khô, methanol hay nitơ lỏng được sử dụng. Thông thường, nhiệt độ cấp
đông trong khoảng từ -50°C đến -80°C (-58°F đến -112°F). Giai đoạn này là quan
trọng nhất trong toàn bộ q trình, vì sản phẩm có thể hư hỏng nếu không đúng cách
thực hiện.
Làm khô sơ cấp: Ở giai đoạn này, áp suất trong môi trường sấy sẽ được giảm
xuống áp suất chân không. Lượng nhiệt được cấp vào được tính tốn một cách chính
xác sao cho các tinh thể nước đá thăng hoa mà không qua pha lỏng. Ở giai đoạn này,
90% ẩm trong nguyên liệu được lấy đi.
Làm khô thứ cấp: Giai đoạn làm khô thứ cấp là giai đoạn làm bay hơi lượng ẩm
cịn sót lại ở giai đoạn trước. Ở giai đoạn này, nhiệt độ có thể được điều chỉnh tăng
dần và có thể >0°C. Ở cuối quá trình, độ ẩm trong nguyên liệu chỉ cịn khoảng 1% –
4%.
1.1.1.2 Ưu nhược điểm của q trình
- Ưu điểm
 Thực phẩm giữ được hàm lượng dinh dưỡng, màu sắc, mùi vị, hình
dạng như ban đầu: Sấy thăng hoa giúp hạn chế sự thất thoát hàm lượng
dinh dưỡng tự nhiên của sản phẩm.
 Trọng lượng nhẹ, dễ vận chuyển: Sau khi sấy, thực phẩm có trọng lượng
nhẹ, do đó dễ dàng di chuyển đi xa.
 Thời gian sử dụng dài: Thực phẩm sau khi sấy thăng hoa có độ ẩm rất
thấp nên các vi sinh vật gây hư hỏng thực phẩm khơng thể phát triển.
Do đó, sản phẩm sau sấy không cần dùng bất cứ chất bảo quản gì vẫn
có hạn dùng lâu.


- Nhược điểm

 Sấy thăng hoa quy mô công nghiệp đòi hỏi sự đầu tư lớn cả về hệ thống
máy sấy hiện đại, nhân cơng vận hành trình độ kỹ thuật cao, quy trình
vận hành, bảo trì đúng lúc, đúng cách.


Bên cạnh đó, đi cùng với chất lượng sản phẩm, chi phí sản xuất sản
phẩm sấy thăng hoa khá cao so với các phương pháp sấy khác.

1.2.2 Sấy đối lưu
Đây là phương pháp thổi trực tiếp khí nóng ở điều kiện áp suất khí quyển vào
vật liệu cần sấy. Nhiệt từ gió tách ẩm ra khỏi vật sấy, gió mang ẩm thốt ra bên ngồi.
Phương pháp này có ngun lý như q trình phơi nắng nhưng có hiệu suất sấy cao
hơn do lưu lượng gió và nhiệt đều hơn, sản phẩm sấy khơ nhanh hơn.
1.1.1.3 Ngun lý hoạt dộng
Khơng khí ngồi trời có nhiệt độ t0 và độ ẩm , được quạt thổi qua bộ gia nhiệt
và được gia nhiệt thành TNS có nhiệt độ t2 và độ ẩm và đi vào buồng sấy, tại đây tiến
hành quá trình trao đổi ẩm giữa VLS và TNS, TNS sau khi ra khỏi thiết bị sấy có
trạng thái t3 và độ ẩm
1.1.1.4 Ưu nhược điểm
- Ưu điểm: tốc độ sấy khá cao, năng lượng dùng hợp lý, sản phẩm sấy ít bị co
ngót, hư hỏng hoặc biến dạng
- Nhược điểm: độ ẩm cuối cùng không cao.


1.2.3 Sấy lạnh
Phương pháp sấy lạnh là phương pháp sấy ở nhiệt độ khá thấp 10 đến 60 độ C,
hệ thống làm lạnh sẽ giúp khơng khí tách ẩm và độ ẩm sẽ xuống dưới 40%. Bản chất
của phương pháp là sử dụng sự chênh lệch độ ẩm của tác nhân sấy và hoa quả để làm
khô sản phẩm.
1.1.1.5 Nguyên lý sấy

Nguyên lý sấy lạnh của thiết bị khá đơn giản nhưng mang lại hiệu quả cao. Nhờ
khả năng tách hơi nước thốt ra khỏi khơng khí. Thơng qua q trình sử dụng cơng
nghệ làm lạnh của các bộ phận ở thiết bị. Giai đoạn tách ẩn sẽ thu được lượng khơng
khí khơ khoảng 10◦C.
Sau q trình tách ẩm, lượng khơng khí khơ được đưa vào buồng khí và cho di
chuyển qua máy nén khơng khí. Khi đó, nhiệt độ của khơng khí khơ đạt khoảng 10◦C,
đến khi di chuyển vào buồng khí có mức nhiệt khoảng từ 40 - 50◦C. Trong buồng sấy
khí của thiết bị, sự chênh lệch rõ nét giữa nhiệt độ và áp suất khơng khí sẽ dần hút
được nước từ các bộ phận của máy sấy ra bên ngồi mơi trường. Từ đó, sản phẩm
được sấy khơ dần do hơi nước bốc lên và thốt ra bên ngồi.
Lượng khơng khí ẩm ở bên trong buồng sấy được loại bỏ ra ngồi thơng qua
một bộ lọc khô, tiếp theo di chuyển qua dàn lạnh rồi quay trở lại ban đầu. Tồn bộ q
trình ở trong máy sấy lạnh diễn ra liên tục, lặp lại theo chu trình tuần hồn. Điều đó sẽ
mang đến q trình sấy lạnh nhanh chóng mà ổn định.
Từ nguyên lý sấy lạnh trên giúp cho các sản phẩm chỉ mất nước. Thực phẩm
được làm khơ nhanh chóng mà khơng hề gây ra bất cứ sự tác động nào đến màu sắc
và giá trị dinh dưỡng hay mùi vị của đồ dùng cần sấy.

1.1.1.6 Ưu nhược điểm
Ưu điểm


– Sản phẩm sau khi sấy không cần phải sử dụng chất bảo quản, không sử dụng sân bãi
để phơi phóng sản phẩm làm bụi bám vào gây ơ nhiễm mà vẫn đảm bảo được chất
lượng sản phẩm
– Hàm lượng dinh dưỡng và kết cấu của sản phẩm hầu như là không bị thay đi so với
sản phẩm trước khi sấy.
– Sản phẩm sấy ln đảm bảo an tồn vệ sinh, không gây nhiễm khuẩn từ môi trường.
– Sấy những sản phẩm có tính chất dễ nhạy cảm với nhiệt độ, nóng chảy và tạo màng
do sấy nhiệt.

– Tuổi thọ của máy lạnh cũng cao hơn với một số loại máy thơng thường vì nó sử
dụng nhiệt độ thấp khi sấy.
Nhược điểm: Chi phí đầu tư cao

1.2.4 Sấy chân khơng
Sấy chân không là phương pháp sấy vật liệu ở môi trường có áp suất cực thấp
và gần như là chân khơng.
1.1.1.7 Ngun lý sấy
Sấy chân khơng là q trình tách ẩm nhờ sự chênh lệch áp suất hơi nước trên bề
mặt sản phầm, áp suất trên bề mặt sản phẩm lớn hơn áp suất ở mơi trường xung
quanh, chính vì vậy hơi ẩm sẽ thốt ra mơi trường xung quanh mặc dù ở nhiệt độ thấp
1.1.1.8 Ưu nhược điểm
Ưu điểm
 Sấy chân không làm cho nước trong sản phẩm sôi ở nhiệt độ thấp nên sấy
nhanh hơn phương pháp sấy thông thường,
 Sấy chân không nhiệt độ sấy thấp nên giữ nguyên được màu sắc, hương vị,
chất dinh dưỡng cũng như các tính chất đặc trưng của sản phẩm.
 Sấy chân khơng hầu như khơng làm biến đổi tính chất vật lý, hóa học của
vật sấy.


 Sấy chân không giữ nguyên được cấu trúc vật sấy (khơng móp méo, sẹp
khi sấy thơng thường)
 Sản phẩm được sấy chân khơng có độ ẩm rất thấp ~1-3% nên bảo quản
được lâu hơn.
 Bộ điều khiển tự động, tự hoạt động theo cài đặt của người sử dụng giúp
sử dụng dễ dàng, tiết kiệm thời gian và công sức của người sử dụng.
 Máy sấy chân khơng có áp suất nhỏ nên thành máy được làm dày hơn,
cứng hơn và cách nhiệt tốt hơn.

Nhược điểm
 Do máy có thêm bộ phận hút chân khơng nên kích thước của máy lớn và
cồng kềnh hơn máy sấy nhiệt cùng thể tích sấy.
 Máy sấy sử dụng phương pháp sấy chân khơng có giá thành cao hơn so với
máy sấy nhiệt khá nhiều.
 Chi phí sản xuất lớn nên khơng phù hợp với hộ gia đình và kinh doanh
nhỏ.


CHƯƠNG 2 : BÀI TOÁN SẤY ĐỐI LƯU
2.1 Đặc điểm chung về cấu tạo, kết cấu, cấu trúc của hệ thống sấy đối lưu
Để phân loại các hệ thống sấy đối lưu thường dựa vào các yếu tố sau: chế độ
làm việc, dạng nguyên liệu đem sấy (vật sấy), kiểu cách gia nhiệt cho tác nhân sấy,
dạng đối lưu tác nhân sấy, chiều chuyển động tác nhân sấy và vật sấy, cách điều chỉnh
tác nhân sấy ,…
- Hệ thống sấy đối lưu có thể làm việc gián đoạn theo chu kì hay làm việc liên
tục
- Vật liệu sấy có các dạng: hạt, mảnh, lá, rời xếp lớp, dạng bột, dạng kem, dung
dịch.
- Để nung nóng khơng khí ta có nhiều cách với các nguồn nhiệt khác nhau như:
hơi nước nóng lấy từ lị hơi thơng qua Calorifer, điện, bằng hơi đốt…
Cấu tạo: Một thiết bị sấy đối lưu thường có:
- Buồng sấy.
- Bộ phận cung cấp nhiệt cho thiết bị sấy
- Bộ phận thơng gió và tải ẩm
- Bộ phận cấp vât liệu và lấy sản phẩm ra
Tác nhân sấy được tái sử dụng thì gọi là hệ thống sấy đối lưu có tuần hồn tác
nhân sấy
 Ưu điểm của hệ thống sấy đối lưu:
- Tiết kiệm năng lượng.

- Tăng hiệu suất nhiệt.


- Giảm lượng khí thải từ máy sấy.
- Giảm kích thước và giá thành của thiết bị.
- Lượng oxy trong khơng khí thấp làm giảm nguy cơ cháy nổ và giảm
thiểu mọi khuynh hướng làm oxy hóa một số sản phẩm thực phẩm.
- Làm tăng chất lượng của sản phẩm khơ vì tránh được hư hỏng do nhiệt,
do vật liệu q nóng trong máy sấy thơng thường.
2.2 Đặc điểm vận hành
Các giai đoạn của quá trình sấy đối lưu:
- Giai đoạn 1: Giai đoạn đốt nóng nguyên liệu
Trong giai đoạn này nhiệt độ của vật liệu sấy tăng từ nhiệt độ ban đầu cho đến
nhiệt độ bầu ướt tương ứng với mơi trường khơng khí xung quanh, trường nhiệt độ
biến đổi khơng đều. Chính vì vậy, chúng ta chủ yếu sẽ gia nhiệt tác nhân sấy từ 35 –
400C và tăng nhiệt độ từ từ đến nhiệt độ bầu ướt, điều chỉnh cửa gió mở hồn tồn
đến giảm dần rồi đóng lại hồn tồn.
- Giai đoạn 2: Giai đoạn sấy đẳng tốc
Do sự chênh lệch nhiệt độ của vật liệu sấy và nhiệt độ mơi trường khơng khí
xung quanh khơng đổi nên tốc độ sấy không đổi. Trong giai đoạn này chúng ta gia
nhiệt cho tác nhân sấy tới khi vật liệu sấy có độ ẩm nằm trong khoảng 75-80%. Trong
giai đoạn này đóng cửa gió của thiết bị.
- Giai đoạn 3: Giai đoạn sấy giảm tốc
Ở giai đoạn cuối thì lượng nước cịn lại trong ngun liệu ít. Việc tách ẩm khó
khăn hơn. Chúng ta bắt đầu giảm nhiệt độ đến khoảng 400C rồi tắt thiết bị.
Hệ thống sấy đối lưu sử dụng thùng quay thì do vật liệu sấy được nằm trong
một cái thùng có thể quay nhờ hệ thống dẫn động bên ngồi vì vậy thời gian lưu của
VLS phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ quay của thùng quay. Do đó việc điều khiển tốc
độ quay của thùng quay là rất quan trọng.

Hình 2: Sơ đồ cấu tạo phần khơng gian sấy kiểu thùng quay
Như đã phân tích thì các q trình sấy càng về giai đoạn cuối thì lượng ẩm
thốt ra càng ít cùng với đó nhiệt độ VLS có xu hướng tăng lên vì vậy càng về cuối
quá trình ta càng cần phải điều chỉnh chế độ vận hành sao cho tiết kiệm được nhiều
năng lượng nhất. Điều này đặc biệt được lưu tâm khi ta thực hiện sấy theo mẻ. Để làm
được việc này thì thường thực hiện hồi lưu một phần khí thải khi về cuối q trình.
Vậy khi nào thì chúng ta hồi lưu TNS? Để biết được có nên hồi lưu hay khơng thường
dựa vào độ chênh lêch về nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy sau khi ra khỏi buồng
sấy với TNS trước khi vào Calorifer. Thông thường nếu độ ẩm sau khi ra khỏi buồng
sấy đạt 95% thì ta khơng hồi lưu mà cho thải ra ngồi hồn tồn.
Trong bài tốn này ta thực hiện hồi lưu gián đoạn:
Thực hiện quá trình cấp TNS vào trong buồng cho đến khi độ ẩm của TNS sau
khi ra khỏi buồng là 60% - 65% thì chúng ta tiến hành khố van xả chỉ để hồi lưu. Giả
sử chúng ta hồi lưu lại 1 lượng khơng khí thải là α thì khi thực hiện tua gió chúng ta
phải cấp thêm vào buồng hồ trộn 1 lượng khơng khí tươi có giá trị là 1 – α. Thực
hiện đóng van cửa xả để TNS (hỗn hợp khí tươi + khi thải) tuần hồn trong buồng sấy
cho đến khi độ ẩm của TNS đi ra khỏi buồng sau mỗi lần thay đổi α đạt 95% thì
chúng ta bắt đầu xả hết khí ra ngồi đồng thời tiến hành tắt Calorife (tiết kiệm năng
lượng).
Ta tùy thuộc vào lượng khí thải hồi lưu so với lượng khơng khí tươi trộn vào thì
thời gian tua gió sẽ ngắn hay dài. Ví dụ với tỉ lệ khí thải : khơng khí tươi là 70% :
30% thì thời gian tua gió thường là 5 phút. Hết thời gian 5 phút ta tiến hanh đuổi hết


gió cũ đồng thời cấp gió mới vào. Q trình hồi lưu gián đoạn thì càng về sau thời
gian tua gió căng lâu do ẩm đã lấy ra được lấy ra gần hết. Khi hồi lưu kiểu này ta có
thể điều khiển hệ thống chạy tự động một cách dễ dàng vì chỉ cần đóng mở le gió
thơng qua các công tắc hanh trinh được gắn trên hệ thống.

2.3. Thiết lập sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển quá trình sấy đối lưu có
hồi lưu một phần khí thải
2.3.1. Hệ thống sấy đối lưu có hồi lưu một phần khí thải ở nhiệt độ
thấp

Hình 3.1. Sơ đồ điều khiển sấy đối lưu có tuần hồn một phần khí thải ở nhiệt
độ thấp

Hình trên mơ tả sơ đồ điều khiển của hệ thống sấy đối lưu hồi lưu một
phần TNS ở nhiệt độ thấp. Khi nhiệt độ sấy dưới 700C thì nhiệt độ TNS ra khỏi
buồng sấy dưới 600C (tức là trong ngưỡng hoạt động của bộ đo nhiệt ẩm).


Ban đầu khơng khí được quạt hút và thổi qua calorife để nâng nhiệt tạo ra TNS
có nhiệt độ cao và độ ẩm tương đối thấp. Bộ hiển thị và truyền xa nhiệt độ TIT được
đưa về bộ điều khiển nhiệt độ TIC để điều khiển van hơi cấp vào nhằm đạt được nhiệt
độ mong muốn trước khi vào buồng sấy. TNS đi ra khỏi buồng sấy được bộ đo nhiệt
ẩm xác định nhiệt ẩm của TNS.
Trong giai đoạn đầu, TNS khi ra khỏi buồng sấy có độ ẩm cao và khơng ổn
định được xả ra ngồi.
Trong giai đoạn sấy ổn định, do sự chênh lệch nhiệt độ của vật liệu sấy và nhiệt
độ mơi trường khơng khí xung quanh không đổi nên tốc độ sấy không đổi nên lượng
tăng ẩm TNS ổn định. Bắt đầu cho hồi lưu một phần khí thải, le gió được điều chỉnh tỉ
lệ theo thời gian, khi mà độ ẩm của TNS ra khỏi buồng ngày càng cao thì hồi lưu TNS
càng nhiều. Đến khi độ ẩm của TNS đạt đến 60% thì cho TNS hồi lưu hồn tồn vì
đến lúc này, ẩm thốt ra trong vật liệu rất ít. Khi độ ẩm của TNS sau khi ra khỏi
buồng sấy 95% thì ta tắt calorife và bộ truyền và bộ điều khiển nhiệt độ trong 2 phút
để đuổi gió cũ và nạp gió mới vào.
Quá trình sấy tiếp diễn đến khi độ ẩm của VLS giảm xuống đạt yêu cầu. Vậy
làm sao có thể xác định độ ẩm của VLS đạt đến giá trị yêu cầu? Ta so sánh độ chứa

ẩm của TNS trước và sau khi vào buồng sấy. Nếu rất nhỏ và gần như khơng đổi trong
10 phút thì ta kết thúc quá trình sấy.


2.3.2. Hệ thống sấy đối lưu có tuần hồn một phần khí thải khi ở
nhiệt độ cao

Hình 3.2: Sơ đồ điều khiển sấy đối lưu có tuần hồn một phần khí thải ở nhiệt
độ cao
Trong trường hợp này, với nhiệt độ vào buồng sấy cao khoảng 850C (VLS
chịu được nhiệt độ cao) thì nhiệt độ của TNS sẽ vào khoảng 70 – 750C như vậy trong
khoảng nhiệt độ này thì ta không thể sử dụng bộ đo nhiệt ẩm từ đó xác định chênh
lệch độ chứa ẩm của TNS từ đó xác định độ ẩm của VLS. Như vậy, ta phải dựa vào
chênh lệch nhiệt độ của TNS.
Vậy làm thế nào mà từ chênh lệch nhiệt độ của TNS mà ta có thể kết thúc q
trình sấy? Khi q trình hoạt động, le gió mở, khơng khí được quạt thổi qua calorife
để tạo ra TNS có nhiệt độ cao và độ ẩm tương đối thấp. Bộ hiển thị và truyền xa nhiệt
độ TIT được đưa về bộ điều khiển nhiệt độ TIC điều khiển van hơi cung cấp vào để
đạt được nhiệt độ ổn định trước khi vào buồng sấy. TNS đi ra khỏi buồng sấy được bộ
đo nhiệt độ của TNS.
Sau giai đoạn làm nóng, nhiệt độ của TNS nằm trong một khoảng ổn định trong
khoảng này nhiệt độ TNS không quá cao (chênh lệch nhiệt độ của TNS sau khi ra
khỏi buồng sấy sau một khoảng thời gian nhỏ hầu như không đổi) hệ thống chuyển


trạng thái hồi lưu một phần TNS. Đến khi chênh lệch nhiệt độ lại thấp hầu như khơng
có nhưng nhiệt độ của TNS lúc này lại khá cao (lớn hơn bằng 700C) thì ta tiến hành
đuổi gió cũ nạp gió mới, tiếp tục quá trình. Ta đặt một bộ thời gian nếu trong khoảng
thời gian nhỏ đó mà nhiệt độ TNS ra khỏi sấy đạt ngưỡng cao thì ta kết thúc q trình.

2.4. Ảnh hưởng của các thơng số tới quá trình sấy đối lưu
Quá trình sấy đối lưu phụ thuộc vào: tỉ lệ hồi lưu, độ ẩm tương đối, thời gian
lưu, vận tốc của dịng khơng khí trong thùng sấy.
Làm thế nào để tăng hiệu suất năng lượng của sấy theo mẻ. Với một thiết bị
cùng một khối lượng vật liệu. Muốn sấy nhanh ta phải hạn chế việc hồi lưu. Bởi vì khi
hồi lưu ta đã tiết kiệm một phần năng lượng nhiệt nhưng ngược lại ta lại mang một
lượng ẩm vào tác nhân sấy, khiến cho độ chứa ẩm tăng lên khiến cho độ ẩm tương đối
ở cùng một nhiệt độ giảm đi dẫn đến thế sấy sẽ bị kém đi. Chính vì vậy ta đặt ra câu
hỏi hồi lưu khi nào. Hồi lưu chỉ khi lượng chứa ẩm không tăng lên đáng kể là ở giai
đoạn cuối của q trình sấy. Bản chất giai đoạn đó rất cần thế sấy chênh lệch lớn để
tách ẩm nhanh, lúc này trong vật liệu sấy chỉ toàn là ẩm liên kết nên rất khó tách ẩm,
chính vì vậy để tách ẩm nhanh là điều rất khó. Nên để giảm bớt về chi phí năng lượng
(Năng lượng tiêu hao cho quá trình gia nhiệt ở Calorifer) người ta đã sử dụng phương
pháp hồi lưu đồng thời chấp nhận thời gian sấy kéo dài hơn. Thế nhưng khi thời gian
sấy kéo dài dẫn đến đến năng lượng tiêu hao ở quạt gió tăng lên. Từ đó ta rút ra được
nhận xét năng lượng tiêu hao trong suốt quá trình sấy bị ảnh hưởng rất nhiều bởi chỉ
số hồi lưu.
 Xét một quá trình sấy đối lưu với độ ẩm của sản phẩm ra là 10%

 Ảnh hưởng của tỉ lệ hồi lưu và tốc độ của khơng khí đến độ ẩm:


 Ta thấy tỉ lệ hồi lưu đạt mức cao nhất khi vận tốc dịng khí đi trong thùng sấy là
lớn nhất.
 Tỷ lệ hồi lưu đạt mức tối đa thì thời gian lưu phải tăng lên để có được sản phẩm
có độ ẩm ra mong muốn.
 Đối với cùng một tỉ lệ hồi lưu, tốc độ dịng khí càng lớn thì thời gian lưu giữ
càng nhỏ, điều này có nghĩa là máy sấy có thể hoạt động ở tốc độ quay cao hơn.
 Đối với cùng một tốc độ dịng khơng khí, nếu tỉ lệ hồi lưu tăng, sản phẩm lúc
ấy được giữ lại bên trong máy sấy lâu hơn, khi ấy máy sấy phải hoạt động ở tốc

độ quay thấp hơn và làm giảm hiệu suất làm việc.

 Ảnh hưởng tỉ lệ hồi lưu và tốc độ của khơng khí đến thời gian lưu:


 Vận tốc dịng khơng khí càng lớn thì thời gian lưu càng thấp
 Tỉ lệ hồi lưu tăng, thười gian sản phẩm được giữ trong máy sấy lâu hơn, nên
thời gian lưu tăng
 Ảnh hưởng của vận tốc không khí, tỉ lệ hồi lưu đến mức tiêu thụ năng lượng
riêng của máy sấy:

 Tốc độ dịng khí càng lớn thì tiêu hao năng lượng nhiều hơn.
 Tỉ lệ hồi lưu tăng, mức tiêu thụ năng lượng giảm.


CHƯƠNG 3 :QUY MƠ HỘ GIA ĐÌNH – SẤY TỦ CÓ
HỔI LƯU
3.1 Đặt vấn đề

 Đặc điểm Sấy tủ
 Tủ sấy có cấu tạo là chiều cao có kích thước lớn hơn nhiều lần so với chiều dài
và chiều rộng.
 Tủ sấy được dùng để sấy các vật liệu kém chịu nhiệt và khó khơ.
 Vật sấy thường ở dạng xếp rời xếp lớp như các loại hạt, củ, quả cắt lát, rau…
 Có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng các phương thức sấy khác nhau như: Sấy đối
lưu, sấy có bổ sung nhiệt, sấy tuần hồn một phần khí thải…
 Phù hợp với sấy theo mẻ.

 Ứng dụng Sấy tủ có hồi lưu
 Dùng cho sản xuất nhỏ hoặc trong thử nghiệm

 Thiết bị nhỏ gọn, có giá thành, chi phí bảo dưỡng tốt và có thể sử dụng linh
hoạt để sấy các loại vật liệu khác nhau.
→ Chọn bài tốn:
 Sấy tủ có hồi lưu với sản phẩm là dạng hạt (ngô), kém chịu nhiệt (sản phẩm sấy
ở 55◦C)
 Chọn thiết bị làm việc gián đoạn (vì quy mơ hộ gia đình với chi phí đầu tư
thấp)
 Điều khiển hồi lưu: bằng van tay

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy tủ
 Nhiệt độ sấy: nhiệt độ và tốc độ sấy cao nên sản phẩm khơ nhanh nhưng nhiệt
độ cao hơn nữa thì sản phẩm sấy có thể bị cháy.


 Tốc độ sấy: Nếu tốc độ tăng nhiệt quá nhanh làm cho tốc độ bốc hơi bề mặt vật
liệu lớn hơn tốc độ chuyển dịch chất ẩm từ các lớp bên trong ra, thì bề mặt sản
phẩm bị rắn lại và ngăn cản q trình thốt ẩm. Ngược lại nếu tốc độ tăng nhiệt
chậm thì cường độ thốt ẩm yếu.
 Độ ẩm của khơng khí: Độ ẩm của khơng khí càng thấp thì khả năng hút ẩm
càng cao. Ngược lại, nếu khơng khí đi ra khỏi thiết bị có độ ẩm thấp quá sẽ làm
tốn nhiều năng lượng. Điều chỉnh độ ẩm của khơng khí bằng cách điều chỉnh
nhiệt độ của khơng khí vào, tốc độ lưu thơng và lượng vật liệu ẩm chứa trong
thiết bị sấy.
 Ngoài 3 thông số cơ bản trên, độ dầy của lớp sản phẩm sấy cũng ảnh hưởng đến
quá trình sấy. Lớp sản phẩm càng mỏng thì quá trình sấy càng nhanh và đồng
đều. Nhưng nếu quá mỏng sẽ làm giảm năng suất của thiết bị sấy.
3.3 Phân tích bài tốn điều khiển
3.3.1 Sơ đồ chức năng, nguyên lý hoạt động

Sơ đồ chức năng sấy tủ

Ngun lý hoạt động
Khơng khí ngồi trời được quạt đưa qua calorifer và gia nhiệt, một bộ đo và
điều khiển nhiệt độ được đặt trước TBS, với mục đích điều khiển calorifer gia nhiệt
cho TNS đạt tới yêu cầu. TNS đi vào TBS và thực hiện quá trình trao đổi nhiệt, TNS


sau khi ra khỏi TBS được đo và hiển thị nhiệt độ. Dựa vào nhiệt độ của TNS người
vận hành có thể thực hiện q trình hồi lưu thủ cơng ( thông thường việc hồi lưu sẽ
được thực hiện ở cuối quá trình khi nhiệt độ của TNS sau khi ra khỏi tủ tăng cao, việc
thực hiện hồi lưu với mục đích giảm chi phí năng lượng)
3.3.2 Đối tượng và phương án điều khiển
 Nhiệt độ sẽ được điều khiển tự động, calorifer điện được cấu tạo bởi các thanh
nhiệt hoặc giây maiso ( số lượng của nó phụ thuộc vào cơng suất nhiệt, được
tính cụ thể trong từng bài toán). Giả sử cần 2 thanh nhiệt cho calorifer, ta sẽ
thực hiện điều khiển bằng cách, 1 thanh nhiệt sẽ được bật liên tục, 1 thanh được
đấu với bộ điều khiển để thực hiện chức năng bật tắt tăng giảm, điều chỉnh
nhiệt độ nằm trong phạm vi yêu cầu
 Tỉ lệ hồi lưu được điều khiển thủ công, người vận hành dựa vào nhiệt độ của
TNS sau khi ra khỏi TBS để điều chỉnh mức độ hồi lưu theo yêu cầu của từng
sản phẩm


3.1.1.

Mạch động lực


CHƯƠNG 4 :QUY MƠ BÁN CƠNG NGHIỆP- SẤY
THÙNG QUAY CĨ HỒI LƯU
4.1 Đặt bài toán

 Đặc điểm của máy sấy thùng quay
- Máy sấy thùng quay là kiểu máy sấy động, thùng sấy có dạng trụ trịn
- Được tạo chuyển động nhờ động cơ truyền động qua hệ thống đai – cặp bánh răng
hoặc bánh xích
- Hệ thống sấy thùng quay có hồi lưu, dùng để sấy các vật ẩm dạng hạt có kích
thước nhỏ.
- Trong hệ thống sấy thùng quay, vật liệu được đảo trộn mạnh, tiếp xúc vớ tác nhân
sấy. Do đó, trao đổi nhiệt mạnh, tốc độ sấy nhanh và độ đồng đều của sản phẩm
cao. Ngoài ra, thiết bị cũng làm việc với năng suất cao.
- Ứng dụng
- Sấy thùng quay có hồi lưu phù hợp cho các quy trình chế biến địi hỏi chất lượng
sản phẩm đạt các yêu cầu kĩ thuật cao.
- Có năng suất lớn, hệ thống máy nhỏ gọn và dễ ứng dụng tự động hóa trong cơng
nghiệp.
- Giá thành đầu tư lớn, chi phí năng lượng riêng thường cao hơn, nên việc sử dụng
hồi lưu để tiết kiệm năng lượng thường được ứng dụng trong các quy mô công
nghiệp nhỏ.
→ Chọn bài tốn
- Sấy thùng quay có hồi lưu cho sản phẩm hạt ngơ (sản phẩm có độ ẩm đầu vào cao,
sấy ở nhiệt độ thấp và yêu cầu chất lượng sản phẩm ra cao)
- Chọn thiết bị làm việc gián đoạn, vì sau một thời gian sấy sản phẩm đạt đủ độ ẩm
yêu cầu thì bắt đầu dừng thiết bị và tháo lắp ra. Như vậy, có thể điều chỉnh được
lượng sản phẩm ra để đảm bảo chất lượng.
- Điều chỉnh hồi lưu: Dùng van (có cơng tắc hành trình)


4.2 Các yếu tố ảnh hưởng
Tốc độ quay của thùng sấy là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp tới khả
năng tách ẩm của vật, tốc độ tăng khi nào, giảm khi nào, sau khi tăng giảm có ảnh

hưởng gì tới sự thốt ẩm, lúc nào thì có thể kết hợp cả hồi lưu và điều chỉnh tốc độ
quay.
Ban đầu khi tốc độ của thùng quay tăng lên dẫn đến thời gian sấy vật liệu
nhanh hơn, thời gian lưu của vật liệu giảm, khả năng bốc hơi ẩm từ vật liệu giảm hay
ẩm chưa kịp lấy được nhiều thì vật liệu đã được dẫn ra ngồi dẫn đến độ ẩm của vật
liệu tăng dần. Sau một thời gian khi ổn định tốc độ thì độ ẩm của vật liệu ra không
tăng nữa mà được giữ ở mức ổn định.
 Tốc độ tăng khi:
 Thời gian lưu lâu hơn thời gian cần thiết, tốn năng lượng
 Nhiệt độ của tác nhân sấy tăng, dẫn

- Độ ẩm ra của vật liệu sấy: Tốc độ thùng sấy có ảnh hưởng ngay lập tức đến độ ẩm
đầu ra của sản phẩm, đó là một trong những lý do tại sao tốc độ máy sấy lại là một
thông số thường được sử dụng để điều khiển quá trình sấy trong máy sấy thùng
quay.
- Độ ẩm của vật liệu vào: giả sử các thông số khác của q trình khơng đổi, khi độ
ẩm của vật liệu vào tăng thì độ ẩm đầu ra của nó cũng cao hơn.
- Lưu lượng tác nhân sấy: độ ẩm của vật liệu sấy ra giảm khi lưu lượng tác nhân sấy
vào thùng sấy tăng và ngược lại.
- Nhiệt độ tác nhân sấy vào: nhiệt độ tác nhân sấy vào càng lớn thì thế sấy càng lớn,
khả năng lấy ẩm ra khỏi vật liệu cũng tốt hơn, khi đó độ ẩm của vật liệu sấy ra
cũng giảm xuống, nói cách khác vật liệu đầu ra sẽ khô hơn. Ngược lại nếu giảm


nhiệt độ khơng khí vào thì khả năng tách ẩm từ vật liệu sẽ khó hơn và độ ẩm ra của
vật liệu cao hơn.
- Lưu lượng vật liệu sấy vào: trong cùng một điều kiện sấy với các thông số đầu vào
không thay đổi, khi lưu lượng vật liệu sấy vào tăng kéo theo sự tiếp xúc của
khơngkhí với vật liệu giảm, lấy được ít ẩm, dẫn đến độ ẩm của vật liệu sấy ra tăng
lên.

 Giảm tốc độ ảnh hưởng đến sự thoát ẩm như thế nào:
Giảm tốc độ quay dẫn đến tăng thời gian lưu, từ đó dẫn đến tăng thời gian thoát
ẩm của vật liệu sấy. Vật liệu sấy ra sẽ có độ ẩm thấp hơn, nhưng sẽ tốn năng lượng vì
thời gian sấy tăng lên

 Lúc nào có thể kết hợp cả hồi lưu và điều chỉnh tốc độ quay
- Ban đầu khi độ ẩm của tác nhân sấy thốt là 95% thì ta khơng hồi lưu và giữ tốc độ
quay ổn định cho quá trình sấy.
- Khi độ ẩm của tác nhân sấy đầu ra chỉ đạt 60 - 65%, điều này xảy ra do vật liệu sấy
đã thốt hết ẩm tự do và cịn lại ẩm liên kết, q trình thốt ẩm diễn ra khó khăn
hơn, nhiệt độ tác nhân sấy đầu ra cao hơn và độ ẩm giảm đi. Khi đó, ta nên kết hợp
hồi lưu để tiết kiệm năng lượng, đồng thời giảm tốc độ thùng quay để tăng thời
gian lưu của vật liệu sấy.