Tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy đối lưu thông minh, tiệt trùng bằng tia cực tím DLDS 04

Tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy đối lưu thông minh, tiệt trùng bằng tia cực tím DLDS 04 Tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy đối lưu thông minh, tiệt trùng bằng tia cực tím DLDS 04 Tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy đối lưu thông minh, tiệt trùng bằng tia cực tím DLDS 04 Tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy đối lưu thông minh, tiệt trùng bằng tia cực tím DLDS 04 Tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy đối lưu thông minh, tiệt trùng bằng tia cực tím DLDS 04 Tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy đối lưu thông minh, tiệt trùng bằng tia cực tím DLDS 04 Tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy đối lưu thông minh, tiệt trùng bằng tia cực tím DLDS 04 Tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy đối lưu thông minh, tiệt trùng bằng tia cực tím DLDS 04

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

- -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

MÃ SỐ KHOÁ LUẬN: TB.19.02

Tp Hồ Chí Minh, tháng … năm 20

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO

HỆ THỐNG SẤY ĐỐI LƯU THÔNG MINH, TIỆT

GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Trang i

LỜI CẢM ƠN

Sau hơn bốn tháng thực hiện đồ án “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy đối lưu thông minh tiệt trùng bằng tia cực tím năng suất 12 kg nguyên liệu hạt sen/mẻ” đã hoàn thành nhờ sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè

Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn Tấn Dũng, ThS Lê Tấn Cường, KS Lê Văn Hoàng, KS Lê Trung Hiếu đã tận tình hướng dẫn chúng tôi trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp

Chúng tôi cũng xin chân thành cảm ơn các quý Thầy Cô Khoa Công nghệ hóa học

và Thực phẩm, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh đã tận tình chỉ bảo những kiến thức cơ bản cần thiết cho quá trình làm luận văn tốt nghiệp trong suốt 4 năm qua

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn tất cả những người đã giúp đỡ chúng tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để hoàn thành đồ án, nhưng đây là đầu chúng tôi tiến hành nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo một hệ thống thiết bị cộng với thời gian thực hiện hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô và các bạn

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 07 năm 2019

GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Trang ii

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung trong bài luận hoàn toàn là của riêng chúng tôi Chúng tôi xin cam đoan các nội dung tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã đƣợc trích dẫn chính xác và đầy đủ theo quy định

TP Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 07 năm 2019

Ký tên

GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Trang iii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC BẢNG x

DANH MỤC KÝ HIỆU xi

TÓM TẮT KHÓA LUẬN 1

MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 6

1.1 Nguyên liệu 6

1.1.1 Giới thiệu chung về sen 6

1.1.2 Phân bố sinh thái và tiềm năng phát triển 7

1.1.3 Thành phần hóa học 8

1.1.4 Sự biến đổi dinh dưỡng 8

1.1.5 Quy trình sản xuất hạt sen sấy 9

1.2 Cơ sở khoa học về sấy 10

1.2.1 Định nghĩa quá trình sấy 10

1.2.2 Phân loại thiết bị sấy đối lưu 11

1.2.3 Tĩnh học quá trình sấy 12

GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Trang iv

1.2.4 Động học của quá trình sấy 20

1.3 Tiệt trùng bằng tia cực tím 25

1.4 Hệ thống thiết bị sấy đối lưu, tiệt trùng bằng tia cực tím 27

1.4.1 Tổng quan thiết bị và nguyên lý hoạt động hệ thống sấy đối lưu 27

1.4.2 Các bộ phận chính 28

1.5 Kết luận phần tổng quan 30

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ CHẾ TẠO 31

2.1 Sơ đồ nguyên lý tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy đối lưu 31

2.2 Phương pháp nghiên cứu 32

2.3 Phương pháp tính toán và thiết kế 32

2.3.1 Tính toán chọn các thông số cần thiết cho tính toán thiết kế 32

2.3.2 Tính toán cân bằng vật chất 33

2.3.3 Tính toán cân bằng năng lượng 35

2.4 Phương pháp chế tạo 36

2.4.1 Các phương pháp tiện, phay 36

2.4.2 Phương pháp hàn 38

2.4.3 Phương pháp gia công lỗ 39

2.4.4 Phương pháp đánh bóng 39

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SẤY ĐỐI LƯU THÔNG MINH TIỆT BANGWF TIA CỰC TÍM 40

3.1 Xác định các thông số tối ưu cần thiết cho tính toán, thiết kế 40

GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Trang v

3.2 Tính toán kích thước buồng sấy 41

3.2.1 Tính toán thể tích chứa sản phẩm 41

3.2.2 Tính toán thể tích và kích thước buồng sấy 41

3.3 Tính toán nhiệt cho quá trình sấy 42

3.3.1 Nhiệt lượng làm bay hơi ẩm 42

3.3.2 Nhiệt làm nóng nguyên liệu 45

3.3.3 Xác định lượng nhiệt đốt các thiết bị phụ 48

3.3.4 Nhiệt tổn thất ra môi trường 49

3.3.5 Tổng công suất nhiệt cần thiết cho quá trình sấy 51

3.4 Chọn quạt cấp gió 51

3.5 Bản vẽ thiết kế hệ thống sấy đối lưu 51

52

3.6 Chi phí phần cơ khí 59

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 61

4.1 Hệ thống điện 61

4.1.1 Các loại khí cụ điện sử dụng 61

4.1.2 Sơ đồ hệ thống điện 65

4.2 Hệ thống điều khiển tự động 66

4.2.1 Lí thuyết điều khiển tự động 66

4.2.2 Nguyên tắc hoạt động của bộ tự động điều khiển 70

4.2.3 Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động của hệ thống sấy 71

GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Trang vi

CHƯƠNG 5 CHẠY THỬ NGHIỆM VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ SẤY

ĐỐI LƯU VÀ ĐƯA RA KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 74

5.1 Phương án thực nghiệm cổ điển để tìm tối ưu 74

5.2 Thực nghiệm 76

5.2.1 Mục đích 76

5.2.2 Phương pháp xác định hàm mục tiêu độ ẩm của của sản phẩm sấy: 76

5.2.3 Phương pháp xác định hàm mục tiêu chi phí năng lượng: 77

5.2.4 Thực nghiệm 77

5.2.2 Kết quả và bàn luận 77

5.2.3 Hiệu chỉnh thiết bị 81

5.3 Hướng dẫn vận hành máy 81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

PHỤ LỤC 87

GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Trang vii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cây sen trong vùng Đồng Tháp Mười 6

Hình 1.2 Quy trình sản xuất hạt sen sấy 9

Hình 1.3 Sơ đồ sấy bằng không khí 13

Hình 1.4 Mô tả quá trình sấy lý thuyết 14

Hình 1.5 Mô tả quá trình sấy thực tế 15

Hình 1.6 Sơ đồ sấy có bổ sung nhiệt trong phòng sấy 16

Hình 1.7 Quá trình sấy lý thuyết có bổ sung nhiệt 16

Hình 1.8 Sơ đồ sấy có gia nhiệt giữa chừng 17

Hình 1.9 Sơ đồ sấy có không khí hoàn lưu 18

Hình 1.10 Quá trình sấy có không khí hoàn lưu 18

Hình 1.11 Đường cong sấy 24

Hình 1.12 Đường cong tốc độ sấy 24

Hình 1.13 Phổ ánh sáng và bức xạ tia UV 25

Hình 1.14 DNA trước khi diệt khuẩn bằng tia UV 26

Hình 1.15 DNA sau khi diệt khuẩn bằng tia UV 26

Hình 1.16 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy đối lưu 27

Hình 1.17 Cấu tạo quạt li tâm điển hình 28

Hình 1.18 Điện trở đốt nóng không khí 29

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lí hệ thống sấy 31

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lí của hệ thống sấy [9] 33

GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Trang viii

Hình 2.3 Máy phay ngang 37

Hình 2.4 Máy phay đứng 37

Hình 3.1 Bản vẽ tổng thể (1), thể hiện vị trí tương quan của các bộ phận Error! Bookmark not defined Hình 3.2 Bản vẽ thiết kế buồng sấy của hệ thống sấy đối lưu Error! Bookmark not defined Hình 3.3 Bản vẽ lắp ráp bộ phận Error! Bookmark not defined Hình 3.4 Bản vẽ thiết kế ống dẫn khí 54

Hình 3.5 Bản vẽ chi tiết mặc bích Error! Bookmark not defined Hình 3.6 Bản vẽ chi tiết khay sấy Error! Bookmark not defined Hình 3.7 Bản vẽ chế tạo vách ngăn buồng sấy Error! Bookmark not defined Hình 3.8 Bản vẽ chế tạo panel lưng buồng sấy Error! Bookmark not defined Hình 4.1 Các loại CB đơn, đôi và ba 61

Hình 4.2 Relay MY2N 24VAC 62

Hình 4.3 Contactor Mitsubishi S-N10 62

Hình 4.4 Biến tần Toshiba VF-S11 63

Hình 4.5 Bộ nguồn 220VAC 24VDC - 5A 64

Hình 4.6 Balast điện tử Rạng đông 20W/40W 64

Hình 4.7 Sơ đồmạch điện máy 65

Hình 4.8 Mô tả sơ đồ hệ thống tự động điều khiển 67

Hình 4.9 Sơ đồ mô tả tín hiệu vào ra 67

GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Trang ix

Hình 4.10 Sơ đồ khối hệ thông tự động điều khiển thông minh 70

Hình 4.11 Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động của hệ thống sấy 71

Hình 5.1 Quan hệ giữa y 1 = f (x 1 ) và y 2 = f(x 1 ) khi x 2 = 4 giờ 78

Hình 5.2 Quan hệ giữa y 1 = f(x2) và y2 = f(x2) khi x 1 = 66 o C 79

Hình 5.3 Quan hệ giữa y 1 = f (x 1 ) và y 2 = f(x 1 ) khi x 2 = 3.5 giờ 80

Hình 5.4 Quan hệ giữa y 1 = f(x2) và y2 = f(x2) khi x 1 = 67 o C 80

GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Trang x

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng có trong 100g hạt sen tươi 8

Bảng 1.2 Thành phần dinh dưỡng có trong 100g hạt sen khô 8

Bảng 3.1 Thông số có bản cần cho thiết kế 40

Bảng 3.2 Thông số vật lý 40

Bảng 3.3 Nhiệt dung riêng thành phần thực phẩm theo nhiệt độ 46

Bảng 3.4 Thành phần dinh dưỡng của hạt sen tươi 46

Bảng 3.5 Kích thước lớp vỏ trong 48

Bảng 3.6 Kích thước hai vách buồng cấp gió 48

Bảng 3.7 Khối lượng hệ thống khung 49

Bảng 3.8 Kích thước bên ngoài buồng sấy hình hộp chữ nhật 50

Bảng 4.1 Các loại khí cụ điện được sử dụng 65

Bảng 4.2 Chi phí điện và điều khiển tự động hóa 72

Bảng 5.1 Thực nghiệm với x 2 , x 3 = const 74

Bảng 5.2 Thực nghiệm với x 1 1opt , x 3 = const 74

Bảng 5.3 Thực nghiệm với x 2 , x 3 = const 75

Bảng 5.4 Thực nghiệm với x 1 1opt , x 3 = const 75

Bảng 5.5 Thí nghiệm với x 2 = 4 giờ 78

Bảng 5.6 Thí nghiệm với x 1 = 66 o C 78

Bảng 5.7 Thí nghiệm với x 2 = 3.5 giờ 79

Bảng 5.8 Thí nghiệm với x 1 = 67 o C 79

Lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy

Độ ẩm trong vật liệu sấy trước khi sấy

Độ ẩm trong vật liệu sấy sau khi sấy Khối lượng riêng

Lượng vật liệu ẩm trước khi vào máy sấy Lượng vật liệu ẩm trước khi ra máy sấy Lượng vật liệu khô tuyệt đối

Bề dày Diện tích đáy mỗi khay sấy Diện tích mặt bên ngoài buồng sấy Khối lượng

Nhiệt dung riêng Thể tích nguyên liệu tối đa trong buồng sấy

Độ rỗng của nguyên liệu chứa trên 1 khay Nhiệt lượng

Lượng nhiệt bốc hơi 1 kg ẩm

Hệ số dẫn nhiệt Lượng không khí khô cần thiết để bay hơi 1 kg ẩm Entalpy

Lượng chứa ẩm Lượng không khí khô tiêu tốn Công suất nhiệt

Hiệu suất

h bar

mm m2 m2

kg kJ/(kg.K) m3

%

kJ

kJ W/m.độ kgkkk/kg ẩm kJ/kgkkk

kg ẩm/kgkkk

kg

W

-

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 1

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Đề tài khóa luận tập trung nghiên cứu chế tạo hệ thống sấy đối lưu thông minh, tiệt trùng bằng tia cực tím, năng suất 12 kg/mẻ Các thông số ban đầu được sử dụng cho quá trình tính toán: độ ẩm ban đầu và độ ẩm cuối của nguyên liệu hạt sen tươi lần lượt là 69 %

và 10 %, nhiệt độ sấy: 65 oC, thời gian sấy giả định: 6 giờ, thông số của không khí tại TP.HCM tmt = 30 oC; = 74%; d kg/kgkk Hệ thống sấy đối lưu được chế tạo bao gồm: buồng sấy dạng hình hộp chữ nhật có kích thước 700 mm x 600 mm x 800 mm,

12 khay sấy, vách buồng sấy là inox SUS304 dày 1mm, ở giữa là lớp cách nhiệt bông thủy tinh dày 40 mm; nguồn nhiệt gồm 4 điện trở cánh tản nhiệt, công suất mỗi điện trở là

700 W; Quạt li tâm 3 pha có công suất 1 HP, được điều khiển tốc độ bởi biến tần Đèn

UV diệt khuẩn được điều khiển đóng mở theo chu kỳ

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 2

MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ

Các sản phẩm thực phẩm như rau, củ quả, thịt và thủy hải sản khi sấy khô đạt độ

ẩm yêu cầu để kéo dài thời gian sử dụng phục vụ cho tiêu dùng và xuất khẩu Tuy nhiên,

để trong thời gian bảo quản vẫn bị móc xuống màu, hư hỏng, làm giảm chất lượng sản phẩm mặc dù sản phẩm được bảo quản trong bao bì cách ly với môi trường bên ngoài Nguyên nhân là do các vi sinh vật vẫn còn tồn tại trong thực phẩm chưa bị tiêu diệt, chúng tồn tại dưới dạng bào tử chở cơ hội để phát triển làm hư hỏng sản phẩm.Vì vậy cần một giải pháp tối ưu để giải quyết vấn đề này Để khắc phục vấn đề này nhóm chúng tôi quyết định thực hiện đề tài: “Hệ thống sấy đối lưu thông minh DSDL-04 tiệt trùng bằng tia cực tím, năng suất 12kg/mẻ nguyên liệu hạt sen tươi Nhằm tạo hệ thống máy sấy đối lưu có ứng dụng thực tiễn giúp giải quyết vấn đề nấm mốc trong thực phẩm bằng tia cực tím cũng như tự động hóa máy móc bằng ioT phù hợp với xu hướng công nghệ 4.0

bị biến đổi nhiều, các hợp chất sinh học không bị mất đi, diệt khuẩn nấm mốc

Tự động hóa quá trình cấp và ngưng nhiệt và chu kì đèn diệt khuẩn UV cho hệ thống sấy, thông qua các bộ điều khiển nhiệt độ nhận tín hiệu bằng cảm biến nhiệt được đặt trong thiết bị

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Hệ thống sấy đối lưu làm việc liên tục năng suất 12kg hạt sen tươi nguyên liệu/mẻ

PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu về thiết bị sấy đối lưu với quy mô phòng thí nghiệm

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 3

NỘI DUNG ĐỒ ÁN

Nghiên cứu về nguyên liệu, thành phần hóa học, giá trị dinh dưỡng

Tổng quan phân tích, tổng hợp tài liệu để xác định các thông số ban đầu cần thiết cho quá trình tính toán thiết kế

Nghiên cứu công nghệ và sơ đồ nguyên lý của hệ thống sấy đối lưu

Tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy đối lưu năng suất 12kg nguyên liệu hạt sen tươi/mẻ với quy mô phòng thí nghiệm

Thiết kế, lắp đặt hệ thống điện điều khiển quá trình làm việc theo công nghệ bằng chương trình lặp

Nghiên cứu, lắp đặt bộ điều khiển nhiệt độ với cảm biến

Khảo nghiệm đánh giá khả năng hoạt động của máy và đồng thời xác định chế độ sấy hạt sen tươi thích hợp trên máy

Hướng dẫn vận hành và tính toán giá thành hệ thống sấy

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tham khảo tài liệu tổng quan và phân tích tổng hợp các công trình nghiên cứu trước đó đã công bố

Sử dụng phương pháp tính toán thiết kế dựa vào các định luật bảo toàn (bảo toàn vật chất, bảo toàn năng lượng)

Các phương pháp gia công chế tạo máy

Phương pháp khảo sát và thực nghiệm

Phương pháp tự động điều khiển

Sử dụng hỗ trợ từ các công cụ tính toán

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 4

Ý NGHĨA KHOA HỌC

Làm cơ sở khoa học trong việc thực nghiệm khảo sát các tính chất nhiệt - vật lý của nguyên liệu sấy ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt

Kiểm chứng lại các cơ sở lý thuyết khoa học

Khẳng định ý nghĩa lớn lao, đóng góp của khoa học kỹ thuật vào đời sống xã hội Góp phần giải quyết các vấn đề của các thiết bị sấy đối lưu phiên bản trước

Hệ thống sấy làm cơ sở cho việc thiết kế hệ thống có công suất lớn, hiên đại hơn phục vụ cho quy mô sản xuất vừa và nhỏ

Giúp sinh viên có cơ hội tiếp xúc với sản phẩm thực tế, có điều kiện học tập vận hành máy móc, thiết bị

BỐ CỤC

Đề tài nghiên cứu này được trình bày trong… trang, gồm 5 chương:

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SẤY ĐỐI LƯU THÔNG MINH TIỆT TRÙNG BẰNG TIA CỰC TÍM

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 5

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 5 CHẠY THỬ NGHIỆM VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ SẤY ĐỐI LƯU VÀ ĐƯA RA KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ

Ngoài ra còn có phần tóm tắt khóa luận, mở đầu, tài liệu tham khảo, danh sách bảng biểu và danh sách hình ảnh, danh mục chữ viết tắt, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 6

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 Nguyên liệu

1.1.1 Giới thiệu chung về sen

Hình 1.1 Cây sen trong vùng Đồng Tháp Mười

Cây sen có thân hình trụ (ngó sen) và rễ mập (củ sen) sống lâu năm Lá mọc dài trên mặt nước Hoa to có nhiều cánh xếp tròn đều màu hồng trắng Hoa có nhiều nhị (tua sen) màu vàng và những lá noãn rời, những lá noãn này sẽ hình thành quả gắn trên một đế hoa hình nón ngược màu xanh (gương sen)

Tất cả bộ phận của sen đều có thể sử dụng làm thuốc Lá sen có tính hàn, lợi tiểu

và cầm máu Lá được sử dụng để điều trị các bệnh như tiêu chảy, sốt cao, trĩ, tiểu gắt và bệnh phong Hạt sen trị nôn hay làm dịu phản ứng co giật của hệ thống tiêu hóa, hạt sen chính được sử dụng chữa trị bệnh tiêu chảy mãn tính, tăng tiết dịch và khí hư cũng như có tác dụng làm giảm đau, rất hiệu quả trong việc trị mất ngủ và đau tim Tâm sen có tác dụng an thần, trị mất ngủ, sốt cao với thần kinh căng thẳng, cao huyết áp Gương sen chứa protein, carbonhydrat và mang lượng nhỏ alkaloid Nelumbine sử dụng để cầm máu Nhụy sen có tác dụng bổ thận, rất hữu ích trong điều trị rối loạn tuyến nội tiết sinh dục

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 7

Hạt sen được sử dụng phổ biến trong nước cũng như nhiều nước trên thế giới để làm thức ăn, ngoài ra nó cũng là một vị thuốc qúy được con người biết đến từ lâu Ở nước

ta nó được chế biến thành nhiều món ăn bổ dưỡng và những bài thuốc trị bệnh hiệu quả

Vì vậy giá trị kinh tế mà sen mang lại rất cao, tuy nhiên thời gian sử dụng và bảo quả của hạt sen lại rất ít Do đó cần có biện pháp bảo quản hạt sen để nâng cao giá trị kinh tế

1.1.2 Phân bố sinh thái và tiềm năng phát triển

Ở Việt Nam cây sen mọc hoang dại rất nhiều tập trung chủ yếu ở vùng Đồng Tháp Mười thuộc các tỉnh Đồng Tháp, Long An và An Giang Sen mọc trong trạng thái tự nhiên đã có từ rất lâu đời Hàng trăm hecta sen mọc tập trung đã góp phần tạo nên hệ sinh thái đa dạng của vùng ngập nước Đồng Tháp Mười, nơi đây có Vườn Quốc Gia Tràm Chim khu Ramsar (khu bảo tồn đất ngập nước có tầm quan trọng quốc tế, đặc biệt như là nơi cư trú của các loài chim nước) thứ 2000 của thế giới Đồng Tháp là tỉnh có diện tích trồng sen lấy hạt lớn nhất nước với diện tích hơn 750 ha tập trung ở 2 huyện Cao Lãnh và Tháp Mười, trồng sen trở thành mô hình sống chung với lũ rất lý tưởng Sen được trồng luân canh trên đất ruộng với mật độ 2000 cây/ha vừa kiếm thêm thu nhập trái vụ vừa có thể cải tạo đất cho mùa vụ năm sau

Sau khi trồng 3 tháng mùa thu hoạch gương sen bắt đầu và kéo dài 2 tháng Năng suất bình quân 30.000-45.000 gương sen/ha, bán với giá tại vườn 300-500 đồng/gương lãi 8-9 triệu đồng/ha do chi phí đầu tư thấp Trong khi hạt sen được lấy ra từ gương sau khi tách vỏ và tách lấy tim bán với giá 100.000 đồng/kg mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn, nhưng thời gian bảo quản lại không được lâu chỉ chưa đầy một tuần, trong khi tim sen đem phơi khô đem làm trà cũng đem lại nguồn thu nhập không nhỏ cho người nông dân Với lợi thế phát triển dựa vào cây sen, tỉnh Đồng Tháp đang đẩy mạnh các nghiên cứu khoa học để phát triển các sản phẩm về sen nhằm nâng cao năng suất cũng như gia tăng giá trị kinh tế cho cây sen tỉnh nhà và một trong những nhiệm vụ đặt ra là phải có biện pháp bảo quản hạt sen được lâu hơn để nâng cao giá trị kinh tế

1.1.4 Sự biến đổi dinh dƣỡng

Bảng 1.2 Thành phần dinh dƣỡng có trong 100g hạt sen khô

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 9

1.1.5 Quy trình sản xuất hạt sen sấy

Nguyên liệu: hạt sen tươi (hoặc hạt sen khô) được tuyển chọn kỹ càng, loại bỏ nhưng hạt sâu hỏng, hạt lép

Bóc vỏ, thông tim sen: mục đích để tách phần vỏ đen, màng hồng và tâm sen không sử dụng ra khỏi hạt Đảm bảo sau khi bóc vỏ, thông tim sen, phần hạt sen không bị dập nát, giữ nguyên được hình dạng hạt sen ban đầu Sau đó mang hạt sen đi rửa sạch, để ráo và chuẩn bị cho những quy trình chế biến tiếp theo

Sấy giòn: hạt sen được cho vào lò sấy ở nhiệt độ cao Quá trình nằm mục đích tạo

độ giòn cho sản phẩm

Để nguội và đóng gói: sản phẩm sau khi sáy sẽ đạt yêu cầu sẽ được làm nguội và mang đi đóng gói theo khối lượng nhất định Sau đó dán nhãn mác, ghi ngày sản xuất, gắn hạn sử dụng và mang đi tiêu thụ

1.2 Cơ sở khoa học về sấy

1.2.1 Định nghĩa quá trình sấy

Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu Quá trình này có thể tiến hành bay hơi tự nhiên bằng năng lượng tư nhiên như năng lượng Mặt trời, năng lượng gió… (gọi là quá trình phơi hay sấy tự nhiên) Dùng phương pháp này thì đỡ tốn nhiệt năng nhưng không chủ động điều khiển được vận tốc của quá trình theo yêu cầu

kĩ thuật, năng suất thấp… Vì vậy trong công nghiệp người ta thường tiến hành quá trình sấy nhân tạo (dùng nhiệt năng do con người tạo ra) [1]

Tùy theo phương pháp truyền nhiệt, các phương pháp sấy được phân loại: Sấy đối lưu, sấy tiếp xúc, sấy hồng ngoại, sấy bằng dòng điện cao tần, sấy thăng hoa…[1], [2]

Khi nghiên cứu quá trình sấy thì cần phải nghiên cứu tĩnh học và động học của quá

trình sấy Tĩnh học quá trình sấy sẽ xác định được mối quan hệ giữa các thông số đầu và

thông số cuối của vật liệu sấy và tác nhân sấy dựa trên phương trình cân bằng vật chất – năng lượng, từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và lượng nhiệt

cần thiết Động học quá trình sấy sẽ khảo sát mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm

vật liệu với thời gian và các thông số của quá trình ví dụ như tính chất và cấu trúc của vật liệu, kích thước vật liệu, các điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy từ đó xác định được chế độ sấy, tốc độ sấy và thời gian sấy thích hợp [3], [2], [4]

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 11

1.2.2 Phân loại thiết bị sấy đối lưu

Sấy đối lưu được thực hiện nhờ vào sự chuyển động của luồng không khí dùng làm tác nhân sấy Không khí nóng được gia nhiệt chuyển động trong buồng sấy, tiếp xúc với

bề mặt vật cần sấy và làm cho hơi ẩm có trong vật bốc hơi, rồi chuyển động ra ngoài theo chính đường không khí nóng Luồng khí nóng này có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc vuông góc với chiều chuyển động của sản phẩm trong buồng sấy Sấy đối lưu

có thể được thực hiện từng phần hoặc thực hiện liên tục tùy vào nhu cầu sử dụng Do đó, các thành phẩm sau sấy cũng có thể được chuyển ra khỏi buồng sấy theo từng đợt (mẻ), hoặc liên tục đưa vào bằng hệ thống băng chuyền chuyển động liên tục [3], [5]

Thiết bị sấy đối lưu gồm:

Phòng sấy: trong phòng sấy vật liệu được sấy gián đoạn ở áp suất khí quyển, vật liệu được xếp trên những khay hoặc xe đẩy Việc nạp liệu và tháo liệu được thực hiện ở ngoài phòng sấy Phòng sấy loại này có một số nhược điểm như thời gian sấy dài vì vật liệu không được đảo trộn, sấy không đều, khi nạp và tháo liệu bị mất nhiệt qua cửa, khó kiểm tra quá trình sấy [3], [5]

Thiết bị sấy thùng quay: có thể sấy các loại nông sản dạng rời (bắp, cà phê, sắn lát,

bã khoai mì,…) với năng suất lớn Khi thùng quay, vật liệu sấy được mang lên cao tới góc rơi rồi rơi xuống, cùng lúc đó tác nhân sấy là lớp không khí nóng thổi xuyên qua lớp vật liệu và làm khô Ưu điểm của loại thiết bị này là quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ

có sự tiếp xúc tốt giữa vật liệu và tác nhân sấy, cường độ sấy tính theo lượng ẩm đạt được cao, tuy nhiên do vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ bị gãy vụn, tạo ra bụi, do đó một trong

số trường hợp làm giảm chất lượng của sản phẩm [3], [5]

Hầm sấy: khác với hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm có thể sấy liên tục hoặc bán liên tục với năng suất lớn và phương pháp tổ chức trao đổi nhiệt chỉ có thể đối lưu cưỡng bức, nghĩa là bắt buộc phải dùng quạt Hầm sấy làm việc ở áp suất khí quyển và dùng tác nhân sấy là không khí hay khói lò Vật liệu được xếp trên các khay đặt trên xe

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 12

goòng di chuyển dọc theo chiều dài hầm Có thể cho tác nhân sấy tuần hoàn để tăng tốc

độ và độ ẩm của tác nhân sấy Chiều dài của hầm có thể lên đến 60 m nhưng không nên lớn hơn vì như vậy trở lực của hệ thống tăng lên nhiều Vận tốc chuyển động của không khí trong hầm thường từ 2÷3 m/s Hầm sấy có nhược điểm, sấy không đều do sự phân lớp không khí nóng và lạnh theo chiều cao của hầm; khi tốc độ dòng khí nhỏ, vật liệu không được xáo trộn đều [3], [5]

Thiết bị sấy phun: thiết bị sấy này dùng để sấy các loại dung dịch như sữa, trứng, dung dịch đậu nành, gelatin, albumin Dung dịch lỏng được phun thành dạng sương vào trong phòng sấy, quá trình sấy diễn ra rất nhanh đến mức không kịp đốt nóng vật liệu quá giới hạn cho phép do đó có thể sử dụng tác nhân sấy ở nhiệt độ cao Ưu điểm của thiết bị sấy phun là sấy nhanh, sản phẩm thu được ở dạng bột mịn, nhiệt độ vật liệu không tăng cao nên có thể sử dụng để sấy loại vật liệu không chịu được nhiệt độ cao Chi phí điều hành tương đối thấp, đặc biệt tháp sấy có năng suất lớn hơn Nhược điểm của thiết bị sấy phun là vitamin dễ bị phá hủy dưới tác dụng của nhiệt độ, kích thước của phòng sấy lớn

mà vận tốc của tác nhân sấy lại nhỏ nên cường độ sấy nhỏ, tốn năng lượng, thiết bị phức tạp nhất là ở cơ cấu phun bụi, hệ thống thu hồi bụi sản phẩm [3], [5]

Lựa chọn phương pháp sấy: sau khi nghiên cứu tổng quan về đối tượng sấy và phân tích ưu nhược điểm của các thiết bị sấy nêu trên, chúng tôi thấy rằng: thiết bị sấy buồng phù hợp với năng suất chúng tôi chọn, cũng như dễ dàng cho việc tính toán thiết kế

và chế tạo Sau khi cân nhắc tất cả các chi phí, chúng tôi chọn thiết bị sấy buồng để tính toán thiết kế và chế tạo

1.2.3 Tĩnh học quá trình sấy

1.2.3.1 Sơ đồ nguyên lý chung của hệ thống sấy

Quá trình sấy sử dụng chất tải nhiệt là không khí thì gọi là sấy bằng không khí Khi sấy không khí nóng có hàm ẩm thấp tiếp xúc với bề mặt vật liệu ẩm và cung cấp năng

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 13

lượng để bốc hơi ẩm trong vật liệu ẩm vào dòng khí và làm tăng hàm ẩm của dòng khí Sơ

đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy bằng không khí được mô tả như sau [6],[5]:

Hình 1.3 Sơ đồ sấy bằng không khí

Vật liệu sấy ban đầu có độ ẩm cao được đưa vào thiết bị sấy và được đưa ra ngoài khi quá trình sấy kết thúc Không khí bên ngoài được đưa qua bộ phận đốt nóng để gia nhiệt lên đến nhiệt độ sấy cần thiết, sau đó vào phòng sấy để tiếp xúc với vật liệu, cấp nhiệt cho ẩm trong vật liệu để bốc hơi Có thể có thêm bộ phận đốt nóng bổ sung trong phòng sấy Trong trường hợp vật liệu không yêu cầu độ sạch, vệ sinh, không yêu cầu về hình thức và màu sắc thì có thể dùng tác nhân sấy là khói lò [3], [5]

1.2.3.2 Sấy lý thuyết và sấy thực tế

Trong quá trình sấy lý thuyết hay nhiệt bổ sung bằng nhiệt tổn thất [4] Khi đó:

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 14

Từ 1.1 và 1.2 có thể thấy h2 = h3 Vậy trong suốt quá trình sấy lý thuyết enthalpy của không khí không thay đổi trong suốt quá trình (h = const) Quá trình sấy lý thuyết, một phần nhiệt lượng của không khí có bị mất đi cũng chỉ để làm bốc hơi nước vật liệu, hơi nước mang nhiệt lượng đó sau đó nhập lại vào dòng khí [6], [3]

Hình 1.4 Mô tả quá trình sấy lý thuyết

Trạng thái ban đầu được biểu diễn bởi điểm 1 (t1, , h1, d1) khi ra khỏi bộ phận đốt nóng biểu diễn bởi điểm 2 (t2, , h2, d2) và sau khi sấy biểu diễn bởi điểm 3 (t3, ,

h3, d3) Để xác định các điểm 1 ,2 ,3 chỉ cần biết hai trong bốn thông số trạng thái của không khí Đường 123 biểu diễn quá trình sấy lý thuyết trong đó 12 là giai đoạn đốt nóng dòng khí và 23 là giai đoạn sấy lý thuyết [4]

Trong thực tế, lượng nhiệt bổ sung khác với lượng nhiệt tổn thất, vì vậy Từ đó:

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 15

Trong thực tế có thể xảy ra theo một trong ba trường hợp tùy theo giá trị của

 Nhiệt lượng bổ sung chung lớn hơn nhiệt lượng tổn thất chung nên Vì g luôn là số dương nên theo (1.3) h h [6], [3], [4]

 Nhiệt lượng bổ sung chung không đủ để bù nhiệt lượng tổn thất chung nên Cũng theo (1.3) h h [6], [3], [4]

 Nhiệt lượng bổ sung chung đủ bù nhiệt lượng tổn thất chung nên , đây là trường hợp sấy lý thuyết h h [6], [3], [4]

Hình 1.5 Mô tả quá trình sấy thực tế

Theo hình 1.5, quá trình sấy thực tế được mô tả:

Đường 123: Quá trình sấy lý thuyết

Đường 123’: Quá trình sấy thực tế với h h

Đường 123’’: Quá trình sấy thực tế với h h

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 16

1.2.3.3 Các phương thức sấy

a) Sấy có bổ sung nhiệt trong phòng sấy

Lượng nhiệt dung cấp cho toàn bộ quá trình sấy không những được cung cấp ở caloriphe chính mà còn được cung cấp ở caloriphe bổ sung ngay trong buồng sấy [1]

Hình 1.6 Sơ đồ sấy có bổ sung nhiệt trong phòng sấy

Không khí ban đầu có trạng thái A (hA=h0, , d0, t0) đi qua caloriphe 1 được gia nhiệt trong điều kiện x0 =x1 = const đến nhiệt độ t1 rồi đi vào buồng sấy 2, nó được cung cấp thêm nhiệt lượng bằng caloriphe bổ sung 3 [1]

Hình 1.7 Quá trình sấy lý thuyết có bổ sung nhiệt

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 17

b) Sấy có gia nhiệt giữa các buồng sấy

Thiết bị sấy theo sơ đồ này gồm nhiều buồng sấy, trước mỗi buồng sấy người ta đặt các caloriphe bổ sung K1, K2, … Phương pháp sấy này không những giữ không giảm nhanh nhiệt độ phòng sấy mà còn giúp chế độ sấy điều hòa hơn [1]

Hình 1.8 Sơ đồ sấy có gia nhiệt giữa chừng

Để giảm nhiệt độ không khí sấy, có thể chia phòng sấy ra làm nhiều khu vực sấy

và trước mỗi khu vực có đặt một bộ phận đốt nóng Không khí ban đầu ở trạng thái (0) (ho, to, do, ), đi qua bộ phận đốt nóng 1 được gia nhiệt lên đến nhiệt độ t1, rồi đi vào khu vực sấy 1 Sau khi sấy xong nhiệt độ không khí hạ xuống đến t2 Không khí lại tiếp tục qua bộ phận đốt nóng 2 để được gia nhiệt lên đến t’1, rồi vào khu vực sấy 2 Quá trình tiếp tục cho đến trạng thái (2’’) Đường gấp khúc (0)-(1)-(2)-(1’)-(2’)-(1’’)-(2’’) biểu diễn quá trình sấy có gia nhiệt giữa chừng Nếu trạng thái đầu (điểm 0) và trạng thái cuối (điểm (2’’)) đã xác định trước thì khi sấy bằng phương pháp đốt nóng dòng khí một lần ban đầu thì nhiệt độ dòng khí lên rất cao (điểm A là giao điểm của trạng thái (0)-(1) và trạng thái (1’’)-(2’’) kéo dài), nhưng khi sấy có đốt nóng dòng khí giữa chừng nhiệt độ tối đa có thể nhỏ hơn rất nhiều tùy thuộc vào số giai đoạn đốt nóng giữa chừng [4]

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 18

Phương án sấy có gia nhiệt giữa chừng dùng để giảm nhiệt độ tác nhân sấy trước khi đưa vào sấy nhằm giữ được chất lượng sản phẩm Nhiệt độ không khí ẩm sau khi đốt qua mỗi calorife đều bằng nhau Nhiệt độ không khí ẩm sau khi ra khỏi mỗi buồng sấy đều bằng nhau Vậy phương thức sấy này thích hợp để sấy các vật liệu không chịu được nhiệt độ cao [1]

c) Sấy có hoàn lưu một phần khí thải

Khi sấy theo phương thức này, một phần không khí thải được quay về trộn lẫn với không khí ban đầu trước khi vào caloriphe [1]

Hình 1.9 Sơ đồ sấy có không khí hoàn lưu

Hình 1.10 Quá trình sấy có không khí hoàn lưu

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 19

Lúc đầu khi chưa có không khí hoàn lưu thì không khí ngoài trời ở trạng thái 1 Sau khi đi qua calorife thì nhiệt độ của không khí được đốt nóng từ trạng thái 1 lên trạng thái 2’ và đưa vào buồng sấy, nhiệt độ không khí giảm xuống t3 dẫn đến độ ẩm không khí tăng

Sau đó, khi có không khí hoàn lưu ở trạng thái 3 thì quá trình phối trộn hai dòng không khí nóng và lạnh sẽ xảy ra Trạng thái 3 phối trộn với trạng thái 1 tạo trạng thái K

Vì trạng thái 3 và trạng thái 1 xác định nên trạng thái K hoàn toàn được xác định bởi hệ phương trình cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng

Sau phối trộn nó được đốt nóng lên trạng thái 2 bởi nhiệt lượng calorife Sau đó chuyển vào buồng sấy và thành trạng thái 3

Quá trình sấy đi theo chu vi tam giác 123 nên được gọi là tam giác sấy Quá trình tính tương tự như việc tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng cho quá trình sấy đối lưu bởi một calorife

Trên căn bản, 1kg không khí khô ban đầu được trộn lẫn với n kg không khí khô tuần hoàn thì enthalpy của hỗn hợp tại K được tính theo biểu thức sau được rút ra từ cân bằng nhiệt lượng:

(1.7)

Từ đó xác định được điểm K trên đoạn (1)-(3)

Cân bằng vật chất và nhiệt lượng cho dòng không khí sẽ xác định được

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 20

Lượng không khí khô ban đầu (tương ứng trạng thái 1):g kg kkk kg ẩm ⁄

Lượng hỗn hợp không khí đi vào thiết bị sấy: g kg kkk kg ẩm ⁄

Lượng nhiệt cung cấp ở bộ phận đốt nóng là:

g g h h

Phương thức sấy có không khí hoàn lưu có những ưu điểm sau: Có thể điều chỉnh

độ ẩm của không khí do đó thường ứng dụng để sấy các vật liệu không chịu được điều kiện độ ẩm không khí nhỏ và nhiệt độ cao Đồng thời, tốc độ không khí đi qua phòng sấy lớn

1.2.4 Động học của quá trình sấy

1.2.4.1 Vật liệu ẩm

Vật liệu ẩm là những vật có chứa một khối lượng nước và hơi nước Trong quá trình sấy cần tách một lượng nước nhất định ra khỏi vật Có thể xem vật liệu ẩm gồm hai thành phần là chất rắn và chất lỏng thấp ướt (gọi là ẩm), phần chất rắn gọi là vật khô tuyệt đối Trạng thái ẩm của vật liệu được biểu thị qua độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm tương đối (toàn phần), độ ẩm cân bằng, độ chứa ẩm và nồng độ ẩm Sự liên kết giữa ẩm với vật khô phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng, cấu trúc vật và môi trường hình thành liên kết đó [6] [7]

Độ ẩm của vật liệu

Các vật đem sấy đều là những vật ẩm có chứa một khối lượng ẩm đáng kể Trong quá trình sấy, ẩm trong vật bay hơi, độ ẩm của vật sấy giảm Trạng thái của vật liệu ẩm được xác định bởi độ ẩm và nhiệt độ của nó

Độ ẩm tuyệt đối: là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng vật khô tuyệt đối Kí hiệu: w0 [6], [7]

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 21

Ta có:

Trong đó:

+ Gn - khối lượng ẩm chứa trong vật liệu [kg]

+ Gk - khối lượng vật khô tuyệt đối [kg]

Độ ẩm toàn phần: là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng vật

trao đổi ẩm giữa vật và môi trường [6], [7]

Trong kỹ thuật sấy, độ ẩm cân bằng có ý nghĩa lớn, nó dùng để xác định giới hạn quá trình sấy và độ ẩm cuối cùng trong quá trình sấy của mỗi loại vật liệu trong những

điều kiện môi trường khác nhau

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 22

Các dạng liên kết ẩm trong vật liệu

Quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy phụ thuộc rất lớn vào dạng liên kết giữa ẩm

và vật liệu Liên kết càng vững càng khó tách và ngược lại Có nhiều dạng liên kết giữa

ẩm và vật liệu nên có nhiều cách phân loại khác nhau Theo A Rebinder có ba dạng liên kết: hóa học, hóa lý và cơ lý [1]

Liên kết hoá học

Năng lượng liên kết rất lớn Vì vậy với năng lượng nhiệt của quá trình sấy không

đủ để tách loại ẩm này Muốn tách được loiaj ẩm này người ta phải nung ở nhiệt độ cao hoặc bằng các phản ứng hóa học

Liên kết hoá lý

Được chia thành 2 loại ẩm liên kết hấp phụ và ẩm liên kết thẩm thấu:

+ Liên kết hấp phụ: là loại ẩm được giữ lại trên bề mặt và trang các mao quản của vật liệu bằng các lực hấp phụ Van der Waals, lực mao quản

+ Liên kết thẩm thấu: bị giữ lại trong mạng lưới tinh thể hay các lưới sàng thẩm thấu bằng các lực liên kết thẩm thấu Năng lượng nhiệt của quá trình sấy có thể tách được ẩm liên kết hóa lý

Liên kết cơ lý

Là loại ẩm được giữ lại trên bề mặt vật liệu trong các mao quản bằng các lực kết dính với năng lượng liên kết rất bé Vì vậy năng lượng của các quá trình cơ học như: ly tâm, ép, vắt có thể tách được một phần ẩm này

Ngoài ra còn có cách phân loại ẩm trong vật liệu gồm: ẩm tự do, ẩm liên kết [1]

Quá trình bay hơi ẩm

Quá trình bay hơi ẩm từ vật liệu gồm hai giai đoạn xảy ra đồng thời:

Khuếch tán ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường gọi là khuếch tán ngoài Động lực của quá trình khuếch tán này là sự chênh lệch nồng độ hay áp suất hơi riêng phần trên

Vậy quá trình bay hơi ẩm trong cả hai giai đoạn vừa phụ thuộc vào gradient độ ẩm vừa phụ thuộc vào gradient nhiệt độ, mà hai đại lượng này lại trái ngược nhau, nghĩa là trong lòng vật liệu có độ ẩm cao và nhiệt độ thấp, còn ở trên bề mặt vật liệu có độ ẩm thấp

và nhiệt độ cao Nếu xét về gradient độ ẩm thì ẩm sẽ đi từ độ ẩm cao đến nơi có độ ẩm thấp, ẩm từ trong ra ngoài) Nếu xét về gradient nhiệt độ thì ẩm sẽ di chuyển từ nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp (ẩm từ ngoài vào trong) Hai quá trình này sẽ cản trở quá trình khuếch tán ẩm lên trên bề mặt vật liệu Kết quả chung của hai quá trình phụ thuộc vào sự tương quan giữa hai hiện tượng khuếch tán này [6]

1.2.4.3 Vận tốc sấy và các giai đoạn sấy vật liệu ẩm

Tốc độ sấy được biểu diễn bằng lượng ẩm (kg) bay hơi trên 1 m2 bề mặt vật liệu sấy trong một đơn vị thời gian (h) [4]

N =

Với:

W là lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy, kg

S là diện tích bề mặt vật liệu sấy, m2

là thời gian sấy, h

Khi biết tốc độ sấy, có thể tìm thời gian sấy theo công thức:

= (h) [4]

(1.15)

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 24

Quá trình sấy xảy ra với vận tốc phụ thuộc vào dạng liên kết ẩm với vật liệu và cơ chế của quá trình di chuyển ẩm trong vật liệu Động học của quá trình sấy được đặc trưng bởi sự thay đổi theo thời gian của độ ẩm trung bình trong vật liệu đối với một lượng vật liệu khô tuyệt đối Quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu W và thời gian sấy τ, được biểu diễn bằng đường cong sấy, được xây dựng bằng thực nghiệm [1]

Hình 1.11 Đường cong sấy Hình 1.12 Đường cong tốc độ sấy

Có thể rút ra kết luận như sau:

Đoạn AB, đun nóng vật liệu sấy và làm bay hơi nước bề mặt Độ ẩm của vật liệu giảm không đáng kể, tốc độ sấy tăng nhanh đến tốc độ cực đại Giai đoạn này xảy ra rất nhanh và có thể bỏ qua khi tính tốc độ sấy [4]

Đoạn BC: đây là giai đoạn tốc độ sấy không đổi (đẳng tốc), độ ẩm vật liệu giảm nhanh và đề đặn theo đường thẳng (đoạn BC) [4]

Đoạn CE: giai đoạn sấy giảm tốc, lúc này vật liệu tương đối khô, lượng nước trong vật liệu còn ít, nên tốc độ khuếch tán nước trong vật liệu giảm xuống nhỏ hơn tốc độ bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu Quan hệ giữa độ ẩm theo thời gian trong giai đoạn này là quan hệ phi tuyến Nó có thể là bậc 2 hoặc cao hơn tùy loại vật liệu xốp, keo hoặc keo xốp thì đường cong tốc độ sấy của chúng có dạng (1) với vật liệu ẩm xốp, (2) với vật liệu

ẩm keo hoặc (3) với vật liệu ẩm dạng keo xốp [6]

Việc xác định các giai đoạn sấy có ý nghĩa rất quan trọng, vì từ đó có thể thiết lập các chế độ sấy khác nhau thích ứng với đặc điểm của từng giai đoạn để vừa đảm bảo chất lượng sản phẩm, vừa tiết kiệm năng lượng và rút ngắn thời gian sấy Thường dạng đường

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 26

Hình 1.14 DNA trước khi diệt khuẩn bằng tia UV

Hình 1.15 DNA sau khi diệt khuẩn bằng tia UV

Hình 1.14 và 1.15 chỉ ra rằng phân tử DNA của tế bào bị phá vỡ dưới tác động của tia cực tím Các chất hữu cơ bị vô hiệu hóa khi đưa vào một lượng UV đủ để làm thay đổi cấu trúc phân tử DNA Kết quả là tia UV gây ra hai phân tử thimine có liên kiết bất thường, hay là dimer Ảnh hưởng của các phân tử dimmer thymin tới chuỗi DNA ngăn chặn sự tái tạo của sinh vật Nó có thể không bị tiêu diệt ngay lập tức nhưng sự xáo trộn

mã di truyền trong phân tử ngăn chặn sự tái tạo, dịch mã Điều này giúp cho tai tia cực tím có tác dụng kháng khuản, ngăn chặn sự phát triển của ví sinh vật [8]

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 27

1.4 Hệ thống thiết bị sấy đối lưu, tiệt trùng bằng tia cực tím

1.4.1 Tổng quan thiết bị và nguyên lý hoạt động hệ thống sấy đối lưu

Cấu tạo chung của hệ thống sấy đối lưu:

Hình 1.16 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy đối lưu

1 Quạt li tâm 3 Buồng sấy

2 Caloriphe 4 Ống thoát khí 5 Đèn cực tím

Nguyên lý hoạt động:

Quạt li tâm (1) sẽ hút không khí ngoài môi trường vào và đẩy qua caloriphe (2) để gia nhiệt không khí bằng điện trở đốt nóng không khí đến nhiệt độ cần thiết trước khi đi vào buồng sấy cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy

Sau khi không khí được đốt nóng và giảm độ ẩm tương đối ở caloriphe không khí nóng sẽ được đưa vào buồng sấy (3), tại đây quá trình sấy được diễn ra, không khí nóng

sẽ tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy trong buồng sấy lấy đi lượng ẩm trong vật liệu sấy và đưa ra ngoài theo ống thoát khí (4)

Một phần không khí nóng từ buồng sấy (3) được hồi lưu trở lại và đi vào calorife (2) gia nhiệt trước khi quay trở lại buồng sấy nhằm tăng thời gian tiếp xúc của tác nhân sấy nâng cao hiệu quả của quá trình sấy

GVHD TS Nguyễn Tấn Dũng Trang 28

Trong quá trình sấy, nguyễn liệu và không khí sẽ được tiệt trung bằng tia cực tím (tia UVC) phát ra từ đèn cực tím lắp đặt trong buồng sấy để diệt các vi khuẩn nấm móc nhằm tăng chất lượng sản phẩm (5)

Hình 1.17 Cấu tạo quạt li tâm điển hình

Bộ phận cung cấp nhiệt: Caloriphe

Trong kỹ thuật sấy, người ta sử dụng các loại calorifer khí – hơi, calorifer khí – khói, calorifer khí – điện Trong bài này chúng tôi chọn calorife khí – điện, không khí sẽ được gia nhiệt bằng dòng điện nhờ vào các thanh điện trở cánh tản nhiệt Điện trở sấy được chế tạo sao cho nhiệt tỏa ra nhanh nhất làm cho không khí khô và nóng; qua đó cung cấp không khí nóng cho quy trình sấy Điện trở có cánh có cấu tạo tương tự điện trở trơn (gồm điện trở, chất cách điện và lớp vỏ thép không rỉ bảo vệ phía ngoài), tuy nhiên phía