CHƯƠNG 5: KỸ THUẬT SẤY THỰC PHẨM

Các thông số cơ bản của không khí ẩm5.2

Tĩnh học quá trình sấy5.3

Khái niệm chung5.1

Động học quá trình sấy5.4

Thiết bị sấy 5.5

5.1 Khái niệm chung

Sấy: là quá trình tách nước (ẩm) ra khỏi vật

liệu bằng nhiệt.

- Bức xạ

- Dẫn nhiệt

- Đối lưu nhiệt

- Năng lượng điện trường cao tần

Mục đích: giảm khối lượng của vật liệu,

tăng độ bền và tăng thời gian bảo quản

Quá trình sấy diễn ra gồm quá trình trao đổi

nhiệt và quá trình trao đổi chất.

Bản chất quá trình sấy là quá trình khuếch

tán

Sấy tự nhiên

Sấy nhân tạo

Các phương pháp làm khô vật liệu:

- Phương pháp cơ học

- Phương pháp hoá học (hoá lý)

- Phương pháp nhiệt

Các đối tượng khảo sát trong quá trình sấy

Tác nhân sấy (không khí ẩm)

Vật liệu sấy (nguyên liệu, sản phẩm)

Quá trình sấy:

Tĩnh lực học: xác định thông số đầu vào, ra

của tác nhân sấy, vật liệu sấy dựa trên PT cân

bằng vật chất-năng lượng, từ đó xác định

được lượng vật liệu, tác nhân sấy và lượng

nhiệt cho quá trình sấy.

Động lực học: khảo sát biến thiên độ ẩm vật

liệu theo thời gian, tính chất, cấu trúc vật liệu,

điều kiện thủy động lực học tác nhân sấy… từ

đó xác định tốc độ sây, thời gian sấy thích hợp

5.2 Các thông số cơ bản của không khí ẩm

Không khí ẩm: hỗn hợp của hơi nước và

không khí

- Nhiệt độ bầu khô (tk)

- Nhiệt độ bầu ướt (tư)

- Nhiệt độ điểm sương (ts)

- Độ chứa hơi (d hoặc y, kgẩm/kgkkk)

- Độ ẩm tương đối của không khí φ=pA/PA

0≤φ ≤ 100% hoặc 0≤φ ≤ 1

5.2 Các thông số cơ bản của không khí ẩm

Hàm nhiệt (enthalpy): H (kcal/kgkkk,

kj/kgkkk)

P: áp suất riêng phần hơi nước trong

không khí ẩm (at, mmHg)

Đồ thị không khí ẩm (Mollier, Ramzin)

Ví dụ 1:

1. Xác định elthalpy và hàm ẩm, P, tư, ts không khí ở 60oC và

φ =0,3.

2. Tìm hàm ẩm, φ, P, tư, ts biết không khí ở 50oC và H

=150kj/kgkkk.

5.3. Tĩnh học quá trình sấy

Nguyên lý hoạt động:

5.3.1 Cân bằng vật chất

Đặt:

x: độ ẩm vật liệu trên căn bản vật liệu ướt [kgẩm/ kgvlư]

X: độ ẩm vật liệu trên căn bản vật liệu khô [kgẩm/ kgvlk]

LK: lượng vật liệu khô tuyệt đối, kg hay kg/s

L1, L2: lượng vật liệu trước và sau khi sấy, kg, kg/s

x1, x2: độ ẩm vật liệu trước và sau khi sấy (theo VL ướt)

x =𝐿1−𝐿𝐾

𝐿1.100 (%ẩm/kgvlư ; X =

𝐿1−𝐿𝐾

𝐿𝐾.100 (kgẩm/kgvlk

LK=L1(1-x1) = L2(1-x2) (5.3)

L1 = L2(1-x2)/(1-x1) hoặc L2 = L1(1-x1)/(1-x2) (5.4)

Lượng ẩm tách ra: W = L1 - L2 (5.6)

5.3.1 Cân bằng vật chất

Lượngkhôngkhíkhôcầnthiết:

G = 𝑊

𝑑2−𝑑1[kg, kg/s]

Lượngkhôngkhíkhôriêng(lượng KK cầnđểbốchơi1kg ẩm:

g = 𝐺

𝑊=

1

𝑑2−𝑑1=

1

𝑑2−𝑑0[kgkkk/kgẩm]

d0=d1 : độ ẩm tác nhân trước và sau khi đun nóng (do đun

nóng không tách ẩm cũng như không ngưng tụ.

d2 : độ ẩm tác nhân ra (mang ẩm từ vật liệu ra ngoài)

G:Lượng không khí khô tuyệt đối quá TB sấy:

Gd2 = Gd1 + W

5.3.2 Cân bằng năng lượng

Định luật bảo toàn năng lượng:

∑năng lượng vào = ∑ năng lượng ra

5.3.2 Cân bằng năng lượng

5.3.2 Cân bằng năng lượng

Q: tổng nhiệt cung cấp cho thiết bị sấy

Nhiệt lượng cung cấp riêng (lượng nhiệt cần để tách 1kg

ẩm cho máy sấy), ta chia (5.12) cho W:

5.3.2 Cân bằng năng lượng

Lượng nhiệt tiêu tốn chung:

Ta có:

Nhiệt tiêu hao riêng cho calorife:

∆: lượng nhiệt bổ sung thực tế = nhiệt bổ sung chung –

nhiệt tổn thất chung

Sấy lý thuyết và sấy thực tế:

Sấy lý thuyết:

Khi ∆ = 0 hay là = nên ta có:

Cân bằng nhiệt cho bộ phận đốt nóng (calorife): không khí

tăng nhiệt độ t0->t1, H0->H1, lưu lượng không khí là g:

qs=g(H1-H0)

So sánh (5.17) và (5.18) ta được:

H2=H1

Sấy lý thuyết và sấy thực tế:

B

C

Đồ thị biểu diễn sấy lý thuyết

AB: giai đoạn đốt nóng KK

BC: sấy lý thuyết

Sấy lý thuyết và sấy thực tế:

Sấy lý thuyết: khi ∆ ≠ 0 nên H2 ≠ H1

Sấy lý thuyết và sấy thực tế:

Sấy lý thuyết: khi ∆ ≠ 0 nên H2 ≠ H1

ABC2: sấy thực tế

ABC1: sấy thực tế

Ví dụ 2:

1. Xác định các thông số còn lại của không khí ở trạng thái

A(24oC, φ =0,7) được đốt nóng trong calorife lên B(90oC).

A(24oC, φ =0,7, d=0,13kg/kgkkk, H=54kgj/kgkkk)

B(90oC, H=126kj/kgkkk

2. Xác định các thông số tại các điểm A, B, C, suất lượng

dòng không khí khô và công suất nhiệt một thiết bị sấy lý

thuyết bốc hơi 100kgẩm/h từ vật liệu sấy nếu không khí ban

đầu A (t0=15oC, φo=0,8) được đốt nóng lên trạng thái B trong

calorife và được đưa vào buồng sấy. Trạng thái cuối không

khí ra khỏi buồng sấy là C(t2=44oC, φo= 0,5)

Ví dụ 2:

Hướng dẫn:

A(t0=15oC, φo =0,8, d0=0,009kg/kgkkk, H0=40kj/kgkkk)

B(t1=oC, H1=H2=121kj/kgkkk, d1=do

C(t2=44oC, φ2 =0,5, d2=0,03kg/kgkkk, H0=121kj/kgkkk)

g=1

𝑑2−𝑑0=

1

0,03−0,009= 47,6 𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘/𝑘𝑔ẩ𝑚bốchơi

Nhiệtlượngtiêutốnriêng:

qs=𝐻2−𝐻0

𝑑2−𝑑0=

121−40

0,03−0,009= 3880 𝑘𝑔𝑗/𝑘𝑔ẩ𝑚

Suấtlượngdòngkhôngkhíkhô:

G= 𝑊.𝑔 = 47,6.100 = 4760 𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘/h

Côngsuấtnhiệt:

Q= 𝑊. 𝑞𝑠 = 100.3880 = 388000𝑘𝑗

ℎ= 108𝑘𝑊

5.3.3 Các phương thức sấy

5.3.3.1. Sấy có bổ sung nhiệt trong phòng sấy

Lượng nhiệt cần thiết cho toàn bộ quá trình sấy được cung

cấp ở bộ phận đốt nóng và nhiệt bổ sung ngay trong phòng

sấy. Ta bỏ qua lượng nhiệt (Σq - ctvlđ) thì toàn bộ lượng nhiệt

cung cấp cho quá trình sấy (q=qs+qb) là một đại lượng không

đổi. Ta có những trường hợp sau:

- Đường AB1C biểu diễn quá trình sấy không có bổ sung

nhiệt → q = qs (vì qb = 0)

- Đường AB2C biểu diễn quá trình sấy có bổ sung nhiệt.

Lượng nhiệt ở bộ phận đốt nóng làm cho enthalpy của không

khí tăng từ H0 → HB2, lượng nhiệt bổ sung trong phòng sấy

làm cho enthalpy của dòng khí tăng từ HB2 →H.

5.3.3 Các phương thức sấy

- Đường AB3C biểu diễn quá trình sấy có bổ sung nhiệt,

trong đó nhiệt độ không khí được giữ không đổi trong suốt

quá trình sấy và bằng tc- Đường AC biểu diễn quá trình sấy không có bộ phận đốt

nóng, toàn bộ lượng nhiệt cần thiết q được cung cấp ngay

trong phòng sấy, nhiệt độ không khí thấp nhất.

Ứng dụng: thích hợp sấy những vật liệu không chịu được

nhiệt độ cao.

5.3.3 Các phương thức sấy

5.3.3 Các phương thức sấy

5.3.3.2. Sấy có đốt nóng giữa chừng

5.3.3 Các phương thức sấy

Đặc điểm: nhiệt độ phòng sấy không giảm nhanh, chế

độ sấy điều hòa hơn, thích hợp sấy những vật liệu

không chịu được nhiệt độ cao.

5.3.3 Các phương thức sấy

5.3.3.3. Sấy có tuần hoàn khí thải

5.3.3 Các phương thức sấy

Không khí ra khỏi phòng sấy có trạng thái biểu diễn bởi

điểm C(H2, t2, d2, φ2), thải đi một phần, còn một phần quay

trở lại trộn lẫn với không khí ban đầu biểu diễn bởi điểm

A(H0, t0, d0, φ0) tạo thành hỗn hợp mới tại M(HM, tM, dM, φM).

Hỗn hợp tại M được gia nhiệt lên điểm B1 rồi đi vào phòng

sấy

AMB1C biểu diễn quá trình sấy có tuần hoàn khí thải với

nhiệt độ tối đa của không khí là tB1 thấp hơn nhiệt độ của

không khí khi sấy đốt nóng một lần ban đầu

Ưu điểm: nhiệt độ của tác nhân sấy thấp hơn nhiều so với

không tuần hoàn, độ ẩm trung bình của tác nhân lớn hơn so

với không tuần hoàn, thích hợp sấy những vật liệu dễ bị biến

dạng trong quá trình sấy ở nhiệt độ cao, hàm ẩm thấp (như

đồ gốm, sành, sứ,…)

5.3.3 Các phương thức sấy

Hòa trộn 1 kg không khí khô ban đầu trộn lẫn với n kg không

khí tuần hoàn:

A

M

CH0

HM

H2

d0 dMd2

dM=𝑑0+𝑛𝑑21+𝑛

ℎ𝑎𝑦 𝑛 =𝑑𝑚−𝑑0𝑑2−𝑑𝑀

HM =𝐻0+𝑛𝐻2

1+𝑛

Lượng khôngkhíđivàomáysấy:

Gn=𝑊

𝑑2−𝑑𝑀hay Gn=G(1+n)

Trongđó: G=W/(d2-d0)

Nhiệt tiêu tốn ở calorife: Qs = Ln (H1-HM)

5.3.3 Các phương thức sấy

5.3.3.4. Sấy bằng khói lò

- Sấy khói lò thường được sử dụng khi vật liệu sấy

cho phép sấy ở nhiệt độ cao và không yêu cầu phải

giữ vệ sinh.

- Khói lò sử dụng làm tác nhân sấy thường chứa 1

lượng tro bụi nhất định nên phải được làm sạch trước

khi vào phòng sấy.

- Nhiệt độ của khói lò thường rất cao, vượt quá nhiệt

độ cho phép của vật liệu sấy nên phải trộn lẫn khói lò

với không khí lạnh để điều chỉnh nhiệt độ khói lò.

- Sấy bằng khói lò có ưu điểm tiết kiệm nhiên liệu,

giảm chi phí thiết bị do không dung thiết bị đun nóng

gián tiếp ở calorife như khi sấy bằng không khí nóng.

5.4 Động học quá trình sấy

5.4.1 Các giai đoạn của quá trình sấy

- Tốc độsấy:

làlượngẩmthoátratrênmộtđơnvịdiệntíchbềmặtvậtliệ

usấytrongmộtđơnvịthờigian, kýhiệuN:

N=𝒅𝑾

𝑺𝒅𝒕, kgẩm/m2.h

- Nước trong vật liệu: tồn tại 2 dạng, dạng ẩm tự do

và ẩm liên kết. Quá trình sấy chỉ tác được ẩm tự do

và một phần ẩm liên kết.

N

WW0Wđ

T-T

A

B

Đ-T

Nđt

G-TC

D

WthWcuốiWc

- AB: gia nhiệt vật liệu lên tư

- BC: sấy đẳng tốc, nhiệt độ vật liệu ổn định

- CD: sấy giảm tốc, nhiệt độ vật liệu tăng dần lên tk

N

W

W0Wđ

T-T

A

B

Đ-T

Nđt

G-T

C

D

WthWcuốiWc

W

t

W0

Wc

a. Đường cong sấy b. Đường cong tốc độ sấy

5.4.2 Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy

5.5 Thiết bị sấy

Các nhóm trình bày những vấn đề sau:

1. Cấu tạo

2. Nguyên lý hoạt động

3. Ưu nhược điểm

3. Ứng dụng trong CNTP, cho ví dụ cụ thể

5.5 Thiết bị sấy

5.5.1 Hầm sấy

5.5 Thiết bị sấy

5.5 Thiết bị sấy

5.5.2 Sấy băng tải

5.5 Thiết bị sấy

5.5 Thiết bị sấy

5.5 Thiết bị sấy

5.5.3 Sấy khí thổi

5.5 Thiết bị sấy

5.5.4 Sấy tầng sôi

5.5 Thiết bị sấy

5.5 Thiết bị sấy

5.5.6 Sấy thùng quay

5.5 Thiết bị sấy

5.5 Thiết bị sấy

5.5 Thiết bị sấy

Cánh đảo máy sấy thùng quay

5.5 Thiết bị sấy

5.5.6 Sấy phun

5.5 Thiết bị sấy

5.5 Thiết bị sấy

5.5 Thiết bị sấy