Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------
77
Ch−¬ng 3
ThiÕt bÞ sÊy tiÕp xóc
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.
È
m ®−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.
Trong c«ng nghiÖp giÊy vµ dÖt may sö dông phæ biÕn ph−¬ng ph¸p nµy. Trong c«ng
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 -------- -----------------------------------------
78
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%)
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
Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------
79
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/m
2
h.
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.
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= 130
0
C. (H×nh 3.5) cho ta ®−êng cong nhiÖt ®é vµ ®−êng cong tèc ®é sÊy ë t= 117
0
C.
H×nh 3.4. §−êng cong nhiÖt ®é vµ H×nh3.5. §−êng cong tèc ®é
®−êng cong sÊy trªn mÆt nãng sÊy vµ ®−êng cong nhiÖt ®é
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
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(>100
0
C).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 100
0
C 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.
Hµm l−îng Èm Kg/Kg
NhiÖt ®é vËt liÖu
2
% /
dW
s
d
τ
Thêi gian sÊy
Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------
80
(H×nh 3.6) cho tr−êng nhiÖt ®é vµ Èm ®é trong vËt liÖu ë
t= 116
0
C. §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
= b
τ
. 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(b
2
≈
7
÷
10 lÇn b
1
).
HÖ sè b
1
, b
2
®Æc tr−ng cho tèc ®é ®é s©u vïng bèc h¬i.
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
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«
NhiÖt ®é ë ®é s©u vïng bèc h¬i t
bh
thay ®æi theo thêi gian
t
bh
= t
tx
exp(-k
τ
)
t
rong ®ã t
tx
– nhiÖt ®é vËt liÖu trong mÆt tiÕp xóc víi mÆt ®èt nãng
K – th«ng sè thùc nghiÖm phô thuéc vµo lo¹i vËt liÖu, t, g (khèi l−îng riªng cña vËt liÖu)
Sù chuyÓn h¬i qua khi sÊy tiÕp xóc, gÇn ®óng thø nhÊt cã thÓ viÕt
BÒ mÆt tiÕp xóc nãng, u kg/kg
Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------
81
q K P
p
m
h
= − ⋅∇
uuuur
®
ë
®©y
q
m
uuuur
®
- mËt ®é dïng ph©n tö cña h¬i (kg/m
2
s)
∇
P
h
– Gradien ¸p suÊt h¬i n−íc bªn trong vËt liÖu (Pa/m hoÆc mmHg/m)
K
p
– 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)
¸
p suÊt h¬i b7o hoµ P
h
chÊt láng trong èng mao lµ hµm cña nhiÖt ®é vµ b¸n kÝnh èng
mao r
∇
P
h
=
r
r
P
t
t
p
t
h
u
h
∇
∂
∂
+∇
∂
∂
(3.1)
Gradien hµm l−îng Èm cã d¹ng
( )
l
s
k
u r f r
n n
ρ
ρ
∂ ∂
= ⋅ ⋅
∂ ∂
(3.2)
Trong ®ã :
f
s
(r) – Hµm ph©n bè èng mao theo tiÕt diÖn vËt liÖu
ρ
l
,
ρ
k
– mËt ®é chÊt láng vµ chÊt kh«
Thay vµo c«ng thøc (3.1) gi¸ trÞ cña
∇
r ta cã
( )
h h k
h
l s
p p
P t u
t t f r
ρ
ρ
∂ ∂
∇ = ∇ + ⋅ ∇
∂ ∂ ⋅
(3.3)
Khi t > 100
0
, thµnh phÇn thø nhÊt cña ph−¬ng tr×nh ®ãng vai trß chÝnh do ®ã cã thÓ bá qua sù
phô thuéc vuatn p
h
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
t
t
p
kq
h
md
∇
∂
∂
⋅=
ρ
(3.4)
Khi t <65
÷
85
0
C mËt ®é dßng khuÕch t¸n Èmm biÓu diÔn qua ph−¬ng tr×nh dÉn Èm kh«ng
®¼ng nhiÖt
=
m
q
ρ
- a
m
ρ
k
(
δ∇
t +
∇
u) (3.5)
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.
®
Ó ®Æc tr−ng c¬ cÊu t¹o thµnh vµ di chuyÓn h¬i bªn trong vËt liÖu trong qu¸ tr×nh sÊy
tiÕp xóc, B.B Krasnhicop ®7 dïng m« h×nh ho¸ chuÈn biÕn ®æi pha
m
m
q
q
ε
=
®
(3.6)
t
rong ®ã: