EQ009 - Máy sấy đai chân không: Nguyên lý làm việc, Ưu điểm, Hạn chế và Ứng dụng

Tóm tắt điều hành

Máy sấy đai chân không (VBD) là hệ thống sấy khô liên tục vận chuyển một lớp sản phẩm được kiểm soát qua buồng chân không trên một hoặc nhiều đai chuyển động. Nhiệt được cung cấp chủ yếu bằng các tấm gia nhiệt tiếp xúc bên dưới đai và, trong một số thiết kế, hệ thống sưởi bức xạ bổ sung. Các vùng nhiệt độc lập cho phép điều chỉnh biên dạng sấy dọc theo đường đi của sản phẩm, trong khi vùng cuối cùng có thể được sử dụng để làm mát trước khi xả.

Máy sấy đai chân không công nghiệp được sử dụng cho chất lỏng nhạy nhiệt, chất cô đặc, bột nhão, sản phẩm dính hoặc có độ nhớt cao và chất rắn dạng hạt chảy tự do. Ưu điểm kỹ thuật chính của chúng là sự kết hợp giữa sản xuất liên tục, bay hơi chân không ở nhiệt độ thấp, thời gian lưu trú được kiểm soát và gia nhiệt theo giai đoạn. Chúng đặc biệt có liên quan khi vật liệu trải qua giai đoạn dính hoặc có độ nhớt cao, khó xử lý trong máy sấy khí quyển thông thường.

Công nghệ này không phù hợp phổ biến. Phân phối thức ăn, nạp đai, tạo bọt sản phẩm, tải hơi, giải phóng sản phẩm, làm sạch, khóa chân không, công suất ngưng tụ và quá trình chuyển đổi từ vật liệu nhớt sang sản phẩm khô giòn đều phải được xác nhận trong quá trình phát triển quy trình.

1. Máy sấy đai chân không là gì?

Máy sấy đai chân không là máy sấy liên tục khép kín, trong đó sản phẩm ướt được lắng đọng trên một băng chuyền chuyển động bên trong buồng chân không. Vành đai mang vật liệu qua các vùng gia nhiệt được kiểm soát độc lập trong thời gian lưu trú xác định. Khi kết thúc quá trình sấy, sản phẩm thường được làm nguội, lấy ra khỏi băng tải, giảm kích thước hạt theo yêu cầu nếu cần thiết và thải ra qua hệ thống vận chuyển kín chân không.

• Vận chuyển sản phẩm liên tục

• Sự bay hơi giảm áp suất

• Sưởi ấm tiếp xúc gián tiếp

• Nhiều vùng nhiệt độ

• Kiểm soát thời gian cư trú

• Cho ăn và xả chân không

• Tùy chọn ngưng tụ và thu hồi dung môi

2. Nguyên tắc làm việc: Từng bước

1. Thức ăn lỏng hoặc bột nhão được đo và phân phối dưới dạng lớp được kiểm soát trên băng tải; chất rắn chảy tự do có thể sử dụng hệ thống định lượng chuyên dụng.

2. Sản phẩm đi vào hoặc được nạp trong ranh giới chân không trong khi áp suất buồng được duy trì.

3. Đai chuyển động mang sản phẩm qua các tấm gia nhiệt tiếp xúc được bố trí trong các vùng được kiểm soát độc lập.

4. Độ ẩm hoặc dung môi bay hơi ở áp suất giảm trong khi sản phẩm dần dần thay đổi nồng độ, độ nhớt, cấu trúc và nhiệt độ.

5. Gia nhiệt bức xạ bổ sung có thể được sử dụng trong một số thiết kế để tăng lượng nhiệt đầu vào hoặc kiểm soát phản ứng của sản phẩm.

6. Vùng cuối cùng có thể làm mát sản phẩm đã sấy khô, có thể giúp tạo trạng thái giòn để giảm kích thước ở cuối dòng.

7. Sản phẩm khô được lấy ra khỏi băng tải và thu gom.

8. Khóa khí tự động hoặc buồng trung gian xả sản phẩm mà vẫn đảm bảo độ chân không trong buồng.

9. Hơi sinh ra được ngưng tụ trước khi khí không ngưng tụ đến hệ thống chân không.

3. Truyền nhiệt và kiểm soát nhiệt độ đa vùng

Các tấm gia nhiệt tiếp xúc bên dưới đai cung cấp nguồn nhiệt được kiểm soát. Mối quan hệ truyền nhiệt cơ bản có thể được biểu thị bằng Q = U × A × ΔT. Trong máy sấy đai, khả năng truyền nhiệt hiệu quả cũng phụ thuộc vào đặc tính của đai, độ dày lớp sản phẩm, chất lượng tiếp xúc, độ dẫn nhiệt của sản phẩm, độ ẩm cục bộ và độ bám bẩn.

Các vùng độc lập rất quan trọng vì tải nhiệt tối ưu có thể thay đổi trong quá trình sấy. Thức ăn ướt có thể chịu được một điều kiện gia nhiệt, trong khi sản phẩm đậm đặc hoặc gần khô có thể yêu cầu nhiệt độ thấp hơn để bảo vệ chất lượng. Vùng làm mát có thể làm giảm nhiệt độ sản phẩm trước khi thải ra khí quyển.

4. Tại sao hút chân không lại giúp ích

Áp suất tuyệt đối thấp hơn làm giảm nhiệt độ bão hòa của nước hoặc dung môi. Điều này cho phép bay hơi ở nhiệt độ sản phẩm thấp hơn mức yêu cầu thông thường ở áp suất khí quyển. Do đó, chân không rất hữu ích cho các thành phần nhạy cảm với nhiệt, các sản phẩm nhạy cảm với quá trình oxy hóa và các quy trình trong đó mùi thơm, màu sắc, hoạt động hoặc độ ổn định hóa học là quan trọng.

Chân không không cung cấp nhiệt bay hơi tiềm ẩn. Máy sấy vẫn phải truyền đủ năng lượng nhiệt vào sản phẩm và loại bỏ hơi sinh ra. Chân không sâu hơn cũng không đảm bảo làm khô nhanh hơn tương ứng khi khả năng truyền nhiệt hoặc khuếch tán độ ẩm bên trong trở nên hạn chế.

5. Độ dày lớp sản phẩm và thời gian lưu trú

Hai trong số các biến kiểm soát quan trọng nhất là tải sản phẩm trên một đơn vị diện tích băng tải và tốc độ băng tải. Lớp dày hơn làm tăng sản lượng trên một đơn vị diện tích vành đai nhưng có thể làm tăng đường khuếch tán và tạo ra độ ẩm bên trong. Lớp mỏng hơn thường cải thiện khả năng truyền nhiệt và truyền khối nhưng có thể làm giảm thông lượng.

• Tốc độ nạp

• Chiều rộng đai và vùng hoạt động

• độ dày lớp

• Tốc độ đai

• Số lượng đai hoặc đường chuyền

• Nhiệt độ vùng

• Áp suất tuyệt đối

• Mục tiêu độ ẩm cuối cùng

• Thời gian làm mát cần thiết

6. Vật liệu thường được xử lý

• Chiết xuất thực vật và thảo dược

• Rau quả cô đặc

• Chiết xuất mạch nha

• Hương vị phản ứng và protein thực vật thủy phân

• Protein

• Vitamin và enzyme

• Dược phẩm và dinh dưỡng cô đặc

• Sản phẩm dạng lỏng hoặc dạng nhão nhạy cảm với nhiệt

• Các sản phẩm dính, hút ẩm hoặc có độ nhớt cao

• Bột, hạt và các mảnh rắn lớn hơn chảy tự do với cấu hình cấp liệu phù hợp

Tài liệu của nhà sản xuất từ ​​Bucher Merk xác định cụ thể việc sấy khô liên tục các sản phẩm dạng lỏng, dạng bột nhão, dạng hạt chảy tự do, dính, có độ nhớt cao, hút ẩm và nhạy cảm với nhiệt. Đây là những khả năng dành riêng cho thiết bị và cần được xác nhận cho từng vật liệu thông qua thử nghiệm.

7. Ưu điểm chính

Sản xuất liên tục: Dây đai cung cấp một đường dẫn sản phẩm xác định qua buồng chân không và có thể tích hợp với quá trình xử lý ngược dòng và xuôi dòng.

Sấy khô ở nhiệt độ thấp: Chân không cho phép bay hơi ở nhiệt độ giảm.

Cấu hình nhiệt theo giai đoạn: Các vùng gia nhiệt độc lập cho phép quy trình phản ứng với những thay đổi về tình trạng sản phẩm trong quá trình sấy.

Xử lý nhẹ nhàng: Sản phẩm có thể tương đối không bị xáo trộn trên dây đai, hữu ích cho các vật liệu nhạy cảm với ứng suất cơ học.

Xử lý thức ăn dính hoặc nhớt: Kiểu dáng công nghiệp phù hợp có thể làm khô các sản phẩm đi qua các pha nếp hoặc có độ nhớt cao.

Xử lý khép kín: Buồng chân không hạn chế tiếp xúc trực tiếp với không khí xung quanh.

Vận hành tự động: Các hệ thống công nghiệp có thể tự động hóa việc cấp liệu, vận chuyển băng tải, sưởi ấm, hút bụi, xả và làm sạch.

Khả năng thu hồi dung môi hoặc mùi thơm: Hơi sinh ra có thể được chuyển đến hệ thống ngưng tụ hoặc các hệ thống thu hồi khác.

8. Hạn chế và rủi ro kỹ thuật

• Phân phối thức ăn đồng đều là rất quan trọng; độ dày lớp không đồng đều gây ra khô không đồng đều.

• Tạo bọt hoặc giãn nở trong chân không có thể phá vỡ lớp sản phẩm.

• Các sản phẩm dính có thể dính vào dây đai hoặc hệ thống cạo/cắt ở hạ lưu.

• Truyền nhiệt rất nhạy cảm với sự tiếp xúc của đai sản phẩm và sự hình thành cặn.

• Các hạt khô mịn có thể bị cuốn theo dòng hơi.

• Nạp và xả chân không liên tục đòi hỏi hệ thống khóa đáng tin cậy.

• Tải hơi lớn đòi hỏi thiết bị ngưng tụ và chân không có kích thước chính xác.

• Việc làm sạch có thể phức tạp vì dây đai, tấm gia nhiệt, bộ cấp liệu, dụng cụ nạo và các bề mặt bên trong đều phải được xử lý.

• Sự phân bố theo thời gian lưu trú và độ đồng đều độ ẩm cuối cùng phải được xác nhận trong quá trình mở rộng quy mô.

• Chi phí vốn và độ phức tạp của hệ thống thường cao hơn so với lò chân không đơn giản.

9. Máy sấy đai chân không và Máy sấy khay chân không

10. Máy sấy đai chân không và Máy sấy chân không trục vít hình nón

• Máy sấy đai chân không liên tục; máy sấy chân không trục vít hình nón cổ điển chủ yếu là hệ thống theo mẻ.

• Máy sấy trục vít hình nón tích cực luân chuyển sản phẩm, trong khi máy sấy đai thường vận chuyển một lớp được kiểm soát với hoạt động cơ học thấp hơn.

• Máy sấy đai có thể tạo ra nhiều vùng sưởi ấm không gian và vùng làm mát chuyên dụng.

• Máy sấy trục vít hình nón có thể nhỏ gọn hơn để sản xuất hàng loạt và có thể xử lý một số vật liệu kết dính thông qua khuấy trộn.

• Việc lựa chọn phụ thuộc vào tính lưu biến của thức ăn, thông lượng, độ nhạy của sản phẩm, chiến lược làm sạch và liệu có cần vận hành liên tục hay không.

11. Máy sấy đai chân không và Máy sấy chân không trục vít rỗng

• Cả hai công nghệ đều có thể được thiết kế để sấy chân không liên tục.

• Máy sấy đai vận chuyển vật liệu thành từng lớp trên các tấm được gia nhiệt; máy sấy trục vít rỗng sử dụng hệ thống truyền tải trục vít dương và các bề mặt được làm nóng bên trong.

• Máy sấy đai có thể đặc biệt hấp dẫn đối với chất cô đặc dạng lỏng, bột nhão và các sản phẩm khô thành dạng tấm hoặc bánh giòn.

• Máy sấy trục vít rỗng có thể thích hợp cho các loại bột, hạt, bánh lọc và các vật liệu được hưởng lợi từ việc trộn cưỡng bức và vận chuyển theo trục.

• Hoạt động pha dính là rất quan trọng đối với cả hai công nghệ, nhưng các dạng hư hỏng khác nhau: độ bám dính của đai và khả năng nhả kém đối với VBD so với sự tích tụ mô-men xoắn hoặc tắc nghẽn vít đối với máy sấy trục vít.

• Thử nghiệm thí điểm nên so sánh chất lượng sản phẩm, tốc độ bay hơi, độ sạch, trạng thái xả và độ ổn định khi vận hành.

12. Nạp và xả liên tục trong chân không

Duy trì chân không trong khi liên tục di chuyển vật liệu qua ranh giới hệ thống là một thách thức thiết kế quan trọng. Máy sấy đai công nghiệp sử dụng hệ thống cấp liệu dành riêng cho sản phẩm và các buồng trung gian hoặc khóa khí để nguyên liệu có thể vào và ra mà không cần mở liên tục buồng chân không chính.

Thiết kế phải xem xét mật độ khối, khả năng chảy, độ dính, kích thước hạt, rò rỉ không khí, thời gian chu kỳ, độ tin cậy của vòng bịt kín và lượng khí không ngưng tụ được đưa vào sau mỗi bước chuyển.

13. Hệ thống ngưng tụ và chân không

Hệ thống chân không phải loại bỏ các khí không ngưng tụ trong khi bình ngưng xử lý phần lớn hơi ngưng tụ bất cứ khi nào thực tế. Đối với dịch vụ nước hoặc dung môi, việc định cỡ hệ thống nên bắt đầu với tải bay hơi dự kiến ​​thay vì chỉ lưu lượng trên nhãn máy bơm.

• Tốc độ bay hơi đỉnh

• Thành phần hơi

• Mục tiêu áp suất tuyệt đối

• Phương pháp nhiệt độ ngưng tụ

• Điều kiện nước làm mát hoặc làm lạnh

• Rò rỉ không khí

• Khí lọt vào hệ thống cấp liệu

• Lôi kéo sản phẩm

• Khả năng tương thích và an toàn dung môi

14. Thiết kế sạch sẽ và hợp vệ sinh

Các ứng dụng thực phẩm, dinh dưỡng và dược phẩm có thể yêu cầu thiết kế vệ sinh và làm sạch tự động. Máy sấy đai chân không thương mại có sẵn tính năng làm sạch tự động, nhưng khả năng làm sạch vẫn phải được đánh giá đối với sản phẩm thực tế.

• Khả năng tiếp cận và làm sạch vành đai

• Bề mặt tấm gia nhiệt

• Nhà phân phối thức ăn

• Máy cạo hoặc máy cắt sản phẩm

• Bộ lọc hơi

• Bề mặt buồng bên trong

• Khả năng thoát nước

• Xác nhận làm sạch

• Nguy cơ lây nhiễm chéo

• Sấy khô sau CIP trước khi bắt đầu sản xuất lại

15. Các thông số thiết kế và vận hành chính

• Thành phần thức ăn và hình thức vật lý

• Độ ẩm hoặc hàm lượng dung môi ban đầu và mục tiêu

• Độ nhớt của thức ăn và sự thay đổi của nó trong quá trình cô đặc

• Cấu trúc sản phẩm khô cần thiết

• Tốc độ nạp

• độ dày lớp

• Tốc độ vành đai và thời gian cư trú

• Nhiệt độ vùng sưởi ấm

• Yêu cầu vùng làm mát

• Áp suất vận hành tuyệt đối

• Khu vực sưởi ấm/làm mát tích cực

• Tốc độ bay hơi dự kiến

• nhiệm vụ ngưng tụ

• Công suất hệ thống chân không

• Thiết kế khóa nạp/xả

• Yêu cầu vệ sinh và làm sạch

16. Tại sao thử nghiệm thí điểm là cần thiết

Sấy đai chân không phụ thuộc nhiều vào cách sản phẩm thay đổi trong quá trình sấy hoàn chỉnh. Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm hoặc thí điểm phải tái tạo mức chân không, chế độ truyền nhiệt, độ dày lớp, thời gian lưu và trạng thái cấp liệu có liên quan.

• Hành vi lây lan

• Tạo bọt trong chân không

• Vùng chuyển tiếp dính hoặc thủy tinh

• Đường cong sấy và tốc độ bay hơi

• Hồ sơ nhiệt độ sản phẩm

• Tháo đai

• Độ đồng đều độ ẩm cuối cùng

• Thay đổi màu sắc và mùi thơm

• Cấu trúc hạt hoặc bánh

• Làm mát và giòn

• Hành vi nghiền hạ lưu

• Hành vi làm sạch

17. Câu hỏi thường gặp

Máy sấy đai chân không là gì?

Nó là một máy sấy chân không liên tục mang một lớp sản phẩm được kiểm soát qua các vùng được làm nóng trên một hoặc nhiều băng chuyền chuyển động.

Nó có thể làm khô chất lỏng và dán sản phẩm không?

Đúng. Các hệ thống công nghiệp đặc biệt dành cho chất lỏng, bột nhão, chất cô đặc và các sản phẩm có độ nhớt cao, miễn là hoạt động cấp liệu và giải phóng dây đai phù hợp.

Tại sao có nhiều vùng sưởi ấm?

Tình trạng sản phẩm thay đổi trong quá trình sấy. Các vùng độc lập cho phép điều chỉnh lượng nhiệt đầu vào dọc theo lối đi.

Máy sấy đai chân không có thể bao gồm làm mát không?

Đúng. Các thiết kế thương mại có thể sử dụng vùng cuối cùng để làm mát sản phẩm trước khi xả.

Nó có thể hoạt động liên tục mà không bị mất chân không không?

Có, sử dụng các buồng trung gian, khóa khí và hệ thống nạp/xả dành riêng cho sản phẩm được thiết kế riêng.

Nó có phù hợp với các sản phẩm dính không?

Có thể như vậy, và một số hệ thống thương mại được thiết kế đặc biệt cho các sản phẩm đi qua các pha dính hoặc có độ nhớt cao. Việc thử nghiệm thí điểm là cần thiết.

Sấy đai chân không có bảo quản được chất lượng sản phẩm không?

Quá trình xử lý ở nhiệt độ thấp hơn và lượng oxy thấp có thể mang lại lợi ích cho các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt và oxy hóa, nhưng việc duy trì chất lượng thực tế phụ thuộc vào hồ sơ quy trình hoàn chỉnh.

Nó khác với máy sấy chân không trục vít rỗng như thế nào?

Máy sấy đai mang một lớp trên các tấm được gia nhiệt, trong khi máy sấy trục vít rỗng kết hợp các bề mặt được làm nóng bên trong, trộn và truyền tải trục vít dương.