EQ004 - Máy sấy khay chân không: Nguyên lý làm việc, Ưu điểm, Hạn chế và Ứng dụng

1. Tóm tắt điều hành

Máy sấy khay chân không , còn được gọi là Máy sấy kệ chân không , là một hệ thống sấy hàng loạt được thiết kế để loại bỏ độ ẩm hoặc dung môi khỏi vật liệu dưới áp suất giảm.

Không giống như máy sấy khí nóng thông thường, Máy sấy khay chân không hoạt động bên trong buồng chân không kín. Vật liệu được đặt trên các khay, trong khi các kệ được gia nhiệt sẽ truyền năng lượng nhiệt vào sản phẩm. Áp suất giảm làm giảm điểm sôi của độ ẩm hoặc dung môi, cho phép sấy khô ở nhiệt độ tương đối thấp.

Máy sấy khay chân không đặc biệt thích hợp cho:

• Vật liệu nhạy nhiệt

• Dược phẩm

• Hóa chất tốt

• Bột đặc biệt

• Sản xuất hàng loạt nhỏ

• Vật liệu có giá trị cao

Tuy nhiên, tính chất tĩnh của việc sấy khay cũng tạo ra những hạn chế.

Khi năng lực sản xuất tăng lên, nhà sản xuất có thể gặp phải:

• Chu kỳ sấy dài

• Việc bốc dỡ tốn nhiều công sức

• Sấy không đều ở các lớp vật liệu dày

• Hạn chế truyền nhiệt từ kệ vào vật liệu

• Năng suất thấp hơn so với máy sấy chân không liên tục

Vì lý do này, Máy sấy khay chân không vẫn có giá trị đối với một số ứng dụng nhất định, trong khi các công nghệ liên tục như  Máy sấy chân không trục vít rỗng  có thể mang lại lợi thế cho sản xuất quy mô lớn và các vật liệu cần nhiệt độ cao và truyền khối.

2. Máy sấy khay chân không là gì?

Máy sấy khay chân không là máy sấy công nghiệp kiểu mẻ bao gồm chủ yếu:

• Buồng chân không kín

• Kệ sưởi ấm

• Khay đựng sản phẩm

• Hệ thống chân không

• Hệ thống sưởi ấm

• Hệ thống ngưng tụ hơi hoặc thu hồi dung môi

Vật liệu được trải lên các khay và đặt vào bên trong buồng sấy.

Buồng sau đó được sơ tán để giảm áp suất.

Đồng thời, chất làm nóng lưu thông qua các kệ.

Quá trình cơ bản là:

Vật liệu ướt  →  Đặt trên khay  →  Chất lên kệ đã được gia nhiệt  →  Áp dụng chân không  →  Bay hơi ở nhiệt độ thấp →  Loại bỏ hơi →  Sản phẩm khô

Quá trình này thường được vận hành theo đợt chứ không phải là một quá trình liên tục.

3. Máy sấy khay chân không hoạt động như thế nào?

Quá trình sấy khô có thể được chia thành nhiều giai đoạn.

Bước 1: Đang tải

Vật liệu ướt được phân bố đều trên các khay.

Độ dày lớp vật liệu là quan trọng.

Một lớp dày hơn thường tạo ra:

• Khoảng cách truyền nhiệt dài hơn

• Khả năng chống di chuyển độ ẩm lớn hơn

• Thời gian sấy lâu hơn

Vì lý do này, việc tải vật liệu phải được kiểm soát cẩn thận.

Bước 2: Tạo chân không

Sau khi đóng buồng, hệ thống chân không sẽ giảm áp suất bên trong.

Áp suất thấp hơn làm giảm điểm sôi của nước và các thành phần dễ bay hơi khác.

Điều này cho phép hơi ẩm bay hơi ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi bình thường trong khí quyển.

Điều này đặc biệt hữu ích cho các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt.

Bước 3: Sưởi ấm gián tiếp

Môi trường sưởi ấm chảy qua các kệ.

Phương tiện sưởi ấm điển hình bao gồm:

• Nước nóng

• Hơi nước

• Dầu nhiệt

Nhiệt được truyền xấp xỉ như sau:

Môi trường gia nhiệt →  Kệ gia nhiệt →  Khay →  Vật liệu ướt →  Sự bay hơi ẩm

Không giống như sấy bằng không khí nóng, cơ chế truyền nhiệt chủ yếu là dẫn nhiệt chứ không phải đối lưu cưỡng bức.

Bước 4: Bốc hơi ẩm

Khi vật liệu nhận được nhiệt, độ ẩm bắt đầu bay hơi.

Trong điều kiện chân không, sự bay hơi có thể xảy ra ở nhiệt độ vật liệu thấp hơn.

Hơi sinh ra liên tục được loại bỏ khỏi buồng.

Bước 5: Ngưng tụ và phục hồi hơi

Đối với các hệ thống sử dụng nước, hơi có thể được thải ra qua thiết bị ngưng tụ.

Đối với các vật liệu chứa dung môi, hệ thống có thể được cấu hình để thu hồi dung môi.

Một quá trình điển hình là:

Buồng sấy →  Hơi dung môi →  Bình ngưng → Dung  môi thu hồi

Cấu hình hệ thống khép kín này có thể giảm lượng khí thải dung môi và cải thiện khả năng thu hồi vật liệu.

4. Các thành phần chính của máy sấy khay chân không

4.1 Buồng chân không

Buồng cung cấp một môi trường kín để sấy khô ở áp suất thấp.

Nó phải được thiết kế để chịu được các điều kiện chân không cần thiết và mang lại khả năng bịt kín đáng tin cậy.

4.2 Kệ có sưởi

Kệ được làm nóng là bề mặt truyền nhiệt chính.

Họ có thể được cung cấp:

• Hơi nước

• Dầu nhiệt

• Nước nóng

Thiết kế kệ xác định một phần đáng kể hiệu suất truyền nhiệt tổng thể.

4.3 Khay sản phẩm

Vật liệu được đặt trực tiếp lên khay.

Vật liệu khay có thể được lựa chọn theo:

• Đặc tính sản phẩm

• Yêu cầu về nhiệt độ

• Yêu cầu vệ sinh

• Chống ăn mòn

• Yêu cầu vệ sinh

Đối với các ứng dụng dược phẩm, khay inox thường được sử dụng.

4.4 Hệ thống chân không

Hệ thống chân không thường bao gồm:

• Bơm chân không

• Đường ống chân không

• Van

• Đo áp suất

• Hệ thống điều khiển

Hệ thống phải có kích thước phù hợp theo tải hơi dự kiến.

4.5 Bình ngưng

Một bình ngưng có thể được lắp đặt giữa máy sấy và bơm chân không.

Chức năng của nó bao gồm:

• Loại bỏ hơi

• Bảo vệ bơm chân không

• Thu hồi dung môi

• Ổn định điều kiện chân không

5. Truyền nhiệt trong sấy khay chân không

Truyền nhiệt là một trong những yếu tố quan trọng nhất quyết định hiệu suất của Máy sấy khay chân không.

Mối quan hệ đơn giản hóa có thể được biểu diễn dưới dạng: Q=UA ΔT

Q = tốc độ truyền nhiệt

U = hệ số truyền nhiệt tổng thể

A = diện tích truyền nhiệt hiệu quả

ΔT = chênh lệch nhiệt độ

Trong máy sấy khay, bề mặt gia nhiệt hiệu quả chủ yếu được cung cấp bởi các kệ được gia nhiệt.

Nhiệt sau đó phải truyền qua:

Kệ → Khay → Lớp vật liệu → Độ ẩm

Nếu lớp vật liệu dày hoặc có độ dẫn nhiệt thấp thì khả năng truyền nhiệt sẽ tăng lên.

Điều này có thể làm tăng đáng kể thời gian sấy khô.

6. Chuyển khối trong sấy khay chân không

Truyền nhiệt chỉ là một phần của quá trình sấy khô.

Độ ẩm cũng phải di chuyển từ bên trong vật liệu ra bề mặt.

Trong khay tĩnh:

Độ ẩm bên trong → Sự di chuyển độ ẩm → Bề mặt vật liệu → Sự bay hơi → Hệ thống chân không

Đường di chuyển của độ ẩm càng dài thì khả năng chống khô càng lớn.

Đây là lý do tại sao việc kiểm soát độ dày của lớp vật liệu lại đặc biệt quan trọng trong quá trình sấy khay.

7. Ưu điểm của máy sấy khay chân không

7.1 Sấy ở nhiệt độ thấp

Ưu điểm chính là khả năng làm khô vật liệu ở nhiệt độ tương đối thấp.

Điều này hữu ích cho các sản phẩm có thể bị ảnh hưởng bởi:

• Nhiệt

• quá trình oxy hóa

• Suy thoái hóa học

Các ứng dụng điển hình bao gồm dược phẩm và các sản phẩm hóa chất đặc biệt.

7.2 Thích hợp cho vật liệu có giá trị cao

Máy sấy khay hút chân không thường được sử dụng khi:

• Giá trị sản phẩm cao

• Kích thước lô tương đối nhỏ

• Bảo vệ sản phẩm quan trọng hơn thông lượng tối đa

7.3 Nguyên lý sấy đơn giản

Cấu trúc cơ bản tương đối đơn giản:

• Kệ sưởi ấm

• khay

• Buồng chân không

• Hệ thống chân không

Điều này làm cho công nghệ tương đối dễ hiểu và dễ vận hành.

7.4 Ngăn chặn Sản phẩm Tốt

Buồng kín làm giảm sự tiếp xúc trực tiếp của vật liệu với không khí xung quanh.

Điều này có thể có lợi cho:

• Sản phẩm nhạy cảm

• Vật liệu chứa dung môi

• Môi trường được kiểm soát

7.5 Sản xuất hàng loạt linh hoạt

Máy sấy khay có thể chứa các vật liệu và kích cỡ lô khác nhau mà không yêu cầu hệ thống nạp và xả liên tục.

Điều này làm cho nó hữu ích cho môi trường sản xuất nhiều sản phẩm.

8. Hạn chế của máy sấy khay chân không

Mặc dù có những ưu điểm nhưng Máy sấy khay chân không vẫn có một số hạn chế cố hữu.

8.1 Vận hành hàng loạt

Quá trình điển hình là:

Đang tải → Sấy chân không → Làm mát → Dỡ hàng → Làm sạch → Lô tiếp theo

Mỗi chu kỳ tải và dỡ tải đều tạo ra thời gian chết.

Đối với sản xuất liên tục quy mô lớn, điều này có thể làm giảm đáng kể năng suất tổng thể.

8.2 Thời gian khô lâu

Vật liệu vẫn tương đối tĩnh trong quá trình sấy.

Điều này có nghĩa là:

• Không đổi mới bề mặt liên tục

• Trộn vật liệu hạn chế

• Đường di chuyển độ ẩm bên trong dài hơn

Do đó, đối với một số vật liệu, việc sấy khô có thể cần vài giờ.

8.3 Sấy không đều

Nếu vật liệu không được phân bố đều trên các khay, các vùng khác nhau có thể có điều kiện sấy khác nhau.

Các kết quả tiềm năng bao gồm:

• Khu vực ẩm ướt

• Khu vực quá khô

• Độ ẩm cuối cùng không đồng đều

Rủi ro trở nên lớn hơn khi lớp vật liệu dày.

8.4 Phong trào vật chất hạn chế

Không giống như máy sấy chân không có khuấy, máy sấy khay không liên tục để vật liệu tươi tiếp xúc với bề mặt được làm nóng.

Điều này có thể trở thành một hạn chế lớn đối với:

• Vật liệu dính

• Bột kết tụ

• Bánh lọc có độ ẩm cao

8.5 Yêu cầu về lao động và xử lý

Tùy thuộc vào cấu hình hệ thống, người vận hành có thể cần:

• Đổ đầy khay

• Sắp xếp khay

• Tải buồng

• Tháo khay

• Dỡ vật liệu khô

• Làm sạch thiết bị

Điều này làm tăng yêu cầu lao động so với hệ thống sấy liên tục tự động.

9. Máy sấy khay chân không và lò nướng khí nóng

Hai công nghệ này đôi khi bị nhầm lẫn vì cả hai đều có thể sử dụng khay.

Tuy nhiên, cơ chế làm khô của chúng về cơ bản là khác nhau.

Sự khác biệt chính là sấy chân không làm giảm áp suất xung quanh vật liệu, cho phép bay hơi ở nhiệt độ thấp hơn.

10. Máy sấy khay chân không và Máy sấy chân không trục vít rỗng

Việc lựa chọn giữa các công nghệ này phụ thuộc rất nhiều vào yêu cầu sản xuất.

Cả hai công nghệ đều không 'tốt hơn'.'

Sự lựa chọn đúng phụ thuộc vào:

• Đặc tính vật liệu

• Kích thước lô

• Công suất cần thiết

• Thời gian khô

• Phương thức sản xuất

• Yêu cầu tự động hóa

11. Khi nào bạn nên chọn máy sấy khay chân không?

Máy sấy khay chân không có thể là lựa chọn thích hợp khi:

Sản xuất hàng loạt nhỏ hoặc vừa

Khối lượng sản xuất không phù hợp với thiết bị liên tục.

Nhiều loại sản phẩm

Thay đổi sản phẩm thường xuyên làm cho việc xử lý hàng loạt trở nên thuận lợi.

Vật liệu nhạy cảm với nhiệt

Cần sấy khô ở nhiệt độ thấp.

Sản phẩm có giá trị cao

Bảo vệ sản phẩm quan trọng hơn thông lượng tối đa.

Sản xuất linh hoạt

Các vật liệu khác nhau đòi hỏi điều kiện sấy khác nhau.

12. Khi nào bạn nên cân nhắc sử dụng máy sấy chân không trục vít rỗng?

Máy sấy chân không trục vít rỗng liên tục trở nên hấp dẫn khi quy trình yêu cầu:

• Năng lực sản xuất cao

• Cho ăn liên tục

• Xả liên tục

• Trộn chuyên sâu

• Diện tích sưởi ấm hiệu quả lớn

• Chu kỳ sấy ngắn hơn

• Sản xuất tự động

• Độ ẩm cuối cùng nhất quán

Nguyên lý làm việc của nó kết hợp:

Gia nhiệt gián tiếp + Chân không + Trộn liên tục + Vận chuyển liên tục

Cấu hình này có thể mang lại những lợi thế đáng kể khi năng suất nguyên liệu và hiệu quả sấy khô trở thành mục tiêu sản xuất chính.

13. Các yếu tố kỹ thuật để tối ưu hóa việc sấy khay chân không

Ngay cả khi Máy sấy khay chân không phù hợp thì việc tối ưu hóa quy trình vẫn là điều cần thiết.

13.1 Kiểm soát độ dày lớp vật liệu

Các lớp mỏng hơn thường làm giảm:

• Khả năng chống truyền nhiệt

• Khoảng cách khuếch tán độ ẩm

và có thể rút ngắn thời gian sấy.

13.2 Đảm bảo phân phối tài liệu thống nhất

Vật liệu phải được phân bố đều trên mỗi khay.

Tải không đồng đều có thể dẫn đến tốc độ sấy khác nhau trong cùng một mẻ.

13.3 Tối ưu hóa nhiệt độ làm nóng

Nhiệt độ cao hơn có thể làm tăng tốc độ sấy, nhưng nhiệt độ quá cao có thể làm hỏng các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt.

Mục tiêu phải là:

Nhiệt độ thực tế cao nhất giúp duy trì chất lượng sản phẩm cần thiết.

13.4 Tối ưu hóa mức độ chân không

Chân không sâu hơn không tự động tốt hơn.

Áp suất tối ưu phụ thuộc vào:

• Đặc tính vật liệu

• Độ ẩm

• Nhiệt độ sưởi ấm

• Tải hơi

• Độ ẩm cuối cùng cần thiết

13.5 Tối ưu hóa việc loại bỏ hơi

Hệ thống ngưng tụ và chân không phải có khả năng xử lý tải bay hơi dự kiến.

Khả năng loại bỏ hơi kém có thể làm giảm lực truyền động làm khô hiệu quả.

14. Ứng dụng điển hình

Máy sấy khay chân không được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng yêu cầu tính linh hoạt theo mẻ và sấy ở nhiệt độ thấp.

Công nghiệp dược phẩm

• Dược phẩm trung gian

• API và các tài liệu liên quan

• Bột nhạy nhiệt

Công nghiệp hóa chất tốt

• Hóa chất chuyên dụng

• Sắc tố

• Hóa chất trung gian

Công nghiệp thực phẩm và dinh dưỡng

• Chiết xuất

• Thành phần chức năng

• Nguyên liệu thực phẩm nhạy cảm với nhiệt

Nghiên cứu và sản xuất thí điểm

• Phát triển quy mô phòng thí nghiệm

• Lô thí điểm

• Xác thực quy trình

15. Câu hỏi thường gặp

Máy sấy khay chân không là gì?

Máy sấy khay chân không là máy sấy hàng loạt sử dụng kệ được gia nhiệt và giảm áp suất để loại bỏ độ ẩm hoặc dung môi khỏi vật liệu.

Sự khác biệt giữa Máy sấy khay chân không và Máy sấy kệ chân không là gì?

Trong hầu hết các bối cảnh công nghiệp, các thuật ngữ này về cơ bản đề cập đến cùng một loại thiết bị. 'Máy sấy khay chân không' nhấn mạnh vào các kệ được làm nóng, trong khi 'Máy sấy khay chân không' nhấn mạnh vào các khay sản phẩm.

Tại sao nên sử dụng chân không thay vì sấy khí quyển?

Chân không làm giảm nhiệt độ sôi của hơi ẩm và dung môi, cho phép sấy khô ở nhiệt độ thấp hơn và giảm ứng suất nhiệt đối với các sản phẩm nhạy cảm.

Máy sấy khay chân không mất bao lâu?

Thời gian khô phụ thuộc rất nhiều vào:

• Tính chất vật liệu

• Độ ẩm ban đầu

• độ dày lớp

• Nhiệt độ sưởi ấm

• Áp suất chân không

• Yêu cầu độ ẩm cuối cùng

Không có thời gian sấy chung.

Máy sấy khay chân không có phù hợp với bột không?

Đúng. Nó thường được sử dụng cho các loại bột, đặc biệt là các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt hoặc có giá trị cao. Tuy nhiên, các lớp bột tĩnh có thể cần thời gian sấy lâu hơn so với các hệ thống khuấy trộn liên tục.

Máy sấy khay chân không có thể thu hồi dung môi không?

Đúng. Khi được cấu hình đúng cách với thiết bị ngưng tụ và hệ thống chân không kín phù hợp, hơi dung môi có thể được ngưng tụ và thu hồi.

Máy sấy khay chân không có phù hợp cho sản xuất liên tục không?

Nói chung, nó phù hợp hơn với sản xuất hàng loạt. Đối với sản xuất liên tục năng suất cao, các công nghệ như Máy sấy chân không trục vít rỗng có thể mang lại hiệu quả sản xuất cao hơn.

Tại sao quá trình sấy khô của Máy sấy khay chân không trở nên chậm hơn khi gần kết thúc?

Khi độ ẩm bề mặt tự do giảm, sự di chuyển độ ẩm bên trong ngày càng trở nên quan trọng. Do đó, quá trình bước vào giai đoạn sấy có tốc độ giảm dần.