Đồ án Sấy Phun Sữa Bột 500kgh - 123doc

LỜI NÓI ĐẦU Như đã biết, sữa là một sản phẩm chứa đầy đủ dinh dưỡng cũng như hàm lượng tương đối cân đối nhất. Nó đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống và sức khỏe của con người, nhất là đối với trẻ em và người già. Công nghệ chế biến sữa đã ra đời rất lâu ở các nước phát triển, các sản phẩm sữa ngày nay rất đa dạng về chủng loại. Còn đối với nước ta công nghệ chế biến sữa chỉ bắt đầu phát triển mạnh vào những năm cuối thập kỷ 80 của thế kỷ 20 khi đất nước bước vào thời kỳ đổi mới, cho đến nay thì có nhiều nhà máy sản xuất sữa trên khắp cả nước. Trong các sản phẩm sữa thì sữa bột giữ vai trò rất quan trọng và chiếm một số lượng lớn. Vì thế, việc sản xuất sữa bột và bảo quản chúng có ý nghĩa rất lớn, ưu điểm lớn nhất là tăng thời gian bảo quản sữa và giảm chi phí vận chuyển cũng như giá thành sản phẩm. Hiện nay có nhiều phương pháp sản xuất sữa bột mỗi phương pháp sẽ cho ra chất lượng sữa khác nhau, phổ biến là phương pháp sấy phun. Hiện nay có nhiều thiết bị cũng như những phương pháp tiên tiến áp dụng vào việc sản xuất thực phẩm để phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng của con người. Trong môn học về đồ án quá trình và thiết bị này chúng em sẽ trình bày rõ về phương pháp sấy phun sữa bột nhằm trình bày kỹ hơn về công nghệ sản xuất sữa bột.

LỜI NÓI ĐẦU

Như đã biết, sữa là một sản phẩm chứa đầy đủ dinh dưỡng cũng như hàm lượng tương đối cân đối nhất Nó đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống và sức khỏe của con người, nhất là đối với trẻ em và người già

Công nghệ chế biến sữa đã ra đời rất lâu ở các nước phát triển, các sản phẩm sữa ngày nay rất đa dạng về chủng loại Còn đối với nước ta công nghệ chế biến sữa chỉ bắt đầuphát triển mạnh vào những năm cuối thập kỷ 80 của thế kỷ 20 khi đất nước bước vào thời kỳ đổi mới, cho đến nay thì có nhiều nhà máy sản xuất sữa trên khắp cả nước Trong các sản phẩm sữa thì sữa bột giữ vai trò rất quan trọng và chiếm một số lượng lớn Vì thế, việc sản xuất sữa bột và bảo quản chúng có ý nghĩa rất lớn, ưu điểm lớn nhất là tăng thời gian bảo quản sữa và giảm chi phí vận chuyển cũng như giá thành sảnphẩm Hiện nay có nhiều phương pháp sản xuất sữa bột mỗi phương pháp sẽ cho ra chất lượng sữa khác nhau, phổ biến là phương pháp sấy phun

Hiện nay có nhiều thiết bị cũng như những phương pháp tiên tiến áp dụng vào việc sảnxuất thực phẩm để phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng của con người Trong môn học về

đồ án quá trình và thiết bị này chúng em sẽ trình bày rõ về phương pháp sấy phun sữa bột nhằm trình bày kỹ hơn về công nghệ sản xuất sữa bột

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ

1.1. Tổng quan về nguyên liệu

Nguyên liệu chính cho quá trình sấy phun sữa là từ sữa tươi Sữa tươi mới vắt

có nhiều thành phần dinh dưỡng có giá trị cao và cân đối như đạm, chất béo gluxit, các chất khoáng và các nguyên tố vi lượng đáp ứng được nhu cầu dinh

dưỡng của con người Ngoài nguyên liệu chính là sữa tươi còn các nguyên liệu khác như: đường, vitamin, các chất ổn định,…

1.1.1. Thành phần hóa học của sữa:

Sữa là một chất lỏng được tiết ra từ tuyến sữa của động vật hữu nhũ Thành phần hóa học của các loại sữa không giống nhau chúng luôn thay đổi và phụ thuộc vào các yếu tố như thời kỳ tiết sữa, thành phần thức ăn, phương pháp vắt sữa và độ tuổi của bò Thành phần của các chất có trong sữa người ta đo được như sau:

và khoáng còn một phần khác liên kết với protein

- Protein:

Protein trong sữa là protein hoàn hảo, trong thành phần của các loại protein này

có chứa 19 loại acid amin khác nhau, trong đó có đầy đủ các acid amin không thay thế Trong sữa có hai nhóm protein chính là casein và protein nước sữa.Casein: là thành phần quan trọng nhất của protein trong sữa chiếm 75- 80% lượng potein, bao gồm nhiều loại protein khác nhau: α- casein, β- casein, κ- casein, γ- casein Các casein này tồn tại ở dạng keo bởi sự tương tác giữa chúng

và các thành phần khác

Protein nước sữa: chiếm khoảng 20% tổng lượng nitơ có trong sữa và chủ yếu ở

2 dạng đó là: lactalbumin và lactoglobumin Cả 2 phần này của protein nước sữa là không đồng nhất Lactalbumin là protein đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp đường lactose

- Chất béo:

Chất béo trong sữa chiếm khoảng 3,5- 3,7% ( theo tổng khối lượng) Chất béo của sữa là hỗn hợp của 98- 99% trygliceride và 1- 2% còn lại các thành phần khác Chất béo của sữa không tạo vị nhưng có mùi êm dịu tạo sự ngon miệng cho các sản phẩm sữa Chất béo tồn tại ở dạng nhũ tương là dạng phân tán của các giọt béo trong nước

- Đường lactose:

Là thành phần đường chủ yếu có trong sữa, có hàm lượng khoảng 3,6- 5,5% tùy theo loại sữa Đường lactose là một đường đôi được hợp thành từ hai loại đường đơn là glucose và galactose Tồn tại ở trạng thái tự do dưới 4 dạng chính α và β hydrat, α và β hyrit

Các enzyme thủy phân: lipase, phosphatase kiềm, galactose và amylase.Các enzyme oxy hóa sinh học: Peroxidase, Oxydase,…

1.1.2. Tính chất vật lý của sữa:

Ở điều kiện thường sữa là một chất lỏng màu trắng đục là hỗn hợp của nhiều chất khác nhau và được phân bố ở những trạng thái khác nhau như hòa tan hoàntoàn, dạng huyền phù, dạng nhũ tương,… và các thông số vật lý của sữa như:

• Khối lượng riêng

• Độ chua của sữa

1.1.3. Những biến đổi của sữa trong quá trình bảo quản

Sữa có giá trị dinh dưỡng cũng như có đầy đủ các thành phần dinh dưỡng, dễ hấp thụ cho cơ thể con người nên sữa tươi là môi trường rất thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật Mặt khác trong sữa lại có chứa nhiều enzyme do vậy

mà sau khi vắt sữa xảy ra nhiều quá trình biến đổi làm giảm chất lượng của sữa

mà ta cần chú ý để hạn chế bao gồm các quá trình chủ yếu:

• Phản ứng lên men đường

• Phản ứng phân hủy chất béo

• Phản ứng phân hủy protein

1.1.4. Các phương pháp sấy được ứng dụng để sản xuất sữa bột:

Sấy chân không ( Freeze- Dryiing)

Sấy trục ( Roller or Drying)

Sấy Phun ( Spray- Drying)

1.1.5. Những biến đổi của sữa trong quá trình sấy phun:

Khi được phân tán vào trong thiết bị sấy dưới dạng giọt, dưới tác dụng của dòng khí có nhiệt độ cao các giọt sữa sẽ giảm đường kính, khối lượng, thể tích Trong điều kiện sấy lí tưởng khối lượng sẽ bị giảm khoảng 50%, thể tích giảm 40%, còn đường kính giảm khoảng 70% so với giọt ban đầu từ vòi phun Ngoài

ra còn một số biến đổi bất lợi khác:

- Protein bị biến tính gây ra mùi khó chịu, giảm độ hòa tan của sữa làm giảm giá trị cảm quan và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm

- Điều kiện sấy ở nhiệt độ cao, có thể xảy ra phản ứng caramel hóa đường lactose có trong thành phần sữa, phan ứng Maillard… tạo mùi và màu không tốt, bất lợi cho sản phẩm

- Sự oxy hóa của các lipite có trong sữa Vì vậy cần chú ý nâng cao nhiệt độ khi thanh trùng so với nguyên liệu để làm sữa bột không béo để đảm bảo vô hoạt hoàn toàn enzyme lizase

1.2. Quá trình sấy

1.2.1. Khái niệm

Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt Nhiệt đượccung cấp cho vật liệu ẩm bằng dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc bằng năng lượngđiện trường có tần số cao Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng vậtliệu, tăng độ bền và bảo quản sản phẩm được lâu hơn

Trong quá trình sấy, nước được cho bay hơi ở nhiệt độ bất kỳ do sự chênhlệch độ ẩm tại bề mặt và bên trong vật liệu (khuếch tán ẩm) hoặc sự chênh lệch

áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.Sấy là một quá trình không ổn định, độ ẩm của vật liệu sấy thay đổi theo cảkhông gian và thời gian

 Phạm vi ứng dụng:

Thông thường, quá trình sấy được khảo sát về hai mặt: tĩnh lực học và động lựchọc Tĩnh lực học sẽ xác định mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệusấy và tác nhân sấy dựa trên phương trình cân bằng vật chất - năng lượng, từ đó xácđịnh được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và lượng nhiệt cần thiết Ðộng lựchọc khảo sát mối quan hệ giữa sự biến thiên độ ẩm vật liệu theo thời gian và các thông

số của quá trình như tính chất, cấu trúc, kích thước của vật liệu, các điều kiện thủyđộng lực học của tác nhân sấy

Trong các phương pháp làm khô cơ học, hóa lý, nhiệt thì quá trình sấy bằngnhiệt thường được sử dụng nhiều nhất và là một kỹ thuật quan trọng được ứng dụngrộng rãi trong rất nhiều ngành công - nông nghiệp như hóa chất, dược phẩm, chế biếnnông – hải sản, vật liệu xây dựng Đó không chỉ là một quá trình tách ẩm đơn thuần

mà còn là một quá trình công nghệ Nó đòi hỏi vật liệu sau khi sấy phải đảm bảo chấtlượng cao, tiêu tốn ít năng lượng vì chi phí vận hành thấp Do đó, cần phải dựa vào

Độ ẩm tương đối của không khí (%)

Hàm ẩm của vật liệu (kg ẩm/kg vật) )liệu)

tính chất vật liệu, lượng sản phẩm để chọn ra chế độ và phương pháp sấy tối ưu cũngnhư tùy vào năng suất, hiệu quả kinh tế mà chọn hệ thống sấy cho phù hợp

1.2.2. Động lực của quá trình

Ẩm trong vật liệu có thể chia làm hai dạng: ẩm liên kết và ẩm không liên kết.Quá trình sấy thường chỉ làm bốc hơi được lượng ẩm không liên kết và một phầnlượng ẩm liên kết Lượng ẩm bốc hơi được gọi chung là lượng ẩm tự do Lượng ẩmcòn lại sau khi sấy gọi là lượng ẩm cân bằng

Quá trình ẩm bay hơi từ vật liệu thường có hai giai đoạn:

Ẩm trên bề mặt vật liệu bay hơi vào môi trường xung quanh, giai đoạn này phụthuộc vào điều kiện môi trường xung quanh như nhiệt độ, áp suất, tốc độ chuyển độngcủa môi trường…

Khi độ ẩm trên bề mặt vật liệu nhỏ hơn độ ẩm bên trong vật liệu, nước sẽ khuếchtán từ bên trong ra bề mặt vật liệu nhờ chênh lệch độ ẩm Giai đoạn này phụ thuộc vàonhiệt độ và tính chất của vật liệu, dạng liên kết của nước với vật liệu…

Điều kiện để nước từ vật liệu bay đi vào môi trường xung quanh là áp suất riêng

vật liệu (Pvl), tức là: ∆P = Pvl – Pmt > 0

quá trình bay hơi ngừng lại, độ ẩm vật liệu lúc đó gọi là độ ẩm cân bằng Nhiệt độ củavật liệu khi đó bằng với nhiệt độ của tác nhân sấy

Quan hệ giữa độ ẩm cân bằng của vật liệu và độ ẩm tương đối của không khí

W (%)

dU/dt

t (oC)

Thời gian (giờ)

Đường biểu diễn nhiệt độ của vật sấy

Đường cong sấy

Đường cong tốc độ sấy

1.2.3. Các giai đoạn của quá trình sấy

Ðường cong sấy: là đường cong biểu diễn sự thay đổi của độ ẩm vật liệu theo

thời gian sấy (r):

U=f (r)Dạng của đường cong sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: liên kết giữa ẩm vàvật liệu, hình dáng, kích thước, đặc tính vật liệu, phương pháp và chế độ sấy

Đường cong tốc độ sấy: là đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ sấy và

độ ẩm của vật liệu sấy Đường cong tốc độ sấy thu được từ việc đạo hàm đường congsấy theo thời gian

Đường biểu diễn nhiệt độ của vật sấy: thể hiện sự biến thiên nhiệt độ của vật liệu

trong suốt quá trình sấy

Ðường biểu diễn nhiệt độ của vật sấy: thể hiện được biến thiên nhiệt độ của vậtliệu trong suốt quá trình sấy

Đồ thị biểu diễn bản chất của quá trình sấy

Từ giản đồ sấy, có thể thấy quá trình sấy mọi vật liệu ướt đến độ ẩm cân bằnggồm hai giai đoạn:

Giai đoạn đun nóng vật liệu: làm tăng nhiệt độ để ẩm có thể bốc hơi được Giaiđoạn này xảy ra nhanh với thời gian không đáng kể

Giai đoạn sấy đẳng tốc: tốc độ khuếch tán ẩm từ trong lòng vật liệu ra bề mặt lớnhơn tốc độ bốc hơi ẩm trên bề mặt vật liệu nên bề mặt vật liệu luôn bão hòa ẩm Tốc

độ sấy trong giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ bốc hơi ẩm trên bể mặt vàphụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, tốc độ, độ ẩm của không khí sấy Giai đoạn sấy giảm tốc: do vật liệu đã tương đối khô, chỉ còn dạng ẩm liên kếtnên bề mặt bốc hơi bị co hẹp lại dần và đi sâu vào lòng vât liệu, tốc độ khuếch tán ẩm

sẽ chậm dần Tốc độ sấy trong giai đoạn này cũng giảm theo và phụ thuộc chủ yếu vàotốc độ khuếch tán ẩm và các yếu tố bên trong vật liệu Nhiệt độ của tác nhân sấy tronggiai đoạn này phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép của vật liệu

1.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy

Bản chất của vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm…Hình dạng vật liệu sấy: kích thước mẫu sấy, bề dày lớp vật liệu… Diện tích bềmặt riêng của vật liệu càng lớn thì tốc dộ sấy càng nhanh

Độ ẩm đầu, độ ẩm cuối và độ ẩm tới hạn của vật liệu

Độ ẩm, nhiệt độ và tốc độ của tác nhân sấy

Cấu tạo thiết bị sấy, phương thức và chế độ sấy

Chênh lệch giữa nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của tác nhân sấy Nhiệt độ cuốicao thì nhiệt độ trung bình của không khí càng cao, do đó tốc độ sấy cũng tăng

1.2.5 Một số phương pháp và thiết bị sấy

a Sấy đối lưu

Nguyên lý: dùng tác nhân sấy là không khí nóng hoặc khói lò có nhiệt độ, độ ẩm,tốc độ phù hợp để chuyển động chảy trùm lên vật liệu sấy làm cho ẩm trong vật liệusấy bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy

Một số thiết bị sấy đối lưu:

Phòng sấy: Vât liệu được xếp trên những khay hoặc xe đẩy và được sấy gián

đoạn ở áp suất khí quyển

Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, dễ vận hành, vốn đầu tư ít, đặc biệt là có thể sấy mọi

dạng vật liệu

Nhược điểm: thời gian sấy dài và sấy không đều (do vật liệu không được đảo

trộn), bị mất nhiệt qua cửa khi nạp liệu và tháo liệu, khó kiểm tra được quá trình sấy

Hầm sấy: khác phòng sấy ở chỗ chiều dài hầm sấy lớn gấp nhiều lần chiều rộng

và chiều cao, vật sấy cùng với phương tiện vận chuyển ( xe treo hay băng tải) đi vàođầu và đi ra ở cuối hầm, có thể sấy cùng chiều hoặc ngược chiều

Nhược điểm: do sự phân lớp không khí nóng và lạnh theo chiều cao của hầm nên

quá trính sấy không đều

Thiết bị sấy băng tải: thường dùng cho vật liệu dạng kem, tác nhân sấy sẽ

chuyển động cắt ngang qua chiều chuyển động liên tục của băng tải trong buồng sấy.Sản phẩm khô được lấy ra liên tục ở cuối băng tải

Thiết bị sấy thùng quay: dùng để sấy các loại vật liệu rời có khả năng kết dính

như hóa chất, bột đường, ngũ cốc… Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển, gồm mộtthùng hình trụ đặt nghiêng và quay được nhờ động cơ và bộ phận truyền động, có haivành đai để trượt trên các con lăn tựa trên thùng quay Vật liệu ướt vào thùng ở đầucao, được đảo trộn và di chuyển nhờ cánh đảo, sấy khô bằng không khí hoặc khói lòrồi ra ở phía đầu thấp, dòng khí trước khi thải được đi qua các bộ phận thu hồi để táchlấy sản phẩm

Ưu điểm: cường độ sấy cao, quá trình sấy đều nhờ có sự tiếp xúc tốt giữa vật liệu

Ưu điểm: Dung dịch lỏng được phun thành dạng sương vào buồng sấy, quá trình

diễn ra rất nhanh đến mức không kịp đốt nóng vật liệu lên quá giới hạn cho phép nên

có thể sấy được ở nhiệt độ rất cao trong thời gian ngắn, thu được sản phẩm dạng bộtmịn

Nhược điểm: tốn nhiều năng lượng, thiết bị phức tạp, nhất là ở cơ cấu phun

sương và hệ thống thu hồi sản phẩm

Ngoài ra còn có các dạng thiết bị sấy đối lưu khác như tháp sấy, sấy tầng sôi, sấyvít tải…

b Sấy tiếp xúc (sấy rang)

Nguyên lý: nhiệt lượng được truyền đến vật liệu bằng cách cho vật liệu tiếp xúc

trực tiếp với bề mặt được đốt nóng, có thể có đảo trộn vật liệu hoặc không

Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi để sấy các loại vật liệu dạng rắn dạngrời (rau, củ, hạt, quả,…), các loại dung dịch (sữa, nước hoa quả…) dạng thiết bị sấytiếp xúc đơn giản nhất là tủ sấy chân không hoạt động gián đoạn, thiết bị có ưu điểm làcấu tạo đơn giản có thể sấy được nhiều vật liệu khác nhau nhưng năng suất thấp, vậtliệu sấy ở trạng thái tĩnh, truyền nhiệt kém Ngoài ra còn có dạng thiệt bị sấy trục làmviệc liên tục

c Sấy bức xạ

Nguyên lý: sử dụng năng lượng của các tia bức xạ phát ra từ vật bức xạ để làm

nóng vật sấy đến nhiệt độ bốc hơi ẩm của nó

Trong dân gian, người ta thường dùng bức xạ mặt trời để sấy nông hải sản (phơinắng) nhưng thời gian dài và tốn nhiều công sức Vì vậy, trong công nghiệp chế biến,người ta thường dùng các tia bức xạ nhân tạo để sấy Máy sấy bức xạ có cấu tạo đơngiản, dễ sử dụng, rất hiệu quả với vật liệu mỏng, ít tổn thất nhiệt, thời gian sấy giảmnhiều lần so với sấy đối lưu Tuy nhiên, nhược điểm của nó là tốn nhiều năng lượng,vật liệu được đốt nóng không đều ở bề mặt và bên trong, do đó không thích hợp để sấycác vật liệu dày.

d Sấy thăng hoa

Nguyên lý: ẩm được tách khỏi vật liệu bằng cách thăng hoa, nghĩa là chuyển

thẳng ẩm từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi, không qua trạng thái lỏng, vật liệuđược sấy ở nhiệt độ thấp trong trạng thái đóng rắ n tại độ chân không cao (0.1 ÷ 1mmHg)

Ưu điểm của phương pháp sấy thăng hoa là sản phẩm có chất lượng cao, vật liệu

ít bị biến chất, bảo tồn được các vitamin và dễ hấp phụ nước để trở lại trạng thái banđầu Hiện nay, phương pháp này còn phức tạp và đắt nên mới chỉ được ứng dụng chosản phẩm dược phẩm và các loại thực phẩm chất lượng cao

Thông thường, mỗi loại vật liệu sấy đòi hỏi phương pháp và chế độ sấy riêng Vìvậy, căn cứ vào đặc điểm của vật liệu sấy, chất lượng của sản phẩm mà ta sẽ chọn chế

độ và phương pháp sấy tối ưu Sau đó, tùy theo năng suất, hiệu quả kinh tế mà lựachọn, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy phù hợp

CHƯƠNG 2- HỆ THỐNG VÀ THIẾT BỊ SẤY PHUN

1 Nguyên lý làm việc

Quá trình sấy phun là quá trình chuyển đổi dòng nhập liệu dạng lỏngthành sản phẩm dạng bột Dòng nhập liệu được phân tán thành những hạtnhỏ li ti nhờ cơ cấu phun sương Cơ cấu phun sương thường có dạng đĩaquay hoặc vòi áp lực Những hạt lỏng phun ra ngay lập tức tiếp xúc vớidòng khí nóng, kết quả là hơi nước được bốc đi nhanh chóng nhưng nhiệt

độ của vật liệu vẫn được duy trì ở mức thấp Nhờ vậy mà vật liệu đượcsấy khô mà không làm thay đổi đáng kể tính chất của sản phẩm Thời giansấy khô các hạt lỏng dạng sương trong sấy phun nhanh hơn nhiều so vớicác quá trình sấy khác

Sấy phun gồm 3 quá trình cơ bản sau:

Giai đoạn 1: chuyển nguyên liệu cần sấy sang dạng sương mù (các hạt

lỏng phân tán trong không khí) nhờ cơ cấu phun sương trong thiết bị sấyphun Hiện nay có 3 cơ cấu phun sương: đầu phun li tâm, đầu phun 1dòng, đầu phun 2 dòng Kích thước các giọt nhỏ sau giai đoạn phun sươngdao động trong khoảng 10 ÷ 200 µm

Giai đoạn 2: hòa trộn sương mù với dòng tác nhân sấy trong buồng sấy.

Đây chính là giai đoạn tách ẩm ra khỏi nguyên liệu Do nguyên liệu đượcphun sương nên diện tích tiếp xúc giữa các giọt lỏng và tác nhân sấy là rấtlớn Do đó ẩm trong nguyên liệu được bay hơi nhanh chóng Thời giandiễn ra tách ẩm từ vài giây tới hai chục giây

Giai đoạn 3: tách sản phẩm ra khỏi dòng tác nhân sấy Người ta có thể sử

dụng cyclone, túi lọc hoặc phương pháp kết tủa trong trường tĩnh điện,phổ biến nhất là sử dụng cyclone Hiệu suất thu hồi sản phẩm trong thiết

bị sấy phun dao động trong khoảng 90 ÷ 98%

2 Cấu tạo của hệ thống sấy phun

Hệ thống phun sương bao gồm cơ cấu phun sương, hệ thống quạt hút,caroliphere cấp nhiệt cho tác nhân sấy, buồng sấy, bộ phân để thu hồi sảnphẩm (cyclone, lọc túi,…) và hệ thống xử lý khí thải (tùy theo yêu cầu).Trong đó cơ cấu phun sương và buồng sấy phun là bộ phận quan trọng vàđặc trưng nhất cho hệ thống sấy phun, những bộ phận còn lại cũng tương

tự như các hệ thống sấy khác

a. Cơ cấu và phương pháp phun sương

Cơ cấu phun vừa có chức năng đưa vật liệu vào buồng sấy, vừa là kết cấutạo sương mù Giai đoạn tạo sương mù đống vai trò quan trọng nhất trongquá trình sấy phun Nguyên liệu sấy được phun thành những hạt rất nhỏ

vào dòng tác nhân trong buồng sấy làm tăng sự tiếp xúc giữa 2 pha, cường

độ sấy rất cao, thời gian sấy rất ngắn, do đó chất lượng sản phẩm đạt đượctốt hơn

Sơ đồ hệ thống sấy phun

1 Dòng nhập liệu 5 Buồng sấy 2.Lọc cặn 6.Caloriphere 3.Bơm nhập liệu 7 Cyclone thu hồi 4.Cơ cấu phun sương

Có nhiều phương pháp và cơ cấu phun sương khác nhau nhưngthường gặp nhất là 3 loại cơ cấu sau:

• Cơ cấu phun sương dạng đĩa quay hoạt động theo nguyên tắc li tâm

• Cơ cấu phun sương dạng vòi hoạt động nhờ áp lực khí nén

• Cơ cấu phun sương dạng vòi hoạt động theo nguyên tắc khí động.Nhiệm vụ của cơ cấu phun sương là phải phun dung dịch thành cáchạt phân tán có kích thước đều như yêu cầu, năng suất cơ cấu phun phảicao, lâu mòn, dễ thay thế và giá thành phù hợp Loại cơ cấu phun sươngkhông chỉ quyết định đến năng lượng cần thiết cho quá trình sấy mà cònquyết định đến sự phân bố kích thước, mức độ phân tán, quỹ đạo và tốc độcủa hạt sương, tốc độ sấy và kích thước hạt sản phẩm sau khi sấy

Năng lượng tiêu thụ ứng với các cơ cấu sấy phun khác nhau

500kg/h

1000kg/

h

2000kg/hDạn

25

0

30.0

20.0

40

0

80.0

Kích thước trung bình của các hạt ứng với các cơ cấu phun

(µm)

Cơ cấu phun sương dạng vòi phun áp lực

Nguyên tắc hoạt động: dòng lỏng được nén đến áp suất thích hợp (5

– 7 MPa) đi vào vòi phun với tốc độ lớn, đường kính các lỗ vòi phun phải

từ 0.4 đến 4 mm Cuối vòi phun phải có một chi tiết dạng 3 cánh quay tự

do quanh trục tạo ra tốc độ xoáy li tâm, dòng xoáy bị phân tán thành cáchạt nhỏ có kích thước từ 20 ÷ 100 µm.

Để tăng năng suất vòi phun, người ta bố trí nhiều vòi phun

Cơ cấu phun sương dạ ng vòi phun

Ưu điểm

• Công cụ và chi phí năng lượng thấp

• Cấu tạo đơn giản, không có phần chuyển động nên không gây ồn ào

• Thích hợp cho việc phun các dung dịch keo, dung dịch có độ nhớtlớn

Nhược điểm

• Khó điều chỉnh năng suất

• Do lỗ vòi nhỏ nên đòi hỏi áp suất cao để tránh tắc nghẽn

• Không dùng để phun các loại huyền phù hoặc bột nhão

Cơ cấu phun sương dạng vòi khí động

Nguyên tắc hoạt động: dòng dung dịch phun ra gặp dòng không khí

hoặc hơi quá nhiệt có mật độ lớn Hỗn hợp dịch thể và tác nhân sấy sẽ đậpvào một đĩa quay hình nón Do sự suất hiện của lực ma sát mà dòng dungdịch bị phân tán thành các hạt sương mù có đường kính từ 6 – 7 µm cóthể chia vòi phun dạng này thành hai loại: loại áp suất khí thấp PS ≤ 0.001MPa và loại áp suất khí cao PS = (0.15 ÷ 0.7) MPa

• Năng suất không cao

• Độ đồng đều của hạt không cao

Hiện nay, sự lựa chọn cơ cấu phun sương chủ yếu là cơ cấu phunsương dạng đĩa quay và cơ cấu phun sương dạng vòi phun áp lực còn cơcấu phun sương dạng khí động được ứng dụng rất giới hạn trong nhữngtrường hợp các dạng khác không đáp ứng được Cơ cấu phun sương đượclựa chọn dựa trên các yếu tố sau: khả năng linh hoạt trong điều chỉnh năngsuất, năng lượng tiêu thụ, kích thước hạt sản phẩm

Buồng sấy sử dụng cơ cấu phun sương dạng vòi phun

Nhập liệu cùng chiều

Dung dịch được các vòi phun phun thẳng từ đỉnh buồng sấy xuống.Tác nhân sấy có nhiệt độ cao bao lấy dòng hạt phun từ lỗ các vòi phun,cùng chuyển động xuống phía dưới Các hạt lỏng bị đốt nóng đến nhiệt độbay hơi của ẩm, quá trình bay hơi rất nhanh Lượng ẩm tự do bay hơi hết,nhiệt độ tác nhân giảm xuống còn nhiệt độ bay hơi, lúc này các bề mặtkhô giống như “vỏ” bao bọc, nhiệt độ bên trong hạt tăng lên làm cho ẩmbên trong bay hơi và phá vỡ vỏ bay ra ngoài, đến cuối buồng sấy, sảnphẩm đi ra theo cửa đáy, tác nhân sấy đi theo cửa bên đến cyclone và túilọc để thu hồi bụi Nhược điểm của loại này là chiều cao của buồng sấytương đối lớn

Nếu dung dịch được phun từ dưới lên trên thì lúc đầu là sấy cùngchiều, những hạt nhỏ bị dòng khí lôi cuốn từ dưới đáy ra phía đỉnh vàđược thu hồi, những hạt nặng càng đi lên phía trên thì chuyển động càngchậm rồi bị lắng ngược chiều xuống cửa đáy để ra ngoài Chiều cao củabuồng sấy được tính theo quá trình sấy khô các hạt kích thước lớn Vị tríđặt vòi phun phụ thuộc vào tốc độ tác nhân và tốc độ lắng của hạt

Nhập liệu ngược chiều

Kích thước hạt sương phải đủ lớn để trong suốt quá trình sấy, vận tốclắng của hạt phải thắng vận tốc dòng tác nhân sấy từ dưới đi lên Dòng hạt

đi dần xuống dưới được tách ẩm và ra theo cửa đáy, khí thải ra theo cửa

đỉnh Do bố trí ngược chiều và vận tốc hạt chậm nên sản phẩm đạt độ khôthấp và dễ bị cháy khét nếu nhiệt độ tác nhân sấy quá cao.

Nếu dung dịch được phun từ dưới lên thì lúc đầu là sấy ngược chiều,sau đó là cùng chiều, hạt bé có quãng đường ngược ngắn hơn so với hạt

to, do đó sản phẩm khô đều Sản phẩm mịn được lấy ra phía đáy, khí thải

ra cửa bên và đi đến thiết bị thu hồi

Sơ đồ bố trí dòng tác nhân sấy và dòng nhập liệu trong buồng sấy sử dụng

cơ cấu phun sương dạng vòi phun

HA: Dòng khí nóng; OA: Dòng khí ra; F: Dòng nhập liệu; P: Sản phẩm

a, c: tác nhân sấy và dòng nhập liệu cùng chiều

b, d: tác nhân sấy và dòng nhập liệu ngược chiều

3 Ưu nhược điểm của quá trình sấy phun

Ưu điểm

Tính chất và chất lượng của sản phẩm đạt điểm tốt hơn Sản phẩm saukhi sấy có dạng bột mịn đồng nhất, xốp, dễ hòa tan, không cần phải quagiai đoạn nghiền, chất lượng ít bị biến đổi so với nguyên liệu ban đầu, tiệnlợi cho sử dụng và chế biến

Có thể sấy được những nguyên liệu có tính nhạy cảm với nhiệt độ donhiệt độ sấy thấp, thời gian sấy nhanh và khí nén thường dùng là khôngkhí hoặc khí trơ

Thiết bị đơn giản, cho phép hoạt động ở năng suất cao và liên tục.Sản phẩm tiếp xúc với bề mặt thiết bị trong điều kiện khô vì thế việcchọn vật liệu chống ăn mòn cho thiết bị đơn giản hơn

Khoảng nhiệt độ tác nhân sấy khá rộng từ 150 – 600oC nhưng hiệu quảtương tự các loại thiết bị khác

Nhược điểm

Sấy phun không thuận lợi cho những sản phẩm có tỉ trọng lớn.

Không linh động, một thiết bị được thiết kế cho sản xuất sản phẩm cókích thước nhỏ thì không thể được dùng sản xuất các sản phẩm có kíchthước lớn

Vốn đầu tư cao hơn các loại thiết bị khác, tiêu tốn năng lượng nhiều

Lưu lượng tác nhân lớn, tốn kém trong khâu chuẩn bị dung dịch sấy

Kích thước thiết bị lớn, nhất là khi sử dụng tác nhân sấy có nhiệt độthấp

Việc thu hồi sản phẩm và bụi làm tăng chi phí cho quá trình sấy

4 Ứng dụng của kĩ thuật sấy phun

Với các ưu điểm kể trên, kĩ thuật sấy phun đã được ứng dụng rộng rãi để sản xuấtcác sản phẩm như dược phẩm, huyết tương, thực phẩm, chế phẩm sinh học, một sốhợp chất vô cơ, hữu cơ…

Chế độ sấy phun của một số sản phẩm thực phẩm

Nguyên liệu

Nồng độ dungdịch vào(%)

Hàm ẩm củasản phẩm(%)

Nhiệt độ đầu vào(0C )

Nhiệt độ đầura(0C )

sự mất mát của vitamin là không đáng kể Chính bởi những đặc điểm này mà kỹthuật sấy phun ngày càng được nghiên cứu và ứng dụng để sản xuất các thựcphẩm chức năng

CHƯƠNG 3- TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

III.1 Các thông số ban đầu:

Năng suất theo sản phẩm sấy: = 500 kg/h

Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy: = 50%

Độ ẩm của vật liệu sau khi sấy: = 3%

: Năng suất nhập liệu, kg/h

: Năng suất bốc hơi ẩm, kg ẩm/h

: Lượng không khí tiêu hao, kg kk/h

III.2 Cân bằng vật chất

Tính :

 

Lượng không khí cần cho quá trình sấy:

- Chọn không khí vào calorifer có nhiệt độ =300C, ϕ0= 0,77 ( Tra bảng hơi

H2O) Không khí vào thiết bị sấy có nhiệt độ là 0C, ra khỏi thiết bị sấy có nhiệt độ =900C

(kg

ẩm/kg kk khô)

H0=t0 + (2500+2*t0)*d0 = 30+ (2500+2*30)*0,02= 81,2 (kj/kg kk khô)Không khí vào calorifer được đốt nóng đến t1= 1800C

d1= d0=0,02 (kg ẩm/kg kk khô)

H1= t1 + (2500+2*t1) * d1=180+(2500+2*180)*0,02= 237,2 ( kj/kg kk khô)

Quá trình sấy theo lý thuyết do vậy Enthanpi

của không khí ra khỏi thuyết bị sấy H2=H1 do

Thiết bị sấy phun

30

V= = =12352,4 (m3/h )

Lưu lượng không khí thực chuyển động trong tháp sấy bao gồm lượng không khí khô

và lượng hơi ẩm bốc hơi từ vật liệu sấy:

Vt= V + Ga/h= 12352,4+ 470/1,296= 12715 (m3 /h )

III.3 Tính thiết bị chính:

III.3.1 Các thông số ban đầu

- Chọn vòi phun tạo sương loại cơ khí có đường kính lỗ phun là dc = 10-3 m, góc phân tán tia α= 500

- Giả thiết vận tốc chuyển động của không khí trong tháp là ω= 0,97 (m/s) , ρl

là khối lượng riêng của dịch sữa đưa vào sấy, ρl= 1240 (kg/m3 )

III.3.2 Kích thước thiết bị chính:

Đường kính trung bình của giọt vật liệu được tính theo công thức:

C1, C2: nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở nhiệt độ T1 T2, kj/kg độ

* Xác định chiều cao của thấp sấy:

Chiều cao hữu hiệu của tháp sấy được xác định theo công thức

Tư ;nhiệt độ bầu ướt, Tư = 54 o C ( tra từ giản đồ không khí ẩm)

ν : độ nhớt của không khí, ν = 34,85*10-6 (m2/s)

λ : hệ số dẫn nhiệt của không khí, λ = 3,4*10-2 ( w/m2 độ)

dmax ; kích thước lớn nhất cảu hạt sản phẩm

Tiết diện của tháp sấy:

F= = = 3,8 ( m2 )

Vận tốc khí được xác định theo công thức:

= = 0,92 (m / s)

Chênh lêch với sự lựa chọn ban đầu

*100 % = 4% < 5% ; vậy sựa lựa chọn ban đầu là hợp lý

*Xác định thời gian sấy:

ts = ( s )

ωh: tốc độ của hạt sản phẩm rơi trong thiết bị, xem ωh = ω = 0,34 ( m/s).Vậy thời gian sấy của vật liệu là:

ts = = 5,57 ( s )

III.4 TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

III.4 1 Tổn thất nhiệt ở tháp sấy:

- Chế chuyển động của không khí trong thiết bị