MÁY SẤY TẦNG SÔI

1. Máy sấy tầng sôi

1.1 Nguyên lý sấy tầng sôi

Thổi một dòng khí xuyên từ dưới lên qua một lớp các phần tử nhỏ (hạt). Khi lưu lượng còn thấp, khí chỉ xuyên qua không gian trống giữa các phần tử rồi ra khỏi lớp hạt.

Khi tăng lưu lượng đến giá trị nào đó, các phần tử bắt đầu lơ lững trong dòng khí đi lên. Lúc này lực ma sát giữa phần tử và lưu chất cân bằng với trọng lượng phần tử, thành phần thẳng đứng của lực nén giữa các phần tử kề cận mất đi, tổn áp xuyên qua lớp hạt bằng với trọng lượng các phần tử trong lớp hạt đó. Lớp hạt được xem như vừa chớm sôi hay sôi tối thiểu. Vận tốc dòng khí ở trạng thái này gọi là vận tốc tối thiểu Vmf. Giá trị Vmf phụ thuộc vào đặc tính vật lý của hạt như kích thước, hình dáng, trọng lượng riêng, độ xốp khối hạt; và các đặc tính vật lý của khối khí như độ nhớt, khối lượng riêng.

Khi vận tốc khí cao hơn Vmf , xuất hiện các bong bóng lớn bên trong lớp hạt và tổn áp qua lớp hạt vẫn không tăng. Sự xuất hiện các bong bóng khí làm cho các phần tử được đẩy lên rồi rơi xuống nên được trộn đều một cách liên tục tạo ra sự đồng đều nhiệt độ của toàn lớp. Đây là trạng thái sôi, tiếng Anh là “fluidised” nghỉa là chất rằn có thể đối lưu gần như chất lỏng.

Nếu tăng vận tốc khí đến một giá trị nào đó các phần tử trở nên lơ lững hoàn toàn trong không khí và được gọi là trạng thái tới hạn. Nếu vận tốc khí vượt qua trạng thái này thì các phần rử hạt sẽ di chuyển theo dòng khí ra ngoài.

Trong sấy hạt, vận tốc khí được lựa chọn ở trạng thái có bong bóng, gọi là vận tốc khí bề mặt Vaf. Theo kinh nghiệm Vaf gấp 1,5 đến 2 lần là thích hợp cho sấy hạt theo nguyên lý tầng sôi.

1.2 Máy sấy tầng sôi ở các nước

Máy sấy tầng sôi (MSTS) được nghiên cứu sớm ở Thái Lan từ 1993, thương mại hóa từ 1995, đến nay có nhiều máy với năng suất sấy đến 20 tấn/h.  Năm 2002, khoảng 7% lúa Thái được sấy bằng MSTS và có lẽ là nước áp dụng nhiều MSTS nhất hiện nay (Sungareeyakul et al., 2002; trích dẫn bởi Nathakaranakule, 2002).

Mỹ và Australia cũng có nhiều nghiên cứu cơ bản về sấy tầng sôi. Ở nhiệt độ sấy 120‑150°C, khoảng 11‑30% hạt bị hồ hóa một phần, do nhiệt độ nhiệt độ hạt tăng đến 92‑100 oC (Truitt & Siebenmorgen 2006), do đó tỷ lệ gạo nguyên cao hơn sấy nhiệt độ thường.  Thực chất, gạo đã bị “thử thách” “spin-off”, nghĩa là gạo mới mà trông như gạo cũ đã bảo quản vài tháng.  Nên mức độ áp dụng qui mô thương mại MSTS ở Mỹ và Úc cho lúa gạo coi như không có.

Tuy thông tin gần đây từ công nghiệp xay xát Thái Lan không nhiều, nhưng tập hợp nhiều nguồn, có thể nói MSTS được dùng nhiều hơn để sấy gạo đồ (parboiled rice) mà gạo rạn nứt được hồ hóa kết dính lại, và sấy bắp (ngô) mà nứt hay không rồi cũng nghiền thành bột…

1.3 Máy sấy tầng sôi ở Việt Nam

Năm 1995, Đại học Nông Lâm TP HCM là đơn vị đầu tiên đưa ra 2 mẫu máy sấy tầng sôi năng suất 1 tấn/giờ (STS-1) và 5 tấn/giờ (STS-5) dùng cho lúa hoặc bắp (Hình 1), có sơ đồ cấu tạo như Hình 2. Khi hoạt động, hạt từ phểu được trục cuốn đẩy liên tục vào buồng sấy, “sôi” và đi dọc sàn sấy nhờ sức đẩy của khí sấy rồi được tháo ra ở cuối sàn nhờ trục tháo hạt. Không khí sấy thoát ra khỏi khối hạt qua xy-clôn để lắng tạp chất, một phần được hồi lưu về quạt với khí lò để tiết kiệm nhiệt.

Hình 1: Máy sấy STS-1 do Đại học

Nông Lâm thiết kế chế tạo

Kết quả thử nghiệm với lúa vụ Hè-Thu 1995 tại Cần Thơ cho thấy:  Thời gian sấy hạt trung bình khoảng 2-3 phút, nhiệt độ sấy 115 oC, giảm ẩm độ của hạt từ 31 xuống 21%. Hạt sau khi sấy được lấy mẫu và làm khô từ từ để so sánh với mẫu hạt phơi chuẩn trong bóng râm. Độ rạn nứt hạt qua xay xát của hai mẫu trên là không khác biệt, độ trắng của gạo cũng tương đương nhau.

Tuy kết quả kỹ thuật tốt, chứng tỏ được khả năng kỹ thuật của nguyên lý sấy tầng sôi, nhưng kết quả khuyến nông không tốt, vì giá máy khá đắt (150 triệu đồng với STS-5, giá năm 1995); nông dân chưa sẵn sàng tiếp nhận, còn doanh nghiệp lúa gạo chưa sắp xếp được máy này trong hệ thống của họ. Máy tầng sôi thứ hai theo mẫu STS-5, do Viện Cơ Điện-CNSTH lắp đặt ở Long An, cũng chung cảnh ngộ không được sử dụng dù sấy đạt.  Đây là những kinh nghiệm về sự tương thích giữa yêu cầu xã hội và khả năng kỹ thuật khi muốn cơ giới hóa.

Gần đây, máy sấy tầng sôi đã được “tái sử dụng” lại ở Việt Nam. Đã có những mẫu máy sấy tầng sôi năng suất 15 tấn/giờ và 20 tấn/giờ được chế tạo và thương mại hóa ở ĐBSCL. Các máy này chủ yếu kết hợp với máy sấy tháp cho các dây chuyền sấy lúa lương thực qui mô lớn 200-500 tấn/ngày.

Đối với lúa giống, chưa thấy tài liệu trong nước và trên thế giới công bố việc sử dụng máy sấy tầng sôi để sấy, các kết quả nghiên cứu chỉ tập trung với lúa lương thực. Lý do có thể đơn giản là sấy tầng sôi càng hiệu quả hơn khi sấy ở nhiệt cao, tiếp xúc với nhiệt độ cao mặc dù trong thời ngắn vẫn luôn là điều cấm kỵ đối với lúa giống.

Hình 2:. Sơ đồ nguyên lý máy sấy STS do Đại học Nông Lâm thiết kế chế tạo

XEM ỨNG DỤNG MÁY SẤY TẦNG SÔI TẠI ĐÂY:

XEM VIDEO CLIP TẠI ĐÂY: