Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy sấy thăng hoa năng suất 1,5kgmẻ ngành công nghệ kỹ thuật nhiệt

Các phương pháp sấy Sấy là quá trình tách ẩm chủ yếu là nước và hơi nước ra khỏi vật liệu nhằm tránh hư hỏng trong quá trình bảo quản, tăng độ bền cho sản phẩm, giảm trọng lượng, giảm c

Trang 1

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT NHIỆT

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SẤY THĂNG HOA NĂNG SUẤT 1,5 KG/MẺ

SKL 0 0 7 9 8 3

GVHD: TS LÊ MINH NHỰT

ThS NGUYỄN THÀNH LUÂN SVTH: NGUYỄN THIÊN ÂN

TRẦN LÊ HUY NGUYỄN PHÚC LIÊM

LÊ THÁI SƠN LÂM NGỌC TUYỀN

LỮ CHÍ TÙNG

Trang 2

SINH VIÊN THỰC HIỆN & MSSV:

1 NGUYỄN THIÊN ÂN 15147070

Trang 3

SINH VIÊN THỰC HIỆN & MSSV:

1 NGUYỄN THIÊN ÂN 15147070

Trang 4

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Hệ đào tạo: Chính quy

1 Tên đề tài:

Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy sấy thăng hoa năng suất 1,5 kg/mẻ

2 Nhiệm vụ đề tài

(1) Nghiên cứu cơ sở lý thuyết sấy thăng hoa

(2) Tính toán thiết kế máy sấy thăng hoa

(3) Chế tạo, vận hành máy sấy thăng hoa

(3) Thu thập, xử lý, đánh giá và nhận xét số liệu thu được sau khi vận hành để từ đó điều chỉnh phù hợp và rút ra kết luận, kiến nghị

3 Sản phẩm của đề tài

- Mô hình thực tế

- Báo cáo đồ án tốt nghiệp

4 Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 22/03/2019

5 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/07/2019

Trang 5

TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng 7 năm 2019

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ và tên SV: 1 Nguyễn Thiên Ân MSSV: 15147070

2 Trần Lê Huy 15147093

3 Nguyễn Phúc Liêm 15147104

4 Lê Thái Sơn 15147123

5 Lâm Ngọc Tuyền 15147139

6 Lữ Chí Tùng 15147140

Tên đề tài: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy sấy thăng hoa năng suất 1,5 kg/mẻ Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt Họ và tên giảng viên hướng dẫn: TS Lê Minh Nhựt ThS Nguyễn Thành Luân Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên

2 Nhận xét về kết quả thực hiện của đồ án tốt nghiệp

Kết cấu, cách thức trình bày đồ án tốt nghiệp

Trang 6

2.2 Nội dung đồ án (cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

2.3 Kết quả đạt được

2.4 Những tồn tại, nội dung cần chỉnh sửa

Trang 7

3 Đánh giá

đa

Điểm đạt được

1

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết của đề tài 10

2

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật khoa học, khoa học xã hội… 5 Khả năng thực hiện/ phân tích/ tổng hợp/ đánh

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế

Đánh giá cá nhân (theo thang điểm 10):

STT Họ va tên MSSV Điểm đánh giá Ghi chú

Trang 9

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho giảng viên phản biện)

Họ và tên SV: 1 Nguyễn Thiên Ân MSSV: 15147070

2 Trần Lê Huy 15147093

3 Nguyễn Phúc Liêm 15147104

4 Lê Thái Sơn 15147123

5 Lâm Ngọc Tuyền 15147139

6 Lữ Chí Tùng 15147140

Tên đề tài: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy sấy thăng hoa năng suất 1,5kg/mẻ Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt Họ và tên giảng viên phản biện:

Mã giảng viên phản biện:

Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Kết cấu, cách thức trình bày đồ án tốt nghiệp

2 Nội dung đồ án (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

3 Kết quả thu được

4 Những thiếu sót và tồn tại của đồ án tốt nghiệp

Trang 10

5 Câu hỏi

6 Đánh giá

STT Mục đánh giá Điểm tối đa Điểm đạt được

1

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết của đề tài 10

2

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật khoa học, khoa học xã hội… 5 Khả năng thực hiện/ phân tích/ tổng hợp/ đánh

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế

15

Khả năng cải tiến và phát triển 15 Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm

Trang 11

Đánh giá cá nhân (theo thang điểm 10):

STT Họ va tên MSSV Điểm đánh giá Ghi chú

Trang 12

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt

Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức

Chủ tịch Hội đồng: _ _

Giảng viên hướng dẫn: _ _

Giảng viên phản biện: _ _

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 7 năm 2019

Trang 13

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, chúng em đã nhận được rất nhiều sự tận tình giúp đỡ của quý Thầy Cô, đặc biệt là quý Thầy Cô trong ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt thuộc khoa Cơ khí động lực

Trước hết chúng em xin cảm ơn quý Thầy Cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã dạy dỗ, giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường Trong đó, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô thuộc Bộ môn Công nghệ Nhiệt – Điện lạnh đã tận tình chỉ dạy chúng em những kiến thức chuyên ngành bổ ích và những kinh nghiệm chuyên môn giúp chúng em có hành trang chuyên ngành vững chắc

Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy TS Lê Minh Nhựt và thầy ThS Nguyễn Thành Luân Những sự quan tâm, giúp đỡ và chỉ dạy kịp thời của quý Thầy đã giúp chúng em có thể hoàn thành tốt Đồ án tốt nghiệp Hơn thế nữa, niềm đam mê nghiên cứu và sự yêu nghề của quý Thầy đã giúp chúng em tự tin theo đuổi đam mê với ngành nghề mà chúng em đã chọn

Ngoài ra, chúng em cũng cảm ơn sự giúp đỡ, động viên của gia đình, bạn bè

và người thân để chúng em có thể hoàn thành tốt thời gian học tập tại trường

Trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp, chúng em sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong quý Thầy Cô tận tình chỉ bảo để Đồ án có thể hoàn thiện hơn

Trang 14

TÓM TẮT

Do nhu cầu bảo quản, nâng cao chất lượng sản phẩm nói chung và sấy nói riêng đang tăng lên đáng kể trong thời gian vừa qua Đặc biệt là công nghệ sấy thăng hoa, đang được nghiên cứu, phát triển và ứng dụng rộng rãi trong việc sấy những thực phẩm, dược liệu quý nhờ những ưu điểm vượt trội Ở nước ta, hiện tại đa số máy sấy thăng hoa trên thị trường có nguồn gốc nước ngoài, bên cạnh đó là một số sản phẩm chế tạo thành công trong nước Tuy nhiên, tựu chung lại các sản phẩm này có công suất lớn, giá thành cao, vận hành tương đối phức tạp, chỉ thích hợp sử dụng cho quy

mô công nghiệp

Với mong muốn tạo ra một thiết bị sấy thăng hoa năng suất nhỏ, giá thành thấp, nhỏ gọn, có thể sử dụng được trong gia đình, cũng như hệ thống, củng cố lại những kiến thức đã học về kỹ thuật lạnh, kỹ thuật sấy, điện… Nhóm đã tiến hành nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy sấy thăng hoa mini qua đề tài này

Ngoài phần mở đầu và tài liệu tham khảo, đề tài gồm có các nội dung sau:

Chương 1: Trình bày tổng quan về phương pháp sấy thăng hoa và vật liệu sấy chuối Chương 2: Tính toán nhiệt cho quá trình sấy & hệ thống sấy

Chương 3: Tính toán chọn thiết bị cho hệ thống sấy

Chương 4: Mô hình, mục đích và quy trình thí nghiệm

Chương 5: Đánh giá kết quả thí nghiệm và bàn luận

Chương 6: Kết luận và kiến nghị

Trang 15

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan về sấy thăng hoa 1

1.1.1 Các phương pháp sấy 1

1.1.2 Lý thuyết sấy thăng hoa 2

1.2 Tổng quan vật liệu sấy 7

1.3 Tính cấp thiết của đề tài 10

1.4 Mục đích của đề tài 11

1.5 Đối tượng nghiên cứu 11

1.6 Phạm vi nghiên cứu 11

1.7 Phương pháp nghiên cứu 11

1.8 Tình hình nghiên cứu 12

1.8.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 12

1.8.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 13

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY 16

2.1 Tính toán sơ bộ 16

2.2 Tính toán kích thước buồng sấy 18

2.3 Tính tải nhiệt cho quá trình cấp đông 20

2.3.1 Tổn thất nhiệt cho quá trình cấp đông 20

2.3.2 Nhiệt tổn thất do làm lạnh vỏ buồng sấy và khay 21

2.3.3 Nhiệt tổn thất do làm lạnh không khí trong buồng sấy 22

2.3.4 Nhiệt tổn thất ra môi trường 23

2.4 Tính tải nhiệt cho quá trình sấy thăng hoa 25

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 26

3.1 Chọn thông số làm việc của chu trình lạnh 26

3.2 Tính toán chu trình lạnh 27

3.3 Tính chọn thiết bị chu trình lạnh 28

3.3.1 Tính chọn máy nén 28

Trang 16

3.3.2 Tính chọn thiết bị ngưng tụ 30

3.3.3 Tính toán chế tạo thiết bị bay hơi 31

3.3.4 Tính chọn thiết bị phụ 34

3.4 Tính chọn bơm chân không 34

3.5 Tính chọn điện trở sấy 35

CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 36

4.1 Hệ thống thí nghiệm 36

4.2 Thông số thực tế thiết bị 40

4.3 Hệ thống điều khiển 46

4.4 Nội dung và mục đích thí nghiệm 49

4.5 Quy trình sấy chuối 51

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN 53

5.1 Kết quả thí nghiệm và nhận xét 53

5.2 Bàn luận và đánh giá thí nghiệm 69

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70

6.1 Kết luận 70

6.2 Kiến nghị 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

Trang 17

DANH MỤC HÌNH ẢNH

CHƯƠNG 1

Hình 1.1: Giản đồ trạng thái pha của nước 3

Hình 1.2: Quan hệ giữa áp suất với nhiệt độ thăng hoa của nước đá 4

Hình 1.3: Đường cong sấy 6

Hình 1.5: Chuối sứ 8

Hình 1.6 Chuối sấy dẻo 10

CHƯƠNG 2 Hình 2.1: Khay sấy 18

Hình 2.2: Kích thước khay sấy và buồng 19

Hình 2.3: Kết cấu thân và đáy buồng sấy 23

CHƯƠNG 3 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý chu trình quá lạnh - quá nhiệt 27

Hình 3.2: Đồ thị lgp-h của chu trình quá lạnh - quá nhiệt 27

Hình 3.3: Sơ đồ dòng lưu chất trao đổi nhiệt tại dàn nóng 30

Hình 3.4: Sơ đồ dòng lưu chất trao đổi nhiệt tại dàn lạnh 32

CHƯƠNG 4 Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống thống sấy thăng hoa 37

Hình 4.2: Mô hình máy sấy thăng hoa 39

Hình 4.3: Thông số kỹ thuật buồng sấy 40

Hình 4.4: Thông số kỹ thuật khay chứa vật liệu sấy 41

Hình 4.5: Thông số kỹ thuật máy nén 41

Hình 4.6: Thông số kỹ thuật thiết bị ngưng tụ 42

Hình 4.7: Thông số kỹ thuật dàn lạnh 42

Hình 4.8: Thông số kỹ thuật bơm chân không 43

Hình 4.9: Thông số kỹ thuật điện trở sấy 43

Hình 4.10: Thông số kỹ thuật van tiết lưu 44

Hình 4.11: Thông số kỹ thuật bình tách lỏng 45

Hình 4.12: Thông số kỹ thuật bình chứa cao áp 45

Trang 18

Hình 4.13: Thông số kỹ thuật van điện từ 46

Hình 4.14: Mạch động lực 47

Hình 4.15: Mạch điều khiển 48

Hình 4 16: Thể hiện sự bố trí các thiết bị điện bên ngoài tủ điện 49

Hình 4.17: Quy trình sấy chuối 51

CHƯƠNG 5 Hình 5.1: Vật liệu trước quá trình thí nghiệm 53

Hình 5.2: Thành phẩm sau quá trình thí nghiệm mẻ sấy 15h 53

Hình 5.7: Đồ thị thể hiện tương quan giữa thời gian sấy với độ ẩm cuối quá trình và điện năng tiêu thụ 56

Hình 5.8: Đồ thị thể hiện tương quan giữa thời gian sấy, thời gian chạy điện trở, thời gian chạy bơm và độ ẩm cuối quá trình sấy 57

Hình 5.9: Đồ thị thể hiện tương quan giữa thời gian sấy, điện năng tiêu thụ trung bình trên giờ và điện năng tiêu thụ trên 1kg vật liệu sấy 58

Hình 5.10: Đồ thị thể hiện tương quan giữa áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất chân không theo thời gian trong mẻ 15 giờ 59

Hình 5.15: Đồ thị thể hiện tương quan giữa nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ môi trường và nhiệt độ buồng theo thời gian trong mẻ 15 giờ 64

Trang 19

Hình 5.18: Đồ thị thể hiện tương quan giữa nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt

độ môi trường và nhiệt độ buồng theo thời gian trong mẻ 21 giờ 67 Hình 5.19: Đồ thị thể hiện tương quan giữa nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt

độ môi trường và nhiệt độ buồng theo thời gian trong mẻ 23 giờ 68

Trang 20

CHƯƠNG 4

Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật các thiết bị trong hệ thống 36 Bảng 4.2: Thông số đường ống 44 Bảng 4.3: Thời gian thực hiện các mẻ sấy 50

Trang 21

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về sấy thăng hoa

1.1.1 Các phương pháp sấy

Sấy là quá trình tách ẩm (chủ yếu là nước và hơi nước) ra khỏi vật liệu nhằm tránh hư hỏng trong quá trình bảo quản, tăng độ bền cho sản phẩm, giảm trọng lượng, giảm chi phí chuyên chở và đồng thời nó cũng làm tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm Có nhiều phương pháp sấy, được phân loại dựa trên những cách khác nhau Dựa vào phương thức cấp nhiệt cho vật liệu sấy, người ta phân ra các loại:

- Sấy đối lưu: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ quá trình truyền nhiệt đối lưu nhờ lưu chất mang nhiệt độ cao thổi qua, thông thường là không khí nóng hoặc khói Các kiểu sấy đối lưu như: sấy buồng, sấy hầm, sấy thùng quay,…

- Sấy tiếp xúc: Vật liệu sấy được trao đổi nhiệt với một bề mặt được đốt nóng Bề mặt tiếp xúc có thể là vật rắn hay vật lỏng Các kiểu sấy tiếp xúc: sấy lô quay, sấy dầu,…

- Sấy bức xạ: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ nguồn nhiệt bức xạ Nguồn bức xạ thường dùng là đèn hồng ngoại, thanh điện trở…

- Sấy dùng điện cao tần: Sử dụng năng lượng điện có tầng số cao để làm nóng vật sấy Vật sấy được đặt trong từ trường điện từ do vậy trong vật xuất hiện dòng điện và dòng điện này nung nóng vật

Dựa vào nhiệt độ sấy mà chúng ta có hai phương pháp sấy chính: sấy ở nhiệt độ cao và sấy ở nhiệt độ thấp

- Sấy ở nhiệt độ cao: Tác nhân sấy được gia nhiệt lên nhiệt độ cao hơn nhiều so với nhiệt độ môi trường Các phương thức gia nhiệt như đã kể ở trên

- Sấy ở nhiệt độ thấp: Quá trình sấy được diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn các phương pháp sấy thông thường đã kể trên Tác nhân sấy được làm lạnh để tách ẩm (sấy lạnh) hoặc quá trình tách ẩm được diễn ra ở môi trường chân không (sấy chân không, sấy thăng hoa)

Trang 22

Trong đó, sấy thăng hoa là một trong những phương pháp sấy tiên tiến nhất hiện nay Quá trình sấy được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp, thấp hơn điểm

ba thể của nước (t = 0,0098 oC; p = 4,58 mmHg), diễn ra trong một buồng sấy kín Đầu tiên sản phẩm được làm lạnh để đóng băng hoàn toàn lượng nước chứa bên trong, tiếp theo buồng sấy được hút chân không, trạng thái của nước xuống dưới điểm ba thể Sau đó, quá trình cấp nhiệt ở chân không được tiến hành, quá trình thăng hoa diễn ra,

ẩm trong vật dưới dạng rắn sẽ hóa hơi và thoát ra, nhiệt độ vật lúc này không đổi Sau cùng là quá trình bay hơi ẩm còn lại, nhiệt độ vật tăng lên, ẩm trong vật ở trạng thái lỏng, quá trình sấy lúc này giống như sấy chân không thông thường

Ưu điểm của phương pháp sấy thăng hoa là nhờ sấy ở nhiệt độ thấp và diễn ra sự thăng hoa nên giữ được các tính chất tươi sống của sản phẩm, giữ được chất lượng và hương vị, không bị mất các vitamin Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là giá thành thiết bị cao, vận hành phức tạp, người vận hành cần có trình độ kỹ thuật cao, tiêu hao điện năng lớn

1.1.2 Lý thuyết sấy thăng hoa

Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng sự thăng hoa của nước Quá trình thăng hoa là quá trình chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi Ở điều kiện bình thường, ẩm trong thực phẩm ở dạng lỏng, nên để thăng hoa chúng cần được chuyển sang thể rắn bằng phương pháp lạnh đông Chính vì vậy nên còn gọi là phương

pháp sấy lạnh đông (Freeze Drying hay Lyophillisation)

Quá trình sấy thăng hoa trải qua 3 giai đoạn chính : giai đoạn làm lạnh, giai đoạn thăng hoa và giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại

Nếu ẩm trong vật liệu sấy có trạng thái đóng băng được gia nhiệt đẳng áp đến nhiệt độ nhất định thì nước ở thể rắn sẽ thực hiện quá trình thăng hoa Từ giản đồ cho thấy áp suất càng thấp thì nhiệt độ thăng hoa của nước càng giảm do đó khi cấp nhiệt cho vật liệu sấy ở áp suất càng thấp thì độ chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nhiệt và vật liệu sấy càng tăng

Trang 23

Hình 1.1: Giản đồ trạng thái pha của nước

Giai đoạn làm lạnh (giai đoạn lạnh đông):

Trong giai đoạn này, vật liệu sấy được làm lạnh từ nhiệt độ môi trường khoảng (20 0C ÷ 30 0C) xuống nhiệt độ (-10 0C ÷ -15 0C), ở nhiệt độ này nước trong thực phẩm đóng băng hầu như hoàn toàn Mỗi thực phẩm khác nhau sẽ có nhiệt độ lạnh đông khác nhau, nhưng phải đảm bảo cho sự đông kết của nước bên trong nó phải đạt gần 100% Ở giai đoạn này, lượng ẩm thoát ra rất ít, chủ yếu là sự bay hơi và thăng hoa nước trên bề mặt thực phẩm Sự thoát ẩm này là do chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí không gian sấy và lớp không khí sát bề mặt thực phẩm Ngoài ra còn sự chênh lệch nhiệt độ thực phẩm lạnh đông với nhiệt độ môi trường lạnh đông Đây cũng là nguyên nhân làm bay hơi ẩm để có xu hướng đạt tới trạng thái cân bằng nhiệt Lượng ẩm thoát ra trong giai đoạn này khoảng (4% ÷ 10%) Tuy nhiên trong giai đoạn này nếu có hút chân không thì chênh lệch áp suất riêng phần hơi nước ở thực phẩm và môi trường sấy lớn [8]

Có hai cách làm lạnh đông vật liệu được tiến hành trong sấy thăng hoa :

- Cách thứ nhất sử dụng thiết bị làm lạnh để làm lạnh đông sản phẩm bên ngoài buồng sấy thăng hoa, sau đó đưa vào buồng để tiến hành hút chân không

Trang 24

- Cách thứ hai là vật sấy được lạnh đông ngay trong buồng sấy thăng hoa Tùy theo kiểu truyền nhiệt mà quá trình hút chân không có thể diễn ra ngay sau khi quá trình lạnh đông kết thúc hoặc diễn ra song song với quá trình cấp đông (lúc này do môi trường chân không, nên cấp đông phải thực hiện theo kiểu trao đổi nhiệt tiếp xúc trực tiếp)

Trong giai đoạn này sản phẩm cần được làm lạnh đông rất nhanh để hình thành các tinh thể băng nhỏ ít gây hư hại đến cấu trúc tế bào của sản phẩm Đối với sản phẩm dạng lỏng, phương pháp làm lạnh đông chậm được sử dụng để băng tạo thành từng lớp, các lớp này tạo nên các kênh giúp cho hơi nước dịch chuyển dễ dàng

Bảng 1.1: Quan hệ giữa áp suất (P th ) với nhiệt độ (T th ) thăng hoa của nước đá

Tth, oC 0,0098 -1,7 -5,1 -9,8 -17,5 -26,6 -39,3 -45,4 -57,6 -66,7

Hình 1.2: Quan hệ giữa áp suất với nhiệt độ thăng hoa của nước đá

Giai đoạn thăng hoa:

Giai đoạn này là giai đoạn tách ẩm chính của phương pháp sấy thăng hoa Khi nhiệt độ sản phẩm đạt nhiệt độ cấp đông, ngừng quá trình cấp đông, lúc này bơm chân không bắt đầu hoạt động làm áp suất buồng sấy hạ xuống rất nhanh tạo môi trường chân không, có áp suất ít thay đổi (0,1 mmHg ÷ 1 mmHg) Do sự chênh lệch áp suất riêng phần hơi nước ở thực phẩm và áp suất hơi nước trong môi trường sấy quá lớn

Trang 25

Đồng thời dòng nhiệt bức xạ từ các tấm kim loại phát ra để đốt nóng là cho sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường và thực phẩm khá lớn Do đó nước trong thực phẩm đông lạnh bắt đầu thăng hoa mãnh liệt Hơi nước tiếp tục được tách ra khỏi sản phẩm bằng cách giữ cho áp suất trong buồng sấy thăng hoa thấp hơn áp suất hơi nước trên bề mặt của băng, đồng thời tách hơi nước bằng máy bơm chân không và ngưng tụ nó bằng các ống xoắn ruột gà lạnh, các bản dẹt lạnh hoặc bằng hoá chất Khi quá trình sấy tiếp diễn, bề mặt thăng hoa di chuyển vào bên trong sản phẩm đông lạnh, làm sản phẩm được sấy khô Nhiệt lượng cần thiết để dịch chuyển bề mặt thăng hoa (ẩn nhiệt thăng hoa) được truyền đến sản phẩm do truyền nhiệt bức xạ hoặc tiếp xúc trực tiếp qua khay Hơi nước di chuyển ra khỏi sản phẩm qua các kênh và đến bình ngưng, sau

đó thành băng bám trên bề mặt ống Độ ẩm giảm nhanh và gần như tuyến tính, có thể xem là giai đoạn có tốc độ sấy không đổi Ở thời gian cuối của giai đoạn nhiệt độ sản phẩm sấy tăng dần từ (-30 0C ÷ -25 0C) đến 0 0C (chính xác 0,00098 0C), tại đây kết thúc giai đoạn thăng hoa

Trong giai đoạn thăng hoa, nhiệt độ môi trường ở lối ra buồng thăng hoa hầu như không đổi, dẫn đến nhiệt độ ở thiết bị ngưng tụ - đóng băng hầu như củng không đổi trong suốt quá trình thăng hoa Nhiệt độ tấm gia nhiệt và nhiệt độ môi trường giữa các tấm gia nhiệt hầu như không đổi trong suốt quá trình thăng hoa và sấy nhiệt Trong lúc

đó, nhiệt độ tấm gia nhiệt phải duy trì trong khoảng tử (38 0C ÷ 40C) để nhiệt độ giữa các các tấm bức xạ gia nhiệt hay nhiệt độ môi trường sấy dao động trong khoảng (300C ÷ 40 0C) là thích hợp [8]

Trang 26

Khi hút chân không, áp suất trong buồng sấy giảm xuống, ẩm tự do bay

hơi mạnh làm giảm nhanh nhiệt độ của nó xuống đến nhiệt độ đóng băng tB của ẩm (đường A-B) Quá trình đóng băng của ẩm có toả nhiệt nên nhiệt độ của vật sấy tăng lên một chút (B-C) Quá trình thăng hoa ẩm diễn ra khác với quá trình sấy thứ nhất (tốc độ không đổi) trong sấy đối lưu là nhiệt độ tăng lên một ít theo thời gian sấy (đoạn C-D dốc lên)

Điều đó được giải thích là ở lớp sâu bên trong vật sấy còn có ẩm đang đóng

băng

Giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại:

Là giai đoạn làm bay hơi ẩm còn lại trong vật liệu sấy Ở cuối quá trình thăng hoa, do trạng thái của nước trong vật liệu sấy nằm trên điểm 3 thể nên ẩm trên vật liệu trở về dạng lỏng, nhiệt độ vật liệu sấy tăng lên và đạt 00C, áp suất môi trường sấy chân không vẫn không đổi và vẫn dao động trong khoảng (0,1 ÷ 2)mmHg, nhưng áp suất riêng phần của ẩm còn lại trong thực phẩm lớn hơn 4,58 mmHg

Do áp suất không gian sấy là áp suất chân không (0,1 ÷ 2)mmHg, và nó được duy trì bởi bơm chân không Vật liệu sấy vẩn được tiếp tục gia nhiệt bằng bức xạ nhiệt nên ẩm không ngừng biến đổi pha từ lỏng sang hơi khuyếch tán hoặc bay hơi vào môi trường sấy trước khi về bình ngưng tụ đóng băng Như vậy giai đọn là bay hơi lượng ẩm còn lại chính là giai đoạn sây chân không bình thường động lực cho quá trình bay hơi - khuyếch tán vẩn là sự chênh lệch áp suât riêng phần của hơi nước, nhiệt độ giữa thực phẩm và môi trường sấy

Hình 1.3: Đường cong sấy

Trang 27

Giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại trong vật liệu sấy kết thúc khi nhiệt độ giữa các tấm gia nhiệt, môi trường không gian sấy và vật liệu sấy bằng nhau Tại điểm này xảy ra cân bằng nhiệt và cân bằng ẩm, lượng ẩm trong vật liệu sấy không thể bốc hơi được nửa và gần cuối giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại này hầu như lượng ẩm trong vật liệu sấy hầu như không đổi

Quá trình dịch chuyển ẩm trong sấy thăng hoa khác với quá trình dịch chuyển

ẩm trong hệ thống sấy khác làm việc ở áp suất khí quyển (P = 760 mmHg = 1at) Khi thăng hoa các phân tử nước không va chạm nhau bởi vì môi trường chân không không tồn tại trường lực đàn hồi của hệ thống khí các phân tử nước tương tác với nhau bỡi lực đẩy ra xa nên không thể va chạm Nhờ đó mà sấy thăng hoa có một ưu điểm lớn là bảo toàn được chất lượng sinh học của sản phẩm sấy một ưu điểm nửa là trong môi truờng chân không các sản phảm sấy không bị oxy hóa

1.2 Tổng quan vật liệu sấy

Chuối là trái cây phổ biến rộng rãi thứ 2, chỉ sau trái cây họ cam quýt, đóng góp vào khoảng 16% tổng lượng sản xuất trái cây của thế giới

Ở Việt Nam, có trồng rất nhiều loại chuối khác nhau, nhưng có ba loại chính:

 Chuối tiêu

Bảng 1.2: Thống kê sản lượng của một số loại trái cây chính trên thế giới.[33]

Trang 28

Hình 1.4: Chuối sứ

Chuối là một loại quả rất giàu dinh dƣỡng và có nhiều công dụng cũng nhƣ dễ chế biến và dễ tiêu hóa hơn một số loại trái cây khác Bên cạnh đó, giàu hàm lƣợng Kali, Canxi và hàm lƣợng Natri thì thấp Chuối cũng rất giàu các loại vitamin nhƣ vitamin A, C, E, vitamin B12, dƣỡng chất niacin (Vitamin B3), …

Vì chứa lƣợng protein và carbohydrate cao nên chuối đƣợc xem nhƣ một thực phẩm rất giàu năng lƣợng Ngoài ra, chuối còn có các công dụng khác

Chuối rất tốt trong việc cải thiện hệ tiêu hóa và khôi phục chức năng nhu động ruột Giảm thiểu bệnh táo bón, bổ sung một số chất điện giải quan trọng khi cơ thể bị tiêu chảy

Trang 29

Acid béo có trong chuối xanh giúp nuôi dưỡng các tế bào dạ dày Những tế bào này rất hữu ích trong việc hấp thụ canxi một cách hiệu quả, rất cần thiết trong sự phát triển khỏe mạnh của hệ xương

Chất tryptophan amino acid có trong chuối được chuyển đổi thành chất serotonin, giúp giảm thiểu các triệu chứng về thần kinh như trầm cảm hoặc căng thẳng

Sử dụng chuối thường xuyên giúp giảm nguy cơ bị thoái hóa điểm vàng, một trong những nguyên nhân gây giảm thị lực ở người già

Ngoài ra, ăn chuối giúp giảm các nguy cơ bị cao huyết áp và đột quỵ, giảm thiểu bệnh thiếu máu, chống lão hóa và ngăn ngừa nguy cơ ung thư

Chuối sấy là sản phẩm được chế biến từ các loại chuối, thường sử dụng chuối tiêu, chuối sứ để làm nguyên liệu vì thịt không bị bở, không quá ngọt và giá thành phải chăng Chuối sấy đang trở thành một trong những món ăn nhẹ tiện dụng và dinh dưỡng

vì tính chất bảo quản được lâu dưới nhiệt độ phòng và phương pháp sấy chân không sẽ không làm mất đi giá trị dinh dưỡng của chuối

Có rất nhiều loại chuối sấy trên thị trường hiện nay như: Chuối sấy dẻo, chuối sấy giòn (sấy chân không), chuối sấy khô, … Ngoài ra, từ những kiểu sấy cơ bản, còn

có các loại chuối sấy bổ sung thêm các hương vị khác làm cho sản phẩm trở nên đa dạng về hình thức

Chuối sấy dẻo là phương pháp duy trì nhiệt độ sấy ở nhiệt độ 50 oC ÷ 70 0C, tương đương nhiệt độ phơi sản phẩm dưới nắng trong một thời gian nhất định Sau khi đạt độ khô yêu cầu thì đem ra làm nguội và đóng bao bì Sản phẩm sấy dẻo không sử dụng dầu chiên hoặc nhúng qua dầu nên không có hiện tượng thấm dầu hoặc caramen hóa

Trang 30

Hình 1.5 Chuối sấy dẻo

1.3 Tính cấp thiết của đề tài

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế toàn cầu, nhu cầu dinh dưỡng của người dân ngày một đa dạng, cao cấp hơn Con người không chỉ đòi hỏi được “ ăn no, mặc ấm’’ mà phải là “ ăn ngon, mặc đẹp’’ Để đáp ứng được “ ăn ngon’’ thì vấn đề bảo quản, chế biến và giữ gìn vệ sinh thực phẩm cần thiết phải đặt ra những yêu cầu khắt khe do thực phẩm sau chế biến cần giữ nguyên được những tính chất tươi sống cũng như chất lượng và hương vị của sản phẩm Đồng thời sản phẩm sau chế biến phải đảm bảo khả năng bảo quản lâu nhất trong những điều kiện hàng ngày để đáp ứng nhu cầu của người dân cũng như xuất khẩu sang các nước khác Việt nam là một nước có khí hậu nhiệt đới thuận lợi cho việc phát triển ngành nông nghiệp, là nơi trồng nhiều loại rau quả Nhưng giá trị kinh tế từ rau quả mang lại chưa cao, hàng hóa nông nghiệp xuất khẩu chủ yếu là dạng tươi và chế biến thô sơ, đơn giản nên chất lượng, giá thành thấp Điều đó đặt ra cho ngành công nghệ sấy một vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất và chế biến thực phẩm

Để thực hiện quá trình sấy, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp sấy

khác nhau như: sấy tiếp xúc, sấy đối lưu, sấy bức xạ, sấy thăng hoa, Trong đó sấy

thăng hoa là một trong những kỹ thuật sấy tiên tiến nhất hiện nay với những ưu điểm

đã kể trên

Công nghệ sấy thăng hoa đã được nghiên cứu từ lâu và thương mại hóa ở nhiều nước trên thế giới như: Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc,… Ở Việt Nam công nghệ này đang rất được các nhà khoa học và các công ty thực phẩm, hóa dược quan

Trang 31

tâm Hiện nay, trên thị trường nước ta đã có rất nhiều sản phẩm máy sấy thăng hoa khác nhau đa số vẫn là nhập ngoại, bên cạnh một số sản phẩm chế tạo trong nước; tuy nhiên, giá thành của những máy này khá cao, năng suất lớn, chỉ thích hợp cho quy mô doanh nghiệp

Vì vậy, với mong muốn tạo ra một sản phẩm máy sấy thăng hoa mini, có năng suất nhỏ, giá thành phù hợp với quy mô gia đình cũng như có cơ hội hệ thống, củng cố lại những kiến thức đã học, đánh giá tính khả thi của máy sấy thăng hoa mini, nhóm đã

thực hiện đề tài “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy sấy thăng hoa năng

suất 1,5 kg/mẻ”

1.4 Mục đích của đề tài

- Tìm hiểu, tổng hợp kiến thức về công nghệ, kỹ thuật sấy thăng hoa

- Nghiên cứu, thiết kế máy sấy thăng hoa sấy năng suất 1,5 kg/mẻ

- Chế tạo, vận hành, đánh giá máy sấy thăng hoa

1.5 Đối tượng nghiên cứu

- Hệ thống máy sấy thăng hoa năng suất 1,5 kg/mẻ

- Vật liệu sấy: sử dụng chuối sứ làm vật liệu thí nghiệm

1.6 Phạm vi nghiên cứu

Tính toán, thiết kế, chế tạo, vận hành, đánh giá hệ thống sấy thăng hoa năng suất 1,5 kg/mẻ trong điều kiện thành phố Hồ Chí Minh

Thời gian thực hiện: từ tháng 4 đến tháng 7 năm 2019

1.7 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tổng quan tài liệu: Thông qua các bài báo khoa học, giáo trình, tài liệu chuyên khảo về kỹ thuật sấy, công nghệ sấy thăng hoa

- Phương pháp tính toán lý thuyết: Tính toán, thiết kế hệ thống máy sấy thăng hoa theo kiến thức tổng hợp từ tài liệu

- Phương pháp thực nghiệm: Xây dựng mô hình và tiến hành thí nghiệm trên mô hình, phân tích, đánh giá các giá trị thực nghiệm thu được từ vận hành thực tế phục vụ

Trang 32

cho việc tính toán và đối chiếu, điều chỉnh với tính toán lý thuyết, bàn luận, kết luận và đưa ra kiến nghị

1.8 Tình hình nghiên cứu

1.8.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Hiện nay, các nhà sản xuất và những nhà khoa học trên thế giới đã và đang không ngừng nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ sấy thăng hoa Sấy thăng hoa đã được

áp dụng và đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành: hóa học, sinh học, y học… đặc biệt là trong công nghệ thực phẩm

Lin và các cộng sự[21]

đã có nghiên cứu về tác động của bức xạ hồng ngoại đối với quá trình sấy thăng hoa khoai lang Nghiên cứu đã cho thấy việc kết hợp bức xạ hồng ngoại vào sấy thăng hoa làm giảm đáng kể thời gian sấy so với sử dụng điện trở

và môi chất nóng như thông thường

Ucar và Karadag[23] đã thực nghiệm về những tác động của sấy chân không và sấy thăng hoa đối với tính chất hóa lý của nấm bào ngư Các tác giả đã tiến hành thí nghiệm sấy nấm bào ngư lần lượt bằng hai phương pháp sấy chân không và sấy thăng hoa để đối chiếu Các tính chất vật lý như màu sắc, khả năng hoàn nguyên, cùng các hợp chất phenolic và các hoạt chất chống oxy hóa của nấm sau khi sấy đã được đem ra

so sánh Các kết quả cho thấy, với phương pháp sấy thăng hoa: tổng hàm lượng các axit amin và các hoạt chất chống oxy hóa được giữ lại cao hơn nhiều so với sấy chân không; màu sắc, khả năng hoàn nguyên cũng tốt hơn Từ đó đưa ra kết luận, sấy thăng hoa là phương pháp sấy ưu việt hơn để bảo quản nấm bào ngư

Khoai tây tươi của Trung Quốc rất khó bảo quản và dễ bị hư hỏng Sấy thăng hoa thường được sử dụng để sản xuất khoai chiên chất lượng cao, nhưng thời gian sấy thường kéo dài so với yêu cầu của quy mô công nghiệp.Duan và các cộng sự[17] đã nghiên cứu phương pháp sấy thăng hoa với giai đoạn sấy sử dụng vi sóng thay thế cho điện trở hay được dùng Các đặc tính cấu trúc như độ giòn, độ cứng và thành phần của khoai đã được khảo sát Kết quả cho thấy, khi dùng vi sóng, thời gian sấy thăng hoa đã được rút ngắn, các đặc tính cấu trúc và các thành phần vẫn được đảm bảo tốt tương tự như sấy bằng điện trở

Trang 33

Harguindeguy và Fissore[19] đã xem xét, so sánh ảnh hưởng của phương pháp sấy thăng hoa và phương pháp sấy lạnh đối với một số tính chất dinh dưỡng của thực phẩm Ở giai đoạn sấy, các biện pháp dùng sóng siêu âm (untralsound), vi sóng (microwave) và tia hồng ngoại cũng được sử dụng để khảo sát Các kết quả cuối cùng cho thấy: Đối với sự giữ lại các vitamin, sấy thăng hoa cho kết quả tốt nhất ở gần như mọi lần thử; sự kết hợp sấy thăng hoa bằng tia hồng ngoại hoặc vi sóng có thể giảm bớt thời gian sấy; hàm lượng các hợp chất chống oxy hóa được giữ lại ở sấy lạnh và sấy thăng hoa là khá bằng nhau

Cho đến nay, công nghệ sấy thăng hoa đã phát triển tương đối hoàn thiện và nhiều quốc gia trên thế giới đã chế tạo thành công do chuyển giao và mua công nghệ của các nước tiên tiến Phương pháp sấy thăng hoa đã áp dụng trên quy mô công nghiệp ở nhiều nước ví dụ như các công ty ở:

- Trung Quốc: Beijing YshiyuanFood, Shandong Tonghai Food, Xinghua Natural Foods, Sinochem Qingdao,…

- Mỹ: Harvest Right, Lapconco, Martin Christ,…

- Nhật: Yamato Scientific, SMC,…

- Đài Loan: Howenia Enterprise Co Ltd

- Thái Lan: Cha-Liang, Thiptipa

- Philippines: Amley Food

1.8.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, khi người Mỹ đến Việt Nam họ đã mang theo công nghệ sấy thăng hoa vào với mục đích phục vụ chiến tranh Sau ngày đất nước thống nhất, công nghệ này không được tiếp tục nghiên cứu và phát triển; chúng chỉ được ứng dụng trong một

số trung tâm, viện nghiên cứu phục vụ cho nghiên cứu khoa học về công nghệ sinh học, y dược, phân tích,…

Công nghệ sấy thăng hoa chỉ được quan tâm từ năm 1999 trử lại đây nhưng vẫn còn hạn chế Nhìn chung, vấn đề nghiên cứu, ứng dụng sấy thăng hoa trong bảo quản các sản phẩm dược, thực phẩm, chế phẩm sinh học,… vẫn chưa phổ biến do hệ thống

Trang 34

sấy thăng hoa rất đắt, vốn đầu tư lớn nên các nhà khoa học không có khả năng đầu tư thiết bị nghiên cứu, ứng dụng và triển khai công nghệ này vào thực tế sản xuất

Hiện nay ở thị trường Việt Nam các sản phẩm rau quả sấy thăng hoa còn tương đối ít, mặc dù nhu cầu của thị trường được ghi nhận và dự đoán là rất lớn Nhiều công

ty chế tạo thiết bị trong nước cũng đã chế tạo máy sấy thăng hoa công nghiệp nhưng chưa hoàn chỉnh về kỹ thuật và công nghệ (chưa đạt độ chân không thăng hoa, cấp nhiệt chủ yếu bằng điện trở, các khay chưa liên kết thành một bộ, nên chủ yếu vận hành thủ công từng khay, thiết bị tự động điều khiển chưa chuyên biệt nên cồng kềnh…) nên chưa thuyết phục khách hàng Hiện tại, một số công ty ở Việt Nam đang bán máy sấy thăng hoa như: Hai Tấn, Tech Mart, Bạch Mã, Nhất Phú thái, Tân Tiến…

Đa số sản phẩm vẫn là có nguồn gốc từ nước ngoài, tuy nhiên đã có những sản phẩm

do Việt Nam chế tạo tương đối hoàn thiện

Bên cạnh đó, Một số trường đại học cũng đã và đang nghiên cứu và chế tạo thiết bị sấy thăng hoa như: Trường đại học Sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, Trường đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, Trường đại học Văn Lang Một số chuyên gia đã nghiên cứu, chế tạo thành công máy sấy thăng hoa công nghiệp và chuyển giao cho doanh nghiệp Trần Đức Ba[26]

đã chế tạo thành công máy sấy thăng hoa chuyên dùng trong lĩnh vực chế biến thực phẩm với năng suất 2 kg sản phẩm/mẻ Máy có thể sấy các loại sản phẩm thủy hải sản như tôm, sò huyết, hàu; các loại rau, quả (dâu tây, gấc, sầu riêng), sữa ong chúa, cơm dừa, lô hội, bột lá dứa, bột lá cẩm… Sau khi qua máy sấy, các sản phẩm còn lại độ ẩm khoảng 10%, các protein không bị biến tính và sản phẩm giữ được gần như nguyên vẹn màu sắc và hương vị

Nguyễn Trường Lợi[27] cùng các cộng sự đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị sấy thăng hoa công suất 50 kg/mẻ và chuyển giao cho chi nhánh công ty TNHH công nghệ thực phẩm Minh Anh, tỉnh Bình Dương Hệ thống vận hành tự động điều khiển bằng PLC với áp suất chân không khi sấy thăng hoa nhỏ hơn hoặc bằng 4 torr, nhiệt độ buồng ngưng tụ lớn hươn hoặc bằng -40 0C, giá thành bằng khoảng một nửa so với thiết bị cùng công suất nhập từ nước ngoài

Trang 35

Nguyễn Tấn Dũng và nhóm nghiên cứu[28] của mình đã chế tạo thành công máy sấy thăng hoa DS-10 vào năm 2017 Đặc trưng của hệ thống là cấp nhiệt cho quá trình sấy bằng thiết bị hồi nhiệt (dạng bơm nhiệt), tối ưu về mặt năng lượng, tiết kiệm chi phí năng lượng cho quá trình sấy Hệ thống sấy được hai chế độ: sấy tự làm lạnh đông sản phẩm và sấy các sản phẩm đã được cấp đông riêng Các thông số kỹ thuật: Năng suất 35kg nước ngưng/24h (khoảng 50kg đến 70kg nguyên liệu/mẻ, tùy theo loại sản phẩm, tùy theo hàm lượng ẩm và trong lượng riêng của sản phẩm); nhiệt độ lạnh đông sản phẩm: (-45oC ÷ -35oC); nhiệt độ môi trường sấy: (-45oC ÷ 30oC); nhiệt độ hóa đá: (-45oC ÷ -35oC); áp suất môi trường sấy sản phẩm: 0,001 mmHg đến 4,58 mmHg Bên cạnh đó, hệ thống tự động đo lường và điều khiển quá trình sấy rất thông minh, ứng dụng công nghệ Internet of Things (IoT - Kết nối vạn vật) vào trong quá trình điều khiển Khi đó, chủ doanh nghiệp tuy ở một địa điểm cách xa nhà máy nhưng vẫn điều khiển, kiểm soát được hoạt động hệ thống sấy thăng hoa Giá thành hệ thống chỉ bằng 1/6 đến 1/4 so với máy nhập ngoại cùng năng suất

Với tình hình nghiên cứu trong nước hiện tại, đa số các máy sấy thăng hoa vẫn là công suất vừa đến lớn, giá thành không nhỏ Việc chế tạo thử nghiệm loại máy mini, giá thành thấp, phục vụ quy mô gia đình là rất cần thiết để từ đó khảo sát, đánh giá tính khả thi Do đó, nhóm đã thực hiện đề tài thiết kế, chế tạo máy sấy thăng hoa năng suất 1,5 kg/mẻ với chuối là vật liệu sấy được dùng để thí nghiệm - một sản phẩm nông nghiệp tiêu biểu ở nước ta, là loại trái cây dễ tìm với hương vị thơm ngon, chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể và có tiềm năng kinh tế lớn

Trang 36

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY 2.1 Tính toán sơ bộ

Vật liệu sấy: Chuối sứ

Độ ẩm vật liệu trước khi sấy: W1 = 70% (thực nghiệm)

Độ ẩm vật liệu sau khi sấy: W2 = 10%

Khối lượng riêng vật liệu sấy: = 997 kg/m3 [25]

Nhiệt dung riêng vật liệu sấy:

Trong đó:

cj ,J/kg.K - nhiệt dung riêng của chất thứ j chiếm tỉ lệ trong nguyên liệu sinh học Xtpj (%) Nguyên liệu sinh học chủ yếu là nước, protein, gluxit, lipit, khoáng chất(tro) và thành phần các hợp chất đa lượng khác

Thành phần sinh học của chuối: 70% nước, 26% gluxit, 3% protein, và 1% lipit [25]

Khối lượng sản phẩm sấy mỗi mẻ: G1 = 1,5kg

Thời gian mỗi mẻ sấy: t = 28 h

Trang 37

Thời gian, nhiệt độ và khối lƣợng ẩm bốc hơi trong từng giai đoạn:

Ở giai đoạn lạnh đông:

Thời gian lạnh đông là: tlđ = 5 h

Phần trăm lƣợng ẩm bốc hơi là : Wa1 = 10 % [8]

Nhiệt độ buồng lạnh đông của tủ cấp đông: tbl = –20oC

Nhiệt độ trung bình của sản phẩm khi cấp đông là: t2 = –15oC

Ở giai đoạn thăng hoa:

Thời gian thăng hoa theo thực nghiệm trải qua từng giai đoạn từ tth = 15h → tth = 23h Phần trăm lƣợng ẩm bốc hơi là: Wa2 = 75 % [8]

Ở giai đoạn sấy chân không

Thời gian sấy chân không là: tck = 1 h

Phần trăm lƣợng ẩm bốc hơi là: Wa3 = 15 % [8]

Nhiệt độ điện trở bức xạ: tđn = 35oC

Môi chất lạnh sử dụng là: R404A

Trang 38

2.2 Tính toán kích thước buồng sấy

Tính chọn kích thước khay sấy

Hình 2.1: Khay sấy

Trong đó:

Lk = 600 mm: chiều dài khay sấy, mm

Wk = 40 mm: Chiều rộng khay sấy, mm

Hk = 250 mm : Chiều cao khay sấy, mm

N: Số khay sấy

Theo thực nghiệm cho thấy, mỗi khay chứa vật liệu sấy có kích thước như trên thì chứa được 0,375 kg vật liệu sấy Suy ra số khay sấy cần thiết để chứa hết vật liệu sấy:

1

40,375

Trang 40

2.3 Tính tải nhiệt cho quá trình cấp đông

Nhiệt lượng cấp cho tủ cấp đông phải bảo đảm công suất lạnh của hệ thống lạnh sao cho tải hết lượng nhiệt Q tỏa ra từ sản phẩm trong quá trình cấp đông thải ra ngoài môi trường

t: Thời gian một mẻ cấp đông, s

Qsp: Nhiệt cấp cho quá trình cấp đông, kJ

Qvk: Nhiệt tổn thất do làm lạnh vỏ buồng sấy và khay, kJ

Qkk :Nhiệt tổn thất do làm lạnh không khí trong buồng, kJ

Qmt: Nhiệt tổn thất ra môi trường, kW

2.3.1 Tổn thất nhiệt cho quá trình cấp đông

Ta có các thông số phục vụ cho quá trình tính toán:

t1 = 30 oC: Nhiệt độ ban đầu của sản phẩm

t2 = -18 oC: Nhiệt độ sản phẩm cuối quá trình cấp đông [8]

tđb = -1,5 oC: Nhiệt độ trung bình của nước trong thực phẩm đóng băng [8]

Cđ = 340 kJ/kg: Nhiệt ẩn đông đặc của nước [8]

Cb = 2,108 kJ/kgK: Nhiệt dung riêng của băng [8]

Nhiệt cấp cho quá trình cấp đông:

Định dạng
Số trang	95
Dung lượng	6,04 MB