Giáo trình kỹ thuật sấy nông sản

Ch−¬ng 3 ThiÕt bÞ sÊy tiÕp xóc

Trong c«ng nghiÖp giÊy vµ dÖt may sö dông phæ biÕn ph−¬ng ph¸p nµy. Trong c«ng

3.1 Kh¸i niÖm HÖ thèng sÊy tiÕp xóc lµ mét hÖ thèng chuyªn dïng. VËt liÖu nhËn trùc tiÕp b»ng dÉn nhiÖt hoÆc tõ mét bÒ mÆt nãng hoÆc tõ m«i tr−êng chÊt nãng. Ng−êi ta chia hÖ thèng sÊy tiÕp xóc thµnh hai lo¹i: lo¹i tiÕp xóc trong chÊt láng vµ lo¹i tiÕp xóc bÒ mÆt. 3.2 Nguyªn t¾c lµm viÖc vµ cÊu t¹o Nguyªn t¾c c¬ b¶n cña thiÕt bÞ sÊy tiÕp xóc lµ qu¸ tr×nh gia nhiÖt vËt liÖu sÊy tiÕp xóc trùc tiÕp gi÷a vËt liÖu sÊy víi bÒ mÆt gia nhiÖt. ë lo¹i thiÕt bÞ nµy bÒ mÆt gia nhiÖt lµ chÊt r¾n( v¸ch ph¼ng, v¸ch trô...). ChÊt t¶i nhiÖt (h¬i nãng hoÆc khãi lß) chuyÓn ®éng ë kia cña v¸ch. PhÝa kia cña v¸ch tiÕp xóc trùc tiÕp víi vËt liÖu sÊy. SÊy tiÕp xóc cã thÓ ë ¸p suÊt m«i tr−êng, Èm bèc ra hoµ vµo kh«ng khÝ m«i tr−êng, cã thÓ ph¶i bè trÝ hÖ thèng th«ng giã. Lo¹i sÊy ë ¸p suÊt thÊp (ch©n kh«ng), buång sÊy cÇn kÝn ng¨n kh«ng cho kh«ng khÝ m«i tr−êng lät vµo. Èm ®−îc hót ra vµ th¶i vµo m«i tr−êng. Tr−êng hîp sÊy trong chÊt láng nãng(dÇu, chÊt láng v« c¬, h÷u c¬) chÊt láng cÊp nhiÖt. Èm tho¸t ra tõ vËt sÊy xuyªn qua chÊt láng ra ngoµi. ChÊt láng cÇn cã nhiÖt ®é s«i lín h¬n n−íc ë ¸p suÊt khÝ quyÓn. nghiÖp thùc phÈm: c«ng nghiÖp ®å hép, sÊy rau qu¶, d−îc phÈm.

H×nh 3.1. HÖ thèng sÊy kiÓu trèng( trôc c©n) 1- Thïng sÊy 2- C¬ cÊu cÊp liÖu 3- Vá thiÕt bÞ 4-Bé phËn khuÊy 5- Bé phËn g¹t 6- VÕt t¶i 7- §éng c¬ ®iÖn 8- Bé ®iÒu t«c 9-Hép gi¶m tèc

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 77

H×nh 3.2. HÖ thèng sÊy kiÓu l« quay 1- L« sÊy 2- B¸nh xe ®Þnh h−íng 3- èng dÉn h¬i n−íc4- Van th¶i n−íc ng−ng 5- B¸nh r¨ng trô 6- B¸nh r¨ng c«n 7- B¨ng t¶i vµo m¸y sÊy

H×nh3.3. Nguyªn lý lµm viÖc cña l« sÊy giÊy 1-Ch¨n Èm 2- Ch¨n kh« 3- B¨ng giÊy 4- Kh«ng khÝ nãng 5- M«i tr−êng gia nhiÖt ch¨n

A – PhÇn gia nhiÖt ch¨n ; B- PhÇn bay h¬i vµo kh«ng khÝ (20%); C- PhÇn tr¨m hÊp phô Èm(80%)

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 78

HÖ thèng sÊy kiÓu trèng dïng sÊy c¸c lo¹i bét nh7o. VËt liÖu b¸m vµo bÒ mÆt trô ®−îc h©m nãng.VËt liÖu nhËn nhiÖt b»ng dÉn nhiÖt qua líp vËt liÖu dµy1,2mm vµ th¶i Èm trùc tiÕp

% /

dW dτ

g K / g K m È g n î − l

m µ H

Thêi gian sÊy

H×nh 3.4. §−êng cong nhiÖt ®é vµ H×nh3.5. §−êng cong tèc ®é

vµo kh«ng gian m¸y. VËt liÖu ®7 kh« ®−îc th¸o ra b»ng hÖ thèng dao g¹t khái bÒ mÆt trèng. C−êng ®é bay h¬i Èm A = (30 – 70)kg/m2h. Lo¹i ru l¬ sÊy t¶i, giÊy ...vv, vËt liÖu b¸m vµo c¸c l« sÊy vµ cïng chuyÓn ®éng víi nã. VËt liÖu nhËn nhiÖt tõ lß sÊy ®−îc ®èt nãng vµ th¶i Èm vµo m«i tr−êng.

I - NhiÖt ®é 0,8mm so víi mÆt nãng; II – ë kho¶ng c¸ch 0,2mm III - ë kho¶ng c¸ch 0,35mm; IV - ë kho¶ng c¸ch 0,43mm

S¶n phÈm ®−îc cuèn vµo tõng cuén. C¸c l« sÊy quay 40-50 vßng/ phót. Khi sÊy giÊy, ®Ó giÊy kh«ng bÞ ®øt, r¸ch ta dïng b¨ng kiÓu ch¨n len ¸p s¸t vµo b¨ng giÊy vµ cïng chuyÓn ®éng. 3.3 Lý thuyÕt tÝnh to¸n 3.3.1.Trao ®æi nhiÖt khèi khi sÊy tiÕp xóc(dÉn nhiÖt) víi bÒ mÆt nãng. (H×nh 3.4) tr×nh bµy ®−êng cong nhiÖt ®é vµ ®−êng cong sÊy xenlul« trªn bÒ mÆt nãng víi nhiÖt ®é t= 1300C. (H×nh 3.5) cho ta ®−êng cong nhiÖt ®é vµ ®−êng cong tèc ®é sÊy ë t= 1170C. u Ö i l t Ë v é ® t Ö i h N ®−êng cong sÊy trªn mÆt nãng sÊy vµ ®−êng cong nhiÖt ®é

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 79

Trªn ®å thÞ cho thÊy sau pha h©m nãng( kho¶ng 0,07 – 0,1 so víi thêi gian c¶ qu¸ tr×nh). NhiÖt ®é vËt liÖu t¨ng nhanh, sau kho¶ng thêi gian n¸o ®ã trë nªn kh«ng ®æi, vµ sau ®ã b¾t ®Çu gi¶m vµ ë thêi kú thø hai l¹i n©ng lªn mét lÇn n÷a. ViÖc gi¶m nhiÖt ®é lµ do søc c¶n nhiÖt t¨ng do sù tiÕp xóc cña líp d−íi vËt liÖu vµ bÒ mÆt nãng bÞ ph¸ ho¹i, vµ nguyªn nh©n chÝnh lµ chi phÝ nhiÖt xóc tiÕn víi qu¸ tr×nh t¹o nªn h¬i Èm. TiÕp xóc víi mÆt truyÒn nhiÖt gi¶m, lµm gi¶m nhiÖt ®é vËt liÖu. Khi l−îng Èm ban ®Çu cña vËt liÖu cao vµ nhiÖt ®é bÒ mÆt tiÕp xóc cao(>1000C).Trong giai ®o¹n thø nhÊt, cã thÓ trong thêi gian ng¾n, nhiÖt ®é vËt liÖu trùc tiÕp tiÕp xóc víi mÆt nãng cã thÓ ®¹t nhiÖt ®é 1000C vµ xÈy ra sù bèc h¬i cña láng. §−êng cong nhiÖt ®é x¸c nhËn viÖc g©y ra gra®ien nhiÖt ®é bªn trong vËt liÖu h−íng vÒ bÒ mÆt nãng.

g k

/ g k u

ë h t Æ M

, g n ã n c ó x p Õ i t t Æ m Ò B

(H×nh 3.6) cho tr−êng nhiÖt ®é vµ Èm ®é trong vËt liÖu ë t= 1160C. §å thÞ cho thÊy sù ph©n bè nhiÖt ®é ë líp cã nhiÖt ®é cao h¬n tiÕp xóc víi mÆt nãng. NhiÖt ®é thÊp h¬n cña vËt liÖu ë mÆt tho¸ng. §Æc tÝnh cña tr−êng nhiÖt ®é vµ Èm ®é cho thÊy sù ng−ng tô n−íc bªn trong vËt liÖu kh«ng x¶y ra. Gradien Èm ®é vµ nhiÖt ®é lµ nguyªn nh©n chÝnh t¹o thµnh h¬i trong líp tiÕp xóc vµ trªn mÆt tho¸ng. C−êng ®é t¹o h¬i phô thuéc vµo nhiÖt ®é bÒ mÆt ®èt nãng t vµ chiÒu dµy líp vËt liÖu. Theo B.B Kratnhic«p, ®é s©u vïng bèc h¬i ë giai ®o¹n sÊy thø hai tu©n theo luËt tuyÕn tÝnh ξ = bτ. Tuy nhiªn tèc ®é ë ®é s©u trong vïng II, 7÷10 lÇn(®èi víi xenlul«) v−ît qu¸ tèc ®é ë ®é s©u ®Æc tr−ng ®Çu giai ®o¹n thø hai(b2 ≈7÷10 lÇn b1). HÖ sè b1, b2 ®Æc tr−ng cho tèc ®é ®é s©u vïng bèc h¬i.

H×nh3.7. §−êng cong gi¶i tÝch, ®Æc tr−ng ®é s©u vïng bèc h¬i ξ = f(τ) khi sÊy tiÕp xóc xenlul«

H×nh3.6. Tr−êng nhiÖt ®é(®−êng chÊm) vµ hµm l−îng Èm( ®−êng liÒn) khi sÊy tiÕp xóc vËt liÖu xèp mao qu¶n

tbh = ttx exp(-kτ)

K – th«ng sè thùc nghiÖm phô thuéc vµo lo¹i vËt liÖu, t, g (khèi l−îng riªng cña vËt liÖu)

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 80

NhiÖt ®é ë ®é s©u vïng bèc h¬i tbh thay ®æi theo thêi gian trong ®ã ttx – nhiÖt ®é vËt liÖu trong mÆt tiÕp xóc víi mÆt ®èt nãng Sù chuyÓn h¬i qua khi sÊy tiÕp xóc, gÇn ®óng thø nhÊt cã thÓ viÕt

K

= −

⋅∇

p

uuuur m ®

ë ®©y q

P h - mËt ®é dïng ph©n tö cña h¬i (kg/m2s)

uuuur m ®

¸p suÊt h¬i b7o hoµ Ph chÊt láng trong èng mao lµ hµm cña nhiÖt ®é vµ b¸n kÝnh èng

∇Ph – Gradien ¸p suÊt h¬i n−íc bªn trong vËt liÖu (Pa/m hoÆc mmHg/m)

Kp – HÖ sè dÞch chuyÓn ph©n tö h¬i (sù dÉn h¬i) trong vËt xèp èng mao (kg/msPa) hoÆc (kg/ms.mmHg) HÖ sè Kp kh«ng phô thuéc th«ng sè chÕ ®é lµ søc c¶n thuû lùc cña vËt liÖu. Gi¶m chiÒu dµy vËt liÖu, Kp t¨ng ®ét ngét(h×nh 3.7) mao r

∇Ph =

p ∂ h t ∂

P ∂ h r ∂

  

 +∇ t  u

 ∇  t

(3.1)

Gradien hµm l−îng Èm cã d¹ng

⋅

f r ( ) s

u ∂ n ∂

r ∂ n ∂

ρ l ρ k

(3.2)

fs(r) – Hµm ph©n bè èng mao theo tiÕt diÖn vËt liÖu

Trong ®ã : ρl, ρk – mËt ®é chÊt láng vµ chÊt kh« Thay vµo c«ng thøc (3.1) gi¸ trÞ cña ∇r ta cã

(3.3)

t ∇ +

⋅

u ∇

P ∇ = h

p ∂ h t ∂

ρ k f ⋅

  

  

  

  

ρ l

( ) r Khi t > 1000, thµnh phÇn thø nhÊt cña ph−¬ng tr×nh ®ãng vai trß chÝnh do ®ã cã thÓ bá qua sù phô thuéc vuatn ph vao r vµ u. Khi ®ã ®èi víi thêi kú sÊy thø nhÊt vËt liÖu máng, mËt ®é cña dßng ph©n tö sÏ lµ

k ⋅=

ρ q md

p ∂ h t ∂

  

 ∇ 

(3.4)

ρ =mq

®Ó ®Æc tr−ng c¬ cÊu t¹o thµnh vµ di chuyÓn h¬i bªn trong vËt liÖu trong qu¸ tr×nh sÊy

Khi t <65 ÷ 850C mËt ®é dßng khuÕch t¸n Èmm biÓu diÔn qua ph−¬ng tr×nh dÉn Èm kh«ng ®¼ng nhiÖt - amρk(δ∇t +∇u) (3.5)

ε =

® (3.6)

q m q

Nhê khuÕch t¸n nªn x¶y ra sù di chuyÓn Èm khái vïng bèc h¬i. Ngo¹i trõ líp tiÕp xóc h−íng gradien nhiÖt ®é trïng víi h−íng gradien Èm ®é bªn trong vËt liÖu, do ®ã c−êng ®é dÉn nhiÖt Èm sÏ t¨ng m¹nh trong suèt qu¸ tr×nh. tiÕp xóc, B.B Krasnhicop ®7 dïng m« h×nh ho¸ chuÈn biÕn ®æi pha

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 81

trong ®ã:

qm - dßng h¬i chung tho¸t khái vËt liÖu qm®- dßng h¬i t¹o thµnh trong líp tiÕp xóc hoÆc bªn trong vËt liÖu(thêi kú thø hai) trong thêi kú thø nhÊt ε = const sau ®ã b¾t ®Çu thêi kú thø hai, ε gi¶m ®ét ngét tíi gi¸

trÞ kh«ng ®æi trong vïng I cña thêi kú thø hai. Sau ®ã Wk2.ε b¾t ®Çu t¨ng mét chót. Thêi kú chuÈn ε ®−îc tÝnh nh− ®èi víi dßng nhiÖt t−¬ng øng

1 −=

q h q

qq − q

t ∂ x ∂ q ⋅

(3.7)

q – dßng nhiÖt chung, nhËn ®−îc tõ bÒ mÆt nãng

ε1

=−

t ∂ λ x ∂ mqc ⋅

®Æc tr−ng % dßng dÉn nhiÖt

Chó ý r»ng trong qu¸ tr×nh sÊy dÉn nhiÖt(tiÕp xóc), vai trß lµ di chuyÓn cña Èm láng ra khái líp, gÇn mÆt tiÕp xóc víi mÆt nãng ra mÆt tho¸ng cña vËt liÖu(7,5% dßng nhiÖt chung). HÖ sè dÉn nhiÖt t−¬ng ®−¬ng λt® cã tÝnh tíi di chuyÓn nhiÖt cña láng, sÏ t¨ng nhiÖt khi nhiÖt ®é trong b×nh cña vËt liÖu t¨ng.(xenlul« khi u = 0,6 ÷1,8kg/kg) λt® = 1,16(0,095 ÷ 0,288.10-2t)W/m0k B¶ng 3.1 ChØ tiªu sÊy tiÕp xóc s¶n phÈm ra trªn m¸y sÊy ch©n kh«ng 1 trôc

ChØ tiªu

S¶n phÈm sÊy Cµ chua nh7o(®é Èm W=72,5%) 5,33 92,5 10,8 0,1-0,2 50-60 175

Bé phËn chÝnh lµ bÓ chøa chÊt láng vµ bé phËn ®èt nãng nã. VËt liÖu sÊy nhóng ngËp

¸p suÊt trong buång sÊy(Kpa) §é Èm vËt liÖu% - ®Çu W1 - cuèi W2 ChiÒu dµy l¸t s¶n phÈm(mm) NhiÖt ®é s¶n phÈm cuèi cïng(0C) Thêi gian sÊy(S) 3.3.2. HÖ thèng sÊy tiÕp xóc trong chÊt láng nãng trong chÊt láng, nªn tÝnh to¸n nhiÖt lµ tÝnh tiªu hao cho mét chu kú sÊy. NhiÖt l−îng tiªu hao Q gåm: ®èt nãng Q1, sÊy Q2,giai ®o¹n lÊy vËt liÖu ra

Q = Q1+ Q2 + Q3

Q1 = Qvl + Qvc + Qmt +Qbx

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 82

NhiÖt giai ®o¹n ®èt nãng: • Nhiªn liÖu nãng vËt liÖu Qvl = Gvl.Cvl(tvl2 – tvl1)

Qvc = Gvc .Cvc(tvc2 – tvc1) • NhiÖt th¶i ra m«i tr−êng: trong giai ®o¹n ®èt nãng

Qmt = ∑KiFi∆ti i= 1...N NhiÖt th¶i ra m«i tr−êng trong giai ®o¹n ®èt nãng lµ tæn thÊt qua thµnh ®¸y vµ mÆt tho¸ng cña bÓ chøa. V× mÆt tho¸ng cã nhiÖt ®é cao, nªn cÇn tÝnh tíi trao ®æi nhiÖt bøc x¹. Fi(i = 1....N) lµ diÖn tÝch mÆt trao ®æi nhiÖt thø i, hÖ sè truyÒn nhiÖt Ki vµ ®é chªnh lÖch ∆ti. + NhiÖt giai ®o¹n sÊy

• NhiÖt bèc h¬i

Q2 = Qbh + Qqn + Q®n

Qbh = W.r , W = G1 – G2

W – l−îng Èm cÇn bèc h¬i trong giai ®o¹n sÊy(Kg) r - nhiÖt Èn ho¸ h¬i ë tvl2 • NhiÖt l−îng qu¸ nhiÖt

• NhiÖt ®èt nãng Èm

Qqn = Ch (tn2 – tbh) NhiÖt ®é t¸c nh©n sÊy lín h¬n nhiÖt ®é b7o hoµ tbh, h¬i n−íc bay h¬i khái vËt liÖu cßn cÇn ®èt nãng tõ tbh tíi nhiÖt ®é chÊt láng nãng tn2 . Ch – nhiÖt dung riªng h¬i qu¸ nhiÖt

Q®n = W’.Cn (tbh – tvl1)

Cn – nhiÖt dung riªng cña n−íc trong vËt liÖu

Q2 =W[r +Ch(tn2- tbh)] +W’.Cn(tbh – tvl1)

+ NhiÖt giai ®o¹n lÊy vËt liÖu ra Q3 τ - Thêi gian lÊy vËt liÖu ra vµ ®−a vËt liÖu c¸c vËt liÖu sÊy gi÷a mÎ vµo. NhiÖt l−îng

Q3 = Qmt . τ NhiÖt l−îng Q®n dïng ®èt nãng Èm W’ = G1. ω1 (ω1 - ®é Èm t−¬ng ®èi ë thêi ®iÓm t1) Tæng nhiÖt l−îng chi phÝ trong giai ®o¹n sÊy tÝnh lµ tæn thÊt ra m«i tr−êng trong thêi gian τ

- Khèi l−îng vËt liÖu sÊy G1 = 90kg/h, ®é Èm W1 = 75% vµ W2 = 10% - Rul« ®èt nãng b»ng h¬i b7o hoµ cã ¸p suÊt 1 atm. - ChiÒu dµy vËt liÖu sÊy trªn mÆt rul« δ1 = 1 mm, λ1 = 0,7 Kcal/m.h.k ,

1. Tr×nh bµy nguyªn t¾c lµm viÖc cña sÊy tiÕp xóc. 2. Gi¶i thÝch qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt khi sÊy tiÕp xóc víi bÒ mÆt nãng. 3. Tr×nh bµy ph−¬ng ph¸p sÊy tiÕp xóc trong chÊt láng nãng. 4. X¸c ®Þnh kÝch th−íc c¬ b¶n hÖ thèng sÊy tiÕp xóc dïng rul« víi c¸c sè liÖu cho Cv = 0,825 Kcal/kg0K.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 83

- Rul« b»ng gang dµy δ2 = 10 mm, λ2 = 40 Kcal/m.h.0K. - Trªn bÒ mÆt vËt liÖu sÊy ta thæi kh«ng khÝ tèc ®é v = 1,5 m/s vµ t2 = 400C, ϕ = 40%.