Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, thực nghiệm mô hình sấy bơm nhiệt để sấy lá dấp cá

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, thực nghiệm mô hình sấy bơm nhiệt để sấy lá dấp cá Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, thực nghiệm mô hình sấy bơm nhiệt để sấy lá dấp cá Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, thực nghiệm mô hình sấy bơm nhiệt để sấy lá dấp cá Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, thực nghiệm mô hình sấy bơm nhiệt để sấy lá dấp cá Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, thực nghiệm mô hình sấy bơm nhiệt để sấy lá dấp cá Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, thực nghiệm mô hình sấy bơm nhiệt để sấy lá dấp cá

TÓM TẮT

Luận văn này trình bày quá trình và kết quả nghiên cứu thực nghiệm sấy

lá dấp cá theo nguyên lý sấy bơm nhiệt Mô hình máy sấy bơm nhiệt có năng suất 5

kg nguyên liệu/mẻ Kích thước buồng sấy: 650 x 805 x 840 mm, có 10 khay sấy Công suất máy nén 750 W, công suất quạt buồng sấy 350 W được sử dụng trong quá trình thực nghiệm Mô hình máy sấy này được chế tạo tại Bộ môn Nhiệt – Khoa

Cơ Khí Động Lực – Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Quá trình thực nghiệm được tiến hành trên mô hình máy sấy HPD này đã tìm ra được chế độ sấy phù hợp cho lá dấp cá như sau: nhiệt độ tác nhân sấy : 45 0C, vận tốc TNS: 1,6m/s, 1,9 m/s thời gian sấy 8 giờ, độ ẩm w2: 6 % Khi tiến hành sấy ở chế độ này sản phẩm sấy có màu xanh gần giống lá tươi nhất, lá dấp cá ít biến dạng Hàm lượng flavonoid trong lá dấp cá sau khi sấy (5,6%) cao hơn dấp cá sấy lạnh trên thị trường Không phát hiện E.Coli trong mẫu sản phẩm sấy, đạt quy chuẩn quốc gia đối với ô nhiễm vi sinh vật trong thực phẩm của Bộ Y Tế Điện năng tiêu thụ : 5,37 kWh/kg sản phẩm sấy, tốc độ tách ẩm riêng phần (SMER) : 0,96 kg/kWh Kết quả trên cho thấy máy sấy này làm việc ổn định, cho ra sản phẩm lá dấp cá sấy đạt yêu cầu đặt ra Sản phẩm sấy có thể sử dụng như thực phẩm chức năng, làm nguyên liệu của trà túi lọc, thảo dược Giá thành ước tính của dấp cá sấy có thể cạnh tranh được với các sản phẩm hiện lưu hành trên thị trường

ABSTRACT

This thesis presents the experimental results of Houttuynia-drying Cordata by heat pump dryer (HPD) The capacity of HPD is 5 kg, the dimension of drying chamber is: 650 x 805 x 840 mm, there are 10 drying trays in the chamber The capacity of compressor is 710W and chamber fan is 350W, this HPD was designed and installed in the campus of Ho Chi Minh City University of Technology and Education The experimental results showed that a suitable drying mode for Houttuynia Cordata is: temperature chamber at 45 0C, velocity: 1.6 m/s and 1.9 m/s, the final moiture content w2: 6%, drying time: 8 hours When drying in this mode, the color of Houttuynia Cordata - dryed is green, less distorted It also content more flavonoid than the other products (5.6 %), E.Coli bacteria do not appear Power consumption : 5.37 kWh/kg product, specific moisture extraction rate (SMER): 0.96 kg/kWh, The above results showed that the HPD works stably, Houttuynia Cordata-dryed is satisfactory, and this HPD system with its drying mode can be applied to production

MỤC LỤC

LÝ LỊCH KHOA HỌC i

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

TÓM TẮT 1

ABSTRACT 2

MỤC LỤC 3

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 8

DANH MỤC BẢNG 9

DANH MỤC HÌNH ẢNH 10

Chương 1: TỔNG QUAN 10

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 12

1.2 Tổng quan cây dấp cá 13

1.2.1 Tên gọi 13

1.2.2 Mô tả 13

1.2.3 Thành phần hóa học 14

1.2.4 Phân bố 14

1.2.5 Tính vị và tác dụng 14

1.3 Các nghiên cứu trong nước liên quan 15

1.4 Các nghiên cứu ngoài nước lên quan 15

1.5 Tổng kết các nghiên cứu 16

1.6 Các chế phẩm có chứa dấp cá trên thị trường 17

1.7 Mục đích của đề tài 19

1.8 Phương pháp nghiên cứu 20

1.9 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 20

1.10 Nội dung nghiên cứu 20

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 22

2.1 Tổng quan kỹ thuật sấy 22

2.2 Phương pháp sấy truyền thống 22

2.3 Phương pháp sấy hiện đại 22

2.4 Tác nhân sấy 23

2.5 Chế độ sấy 23

2.6 Nguyên lý mô hình sấy bơm nhiệt: 24

2.7 Các thiết bị cơ bản của HTS bơm nhiệt 24

2.7.1 Môi chất lạnh 24

2.7.2 Máy nén lạnh 24

2.7.3 TBNT và TBBH : 25

2.7.4 Các chỉ số về hiệu quả sử dụng năng lượng: 25

- Chỉ số COP hệ thống: 25

- Chỉ số SMER (kg/kWh) : 25

- Tốc độ tách ẩm (g/h): 25

- Điện năng riêng (kg /kWh) : 25

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO 26

3.1 Các số liệu ban đầu để tính toán thiết kế 26

3.2 Kích thước buồng sấy 26

3.3 Tính toán lượng TNS lý thuyết : 27

3.3.1 Đồ thị đồ thị không khí ẩm i-d: 27

3.3.2 Thông số điểm nút TNS quá trình sấy lý thuyết: 28

3.3.3 Tính toán nhiệt quá trình sấy lý thuyết: 31

3.3.4 Tính cho quá trình sấy thực: 32

3.5 Thông số làm việc của chu trình lạnh: 41

3.5.1 Nhiệt độ ngưng tụ tk : 41

3.5.2 Nhiệt độ bay hơi to: 41

3.5.3 Tính cấp nén của chu trình lạnh: 41

3.6 Chu trình làm việc: 41

3.6.1 Tính toán chu trình lạnh 1 cấp: 42

3.6.2 Tính chọn công suất máy nén: 43

3.6.3 Tính trở lực TNS để chọn quạt : 44

3.6.4 Chọn thiết bị ngưng tụ trong buồng sấy và TBNT phụ: 51

3.6.5 Chọn thiết bị bay hơi: 51

3.7 THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY SẤY BƠM NHIỆT 52

3.7.1 CÁC BẢN VẼ BỐ TRÍ THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG: 52

3.7.2 Mạch điện điều khiển: 53

Chương 4: QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM 54

4.1 Quy trình sấy lá dấp cá 54

4.2 Phương pháp xác định độ ẩm, nhiệt độ, vận tốc TNS 54

4.3 Các thiết bị dùng trong thí nghiệm: 55

4.4 Các thí nghiệm : 56

4.5 Phương pháp xác định hàm lượng flavonoid 57

4.6 Tiêu chuẩn E.Coli của lá dấp cá sau khi sấy 57

4.7 Một số hình ảnh quá trình sấy lá dấp cá: 58

Chương 5: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 59

5.1 Chế độ sấy 35 0C 59

5.2 Chế độ sấy nhiệt độ 37.5 0C 61

5.3 Chế độ sấy nhiệt độ 40 0C 63

5.4 Chế độ sấy nhiệt độ 42.5 0C 64

5.5 Chế độ sấy nhiệt độ 45 0C 65

5.6 Chế độ sấy nhiệt độ 47.5 0C 67

5.7 Chế độ sấy nhiệt độ 50 0C 69

5.8 Biểu đồ chỉ số tách ẩm riêng phần SMER: 71

5.9 Hàm lượng flavonoid trong cá mẫu sấy dấp cá 72

5.10 Giới hạn ô nhiễm vi sinh vật cho rau quả và sản phẩm rau quả 74

5.11 Các chỉ số sử dụng hiệu quả năng lượng 77

- Chi phí điện năng cho 1 kg sản phẩm (kg/kWh) 77

- Tốc độ tách ẩm: 77

5.12 Ước tính hiệu quả kinh tế trong sản xuất 78

Chương 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80

6.1 Kết luận 80

6.2 Kiến nghị 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

PHỤ LỤC 1 QUÁ TRÌNH GIẢM ẨM CỦA VẬT LIỆU SẤY 84

PHỤ LỤC 2: HÌNH ẢNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 98

PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ XÉT NGHIỆM HÀM LƯỢNG FLAVONOID 101

PHỤ LỤC 4: KẾT QUẢ XÉT NGHIỆM NHIỂM KHUẨN E.COLI 101 PHỤ LỤC 5: TIÊU CHUẪN VI SINH VẬT TRONG THỰC PHẨM 101

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học cấy dấp cá 14

Bảng 3.1 Kích thước buồng sấy 39

Bảng 3.2 Thông số TNS lý thuyết 44

Bảng 3.3 Thông số TNS thực tế 52

Bảng 3.4 Bảng thông số của môi chất 42

Bảng 3.5 Thông số TBBH 46

Bảng 3.6 Thông số TBNT 48

Bảng 4.1 Thông số máy sấy bơm nhiệt dùng trong thí nghiệm 57

Bảng 5.1 Hàm lượng flavonoid các mẫu sấy và mẫu trên thị trường………… 85

Bảng 5.2 Kết quả xét nghiệm E.Coli 87

Bảng 5.2 Giới hạn ô nhiễm vi sinh vật trong rau quả, thực phẩm 76

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cây dấp cá 13

Hình 1.2 Bột dấp cá sấy lạnh 18

Hình 1.3 Thức uống từ bột dấp cá 18

Hình 1.4 Trà túi lọc dấp cá 19

Hình 1.5 Thảo dược có thành phần dấp cá 19

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý sấy bơm nhiệt 24

Hình 3.1 Vách, kích thước buồng sấy 26

Hình 3.2 Buồng sấy hoàn thành 27

Hình 3.3 Đồ thị i-d quá trình sấy lý thuyết 27

Hình 3.4 Vách buồng sấy 47

Hình 3.5 Đồ thị T-s và log(p)-h 55

Hình 3.6 Kết nối thiết bị hệ thống bơm nhiệt 65

Hình 3.7 Khung máy – Buồng sấy 65

Hình 3.8 Kết nối thiết bị hệ thống bơm nhiệt 66

Hình 3.9 Máy sấy HPD hoàn chỉnh 66

Hình 4.1 Thermostat kỹ thuật số 68

Hình 4.2 Lưu tốc kế Lutron AM-4205TNS 68

Hình 4.3 Điện kế KTS đa năng 55

Hình 4.4 Ampe kẹp đa năng 56

Hình 4.5 Cân VLS 56

Hình 4.6 Dấp cá chuẩn bị sấy 58

Hình 4.7 Dấp cá trong buồng sấy 58

Hình 5.1 Biểu đồ giảm ẩm VLS – TNS – MT CĐS 35 0C 59

Hình 5.2 Biểu đồ giảm ẩm VLS theo thời gian 35 0C 59

Hình 5.3 Lá dấp cá sấy ở 35 0C 60

Hình 5.4 Biểu đồ giảm ẩm của VLS 37.5 0C 61

Hình 5.5 Biểu đồ độ ẩm TNS – VLS – Môi trường 37.5 0C 61

Hình 5.6 Lá dấp cá sấy ở 37.5 0C 62

Hình 5.7 Biểu đồ giảm ẩm ở chế độ sấy 40 0C 63

Hình 5.8 Lá dấp cá sấy ở chế độ 40 0C 63

Hình 5.9 Biểu đồ giảm ẩm VLS ở chế độ 42.5 0C 64

Hình 5.10 Dấp cá sấy ở 42.5 0C 65

Hình 5.11 Biểu đồ giảm ẩm VLS ở chế độ 45 0C……… 78

Hình 5.12 Lá dấp cá sấy ở 45 0C 66

Hình 5.13 Biểu đồ giảm ẩm VLS – Môi trường - TNS 47.5 0C 67

Hình 5.14 Biểu đồ giảm ẩm VLS ở 47.5 0C 67

Hình 5.15 Lá dấp cá sấy ở 47.5 0C 68

Hình 5.16 Độ giảm ẩm VLS – TNS – Môi trường 50 0C 69

Hình 5.17 Biểu đồ giảm ẩm VLS ở chế độ sấy 50 0C 69

Hình 5.18 Lá dấp cá sấy ở 50 0C 70

Hình 5.19 Biểu đồ chỉ số tách ẩm riêng phần SMER 71

Hình 5.20 Hàm lượng flavonoid các mẫu sấy……… 85

Hình 5.21 Biểu đồ E.Coli so sánh các mẫu sấy 74

Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Theo báo cáo năm 2018 ở [1], sản lượng cây hoa màu của Việt Nam đạt trên 144,6 nghìn tấn, trong đó sản lượng rau đạt trên 67.8 nghìn tấn Ngoài việc tiêu thụ dưới dạng thực phẩm tươi sống, rau củ quả ở nước ta còn được tiêu thụ dưới dạng thực phẩm chế biến: sấy khô, sấy dẻo, gia vị Rau sấy khô là gia vị được dùng phổ biến trong các thực phẩm chế biến sẵn (thức ăn nhanh) như: phở, miến, bún, cháo và mì ăn liền Ở Việt Nam

Cây dấp cá là một trong những loại rau dược liệu có sản lượng trồng trọt khá lớn tại các vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long, Nam Trung Bộ và Tây Nam Bộ Dấp cá có đặc điểm: lá màu xanh lục, hình tim, đầu lá hơi nhọn mọc so le, khi vò ra có mùi tanh của cá, thân màu tím đỏ Phần lá có flavonoid, protid, glucid, Cellulose, Vitamin C, tinh dầu, … [2,3] Cây dấp cá rất được ưa thích trên thị trường để ăn tươi như rau hoặc dùng dạng sấy khô, dạng bột

Hiện nay, có một số sản phẩm chế biến từ cây dấp cá như đã có mặt trên thị trường Việt Nam như:

- Là thành phần của trà túi lọc dấp cá, khổ qua

- Các viên uống thực thực phẩm chức năng tăng cường sức đề kháng

- Thuốc trị bệnh

Các máy sấy cây thảo dược như dấp cá hiện nay chủ yếu là sấy bằng không khí nóng đối lưu cưỡng bức, thông thường giảm được chi phí năng lượng Tuy nhiên, sản phẩm sau khi sấy tổn thất lớn về thành phần dinh dưỡng, làm chất lượng sản phẩm giảm, đôi khi còn rất ít giá trị sử dụng

Với những đặc điểm nêu trên, nghiên cứu này đã tiến hành thực nghiệm các chế độ sấy dấp cá khác nhau trên hệ thống máy sấy bơm nhiệt nhằm tìm ra chế độ sấy cây dấp cá phù hợp , nhằm nâng cao chất lượng VLS so với dấp cá sấy trên thị trường, cụ thể là hàm lượng flavonoid ≥ 4,65 % (w/w) nhằm phát huy dược tính, đạt yêu cầu vệ sinh an toàn thực phẩm theo thông tư 05/2012/TT-BYT, chi phí điện năng, giá thành sản phẩm sấy hợp lý, có thể phát triển nghiên cứu để ứng dụng vào thực tiễn sản xuất, làm thực phẩm chức năng, thành phần nguyên liệu của trà túi lọc, thuốc trị bệnh

Từ những lý do trên, tác giả đã chọn thực hiện đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo,

thực nghiệm mô hình sấy bơm nhiệt để sấy cây dấp cá”

1.2 Tổng quan cây dấp cá

1.2.1 Tên gọi

Cây dấp cá còn có tên là cây diếp cá, giấp cá, ngƣ tinh thảo Tên khoa học là

Houttuynia cordata Thunb Saururaceae [3]

1.2.2 Mô tả

Dấp cá thuộc thân thảo, cao 20 đến 40 cm Lá có màu lục hay tím đỏ, hình tim, đầu

lá hơi nhọn mọc so le, khi vò ra có mùi tanh của cá Thân mọc đứng và có rễ phụ ở các đốt Thân có lông hoặc ít lông Rễ mọc sâu vào đất Cụm hoa hình bông bao bởi 4 lá bắc màu trắng, trong chứa nhiều hoa nhỏ màu vàng nhạt Quả nang, hạt hình trái xoan, nhẵn Mùa hoa nở tháng 5 đến tháng 8, quả tháng 7 đến tháng 10 [3]

Hình 1.1 Cây dấp cá

- Các flavonoid: quercitrin (quercetin 3-rhamnosid), isoquercitrin (quercetin 3-glucosid)

- Tinh dầu: đây là thành phần làm cho dược liệu có mùi đặc biệt Thành phần chủ yếu là methylnonylceton, laurylaldehyd, caprylaldehyd và decanonyl acetaldehyd Chất sau cùng này là thành phần chính nhưng không bền và dễ bị phân huỷ khi chưng cất

- Ngoài ra trong dấp cá còn có nhiều chất khác: N-(4-hydroxystyryl)-benzamid, aristolactam, các alcaloid nhân pyridin 1, 3, 5 – tridecanonylbenzen

1.2.4 Phân bố

Dấp cá chủ yếu mọc ở các nước Châu Á, phân bố từ Ấn Độ qua Trung Quốc, Nhật Bản, Thái Lan, các nước Đông Dương Ở nước ta, dấp cá mọc hoang ở chỗ ẩm ướt, thường được trồng làm rau ăn Thu hái cành lá quanh năm, thường dùng tươi Có thể phơi hay sấy khô để dùng dần Hiện nay, Miền Nam là khu vực trồng nhiều cây dấp cá nhất, đặc biệt là tỉnh Tiền Giang và Vĩnh Long [3,4]

1.2.5 Tính vị và tác dụng

Dấp cá có vị chua, cay, mùi tanh, tính mát, không độc, có tác dụng thanh nhiệt, giải độc, tiêu thũng, sát khuẩn Dấp cá đã được nghiên cứu từ lâu, có những tác dụng sau:

- Dấp cá có tác dụng lợi tiểu, thanh nhiệt, giải độc, tiêu thũng, sát trùng

- Dấp cá được dùng trị bệnh trĩ, mụn nhọt, trẻ con lên sởi, viêm phổi hoặc phổi có mủ, đau mắt đỏ hoặc đau mắt do trực khuẩn mủ xanh, viêm ruột, bí tiểu tiện, kinh nguyệt không đều Còn dùng trị sốt rét, sài giật ở trẻ em, đau răng [4]

1.3 Các nghiên cứu trong nước liên quan

Phan Văn Cư đã tiến hành chiết xuất tinh dầu bằng phương pháp vi sóng và phân lập Flavonoid trong dịch chiết cây diếp cá

Hoàng Văn Tuấn và các cộng sự đã tiến hành “Nghiên cứu tách chiết và xác định một số hoạt tính sinh học của dịch chiết flavonoid từ cây dấp cá

Nguyễn Hay, Lê Anh Đức, Lê Quang Giảng Sách chuyên khảo “Công nghệ và thiết

bị sấy một số loại nông sản”:

- Các kết quả khảo nghiệm sấy A-ti-sô, bằng lò đốt than đá Các thực nghiệm trong khoảng nhiệt độ 45 0C đến 55 0

C, kết quả phân tích hàm lượng Cynarin tại giá trị nhiệt độ 45 0C là cao nhất [5]

- Các nghiên cứu thực nghiệm sấy chùm ngây ở các mức nhiệt độ 45 0C đến 80 0C, vận tốc TNS ở mức 0,5 m/s và 1,3 m/s, độ ẩm từ 77 % còn 8 % Hàm lượng vitamin C trong lá chùm ngây sấy cao nhất (350,8 mg/kg) ở chế độ sấy 45 0C dùng máy sấy bơm nhiệt [5]

- Huy và cộng sự [6] “Nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm hệ thống sấy ớt bằng bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời” sấy ớt ở 55 0C, vận tốc tác nhân sấy 2 m/s để đảm bảo protein và các vi chất có trong sản phẩm ít bị biến tính

Phương và cộng sự [7] “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy lạnh sản phầm cà rốt ở điều kiện tối ưu với năng suất nhỏ 10 kg/mẻ” sấy cà-rốt ở chế độ tối ưu 35,79 0C, tốc độ tác nhân sấy 1,46 m/s

1.4 Các nghiên cứu ngoài nước lên quan

Yan Lu và cộng sự [21] đã nghiên cứu dược chất trong cây dấp cá để hạ sốt và thảy độc, sử dụng để điều trị hội chứng hô hấp cấp tính nghiêm trọng (SARS)

Mohammad Ahamedul Kabir và cộng sự [22] đã nghiên cứu dược chất trong cây dấp cá có công dụng phòng bệnh viêm nha chu ở người (biểu mô nướu răng HGECs) là một bệnh nhiễm trùng truyền nhiễm

W Trirattannapikul và cộng sự [23] nghiên cứu kết hợp vi sóng vào máy sấy bơm nhiệt và máy sấy không khí nóng để rau má Các thực nghiệm được tiến hành ở các giá trị

nhiệt độ 40 0C, 50 0C và 60 0C Kết quả nghiên cứu cho thấy sấy bằng máy sấy bơm nhiệt tại nhiệt độ t = 40 0C, vận tốc tác nhân sấy 0,5 m/s Hàm lượng phenolics trong sản phẩm sấy là cao nhất 3,1 mg/g

Monica Premi và cộng sự (2010) đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ sấy và vận tốc tác nhân sấy (TNS) đến quá trình sấy lá chùm ngây ở các mức nhiệt độ 50, 60, 70, 80

0C và hai mức vận tốc TNS 0,5 và 1,3 m/s, độ ẩm cuối quá trình sấy 3% Kết quả đánh giá chung ở nhiệt độ 70 0C và vận tốc TNS 1,3 m/s có kết quả tốt nhất về mặt năng lượng [8]

M Shafiur Rahman và cộng sự (1997) đã xác định đường giảm ẩm và tốc độ TNS đối với sấy lớp mỏng đậu Hà Lan Quá trình thí nghiệm với thông số nhiệt độ 25 đến 65

Trường hợp sấy ở vận tốc TNS quá cao, thời gian sấy giảm xuống đáng kể nhưng

lá dấp cá sau sấy có hiện tượng biến dạng nhiều, co cuốn lại và văng hỗn độn trong buông sấy do khi đạt độ ẩm yêu cầu, lá dấp cá rất nhẹ

Về độ ẩm yêu cầu của sản phẩm sấy, nếu độ ẩm còn cao, VLS sẽ dễ bị mốc trong quá trình bảo quản, nếu quá thấp thì chi phí điện năng tăng cao, VLS bị giòn Hiện nay, một số nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm sấy thảo dược dạng lá như chùm ngây, dấp cá tới giá trị độ ẩm cuối là w ≤ 6 % hoặc w ≤ 5 % tùy theo mục đích sử dụng Ở độ ẩm này VLS sẽ bảo quản được lâu hơn, dễ xay nhuyễn để xay thành bột, thành phần trà túi lọc,

viên nén, viên con nhộng thảo dược Các sản phẩm bột khổ qua, bột dấp cá được cấp phép lưu hành trên thị trường hiện nay thường có ẩm độ 5 % Trong đề tài này lá dấp cá được sấy đến giá trị độ ẩm 6 %

Như vậy, ta thấy cây (lá) dấp cá nên sấy bằng máy sấy bơm nhiệt, đối lưu TNS sẽ phù hợp nhất vì đạt được các yếu tố: nhiệt độ TNS thấp, phân áp suất hơi nước trong TNS rất thấp sẽ giảm thời gian mẻ sấy, chi phí điện năng cũng vừa phải so với các loại sấy khác như sấy lạnh chân không, sấy thăng hoa …

1.6 Các chế phẩm có chứa dấp cá trên thị trường

- HELAF (viên nang mềm), sản phẩm của Công ty cổ phần Dược Hậu Giang Thành phần gồm cao khô dấp cá, cao khô rau má Tác dụng hỗ trợ điều trị trĩ, táo bón và kiết lỵ

- CENDITAN (viên nang mềm), sản phẩm của Công ty cổ phần dược phẩm 3/2 Thành phần gồm cao dấp cá, bột rau má Tác dụng trị trĩ, táo bón

- RUTON (trà túi lọc), sản phẩm của Công ty cổ phần dược phẩm OPC Thành phần gồm rau dấp cá, nụ hòe Tác dụng thanh nhiệt, giải độc, lợi tiểu

- TROXITON (viên bao phim), sản phẩm của Công ty cổ phần Dược Danapha Thành phần gồm bạch truật, đương quy, trần bì, cam thảo, dấp cá, đảng sâm, hoàng kỳ Tác dụng chữa bệnh trĩ, bồi bổ cơ thể, giúp lưu thông máu huyết, trợ tiêu hóa, kháng khuẩn kháng viêm

- TRISELAN (viên nang), sản phẩm của Công ty cổ phần dược phẩm Đông Dược

5 Thành phần gồm: dấp cá, hòe hoa, kim ngân hoa, sinh địa, hoàng liên, đương quy, thăng ma, chỉ xác, trắc bách diệp, cam thảo Tác dụng bồi bổ cơ thể, thanh nhiệt, an thần,

hạ huyết áp

- TRĨ LINH ĐƠN (hoàn cứng), sản phẩm của Công ty cổ phần Dược Danapha Thành phần gồm bạch truật, đương quy, trần bì, cam thảo, dấp cá, đảng sâm, hoàng kỳ Tác dụng chữa bệnh trĩ, bồi bổ cơ thể, giúp lưu thông máu huyết, trợ tiêu hóa, kháng khuẩn kháng viêm

Hình 1.2 Bột dấp cá sấy lạnh

Hình 1.3 Thức uống từ bột dấp cá

Hình 1.4 Trà túi lọc dấp cá

Hình 1.5 Thảo dược có thành phần dấp cá 1.7 Mục đích của đề tài

Thiết kế chế tạo mô hình sấy lá dấp cá theo nguyên lý bơm nhiệt

Thực nghiệm các chế độ sấy lá dấp cá khác nhau bằng máy sấy trên để tìm ra các thông số công nghệ quá trình sấy nhằm nâng cao chất lượng, hàm lượng chất flavonoid của sản phẩm sấy so với dấp cá sấy trên thị trường hiện nay

Phân tích, so sánh chất lượng, hàm lượng dược chất flavonoid giữa mẫu thí nghiệm và mẫu dấp cá đang được bán trên thị trường

Đánh giá các chỉ tiêu cảm quan về màu sắc, mùi, độ biến dạng của lá dấp cá sau sấy

Xác định có hay không nhiểm khuẩn E.Coli là chỉ tiêu cơ bản và cần thiết cho các sản phẩm dạng thảo dược, theo tiêu chuẩn vi sinh Bộ Y Tế

Xác định tốc độ tách ẩm riêng phần SMER (kg/kWh), nhằm đánh giá hiệu quả làm việc và giá thành của sản phẩm lá dấp cá sấy để có thể ứng dụng vào sản xuất thực

tế

1.8 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp tổng quan tài liệu: Tổng quan các nghiên cứu liên quan, các đề tài từ các nguồn tài liệu uy tín, các công trình nghiên cứu khoa học, Luận văn của các tác giả thuộc các trường đại học uy tín trong nước để có được cơ sở khoa học, các hướng nghiên cứu để đảm bảo nghiên cứu không bị trùng lặp

Phương pháp phân tích lý thuyết: Xác định đối tượng cần nghiên cứu, thiết kế - chế tạo mô hình thực nghiệm

Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo mô hình thực nghiệm dựa trên thiết kế, thu thập và xử lý số liệu thực nghiệm từ đó rút ra kết luận

1.9 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu tập trung thực nghiệm sấy lá dấp cá trên mô hình máy sấy bơm nhiệt, các thông số hoạt động của hệ thống được điểu chỉnh theo yêu cầu của lần thực nghiệm cụ thể

Đề tài tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ của các chế độ sấy với các chỉ tiêu của sản phẩm sấy như: chất lượng cảm quan, hàm lượng flavonoid, vi khuẩn E.Coli, hiệu quả sử dụng điện năng, giá thành sản phẩm

1.10 Nội dung nghiên cứu

-Tổng quan các nghiên cứu liên quan

- Thiết kế, chế tạo mô hình máy sấy bơm nhiệt cơ bản để sấy lá dấp cá

- Thực nghiệm sấy lá dấp cá trên mô hình máy sấy đã chế tạo, thu thập số liệu của các quá trình thực nghiệm Trên cơ sở các kết quả các thí nghiệm, hiệu chỉnh lại hệ thống cho phù hợp, hiệu quả

- Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm

- Đƣa ra kết luận dựa trên kết quả phân tích, đánh giá

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan kỹ thuật sấy

- Sấy là quá trình tách nước (hơi nước) ra khỏi vật liệu rắn bằng nhiều phương pháp khác nhau VLS được cấp nhiệt thông qua truyền nhiệt tiếp xúc hoặc qua TNS

2.2 Phương pháp sấy truyền thống

- Phơi nắng

- Sấy nhiệt độ cao tiếp xúc dùng chất đốt hoặc điện trở cấp nhiệt

- Sấy nhiệt độ cao đối lưu chất đốt hoặc điện trở cấp nhiệt

2.3 Phương pháp sấy hiện đại

- Sấy lạnh : Bơm nhiệt, thăng hoa, chân không

- Sấy bằng vi sóng

- Phương pháp sử dụng máy hút ẩm chuyên dụng kết hợp

* Sấy thăng hoa: Quá trình tách ẩm khỏi VLS trực tiếp từ trạng thái đóng băng

thành trạng thái hơi nhờ quá trình thăng hoa Phương pháp thăng hoa ẩm dạng băng là VLS được cấp đông dưới điểm ba thể, t < 0 0

C , áp suất TNS trong môi trường sấy p <

610 Pa Lúc đó, VLS được cấp nhiệt đồng thời để ẩm từ trạng thái rắn thăng hoa thành thể hơi Trong HTS thăng hoa, phải tạo được áp suất chân không xung quanh VLS sau khi đóng băng VLS

* HTS chân không: Tạo áp suất chân không trong buồng sấy và cấp nhiệt cho

VLS, các phần tử nước trong VLS sẽ thoát ra khỏi VLS nhờ chênh lệch phân áp suất hơi

nước trong VLS

* Phương pháp sấy bơm nhiệt: Tách ẩm của VLS bằng cách cho TNS đi qua

TBBH của hệ thống bơm nhiệt Nhiệt độ TBBH dưới nhiệt độ động sương nên ẩm trong TNS ngưng lại, đồng thời ẩm trong VLS thoát ra hòa vào TNS do chênh lệch phân áp suất hơi nước, quá trình diễn ra đến khi độ ẩm đạt yêu cầu

- Ưu nhược điểm HTS bơm nhiệt:

+ Khả năng bảo tồn màu sắc, mùi vị và dưỡng chất cao

+ Năng lượng tiêu thụ ở mức vừa phải do tận dụng luôn phần nhiệt năng TBNT + Bảo đảm vệ sinh sản phẩm sấy

+ Giá thành so với sấy truyền thống cao hơn

+ Chi phí đầu tư hệ thống so với sấy truyền thống cao hơn

+ Vận hành đơn giản

2.4 Tác nhân sấy

Tác nhân sấy làm nhiệm vụ tải ẩm đã thoát ra khỏi VLS ra khỏi buồng sấy Tùy theo chế độ sấy và yêu cầu chất lượng sản phẩm sấy mà chọn loại tác nhân sấy thích hợp Các tác nhân sấy thường dùng là không khí, khói, hơi quá nhiệt

2.5 Chế độ sấy

- Chế độ sấy là bao gồm các giá trị của nhiệt độ buồng sấy, vận tốc TNS, cách thức luân chuyển TNS nhằm nâng cao, tối ưu chất lượng SP sấy và giá thành

* Sau đây là một số chế độ sấy thông dụng:

- Chế độ sấy có gia nhiệt trung gian

- Chế độ sấy hồi lưu một phần khí thải

- Chế độ sấy hồi lưu toàn phần khí thải

2.6 Nguyên lý mô hình sấy bơm nhiệt:

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý sấy bơm nhiệt

Bơm nhiệt làm việc theo các quá trình như sau:

Sấy bơm nhiệt là phương pháp sấy với TNS có nhiệt độ thấp Tác nhân sấy được quạt (6) đưa vào dàn bay hơi (4) và được làm lạnh dưới nhiệt độ đọng sương nên ẩm sẽ ngưng tụ và tách ra khỏi tác nhân sấy, dung ẩm của tác nhân sấy giảm Tác nhân sấy lúc này tiếp tục được quạt đưa vào dàn ngưng tụ (2) và được gia nhiệt đến nhiệt độ sấy sau

đó tác nhân sấy sẽ được đưa vào buồng sấy (5), hấp thụ ẩm của vật liệu sấy, độ ẩm của tác nhân sấy tăng lên và được quạt hút hồi lưu về dàn bay hơi (4) để tách ẩm, chu trình diễn ra liên tục cho đến khi ẩm độ vật liệu đạt yêu cầu Đặc điểm chính của sấy bơm

nhiệt là tiếp tục sử dụng lượng nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ cung cấp cho TNS

2.7 Các thiết bị cơ bản của HTS bơm nhiệt

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO 3.1 Các số liệu ban đầu để tính toán thiết kế

Căn cứ vào kết quả tổng quan, ta chọn được các thông số cơ bản của máy sấy như sau:

- Năng suất sấy của thiết bị: G1 = 5 kg/mẻ

- Độ ẩm ban đầu của dấp cá: 1 = 70 %

- Độ ẩm yêu cầu của dấp cá sau khi sấy: 2 = 6 %

- Thời gian sấy chọn: = 8 h

- Nhiệt độ sấy: 45 0C

3.2 Kích thước buồng sấy

Bảng 3.1 Kích thước buồng sấy

- Khối lượng dấp cá mỗi khay 0,5 kg Tổng số khay cần thiết 10 khay

Hình 3.1 Bảng vẽ buồng sấy

Hình 3.2 Buồng sấy hoàn thành 3.3 Tính toán lƣợng TNS lý thuyết :

3.3.1 Đồ thị đồ thị không khí ẩm i-d:

Hình 3.3 Đồ thị không khí ẩm quá trình sấy lý thuyết

1-2: Quá trình gia nhiệt tác nhân sấy đến nhiệt độ buồng sấy

2-3: Quá trình diễn ra trong buồng sấy TNS có độ ẩm thấp đi qua VLS, nhận ẩm thoát

ra từ VLS và mang ra khỏi buồng sấy

3-4: Quá trình làm lạnh tác nhân sấy đến nhiệt độ đọng sương để ngưng ẩm

4-1: Quá trình tách ẩm trong TBBH

3.3.2 Thông số điểm nút TNS quá trình sấy lý thuyết:

Điểm 1: Trạng thái không khí sau dàn lạnh

(6) (Lấy giá trị Pa = 0,993 bar)

Enthalpy của không khí ẩm:

I1 = 1,004.t1 + d1 (2500 + 1,842.t1) (7)

= 1,004.20 + 0,015 (2500 + 1,842.20) = 58,13 kJ/kgkk

Điểm 2: Trạng thái không khí trước khi vào buồng sấy

Nhiệt độ: t2 = 45 0C (Nhiệt độ sấy yêu cầu)

Phân áp suất bão hòa của hơi nước:

(

) (

) (8) Dung ẩm của không khí:

Do quá trình gia nhiệt tác nhân sấy là quá trình đẳng dung ẩm nên:

Điểm 3: Trạng thái không khí sau buồng sấy

Nhiệt độ: chọn t3 = 40 0C

Phân áp suất hơi bão hòa của nước:

( ) ( ) (11) Enthalpy của không khí ẩm

I3 = I2 = 83,92 kJ/kgkk

Dung ẩm của không khí

(12)

Độ ẩm tương đối

(13)

Điểm 4: Trạng thái không khí tại TBBH

Enthalpy của không khí ẩm:

I4 = 1,004.t4 + d4 (2500 + 1,842.t4) (20)

= 1,004.22,41 + 0,017 (2500 + 1,842.22,41) = 65,7 kJ/kgkk

Bảng 3.2 Bảng thông số của TNS sấy lý thuyết

Với = 1,1105 kg/m3 khối lƣợng riêng tác nhân sấy tra theo nhiệt độ t = 450C

3.3.3 Tính toán nhiệt quá trình sấy lý thuyết:

Nhiệt lƣợng dàn ngƣng tụ cung cấp cho quá trình sấy để làm bay hơi 1 kg ẩm:

(25) Nhiệt lƣợng dàn ngƣng tụ cung cấp để sấy 1 mẻ:

Qdnlt = W.qdnlt = 3,404.12895 = 43894,58 Kj (26) Năng suất nhiệt dàn ngƣng tụ cung cấp để sấy:

(27) Lượng ẩm ngưng tụ:

Δdlt = d3 – d2 = = 0,002 kg ẩm (28) Lượng nhiệt thu được từ ngưng tụ 1 kg ẩm:

qdllt = llt.(i3 – i1) = 500.(83,92 – 58,13) = 12895 kJ/kg ẩm (29) Lượng nhiệt dàn bay hơi thu được:

Qdllt = W.qdllt = 3,404.12895 = 43894,58 Kj

3.3.4 Tính cho quá trình sấy thực:

Phương trình cân bằng nhiệt:

Q + Qbs + WCntm1 + G2Cmtm1 + LI1 + GvcCvctm1 = G2Cmtm2 + Q5 + LI3’ + GvcCvctm2

Q + Qbs = L(I3’ – I1) + G2Cm(tm2 – tm1) + Q5 – WCntm1 + Gvc.Cvc.(tm2 – tm1)

Q + Qbs = Q2 + Qm + Q5 - Q1 + Qvc (*)

Trong đó:

 Q là nhiệt lượng cung cấp để gia nhiệt tác nhân sấy

 Qbs là nhiệt lượng bổ sung Do không dùng thiết bị gia nhiệt cho không khí sau dàn nóng nên Qbs = 0

 Q1 = WCntm1 là nhiệt vật lý do ẩm mang vào

 Qm = G2Cm(tm2 – tm1) là nhiệt lượng tổn thất do vật liệu sấy mang ra

 Q5 là nhiệt tổn thất ra môi trường theo kết cấu bao che

 Qvc = GvcCvc(tm2 – tm1) là nhiệt lượng tổn thất theo thiết bị vận chuyển

 Q2 = L.(I3’ – I1) là nhiệt tổn thất do tác nhân sấy mang đi

Chia 2 vế (*) cho W và bỏ qua Qbs, ta có:

q = - q1 + q2 + qvc + q5 + qm (30)

Hay: q = l.(I2 – I1) = l.(I3’ – I1) + qvc +q5 – Cn.tm1 + qm

<=> l(I3’ – I2) = Cn.tm1 (qvc + q5 + qm)Đặt: Cn.tm1 (qvc + q5 + qm) =  là tổn thất nhiệt để làm bay hơi 1 kg ẩm (32) Suy ra: l.(I3’ – I2) =  hay I3’ = I2 +  (33)

Tính tổn thất nhiệt  :

 Tổn thất nhiệt ra môi trường theo kết cấu bao che q 5 :

Nhiệt độ bên ngoài buồng sấy: tf2 = t0 = 270C

Nhiệt độ bên trong buồng sấy: 0C (34) Buồng sấy có tường làm bằng inox có chiều dày  1 mm

Tra bảng phụ lục V [13], ta có hệ số dẫn nhiệt  = 16 W/mK

Nhiệt tổn thất ra môi trường được tính theo công thức: Q5 = k.F.t, W (35) Trong đó:

 F là diện tích xung quanh của buồng sấy, m2

Buồng sấy là hình hộp có các thông số:

Giả thiết tw1 = 41,30C (nhiệt độ vách trong của tường), ta có phương trình cân bằng nhiệt:

Theo công thức 7.46 [17] (tốc độ không khí  < 5 m/s), ta có:

Hệ số toả nhiệt 1 được xác định theo công thức kinh nghiệm sau:

1 = 6,15 + 4,17. = 6,15 + 4,17.1,6 = 10,32 W/m2K (42)

Vậy mật độ dòng nhiệt truyền qua:

q = 1.(tf1 - tw1) = 10,32.(42,5 – 41,3) = 12,38 W/m2 (43) Nhiệt độ vách ngoài lớp inox thứ nhất đƣợc xác định theo công thức:

Tra bảng thông số không khí với tm = 30 0C ta có:

= 2,67.10-2 W/ m độ; = 16.10-6 m2/s; Pr= 0,701 Tiêu chuẩn Grashoft:

Suy ra:

q’= .(tw4 – tf2) = 2,2.(33 - 27) = 13,2 W/m2 (49)

So sánh q và q’:

| | | | (50) Theo mục 5.2.2 [17], sai số này rất nhỏ nên các kết quả tính trên được chấp nhận Vậy hệ số truyền nhiệt:

k =

1 3

Q5 = k.F.t = 0,82.3,39.15,5 = 43,09 W (53) Nhiệt tổn thất ra môi trường trong 8 h sấy:

Nhiệt độ vật liệu sấy ra: tm2 = tf1 = 42,50C

Vậy nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang đi

Qm = 1,59.3,621.(42,5 - 27) = 89,24 kJ (57) Suy ra:

 Tổn thất nhiệt để làm nóng khay sấy q vc :

Khay sấy đƣợc làm bằng inox có bề dày   1 mm Theo phụ lục V [17] ta có thông

số của inox là: C= 0,51 kJ/kg; = 7900 kg/m3 Với diện tích đã tính toán, ta chọn khay sấy có F = LB = 0,65 x 0,805 = 0,52 m2 Số khay sấy là n = 10 khay

- Vậy tổng diện tích khay sấy là:

Do = - 375,44 < 0 : Điểm 3’ trong sấy thực tế sẽ nằm bên trái điểm (3)

Điểm 1: Trạng thái không khí vừa ra khỏi TB bay hơi

Điểm 2: Trạng thái không khí vừa ra khỏi TB ngƣng tụ

Điểm 3’: Trạng thái không khí vừa ra khỏi buồng sấy

Điểm 4’: Trạng thái không khí trong TB bay hơi

𝜑3

’

Tính toán thông số tại các điểm nút:

 I3’ = 83,14 kJ/kgkk

Độ ẩm:

( )

(67)

Bảng 3.3 Bảng thông số trạng thái tại các điểm nút quá trình sấy thực tế

Với = 1,1105 kg/m3 khối lƣợng riêng tác nhân sấy tra theo nhiệt độ t = 450C

- Nhiệt lƣợng dàn ngƣng tụ cung cấp cho quá trình sấy để làm bay hơi 1 kg ẩm:

(75)

- Nhiệt lƣợng thiết bị ngƣng tụ cung cấp để sấy 1 mẻ: