Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------
91
Ch−¬ng5
ThiÕt bÞ sÊy th¨ng hoa
5.1. Kh¸i niÖm
SÊy th¨ng hoa lµ qu¸ tr×nh t¸ch Èm khái vËt liÖu sÊy trùc tiÕp tõ tr¹ng th¸i r¾n sang
tr¹ng th¸i h¬i nhê qu¸ tr×nh th¨ng hoa. §Ó t¹o ®iÒu kiÖn sÊy th¨ng hoa, vËt liÖu sÊy ph¶i ®−îc
lµm l¹nh d−íi ®iÓm ba thÓ(láng, khÝ, r¾n), nhiÖt ®é t = 0,0098
o
C vµ ¸p suÊt p = 4,6 mmHg.
Trªn (h×nh 5.1) ®−¬ng AS lµ ranh giíi gi÷a pha r¾n vµ pha khÝ, ®−êng SC ranh giíi gi÷a pha r¾n
vµ pha láng.
ë
¸p suÊt nhÊt ®Þnh nhiÖt ®é th¨ng hoa cña vËt liÖu kh«ng ®æi. Khi ¸p suÊt t¨ng th×
nhiÖt ®é th¨ng hoa t¨ng.
VÝ dô ®iÓm K, Èm trong vËt liÖu ®ãng b¨ng; nÕu ®−îc
h©m nãng
®¼ng ¸p tíi ®iÓm K’ t−¬ng øng nhiÖt ®é t
K’
th× n−íc ë thÓ r¾n sÏ thùc hiÖn th¨ng hoa theo qu¸ tr×nh
K’K”. §å thÞ cho thÊy; ¸p suÊt cµng thÊp th× nhiÖt ®é
th¨ng hoa cña n−íc cµng nhá:
B¶ng 5.1. Quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt
th¨ng hoa cña n−íc ®¸
¸
p suÊt(N/m
2
) NhiÖt ®é(
0
C)
4,60 613,333 0,0098
1,000 133,333 -175
0,100 13,333 -39,3
0,001 0,133 -57,6
H×nh5.1. ®å thÞ p.t cña n−íc
Qu¸ tr×nh sÊy th¨ng hoa cã 3 giai ®o¹n.
-
Giai ®o¹n 1: lµm l¹nh s¶n phÈm.
S¶n phÈm ®−îc lµm l¹nh tõ nhiÖt ®é m«i tr−êng xuèng -10
÷
-15
0
C. NhiÖt ®é vËt liÖu
biÕn ®æi ®−êng 3. Trong giai ®o¹n nµy, kh«ng gian trong b×nh th¨ng hoa cã ¸p suÊt nhá( ch©n
kh«ng), do ®ã phÇn ¸p suÊt h¬i n−íc còng gi¶m so víi phÇn ¸p suÊt h¬i n−íc trong lßng vËt
liÖu, lµm tho¸t Èm vµo kho¶ng kh«ng trong b×nh th¨ng hoa (Kho¶ng 10 – 15%), nhiÖt ®é vËt
liÖu sÊy gi¶m xuèng d−íi ®iÓm S.
- Giai ®o¹n 2:
g
iai ®o¹n th¨ng hoa.
È
m trong vËt liÖu r¾n sÏ th¨ng hoa thµnh
h¬i vµ tho¸t ra khái vËt liÖu. Giai ®o¹n th¨ng hoa cã thÓ xem tèc ®é sÊy kh«ng ®æi. NhiÖt ®é
vËt liÖu sÊy(®−êng 3) hÇu nh− kh«ng ®æi; cuèi giai ®o¹n nµy nhiÖt ®é vËt liÖu t¨ng tõ –(10
÷
15
0
C) lªn tíi 0
0
. T¹i ®©y qu¸ tr×nh th¨ng hoa kÕt thóc.
-Giai ®o¹n 3:
g
iai ®o¹n bèc h¬i Èm cßn l¹i.
ë
giai ®o¹n nµy nhiÖt ®é vËt liÖu t¨ng (trªn ®iÓm 3), do ®ã ®é Èm trong vËt liÖu trë vÒ
d¹ng láng. ¸P suÊt trong b×nh th¨ng hoa vÉn nhá h¬n ¸p suÊt khÝ trêi nhê b¬m ch©n kh«ng vµ
vËt liÖu vÉn tiÕp tôc gia nhiÖt nªn Èm vÉn bèc h¬i vµ ®i vµo b×nh th¨ng hoa. Nh− thÕ qu¸ tr×nh
bèc h¬i Èm cßn l¹i chÝnh lµ qu¸ tr×nh sÊy ch©n kh«ng trong b×nh th−êng.
Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------
92
SÊy th¨ng hoa, c¸c phÇn tö n−íc tho¸t ra kh«ng va ch¹m nhau, nªn b¶o toµn chÊt l−îng
sinh häc cña s¶n phÈm ch¸y.
H×nh 5.2. §å thÞ chÕ ®é lµm viÖc thiÕt bÞ sÊy th¨ng hoa khi sÊy thÞt.
1 - NhiÖt ®é tÊm gia nhiÖt; 2 - NhiÖt ®é m«i tr−êng gi÷a c¸c tÊm gia nhiÖt; 3 - NhiÖt ®é sn phÈm
4 - NhiÖt ®é m«i chÊt ra khái b×nh (
0
C) 5 - ®é Èm vËt liÖu 6 - ¸p suÊt trung b×nh th¨ng hoa
5.2. Nguyªn lý cÊu t¹o
CÊu t¹o chung cña thiÕt bÞ sÊy th¨ng hoa gåm: b×nh th¨ng hoa, b×nh ng−ng ®ãng b¨ng
b¬m ch©n kh«ng, m¸y nÐn, m¸y l¹nh...
- B×nh th¨ng hoa: cÊu t¹o d¹ng trô, ®¸y vµ n¾p d¹ng chám cÇu. N¾p cã gio¨ng kÝn v×
b×nh lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn ch©n kh«ng (1 - 0,1mmHg). VËt liÖu ®Æt vµo c¸c khay trung
b×nh. NhiÖt cÊp cho qu¸ tr×nh th¨ng hoa thùc hiªn b»ng bøc x¹ tõ c¸c hép kim lo¹i ®Æt xen kÏ
víi c¸c khay chøa vËt liÖu. Trong hép lµ n−íc nãng chuyÓn ®éng. Qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt gi÷a
thµnh hép chøa n−íc nãng víi vËt liÖu lµ bøc x¹ nhiÖt.
Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------
93
- B×nh ng−ng ®ãng b¨ng.
B×nh ng−ng ®ãng b¨ng lµ thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt d¹ng èng, c¸c èng cã ®−êng kÝnh 51/57
mm liªn kÕt víi nhau gi÷a phÇn trªn vµ phÇn d−íi. Hçn hîp h¬i n−íc vµ kh«ng khÝ nhê b¬m
ch©n kh«ng hót tõ b×nh th¨ng hoa qua bé phËn ph©n phèi ph¸i d−íi vµo c¸c èng. Am«ni¸c
cung cÊp tõ ph¸i trªn, chøa ®Çy kh«ng gian ngoµi gi÷a c¸c èng. T¹i ®©y hçn hîp h¬i n−íc -
kh«ng khÝ ®−îc lµm l¹nh vµ h¬i n−íc ng−ng tô b¸m vµo thµnh trong cña èng, cßn kh«ng khÝ
kh« qua b¬m ch©n kh«ng th¶i vµo kh«ng khÝ. Am«ni¾c láng nhËn nhiÖt cña hçn hîp h¬i n−íc -
kh«ng khÝ, bay h¬i qua b×nh t¸ch láng vÒ m¸y nÐn cña m¸y l¹nh.
Nguyªn t¾c lµm viÖc cña hÖ thèng nh− sau:
H×nh 5.3. S¬ ®å thiÕt bÞ sÊy th¨ng hoa.
1 - B×nh th¨ng hoa 2 - van 3 - Xyph«ng 4 - BÓ chøa n−íc nãng 5 - B×nh ng−ng ®ãng b¨ng
6 - B×nh t¸ch láng 7 - Giµn ng−ng am«ni¾c 9 - m¸y nÐn 10 - B¬m chµn kh«ng
11, 12, 13 - §éng c¬ ®iÖn 14 - B¬m n−íc 15 - PhÇn tö läc 16 - TÊm gia nhiÖt
17 - Ch©n kh«ng kÕ 18 - Van ®iÒu chØnh 19 - Khay chøa vËt liÖu
20 - TÊm gia nhiÖt d−íi 21 - Bé ®iÒu chØnh nhiÖt.
VËt liÖu ®−îc lµm l¹nh tíi (10
÷
15
0
C) ®−îc cho vµo b×nh th¨ng hoa (1). B×nh th¨ng
hoa nèi víi b¬m ch©n kh«ng (10) qua b×nh ng−ng - ®ãng b¨ng 5, vµ ®−îc lµm l¹nh b»ng m¸y
l¹nh am«ni¾c. M¸y l¹nh gåm m¸y nen 9, giµn ng−ng 7, b×nh t¸ch láng 6 vµ b×nh chøa am«ni¾c
8. Nhê b×nh ng−ng - ®ãng b¨ng, Èm tho¸t tõ vËt liÖu d−íi d¹ng b¨ng, m¸y hót ch©n kh«ng 10
lµm viÖc víi kh«ng khÝ kh«. Ngoµi ra b×nh th¨ng hoa nèi víi hÖ thèng cung cÊp n−íc nãng tõ
b×nh chøa 4 lµm nguån gia nhiÖt cho vËt liÖu.
Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------
94
H×nh 5.4. CÊu t¹o b×nh th¨ng hoa
H×nh 5.5. CÊu t¹o b×nh ng−ng ®ãng b¨ng
5.3. Lý thuyÕt tÝnh to¸n
ThiÕt bÞ chÝnh trong hÖ thèng sÊy th¨ng hoa lµ b×nh th¨ng hoa vµ b×nh ng−ng ®ãng
b¨ng. Qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt trong b×nh th¨ng hoa lµ bøc x¹ vµ trong b×nh ng−ng ®ãng b¨ng lµ
qu¸ tr×nh dÉn nhiÖt lµ chñ yÕu.
Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------
95
5.3.1. TÝnh to¸n nhiÖt b×nh th¨ng hoa.
Trong hÖ thèng sÊy th¨ng hoa, b×nh th¨ng hoa kh«ng cã tæn thÊt cho thiÕt bÞ vËn
chuyÓn Q
vc
= 0, tæn thÊt ra m«i tr−êng Q
mt
= 0. Vµ còng kh«ng cã tæn thÊt do t¸c nh©n sÊy
mang ®i Q
z
= 0.
NhiÖt tiªu hao trong sÊy th¨ng hoa gåm: NhiÖt lµm l¹nh vËt liÖu Q
ll
, nhiÖt cÇn trong qu¸
tr×nh th¨ng hoa Q
th
, nhiÖt cÇn bay h¬i Èm cßn l¹i Q
cl
, nhiÖt vËt lý ®Ó ®−a vËt liÖu tõ nhiÖt ban
®Çu tíi nhiÖt ®é th¨ng hoa Q
’
(tÝnh cho mét chu kú sÊy), nhiÖt l−îng tiªu hoa trong qu¸ tr×nh
®«ng ®Æc Q
”
cuèi cïng ta cã.
(
)
(
)
' "
ll th cl
Q Q Q Q Q Q
= + + − +
(5.1)
V×
' "
ll
Q Q Q
nªn cuèi cïng ta cã
th cl
Q Q Q
= +
Thùc tÕ, vËt liÖu trong b×nh th¨ng hoa nhËn nhiÖt tõ c¸c tÊm ®−îc ®èt nãng nhê bøc x¹,
dÉn nhiÖt vµ ®èi l−u; nh−ng trong ®iÒu kiÖn ch©n kh«ng, l−îng nhiÖt chñ yÕu nhËn ®−îc qua
con ®−êng bøc x¹ (chiÕm 75 - 85%), sau ®ã lµ dÉn nhiÖt vµ nhá nhÊt lµ ®èi l−u (3
÷
5%). Do
®ã trong tÝnh to¸n lÊy truyÒn nhiÖt b»ng bøc x¹ lµm c¬ së; nhiÖt truyÒn dÉn lµ ®èi l−u, ta ®−a hÖ
sè thùc nghiÖm K = 1,2
÷
1,25. TruyÒn nhiÖt bøc x¹ gi÷a c¸c tÊm ®èt nãng vµ vËt liÖu nh− lµ
truyÒn nhiÖt gi÷a hai tÊm ph¼ng song song, ta cã thÓ tÝnh ®−îc l−îng nhiÖt vËt liÖu sÊy nhËn ®−îc.
4 4
1 2
0
100 100
qd
T T
Q K F C
ε
= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ −
(5.2)
ë
®©y:
F - DiÖn tÝch tÊm ®èt nãng vµ còng lµ diÖn tÝch bÒ mÆt vËt liªu (m
2
).
C
0
- H»ng sè vËt ®en tuyÖt ®èi
ε
qd
- §é ®en qui dÉn
1 2
1
1 1
1
qd
ε
ε ε
=
+ −
(5.3)
ε
1
,
ε
2
- ®é ®en cña nguån bøc x¹ vµ cña vËt liÖu
T
1
- NhiÖt ®é tÊm ®èt nãng (
0
K)
T
2
- NhiÖt ®é th¨ng hoa cña vËt liÖu T
2
= T
th
(
0
K)
Tr−êng hîp vÞ trÝ gi÷a vËt vµ tÊm nãng kh«ng coi lµ hai tÊm ph¼ng song song th× ta cã.
4 4
1 2
0
100 100
qd
T T
Q K H F C
ε
= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ −
(5.4)
ë
®©y: H - Lµ hÖ sè tÝnh quan hÖ t−¬ng hç gi÷a c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt.
1
1 2 2
1
1 1
1
qd
F
F
ε
ε ε
=
+ ⋅ −
(5.5)
ë
®©y: F
1
, F
2
– DiÖn tÝch tÊm gia nhiÖt vµ vËt liÖu tiÕp nhËn bøc x¹.