ky-thuat-say: Nội dung: Chương 5: Các Thiết Bị Phụ Trợ, Kiểm Tra và Tự Động Hóa Quá Trình Sấy

Sau khi hoàn thành chương này, người học có thể:

Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của các thiết bị phụ trợ quan trọng trong hệ thống sấy (thiết bị gia nhiệt, buồng đốt, thiết bị khử bụi).
Trình bày các phương pháp đo lường và xác định các thông số cơ bản của quá trình sấy.
Mô tả nguyên tắc và các cấp độ tự động hóa quá trình sấy để tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

Chức năng: Cung cấp nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của tác nhân sấy (không khí) từ trạng thái ban đầu lên trạng thái sấy.
Phân loại theo môi chất cấp nhiệt:
- Bộ gia nhiệt dùng hơi nước: Sử dụng hơi nước nóng từ lò hơi. Phổ biến, nhiệt độ ổn định, dễ điều khiển.
- Bộ gia nhiệt dùng nước nóng/dầu tải nhiệt: Dùng cho các ứng dụng nhiệt độ thấp và trung bình.
- Bộ gia nhiệt dùng điện: Sử dụng thanh đốt điện. Sạch sẽ, dễ điều khiển, nhưng chi phí năng lượng cao.
Nguyên lý: Trao đổi nhiệt gián tiếp giữa môi chất cấp nhiệt (hơi/nước/điện) và không khí.

Chức năng: Dùng để đốt trực tiếp nhiên liệu (than, dầu, gas, sinh khối) để tạo ra khói nóng làm tác nhân sấy.
Cấu tạo: Gồm buồng cháy, cửa cấp nhiên liệu, cửa thải tro (nếu dùng nhiên liệu rắn) và cửa thoát khói nóng.
Nguyên lý: Nhiên liệu cháy, sinh ra khói nóng có nhiệt độ rất cao. Khói nóng này có thể được hòa trộn với không khí lạnh để giảm nhiệt độ trước khi đưa vào buồng sấy (nếu là sấy trực tiếp).
Lưu ý: Buồng đốt phải đảm bảo cháy hoàn toàn để tránh ô nhiễm và tối ưu hóa nhiệt lượng.

Chức năng: Loại bỏ bụi và các hạt mịn khỏi tác nhân sấy (khi dùng khói nóng) hoặc khỏi không khí thải ra môi trường (đặc biệt khi sấy vật liệu dạng hạt/bột).
Các loại thiết bị phổ biến:
- Cyclones (Xiclon): Dùng lực ly tâm để tách các hạt bụi có kích thước lớn. Hiệu suất thấp với bụi mịn.
- Bộ lọc túi (Bag Filters): Sử dụng các túi lọc vải để giữ lại bụi. Hiệu suất cao, thường dùng cho bụi mịn.
- Bộ lọc ướt (Wet Scrubbers): Dùng chất lỏng để làm sạch khí thải (thường dùng khi cần khử cả khí độc và bụi).
Tầm quan trọng: Đảm bảo chất lượng sản phẩm và tuân thủ các quy định về môi trường.

Chức năng của Quạt: Cung cấp động năng cho tác nhân sấy, tạo ra lưu lượng và áp suất cần thiết để khắc phục tổn thất áp suất (sụt áp) trong toàn bộ hệ thống (bộ gia nhiệt, ống gió, lớp vật liệu).
Tính Khí động (Quạt):
- Phải tính toán Tổng tổn thất áp suất của toàn bộ hệ thống sấy.
- Chọn quạt (Ly tâm hoặc Trục) có Áp suất tĩnh lớn hơn tổng tổn thất và có Lưu lượng bằng lưu lượng tác nhân sấy yêu cầu.
Vị trí quạt: Có thể đặt trước (quạt đẩy) hoặc sau buồng sấy (quạt hút).

Để kiểm soát và tự động hóa, cần đo lường các thông số chính:

Nhiệt độ ($t$): Đo nhiệt độ của tác nhân sấy tại đầu vào, đầu ra buồng sấy, và nhiệt độ vật liệu.
- Thiết bị: Nhiệt kế, Cặp nhiệt điện (Thermocouple).
Độ ẩm (Hàm ẩm $d$): Đo độ ẩm của tác nhân sấy tại đầu vào và đầu ra.
- Thiết bị: Ẩm kế, Nhiệt kế bầu khô/bầu ướt (Psychrometer).
Lưu lượng/Vận tốc: Đo lưu lượng tác nhân sấy ($G_k$).
- Thiết bị: Lưu lượng kế, Ống Pitot (đo vận tốc).
Độ ẩm Vật liệu ($W$): Đo độ ẩm của vật liệu trong quá trình sấy.
- Thiết bị: Ẩm kế vật liệu (Resistance/Capacitance type), hoặc Cân (đo khối lượng giảm).

Tự động hóa giúp duy trì các điều kiện sấy tối ưu, tiết kiệm năng lượng và đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng đều.

Các thông số cần điều khiển:
- Nhiệt độ sấy ($t_{vào}$): Điều khiển công suất của bộ gia nhiệt/buồng đốt.
- Lưu lượng gió ($G_k$): Điều khiển tốc độ quạt (dùng biến tần) hoặc van chỉnh gió.
- Độ ẩm sấy ($\varphi$ hoặc $d$): Điều khiển tỷ lệ hồi lưu (tuần hoàn) không khí.
- Thời gian sấy: Điều khiển tốc độ di chuyển của băng tải hoặc thời gian lưu vật liệu.
Hệ thống điều khiển: Thường sử dụng PLC (Programmable Logic Controller) kết hợp với các bộ điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative) để điều chỉnh các van, quạt, và nguồn nhiệt theo tín hiệu từ các cảm biến.
Lợi ích: Tối ưu hóa hiệu suất nhiệt, ngăn ngừa quá nhiệt vật liệu, tiết kiệm chi phí nhân công.