BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

ĐỒ ÁN
THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN DỊCH CHANH DÂY
NĂNG SUẤT 100KG/H

GVHD: X
SVTH: X
X

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9/2017


LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô Bộ môn Công nghệ Kỹ thuật Hóa học,
Trưởng Bộ môn X đã tạo điều kiện cho chúng em học môn học Đồ án với việc thiết kế
một thiết bị sấy phun hoàn chỉnh. Xin cảm ơn X đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ
chúng em hoàn thiện Đồ án này.
Trong khoảng thời gian học, hoàn thành Đồ án đã mang đến cho chúng em nhiều
kiến thức, kinh nghiệm bổ ích, hiểu biết các nguyên lý, quy trình sấy phun bột chanh
dây. Nhờ đó chúng em có thêm nhiều kiến thức và củng cố lý thuyết được học, tích luỹ
kinh nghiệm giúp ích rất nhiều cho chúng em trong công việc ở tương lai.
Quá trình làm báo cáo Đồ án, mặc dù đã cố gắng để hoàn thành tốt nhưng không
thể tránh khỏi những sai sót nhất định. Rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo từ
thầy, cô để hoàn thiện bài báo cáo tốt hơn.
Chúng em xin chân thành cám ơn.

i

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. i
MỤC LỤC ...................................................................................................................... ii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...............................................................................................v
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... vi
DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT .................................................................................. vii
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... viii
CHƯƠNG I TỔNG QUAN .............................................................................................1
Tổng quan về nguyên liệu chanh dây ......................................................1

1.1.
1.1.1.

Nguồn gốc ..........................................................................................1

1.1.2.

Phân loại .............................................................................................2

1.1.3.

Cấu tạo, thành phần ............................................................................3

1.1.4.

Tình hình cây chanh dây ở nước ta và các sản phẩm từ chanh dây ...5
Tổng quan công nghệ sấy và sấy phun ....................................................8

1.2.

1.2.1.

Khái niệm chung về công nghệ sấy ....................................................8

1.2.2.

Hệ thống và thiết bị sấy phun ...........................................................10
Quy trình sản xuất bột chanh dây ..........................................................20

1.3.
1.3.1.

Quy trình sản xuất ............................................................................20

1.3.2.

Thuyết minh quy trình ......................................................................21
Chọn phương án sấy và thiết bị sấy .......................................................24

1.4.
1.4.1.

Chọn phương án sấy .........................................................................24

1.4.2.

Chọn thiết bị sấy ...............................................................................24

CHƯƠNG II CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG.....................................26
2.1.


Các thông số ban đầu .............................................................................26

2.2.

Cân bằng vật chất ...................................................................................28

2.3.

Cân bằng năng lượng .............................................................................28

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH ...........................................................33
3.1.

Các thông số ban đầu: ............................................................................33

3.2.

Tính chọn đường kính tháp sấy .............................................................33
3.2.1.

Diện tích tiết diện lỗ phun ................................................................33

3.2.2.

Độ rộng của tán phun .......................................................................33
ii


Thời gian sấy vật liệu trong tháp ...........................................................34


3.3.
3.3.1.

Tính cường độ bay hơi ẩm ...............................................................34

3.3.2.

Tốc độ sấy đẳng tốc ..........................................................................35

3.3.3.

Thời gian sấy đẳng tốc .....................................................................36

3.3.4.

Thời gian sấy giảm tốc .....................................................................36
Tính chiều cao tháp sấy, thể tích buồng sấy và TNS .............................37

3.4.
3.4.1.

Xác định độ chênh lệch nhiệt độ trung bình.....................................37

3.4.2.

Xác định các tốc độ TNS ..................................................................38

3.4.3.


Hệ số trao đổi nhiệt αv ......................................................................39

3.4.4.

Nhiệt lượng VLS nhận được ............................................................40

3.4.5.

Thể tích buồng sấy ...........................................................................40

3.4.6.

Chiều cao hữu hiệu buồng sấy .........................................................40

3.4.7.

Thời gian lưu vật liệu trong tháp ......................................................40
Tính truyền nhiệt ....................................................................................41

3.5.
3.5.1.

Bề dày lớp cách nhiệt .......................................................................41

3.5.2.

Tính hệ số truyền nhiệt tổng thể .......................................................41
Tính bền cho thiết bị chính ....................................................................42

3.6.

3.6.1.

Thân thiết bị......................................................................................42

3.6.2.

Đáy và nắp thiết bị............................................................................44

3.7.

Vòi phun ................................................................................................45

3.8.

Tính chọn tai treo ...................................................................................45

3.9.

Cửa người và cửa quan sát .....................................................................45

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ ...............................................................46
4.1.

Ống dẫn không khí vào tháp ..................................................................46

4.2.

Calorifer .................................................................................................46

4.3.


Buồng đốt ...............................................................................................48

4.4.

Cyclone ..................................................................................................48

4.5.

Bơm cao áp ............................................................................................50

4.6.

Chọn quạt ...............................................................................................51

4.7.

Tính đường ống dẫn lỏng.......................................................................53

4.8.

Chọn bích và bulong cho nắp ................................................................53
iii


CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................54
5.1.

Kết luận ..................................................................................................54


5.2.

Kiến nghị................................................................................................55

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................56

iv


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Chanh dây dạng quả tía. ..................................................................................2
Hình 1.2: Chanh dây dạng quả vàng. ..............................................................................3
Hình 1.3: Sản phẩm bột chanh dây. .................................................................................7
Hình 1.4: Các sản phẩm nước ép chanh dây. ..................................................................7
Hình 1.5: Một số sản phẩm khác từ chanh dây. ..............................................................7
Hình 1.6: Đồ thị biểu diễn bản chất của quá trình sấy. .................................................10
Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống sấy phun. ..............................................................................12
Hình 1.8: Cơ cấu phun sương dạng đĩa quay và hình dạng của rãnh. ...........................14
Hình 1.9: Cơ cấu phun sương dạng vòi phun. ...............................................................15
Hình 1.10: Sơ đồ bố trí dòng TNS và dòng nhập liệu trong buồng sấy sử dụng cơ cấu
phun sương dạng vòi phun. ...........................................................................................17
Hình 1.11: Sơ đồ bố trí dòng TNS và dòng nhập liệu trong buồng sấy sử dụng cơ cấu
phun sương dạng đĩa quay. ............................................................................................18
Hình 1.12: Quy trình sản xuất bột chanh dây. ...............................................................20

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần cấu tạo quả chanh dây. ................................................................3

Bảng 1.2: Thành phần cấu tạo của vỏ quả chanh dây khô. .............................................4
Bảng 1.3: Thành phần của hạt chanh dây sau khi sấy khô: .............................................4
Bảng 1.4: Giá trị dinh dưỡng trong 100g phần ăn được của chanh dây tía. ....................5
Bảng 1.5: Năng lượng tiêu thụ ứng với các cơ cấu sấy phun khác nhau. .....................13
Bảng 1.6: Kích thước trung bình của các hạt ứng với các cơ cấu phun. .......................13
Bảng 1.7: Chế độ sấy phun của một số sản phẩm thực phẩm. ......................................19
Bảng 3.1: Chi tiết thân thiết bị.......................................................................................42
Bảng 3.2: Chi tiết nắp thiết bị. .......................................................................................44
Bảng 3.3: Chi tiết tai treo. .............................................................................................45
Bảng 4.1: Kích thước cơ bản của cyclone đơn loại LIH-24. .........................................49
Bảng 4.2: Chi biết bích và bulong. ................................................................................53
Bảng 5.1: Kết quả tính toán. ..........................................................................................54

vi


DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
TNS: tác nhân sấy.
VLS: vật liệu sấy.
CT: công thức.
TT&TK: tính toán và thiết kế.
HTS: hệ thống sấy.
QT&TB: quá trình và thiết bị.
CNHH&TP: công nghệ hóa học và thực phẩm.
CNHC: công nghệ hóa chất.
KTS: kỹ thuật sấy.
VL: vật liệu.

vii



MỞ ĐẦU
Xã hội phát triển, đời sống con người ngày càng được nâng cao vì vậy nhu cầu
về các sản phẩm mang tính tiện nghi đặc biệt phù hợp với công việc và nhịp sống của
người dân ngày càng nhiều. Bên cạnh những thực phẩm chế biến sẵn, thức ăn nhanh,
nước giải khát thì bột hoa quả cũng đang là một trong những mặt hàng đang được sự
chú ý quan tâm của nhiều người tiêu dùng, bởi những tính chất riêng biệt mà bột hoa
quả mang lại.
Từ thực tế nhận thấy sự có mặt của các loại bột hoa quả ngày càng nhiều trên thị
trường quốc tế cũng như trong nước như: bột ngũ cốc, bột cam, bột dứa, bột xoài,…
Thì sản phẩm bột chanh dây với hương vị, thành phần dinh dưỡng riêng củng đang dần
dần chiếm được sự yêu thích của người tiêu dùng.
Ở nước ta với điều kiện khí hậu nhiệt đới đã tạo điều kiện thuận lợi cho chanh
dây phát triển tốt và sản lượng cao. Từ những điều kiện trên cho thấy đây là một trong
những điểm thuận lợi để sản xuất bột chanh dây. Để đảm bảo được dinh dưỡng cũng
như tính cảm quan cho bột chanh dây trong quá trình sản xuất việc chọn thiết bị phù
hợp là một trong những điều kiện đầu tiên của quá trình sản xuất. Với những ưu điểm
của thiết bị sấy phun như:
-

Tính chất, chất lượng của sản phẩm đạt điểm tốt hơn, sản phẩm sau khi sấy có
dạng bột mịn và đồng nhất, xốp, dễ hòa tan, không phải qua giai đoạn nghiền,
chất lượng ít bị biến đổi so với nguyên liệu ban đầu, tiện lợi cho sử dụng và
chế biến.

-

Thiết bị đơn giản, cho phép hoạt động ở năng xuất cao và liên tục.

-


Sấy được nguồn nguyên liệu có tính nhạy cảm với nhiệt độ tháp và thời gian
ngắn,...

Từ những ưu điểm của thiết bị sấy phun cũng như để đảm bảo chất lượng, tính
chất cảm quan của sản phẩm bột chanh dây em chọn thiết bị sấy phun dịch chanh dây
với năng xuất 100kg/h.

viii


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN
Tổng quan về nguyên liệu chanh dây

1.1.

1.1.1. Nguồn gốc
Quả chanh dây tía có nguồn gốc từ miền nam nước Brazil qua Paraguay đến
miền bắc Argentina. Những tín đồ cong giáo người Tây Ban Nha vào thế kỷ 16 đã đặt
tên cho nó là “flor pasionis” (hoa đam mê) hay ‘flor de las cinco llagas” (hoa có năm
vết xước) do màu tía của hoa khiến họ tin là nó giống với năm nỗi khổ của Chúa Giêsu.
Người ta chưa xác định được nguồn gốc của loại quả màu vàng, có lẽ nó thuộc
vùng Amazon của Brazil, hay cũng có thể nó là cây lai giữa Passiflora edulis và
Passiflora ligularis.
Ở Việt Nam, đầu tiên chanh dây xuất hiện ở các tỉnh miền Bắc vào thập niên 90
và sau đó phân tán vào đến các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long. Vì ở Việt Nam có
cây Lạc Tiên (miền Trung và miền Nam gọi là cây Chùm Bao - một loại cây hoang dại
có tác dụng chữa bệnh mất ngủ) là loại cây leo trái tròn, lớn gấp đôi trái ping-pông, vỏ
có màu xanh khi chín màu vàng lợt, ruột có vị chua thanh hơi giống chanh nên đặt tên

gọi là “Chanh Dây”.
Lạc Tiên vào Việt Nam có hai giống, phân biệt theo xuất xứ và màu vỏ:
-

Giống Lạc Tiên có vỏ màu vàng có nguồn gốc từ Sirilanca, Urganda và
Hawaii (nguồn tra cứu) ở Việt Nam gọi là cây chanh dây.

-

Giống Lạc Tiên vỏ tía có nguồn gốc từ Australia và Đài Loan. Tại Đức Trọng
giống Lạc Tiên vỏ tía được nhập từ Đài Loan có tên khoa học là Passiflora
edulis, dân địa phương gọi là cây Mác Mác, người Đài Loan gọi là Bách
Hương Quả.

Ngày nay, chanh dây được phân bố khắp nơi trên thế giới như Châu Á, Úc, New
Zeland, Ấn Độ , Nam Phi, Israsel, Hawaii, Canada,…

1


1.1.2. Phân loại
Có 3 loại Chanh Dây phổ biến:
-

Chanh Dây Tía (Passiflora edulis).

-

Chanh Dây Vàng (Passiflora edulis flavicarpa).


-

Chanh Dây Lam (passiflora cocrulea).

Ở Việt Nam chủ yếu gặp 2 loại chanh dây vỏ tía và vỏ vàng.
 Dạng quả tía.

Hình 1.1: Chanh dây dạng quả tía.
Các dạng quả tía:
-

Black Knight: Quả có màu tía đậm, hương thơm tuyệt vời, có kích thước và
hình dạng của một quả trứng to. Là loại cây leo khỏe mạnh, chen chúc và rất
sai quả, có tán lá mịn đẹp.

-

Kahuna: Quả tía vừa, rất lớn, có vị hơi chua thơm, dùng uống rất ngon. Cây
có khả năng tự sinh sản, khỏe mạnh, tán lá to.

-

Edgchill: Có nguồn gốc ở Vista, Calif. Quả tương tự như Black Knight,
nhưng mọc to khỏe và có trái lớn hơn.

-

Frederick: Là loại quả có dạng gần giống hình oval, to, tía hơi xanh và có
chút sắc đỏ, có vị chua nhẹ, ngon khi ăn ngay, uống lại tuyệt vời. Cây tự ra
quả cực kỳ khỏe mạnh, rất hữu ích và chắc hơn Passiflora edulis flavicarpa.


-

Paul Ecke: có nguồn gốc ở Encinitas, Calif. Trái có kích thước trung bình, rất
ngon thích hợp để uống hay ăn ngay. Cây chắc và sai quả.

-

Purpe Giant: Quả rất lớn, tía đậm khi chín.
2


-

Red Rover: Quả hơi tròn, có kích thước vừa hoặc to, có vormauf đỏ sáng hấp
dẫn, có vị chua thơm, ngon khi ăn liền hoặc uống. Cây rất khỏe, chắc và có
khả năng tự sinh sản.
 Dạng quả vàng.

Hình 1.2: Chanh dây dạng quả vàng.
Các dạng quả vàng:
-

Brazillian Golden: Qủa có màu vàng, to, có vị hơi chua. Cây rất khỏe, đòi hỏi
sự giao phấn. Hoa thơm, màu trắng hơi đậm ở giữa, ra hoa vào giữa mùa hè,
vụ mùa bắt đầu vào cuối tháng tám hoặc đầu tháng chín.

-

Golden Giant: Cây có màu vàng, to, có nguồn gốc ở Úc.


1.1.3. Cấu tạo, thành phần
Bảng 1.1: Thành phần cấu tạo quả chanh dây.
Thành phần

Tỷ lệ (%)

Vỏ quả

49,19

Hạt

4,81

Dịch quả

46,00

 Vỏ quả: chiếm tỷ lệ chủ yếu của quả chanh dây, có màu đỏ tía hoặc màu
vàng.

3


Bảng 1.2: Thành phần cấu tạo của vỏ quả chanh dây khô.
Thành phần

Hàm lượng (g/100g)


Ẩm

9,93±0,12

Tro

7,52±0,02

Protein

4,05±0,61

Lipid

˃ 0,1

Chất xơ hòa tan

19,2±0,02

Chất xơ không hòa tan

38,05±0,02

Carbohydrate

21,28±0,44

Khi phân tích thành phần vỏ tươi của 2 loại chanh dây, người ta còn tìm thấy sự
có mặt của tinh bột (0,75-1,36%), đường (saccharose, glucose, fructose) 1,64%, chất

béo (0,05-0,16%), phosphorus (0,03-0,06%), sillica (0.01-0,04%), kali (0,60-0,78%),
acid hữu cơ (acid citric, acid malic) 0,15%.
 Hạt.
Bảng 1.3: Thành phần của hạt chanh dây sau khi sấy khô:
Thành phần

Tỷ lệ %

Độ ẩm

5,4

Chất béo

23,8

Chất xơ

53,7

Protein

11,1

Tro tổng

1,84

Tro hòa tan trong HCl


0,35

Canxi

80 mg/100 g

Sắt

18 mg/100 g

Phosphorus

640 mg/100 g

4


 Dịch quả.
Bảng 1.4: Giá trị dinh dưỡng trong 100g phần ăn được của chanh dây tía.
Thành phần

Giá trị

Thành phần

Giá trị

Năng lượng

97 kcal


Calci

13 mg

Nước

75,1 g

Phospho

64 mg

Protein

2,2 g

sắt

1,6 mg

Chất béo

0,7 g

Magie

29 mg

Carbohydrates


23,38 g

Natri

28 mg

Chất xơ

10,4 g

Kali

348 mg

Tro

0,8 g

Kẽm

0,1 mg

Vitamin C

30 mg

Đồng

0,086 mg


Vitamin A

700 LU

Acid béo no

0,059 g

Vitamin B2

0,13 mg

Acid béo 1 nối đôi

0,086 g

Vitamin B6

0,1 mg

Acid béo nhiều nối đôi

0,411 g

Vitamin E

1,12 mg_ ATE

Niacin


1,5 mg

1.1.4. Tình hình cây chanh dây ở nước ta và các sản phẩm từ chanh dây
1.1.4.1.

Tình hình cây chanh dây ở nước ta

Với khí hậu ở nước ta, thì cây chanh dây hiện nay đang được trồng rất phổ biến.
Đặc biệt là các tỉnh như Lâm Đồng, Gia Lai, Đắk Nông,… diện tích chanh dây ở đây
khá lớn và trồng giống được nhập khẩu từ Đài Loan. Với giống cây này, và điều kiện
chăm sóc tốt thì hằng năm thu được năng suất 70-100 tấn/ha/năm.
Với sự phát triển như vậy thì thị trường tiêu thụ là một vấn đề quan trọng, sự tiêu
thụ chanh dây hiện nay phụ thuộc rất nhiều vào các thương lái Trung Quốc và điều này
gây bấp bênh cho người dân trồng. Vì vậy đôi khi cây chanh dây bị mất giá trị.

5


Từ những vấn đề nêu trên đặt ra cho ta cần phải có hướng giải quyết để nâng tầm
giá trị cây chanh dây như làm ra các sản phẩm từ chanh dây, và giúp cây chanh dây
được phát triển bền vững.
1.1.4.2.

Các sản phẩm từ chanh dây

Chanh dây thường được dùng để ăn tươi làm món tráng miệng như các loại trái
cây thông thường hoặc dịch quả được cô đặc làm phụ liệu để thêm vào nhằm cải thiện
mùi vị, tăng giá trị cảm quan cho các loại thực phẩm khác như nước sốt, kem, nước
giải khát, cocktail, bánh cookies, kẹo, mứt, bánh mì tươi và một số loại bánh nướng

..v…v. Từ chanh dây, người ta có thể làm mứt (bao gồm cả mứt dẻo và mứt đông) phủ
lên bề mặt bánh nướng, làm nước sốt ăn kèm với các món thịt cá hay bổ sung vào
trong quá trình làm patê.
Ở các nước công nghiệp và các nước đang phát triển, chanh dây được sử dụng
phổ biến để làm thức uống và trong tương lai gần nó được xem là loại nước quả mới
có khả năng cạnh tranh với thị trường Mỹ.
Trong quá trình chiết xuất dịch quả để sử dụng, có khoảng 2/3 khối lượng
nguyên liệu quả ban đầu được thải bỏ (bao gồm 90% là vỏ và 10% là hạt). Vì vậy, trên
thế giới đã có khá nhiều công trình nghiên cứu về việc tận dụng nguồn phế liệu trên.
Người ta thấy rằng vỏ chanh dây còn là nguồn thức ăn gia súc tốt cho các động vật
nuôi lấy sữa. Vì vậy, ở Hawaii vỏ chanh dây khô, không qua ngâm vôi, chiếm đến
22% trong khẩu phần ăn hằng ngày của gia súc (Otagaki và Matsumoto, 1958).
Hạt chanh dây còn được tận dụng để ép dầu với chất lượng cao tương tự dầu
phộng, dầu hướng dương. Dầu từ hạt chanh dây có chứa 8,9% acid béo no, 84,9% acid
béo không no nên được đánh giá cao trong việc đẩy mạnh sự tăng trưởng và khả năng
tiêu hóa khi được sử dụng ở mức 5% trong khẩu phần ăn của người Nam An và khẩu
phần ăn kiêng.

6


Hình 1.3: Sản phẩm bột chanh dây.

Hình 1.4: Các sản phẩm nước ép chanh dây.

Kẹo chanh dây

Sốt chanh dây

Nước hoa


Siro chanh dây

Trà chanh dây

Sữa rữa mặt

Mứt jam

Nước chanh dây

Sữa tắm

Hình 1.5: Một số sản phẩm khác từ chanh dây.

7


Tổng quan công nghệ sấy và sấy phun

1.2.

1.2.1. Khái niệm chung về công nghệ sấy
1.2.1.1.

Khái niệm và phạm vi ứng dụng

Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bốc hơi ẩm ra khỏi vật liệu rắn hoặc
lỏng. Với mục đích giảm bớt khối lượng vật liệu (giảm công chuyên chở, kho tồn,…),
tăng độ bền vật liệu (gốm, sứ, gỗ,...) và để bảo quản trong một thời gian dài, nhất là

đối với lương thực, thực phẩm.
Bản chất của quá trình sấy là quá trình khuyếch tán do chênh lệch độ ẩm ở bề
mặt và trong vật liệu, nói cách khác là do chênh lệch áp suất hơi riêng phần của ẩm ở
bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh. Sấy là quá trình không ổn định, độ ẩm vật
liệu thay đổi theo không gian và thời gian sấy.
Trong các phương pháp làm khô cơ học, hóa lý, nhiệt,... thì quá trình sấy bằng
nhiệt thường được sử dụng nhất và là một kỹ thuật quan trọng được ứng dụng rộng rãi
trong rất nhiều ngành công - nông nghiệp như hóa chất, dược phẩm, chế biến nông 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 chất lượng
cao, tiêu tốn ít năng lượng và chi phí vận hành thấp. Do đó, cần phải dựa vào tính chất
vật liệu, lượng sản phẩm để chọn ra chế độ và phương pháp sấy tối ưu cũng như tùy
vào năng suất, hiệu quả kinh tế mà chọn hệ thống sấy cho phù hợp.
1.2.1.2.

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 phần
lượng ẩm liên kết. Lượng ẩm bốc hơi được gọi chung là lượng ẩm tự do. Lượng ẩm
còn 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 bể mặt vật liệu bay hơi vào môi trường xung quanh, giai đoạn này
phụ thuộc vào điều kiện môi trường xung quanh như nhiệt độ, áp suất, tốc độ
chuyển động của môi trường,…

8



-

Khi độ ẩm trên bề mặt vật liệu nhỏ hơn độ ẩm bên trong vật liệu, nước sẽ
khuếch tán từ bên trong ra bề mặt vật liệu nhờ chênh lệch độ ẩm. Giai đoạn
này phụ thuộc vào nhiệt 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
phẩn của hơi nước trong môi trường (Pmt) phải nhỏ hơn áp suất hơi nước trên bề mặt
vật liệu (Pvl), tức là: ∆P = Pvl – Pmt > 0.
Khi ∆P càng lớn thì lượng ẩm tách ra càng nhiều. Theo thời gian sấy, hơi nước
của môi trường xung quanh càng nhiều làm Pmt tăng lên, độ ẩm vật liệu giảm đi làm
Pvl giảm theo, do đó ∆P → 0. Tại thời điểm ∆P = 0. Quá trình đạt đến trạng thái cân
bằng, quá trình bay hơi ngừng lại, độ ẩm vật liệu lúc đó gọi là độ ẩm cân bằng. Nhiệt
độ của vật liệu khi đó bằng với nhiệt độ của TNS.
1.2.1.3.

Các giai đoạn của quá trình sấy

Quá trình sấy thường được thể hiện trên giản đồ sau:
Ðường cong sấy: là đường cong biểu diễn sự thay đổi của độ ẩm vật liệu theo
thời gian sấy. Dạng của đường cong sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: liên kết giữa
ẩm và vật liệu, hình dáng, kích thước, đặc tính vật liệu, phương pháp và chế độ sấy.
U = f(r)
Đường cong tốc độ sấy: là đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ sấy và
độ ẩm của VLS. Đường cong tốc độ sấy thu được từ việc đạo hàm đường cong sấy
theo thời gian.

dU
 g(U)

dt
Đường biểu diễn nhiệt độ của vật sấy: thể hiện sự biến thiên nhiệt độ của vật
liệu trong suốt quá trình sấy.

9


W (%)

Đường biểu diễn nhiệt độ của vật

dU/dt
t (oC)

Đường cong tốc độ

Đường cong sấy
Thời gian (giờ)
Hình 1.6: 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 bằng
gồm 3 giai đoạn:
-

Giai đoạn đun nóng vật liệu: làm tăng nhiệt độ để ẩm có thể bốc hơi được.
Giai đoạn 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
lớn hơn 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 và phụ 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
kết nên 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 vào tốc độ khuếch tán ẩm và các yếu tố bên trong vật
liệu. Nhiệt độ của TNS trong giai đoạn này phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép
của vật liệu.

1.2.2. Hệ thống và thiết bị sấy phun
1.2.2.1.

Nguyên lí làm việc

Quá trình sấy phun là quá trình chuyển đổi dòng nhập liệu dạng lỏng thành sản
phẩm dạng bột. Dòng nhập liệu được phân tán thành những hạt nhỏ li ti nhờ cơ cấu
10


phun sương. Cơ cấu phun sương thường có dạng đĩa quay hoặc vòi áp lực. Những hạt
lỏng phun ra ngay lập tức tiếp xúc với dòng 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 được sấy khô mà không làm thay đổi đáng kể tính chất của sản phẩm. Thời gian
sấy khô các hạt lỏng dạng sương trong sấy phun nhanh hơn nhiều so với các quá trình
sấy khác.
Sấy phun gồm 3 giai đoạn 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 sấy phun. Hiện nay có 3 cơ
cấu phun sương: đầu phun li tâm, đầu phun 1 dòng, đầu phun 2 dòng. Kích thước các
giọt nhỏ sau giai đoạn phun sương dao động trong khoảng 10÷200 µm.
Giai đoạn 2: hòa trộn sương mù với dòng TNS trong buồng sấy. Đây chính là
giai đoạn tách ẩm ra khỏi nguyên liệu. Do nguyên liệu được phun sương nên diện tích
tiếp xúc giữa các giọt lỏng và TNS là rất lớn. Do đó ẩm trong nguyên liệu được bay
hơi nhanh chóng. Thời gian diễn ra tách ẩm từ vài giây tới hai chục giây.
Giai đoạn 3: tách sản phẩm ra khỏi dòng TNS. 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 %.
1.2.2.2.

Cấu tạo hệ thống sấy phun

Hệ thống sấy phun bao gồm cơ cấu phun sương, hệ thống quạt hút, caroliphere
cấp nhiệt cho TNS, buồng sấy, bộ phân để thu hồi sản phẩm (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 và đặc 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 cấu tạo
sương mù. Giai đoạn tạo sương mù đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình sấy
11


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 được tốt hơn.


Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống sấy phun.
Ghi chú: 1. Dòng nhập liệu.

5. Buồng sấy.

2. Lọc cặn.

6. Calorifer.

3. Bơm nhập liệu.

7. Cyclone thu hồi.

4. Cơ cấu phun sương.

8. Quạt hút.

Có nhiều phương pháp và cơ cấu phun sương khác nhau nhưng thường 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 các hạt phân tán
có kích thước đều như yêu cầu, năng suất cơ cấu phun phải cao, lâu mòn, dễ thay thế
và giá thành phù hợp. Loại cơ cấu phun sương không chỉ quyết định đến năng lượng
cần thiết cho quá trình sấy mà còn quyết định đến sự phân bố kích thước, mức độ phân
tán, quỹ đạo và tốc độ của hạt sương, tốc độ sấy và kích thước hạt sản phẩm sau khi
sấy.
12


Bảng 1.5: Năng lượng tiêu thụ ứng với các cơ cấu sấy phun khác nhau.
Cơ cấu phun sương

Năng lượng tiêu thụ ứng với năng suất (kWh)
250 kg/h

500 kg/h

1000 kg/h

2000 kg/h

Dạng đĩa quay

8,0

15,0

25,0


30,0

Vòi phun áp lực

0,4

1,6

2,5

4,0

Vòi phun khí động

10,0

20,0

40,0

80,0

Bảng 1.6: Kích thước trung bình của các hạt ứng với các cơ cấu phun.
Loại cơ cấu phun

Đường kính trung bình (µm)

Dạng đĩa quay


1÷600

Vòi phun áp lực

10÷800

Vòi phun khí động

5÷300

 Cơ cấu phun sương dạng đĩa quay.
Nguyên tắc hoạt động: dịch lỏng được bơm vào tâm đĩa. Dưới tác dụng của động
cơ hoặc khí nén, đĩa quay quanh trục đối xứng, dưới tác dụng quay của đĩa cùng với sự
thoát ra của khí nén, dòng lỏng va đập vào các rãnh và bị phân tán thành các hạt sương
có đường kính trung bình khoảng 8÷18 µm đi vào buồng sấy. Góc phun là 180o, quỹ
đạo ban đầu của hạt sương là chuyển động ngang, khi va chạm vào thành buồng sấy,
hạt thay đổi phương đột ngột tạo ra bụi sương sấy rối di chuyển xuống phía đáy và
được hút vào cyclone thu hồi sản phẩm nhờ quạt hút.
Tốc độ quay đĩa khoảng 10000÷30000 vòng/phút nếu sử dụng khí nén. Khi sử
dụng động cơ, tốc độ quay của đĩa khoảng 400÷2000 vòng/phút.
Trên đĩa li tâm có đĩa hẹp có hình dạng và kích thước khác nhau tùy thuộc vào
tính chất và năng suất của thiết bị. Các rãnh hay gặp có dạng tròn, oval hoặc hình chữ
nhật. Rãnh thẳng xuyên tâm là loại tiêu chuẩn thường dùng đối với sản phẩm đòi hỏi
mức đồng đều của hạt cao. Còn loại đĩa có đường rãnh cong thường dùng đối với sản
13


phẩm đòi hỏi tỉ trọng cao. Số lượng và kích thước của rãnh sẽ quyết định năng suất của
thiết bị, năng suất lớn nhất cho phép đạt được đối với cơ cấu phun loại này là 200
tấn/h. Đối với thiết bị đòi hỏi năng suất cao thường có hai hàng rãnh bố trí xen kẽ nhau

để tăng số rãnh đồng thời tăng tốc độ nhập liệu.

Hình 1.8: Cơ cấu phun sương dạng đĩa quay và hình dạng của rãnh.
Ưu điểm:
-

Có thể điều chỉnh tốc độ nhập liệu.

-

Thích hợp cho hầu hết các loại nguyên liệu.

-

Khuynh hướng tạo khối và tắc nghẽn là không đáng kể.

-

Kích thước hạt sương được thay đổi nhờ thay đổi tốc độ quay của đĩa.

Nhược điểm:
-

Năng lượng tiêu thụ cao hơn so với cơ cấu phun sương vòi áp lực.

-

Vốn đầu tư cao hơn so với cơ cấu phun sương vòi áp lực.

-


Kích thước buồng sấy lớn.
 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÷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
14


xoáy bị phân tán thành các hạt nhỏ có kích thước từ 20÷100 µm. Để tăng năng suất vòi
phun, người ta bố trí nhiều vòi phun.

Hình 1.9: Cơ cấu phun sương dạng 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 nhớt lớn.

Nhược điểm:
-


Khó điều chỉnh năng suất.

-

Do lỗ vòi nhỏ nên đòi hỏi áp suất cao để tránh tắc nghẽn.
 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 TNS sẽ đập vào một đĩa quay hình nón. Do
sự suất hiện của lực ma sát mà dòng dung dịch bị phân tán thành các hạt sương mù có
đường kính từ 6÷7 µm. có thể chia vòi phun dạng này thành hai loại: loại áp suất khí
thấp PS ≤ 0.001 MPa và loại áp suất khí cao PS = (0,15÷0,7) MPa
Ưu điểm:
-

Dùng cho tất cả hầu hết các loại dịch thể kể cả huyền phù, bột nhão,…

-

Dễ điều chỉnh năng suất, độ phân tán và kích thước hạt sương.

Nhược điểm:
-

Tiêu tốn nhiều năng lượng.
15


-


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 phun sương dạng đĩa
quay và cơ cấu phun sương dạng vòi phun áp lực còn cơ cấu phun sương dạng khí
động được ứng dụng rất giới hạn trong những trường hợp các dạng khác không đáp
ứng được. Cơ cấu phun sương được lựa chọn dựa trên các yếu tố sau: khả năng linh
hoạt trong điều chỉnh năng suất, năng lượng tiêu thụ, kích thước hạt sản phẩm.
b. Buồng sấy
Buồng sấy được thiết kế theo cơ cấu phun sương được sử dụng. Cách bố trí hệ
thống cấp TNS, cơ cấu phun, dòng TNS vào và ra, cửa thu hồi sản phẩm,… cũng phải
phù hợp để quá trình sấy đạt hiệu quả tốt nhất. Ngoài ra, năng suất, tính chất của
nguyên liệu, sản phẩm cũng là yếu tố quyết định đến việc bố trí một cách thích hợp
cho buồng sấy.
 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. TNS 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 độ bay 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 mặt khô giống như “vỏ” bao bọc, nhiệt độ bên trong hạt tăng lên làm cho
ẩm bên trong bay hơi và phá vỡ vỏ bay ra ngoài, đến cuối buồng sấy, sản phẩm đi ra
theo cửa đáy, TNS đi theo cửa bên đến cyclone và túi lọc để thu hồi bụi. Nhược điểm
của loại này là chiều cao của buồng sấy tương đối lớn.
Nếu dung dịch được phun từ dưới lên trên thì lúc đầu là sấy cùng chiều, những
hạt nhỏ bị dòng khí lôi cuốn từ dưới đáy ra phía đỉnh và được thu hồi, những hạt nặng
càng đi lên phía trên thì chuyển động càng chậm rồi bị lắng ngược chiều xuống cửa

đáy để ra ngoài. Chiều cao của buồng sấy được tính theo quá trình sấy khô các hạt kích
thước lớn. Vị trí đặt vòi phun phụ thuộc vào tốc độ tác nhân và tốc độ lắng của hạt.

16