Tiểu luận Kỹ thuật sấy đề tài "Sấy hồng ngoại và sấy cao tầng" | Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoARcPSD| 36443508
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC
SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ----- -----
MÔN HỌC : KỸ THUẬT SẤY ĐỀ TÀI
SẤY HỒNG NGOẠI VÀ SẤY CAO TẦNG
GVHD: PGS.TS SVTH: Bui Trng Sn 17147043 \ lOMoARcPSD| 36443508 MỤC LỤC
PHẦN I: SẤY HỒNG NGOẠI
1. Sấy hồng ngoại........................................................................
2. Trống quay...........................................................................................
3. Hồng ngoại + chân không.................................................................
4. Trong Ngành công nghiệp giấy.......................................................
5. Ưu điểm, Nhược điểm.................................................................
6. Thiết bị.......................................................................................
7. Ứng Dụng..............................................................................
PHẦN II: SẤY CAO TẦNG
1. Khái niệm........................................................................................
2. Vị trí của sóng dòng điện cao tần........................................................
3. Nguyên lý làm việc..............................................................................
4. Quá trình làm nóng bằng dòng điện cao tần..........................................
5. Ưu, Nhược điểm.............................................................................
6. Ứng dụng.........................................................................................
PHẦN I: SẤY HỒNG NGOẠI
1.Sấy hồng ngoại (Infrared drying) \ lOMoARcPSD| 36443508
Sấy hồng ngoại (IR) sử dụng năng lượng từ bức xạ hồng ngoại để đốt nóng
trực tiếp vật liệu khối vật liệu. Năng lượng được cung cấp được áp dụng trực tiếp
vào vật liệu mà không có môi trường truyền khác. Năng lượng ứng dụng gây ra sự
gia nhiệt bên trong và dao động phân tử và do đó làm nóng vật liệu khối của hạt và
độ ẩm bên trong. Một luồng không khí xung quanh mát hơn bao quanh vật liệu và
nhiệt bên trong sẽ đẩy hơi ẩm vào luồng không khí mát hơn để loại bỏ nó khỏi quy trình.
Tia hồng ngoại là loại ánh sáng đỏ không trông thấy, có bản chất là sóng điện
từ, với bước sóng điện từ dao động từ 0,76-1.000μm.
Sấy bức xạ hồng ngoại là phương pháp sấy vật liệu ẩm sử dụng nguồn phát ra
tia hồng ngoại là tác nhân chính để làm bay hơi nước có trong thực phẩm. Nguồn
bức xạ hồng ngoại được dùng có hiệu quả cao trong kỹ thuật sấy các vật liệu mỏng
(bánh tráng, các loại củ được xắt lát...).
Hầu hết các loại vật liệu ẩm đều được cấu tạo từ nước và các hợp chất hữu cơ.
Bên cạnh đó, tại cùng một điều kiện giống nhau thì nước và các loại hợp chất hữu cơ
lại hấp thụ năng lượng cực đại của bức xạ hồng ngoại ở những bước sóng khác nhau.
Đây chính là đặc điểm để điều chỉnh năng lượng bức xạ về bước sóng thích hợp,
khiến nước ở trong vật liệu ẩm bay hơi càng nhiều càng tốt.
Ngoài ra, khả năng làm bay hơi nước tự do bằng bước sóng, thì nhiệt độ cũng
đóng vai trò quan trọng vào quá trình làm khô vật liệu ẩm, do tính chất nhiệt mà tia
hồng ngoại sinh ra. Vì vậy, có hai tác nhân chính để làm khô vật liệu ẩm là bước
sóng của tia hồng ngoại và nhiệt độ do tia hồng ngoại phát ra.
Do trong quá trình sấy bằng bức xạ hồng ngoại có bước sóng (700nm - 1mm),
điều khiển được cường độ bức xạ E(W/m2) và sự truyền nhiệt không theo quy luật \ lOMoARcPSD| 36443508
Fourier và Newton như thông thường, mà do dao động nhiệt của các photon (phát ra
từ bức xạ hồng ngoại) va chạm và truyền động năng cho các electron trong môi
trường và vật liệu sấy, đưa vật liệu sấy và môi trường trong buồng sấy nhanh đạt đến
nhiệt độ yêu cầu và đồng đều, quá trình tách ẩm xảy ra nhanh hơn, rút ngắn thời gian
sấy, kết thúc quá trình sấy hơm sớm hơn. Để cho vật liệu được chiếu đều, các nguồn
đèn được bố trí khoảng cách thích hợp. Để tăng hiệu suất chiếu, tiết kiệm nhiên liệu,
khoảng cách chiếu tối ưu từ nguồn đến vật liệu và vật liệu thích hợp làm tường ngăn
cho máy sấy hồng ngoại được xác định.
Động lực cho sấy hồng ngoại là sự chênh lệch nhiệt độ giữa nước bốc hơi và
luồng không khí xung quanh: điều này tạo ra một dải áp suất một phần từ bên trong
hạt ra bên ngoài và một động lực mạnh để loại bỏ độ ẩm. 2. Trống quay
Hệ thống này sử dụng trống ngang chứa vật liệu sấy bên trong, vận chuyển và khuấy
trộn vật liệu khi nó được mang dọc theo trống bên dưới bộ gia nhiệt hồng ngoại . Độ
ẩm cuối cùng của vật liệu sấy được xác định bởi mức công suất của bộ gia nhiệt
hồng ngoại và thời gian lưu trú trong hệ thống. Chúng có thể được kiểm soát tốt bởi
tốc độ quay của trống và năng lượng áp dụng cho máy sưởi. \ lOMoARcPSD| 36443508
3. Hồng ngoại + chân không
Hệ thống này không chỉ sử dụng lò sưởi hồng ngoại mà còn sử dụng chân không cao
áp (xuống tới - 980 mbar). IR cung cấp nhiệt cho vật liệu và chân không hút nước ra
khỏi vật liệu (như với sấy LPD tiêu chuẩn). Điều này làm tăng hiệu quả quá trình và
giảm sử dụng năng lượng.
4. Trong ngành công nghiệp giấy
Công nghệ sấy IR được phổ biến rộng rãi trong ngành công nghiệp giấy. Nó
được chấp nhận như một công cụ hiệu quả để sấy khô, sưởi ấm và đóng rắn các sản
phẩm từ giấy và bìa (Petterson và Stenström, 2000). Ngành công nghiệp xử lý giấy \ lOMoARcPSD| 36443508
được hưởng nhiều lợi ích khi tích hợp công nghệ IR vào quy trình. IR áp dụng nhiệt
đều trên các bề mặt, một chất lượng thiết yếu trong các ứng dụng giấy. Và khả năng
điều khiển bật / tắt nhanh của đèn hồng ngoại tránh ứng dụng quá nhiều hoặc quá ít
nhiệt, giữ cho quá trình di chuyển ở mức thông lượng tối ưu.
Máy sấy hồng ngoại được sử dụng cho các mục đích đặc biệt trong sản xuất
và có thể được coi là sấy bổ sung thay vì thay thế các phương pháp sấy truyền thống
(Petterson và Stenström, 2000). Sấy IR thường xuyên được sử dụng cho các mục đích sau (Gavelin, 1982): • Lớp phủ khô sau khi sơn •
Hồ sơ về độ ẩm không đồng đều trên tờ giấy sau phần sấy khô và trước khi cuộn •
Làm nóng sơ bộ để sấy khô gia tăng
Các hệ thống sấy IR thông thường trên thị trường là điện hoặc sử dụng khí
nhiên liệu để tạo ra bức xạ hồng ngoại (Petterson và Stenström, 2000).
Trong đó nhịêt chủ yếu được truyền đến vật liệu sấy qua bức xạ của nguồn
nhiệt, ví dụ : bóng đèn với công suất lớn, điện trở…Ẩm bay hơi vào dòng tác nhân
sấy rồi ra ngoài. Thông thường các vật bức xạ được lắp cố định ngay trên bề mặt của
lớp vật sấy. Vật sấy chuyển động liên tục nhờ băng tải, tự chảy, dòng lưu động khí
hạt, tầng sôi. Để quá trình bay hơi ẩm tốt và tránh cho vật bị nóng quá mức, người ta
dùng quạt đối lưu cưỡng bức tác nhân sấy. Chính vì vậy nên còn gọi là hệ thống sấy bức xạ- đối lưu.
Tốc độ truyền nhiệt phụ thuộc vào :
– Nhiệt độ bề mặt của nguồn nhiệt và vật sấy \ lOMoARcPSD| 36443508
– Tính chất bề mặt của nguồn nhiệt và vật sấy
– Hình dáng của vật phát và nhận bức xạ hồng ngoại
5. Ưu điểm, nhược điểm 5.1. Ưu điểm : –
Quá trình trao đổi nhiệt trong sấy bức xạ có cường độ cao
hơn nhiều trong sấy đối lưu và sấy trên bề mặt nóng; có khả năng tăng
cường độ sấy ở giai đoạn thứ nhất, rất hiệu quả với lớp vật sấy mỏng.
Tuỳ trường hợp mà thời gian sấy có thể giảm hàng chục thậm chí cả
trăm lần so với sấy đối lưu. –
Chỉ làm nóng vật liệu sấy, không ảnh hưởng đến môi
trường không khí xungquanh – Phương pháp sấy sạch –
Máy sấy bức xạ có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng.
5.2. Nhược điểm : –
bề mặt vật sấy nóng bị đốt nóng nhanh, tạo ra chênh lệch
nhiệt độ lớn giữa bề mặt và lớp sâu bên dưới. Điều này dễ dẫn tới chất
lượng sản phẩm không như ý muốn (cong vênh, nứt vỡ, biến màu…).
Muốn tránh điều trên ta căn cứ vào tính chất vật sấy, yêu cầu của sản
phẩm sấy mà sử dụng nguồn tia bức xạ, điều chỉnh cường độ bức xạ và
thời gian bức xạ cho phù hợp. Máy sấy bức xạ cần trang bị các thiết bị
bảo vệ, điều chỉnh chế độ sấy, quan tâm thường xuyên để có sản phẩm
tốt và không bị hoả hoạn. \ lOMoARcPSD| 36443508 –
không kinh tế bằng máy sấy đối lưu nên ít được sử dụng.
6. Thiết bị dùng để sấy hồng ngoại
Thông thường người ta dùng vật phát năng lượng bức xạ liên tục và cường độ
cao thuộc vùng quang phổ hồng ngoại với bước sóng λ = 0,77-300 µm. Để có các tia
bức xạ, ta có thể dùng nhiều loại thiết bị bức xạ khác nhau như :
– Đèn gương : dây tóc đèn là vonfram, công suất từ (150-500 W).
Nhiệt độ đèn là (2300 ± 100) oK. Hệ số hiệu dụng năng lượng là 70 %.
Đèn có nhược điểm dễ vỡ, quán tính nhiệt kém, tổn thất nhiệt lớn, chiếu
không đều. Tuy có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng nhưng đèn ít được dùng
để sấy các sản phẩm thực phẩm.
– Đèn ống thạch anh : cấu tạo của loại này là dây vonfram xoắn
được đặt trong tâm của ống thạch anh hình trụ, công suất của nó từ (0,1-
20) kW. Nhiệt độ của đèn loại này là 2800 oK.
– Que đốt bằng điện : cấu tạo của que đốt gồm dây hợp kim nicrôm
xoắn hình lò xo đặt trong ống kim loại, cách điện bằng ôxit manhê, oxit
nhôm hoặc cát thạch anh. Công suất của mỗi que đốt đạt đến 25 kW, nhiệt
độ là 800 oC. Đây là loại que đốt thông dụng nhất.
– Vật bức xạ bằng gốm : đây là loại tiện lợi trong công nghiệp chế
biến thực phẩm. Cấu tạo của nó gồm dây điện trở bằng hợp kim nicrôm
được ép vào trong lòng khối gốm.
Công suất của mỗi chiếc là 1 kW với nhiệt độ làm việc từ 450-700 oC.
Để đảm bảo bức xạ được đồng đều thì các thiết bị bức xạ phải có cơ cấu phản xạ như pha đèn. \ lOMoARcPSD| 36443508 7. Ứng dụng :
– để sấy sản phẩm có độ ẩm thấp (ví dụ : ca cao, bột mì, lúa, malt,
sản phẩm bột nhào, trà…).
Sản phẩm di chuyển bằng băng chuyền qua hầm phía dưới một dãy nguồn bức xạ.
Tuy nhiên, bức xạ hồng ngoại không được sử dụng rộng rãi như là nguồn nhiệt duy
nhất để sấy những sản phẩm dạng viên cục lớn do nó không xâm nhập sâu vào bên trong sản phẩm.
– Năng lượng bức xạ cũng thường được dùng ở các máy sấy băng
chuyền chân không và buồng sấy chân không, trong sấy thăng hoa, trong
các lò vi sóng sử dụng trong nội trợ để làm sẩm màu thực phẩm \ lOMoARcPSD| 36443508
Hệ thống sấy hồng ngoại DSHN-01 do nhóm nghiên cứu của Thầy Nguyễn Tấn
Dũng, thầy Lê Thanh Phong, KS. Nguyễn Phương & KS. Nguyễn Ngọc Cảnh
(K2008) thiết kế, chế tạo vào năm 2012. Hệ thống làm việc ổn định, sản phẩm sấy
hồng ngoại cho chất lượng tốt. PHẦN II \ lOMoARcPSD| 36443508
THIẾT BỊ SẤY DÙNG ĐIỆN TRƯỜNG DÒNG CAO TẦN 1. KHÁI NIỆM:
- Quá trình sấy là quá trình tách ẩm , chủ yếu là nước hơi nước
khói vật liệusấy để thải vào môi trường ẩm có trong vls nhận được năng
lượng theo một phương thức nào đó để tách khỏi VLS để dịch chuyển từ
trong long vật ra bề mặt từ bề mặt vật vào môi trường bao quanh (quá trình làm khô VLS).
- Sấy là khâu quan trọng trong dây truyền công nghệ được sử
dụng ở nhiều ngành công nghiệp chế biến các loại nông lâm hải sản ., sấy
là khâu quan trọng Trong dây truyền công nghệ ở nhiều ngành công nghiệp
chế biến các loại nông lâm hải sản, quá trình sấy không phải chỉ là quá
trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu một cách thuần túy mà là một
quá trình công nghệ phức tạp .
- Sản phẩm sau khi sấy đòi hỏi phải đảm bảo chất lượng theo một
chỉ tiêu nào đó với một chi phí năng lượng tối thiểu.
2. VI TRÍ CỦA SÓNG ĐIỆN DÒNG CAO TẦN:
- Vi sóng (microwave) chúng có tần số từ 1-100mhz hoặc từ
300MHz đến 300GHz đối với vi sóng.
- Theo thõa thuận quốc tế, tần số đun nóng được sử dụng là
915MHz (hoặc 896MHz ở châu âu) và 2450MHz.
3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC:
- Vật liệu sấy đặt giữa 2 bản tụ có điện áp tần số cao .dưới tác
dụng của điện trường tần số cao vật liệu được gia nhiệt và ẩm trong vật
liệu xẽ hóa hơi và thoát ra ngoài. \ lOMoARcPSD| 36443508
- Sấy bằng điện trường tần số cao có ưu điểm hơn các kiểu sấy
khác là sự gia nhiệt vật lịêu được thực hiện trong toàn bộ thể tích vật nên
nhiệt độ dễ đồng đều hơn. khi gia nhiệt bằng điện trường cao tần. tâm vật
xẽ có nhiệt độ cao hơn gradien nhiệt và gradient độ ẩm cùng chiều, do đó
tạo thuận lợi cho quá trình sấy. đồng thời cách ra nhiệt bằng điện trường
cao tần cho phép điều chỉnh nhiệt độ bên trong vật và duy trì ở nhiệt độ
thích hợp không phụ thụôc nhiệt độ bề mặt vật liệu. do đặc điểm của quá
trình gia nhiệt như vậy, phương pháp này thích hợp với các vật liệu dày và
có hình dáng phức tạp mà gia nhiệt bằng đối lưu, bức xạ hay tiếp xúc đều khó thực hiện.
- Do những đặc điểm nêu trên, phương pháp sấy này chỉ để sấy các
sản phẩm và chi tiết đặc biệt không thể sấy bằng các phương pháp khác. Ví
dụ, sấy các khung lò chịu lửa có hình dáng phức tạp và chiều dày lớn, nếu
sấy bằng phương pháp khác rất khó khăn vì vật liệu này dễ nứt khi sấy.
Những vật liệu nhỏ cũng có thể sử dụng phương pháp này vì sấy bằng điện
rất tiện lợi, quá trình gia nhiệt vật thể thực hiện tốt hơn , do đó chất lương
sản phẩm cao, thiết bị dễ thực hiện tự động hóa .
Sơ đồ cấu tạo thiết bị sấy dùng điện trường tần số cao :
Hình :1:vỏ thiết bị ;2:bản cực ;3:vật liệu sấy ; 4:xe goòng \ lOMoARcPSD| 36443508
- Để tạo nên điện trường cao tần, người ta dùng máy phát cao tần.
Máy phát cao tần biến dòng điện một chiều hay xoay chiều tần số công
nghiệp thành dòng điện xoay chiều tần số cao. Có hai loại máy phát cao
tần là máy phát kiễu điện tử và máy phát kiểu cơ khí.
- Dòng điện cao tần được đưa từ máy phát đến hai bản cực của tụ
điện. Dòng điện cao tần xẽ tạo ra điện trường bên trong vật liệu đặt giữa 2
bản cực tụ điện, từ đó làm nóng vật liệu và sấy khô vật liệu. Trên hình là
sơ đồ cấu tạo thiết bị sấy dùng điện trường cao tần vớ bản cực kiểu đứng,
thiết bị này dùng để sấy gỗ.
4. QUÁ TRÌNH LÀM NÓNG BẰNG ĐIỆN TRƯỜNG CAO TẦN:
- Phần lớn thực phẩm có chứa một lượng nước đáng kể. Cấu trúc
phân tử nước gồm có oxy mang điện tích âm và 2 nguyện tử hydro mang
điện tích dương hình thành nên lưỡng cực. Khi thực phẩm được đặt vào
trong một điện trường dòng cao tần, lưỡng cực của phân tử nước và một
vài thành phần ion như muối ăn cố định hướng chúng trọng trường (tương
tự như nam châm trong từ trường). Do trường điện tích dao động rất nhanh
thay đổi từ dương sang âm và ngược lại hàng triệu lần trong một giây , các
lưỡng cực này cố thay đổi theo và quá trình này tạo ra nhiệt ma sát. Sự
tăng nhiệt độ của phần tử nước làm nóng các cầu từ xung quanh nhờ quá
trình dẫn nhiệt hoặc có thể đối lưu.
- Nhiệt lương sinh ra phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng nước và muối trong nguyên liệu.
- Năng lương hấp thụ p(w/cm3)được xác định bằng công thức. P=55,61. ˆˆ.E.f
Trong đó f:tần số bức xạ (Hz) \ lOMoARcPSD| 36443508
E :lực điện trường (v/cm ) ˆˆ :loss factor (LF)
LF phụ thuộc vào độ ẩm, nhiệt độ, trạng thái đóng băng hay không và cùng
phụ thuộc vào tần số bức xạ.
Chiều sâu bức xạ xâm nhập được xác định bằng công thức d 1/ 2 2 Ttrong đó : bước sóng
- Tần số LF càng thấp, chiều sâu thâm nhập càng lớn .
- Nước có LF cao, nên hấp thụ bức xạ tốt
- Nước đóng băng có LF thấp, thủy tinh, giấy và các loại polymer
có LF thấp, vì vậy không bị đun nóng bằng vi sóng
- Kim loai phản xạ sóng điện trường dòng cao tần, vì vậy làm tăng
hiệu quả năng lượng của thiết bị.
5. ƯU, NHƯỢC ĐIỂM: 5.1 Ưu điểm: -
Khắc phục những nhược điểm của đối lưu . -
Tốc độ truyền nhiệt chậm do đó dẫn nhiệt của nguyên liệu khô kém . -
Hư hại các giá trị cảm quan và dinh dưỡng cho thời gian
sấy lâu và quá nhiệtở bề mặt. -
Oxy hóa các sắc tố và vitamin . \ lOMoARcPSD| 36443508 -
Gây hiện tượng cứng vỏ . -
Sấy điện trường dòng cao tần ngăn ngừa sự hư hại bề mặt,
cải tiến sự truyềnẩm ởp giai đoạn sau của quá trình sấy và loại bỏ hiện
tượng cứng vỏ. Bức xạ chỉ làm nóng những vùng ẩm, không ảnh
hưởng tới vùng khác. Không can phải đun nóng lượng lớn không khí và
oxy hóa được hạn chế tối thiểu. 5.2 NHƯỢC ĐIỂM: -
Chi phí đầu tư lớn, quy mô nhỏ nên chỉ giới hạn ứng dụng
nó để sấy kết thúcsản phẩm. -
Tiêu hao năng lượng lớn (2,5đến 5kwh/kg ẩm ), hơn nữa
thiết bị này rất phức tạp, việc vận hành bảo dưỡng đòi hỏi người có
trình độ chuyên moan sâu trong lĩnh vực này.Ví dụ: trong sấy bột
nhảo:sấy sơ bộ đến 18%bằng đối lưu, sau đó kết hợp sấy đối lưu với
sấy vi sóng để giảm ẩm đến 13%nhờ đó thời gian sấy rít ngắn từ 8h xuống còn 90 phút .
-Trong sấy thăng hoa, tốc độ truyền nhiệt đến bề mặt thăng hoa kém được
khắc phục bằng việc sấy vi sóng. Tuy nhiên cần kiểm soát điều kiện sấy để tránh tan
băng cục bộ gay ra việc tan chảy day truyền làm kết thúc quá trình thăng hoa. 6. ỨNG DỤNG :
- Nguyên lý hoạt động của máy dùng các neon cao tần để phá vỡ
các phần tử nước ra khỏi gỗ. chiếc máy sấy này có thể cho sấy khô trong 4
giờ một lượng gỗ mà má sấy bằng nhiệt phải mất 15 phút mới thực hiện được.
- Máy cho phép sấy khô những thanh gỗ có kích thước tối đa 20 .20.110cm . \ lOMoARcPSD| 36443508
với công suất 4m3/ngày . máy này còn có thể sấy khô các loại hàng nông sản ,thực
phẩm hoặc vải , các –tông mà không hề làm thay đổi tính chất ban đầu.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/infrared-drying
2. https://drying.bekaert.com/en/drying-technology/what-is-infrared-drying
3.https://www.researchgate.net/publication/
271224432_Infrared_Heating_in_Food_Drying_An_Overview
4. https://www.youtube.com/watch?v=yNn6RD7b-RM \