Đồ án Tính toán, thiết kế thiết bị sấy bơm nhiệt để sấy nho năng suất 200kg nguyên liệumẻ

Đồ án Tính toán, thiết kế thiết bị sấy bơm nhiệt để sấy nho năng suất 200kg nguyên liệumẻ Đồ án Tính toán, thiết kế thiết bị sấy bơm nhiệt để sấy nho năng suất 200kg nguyên liệumẻ Nước ta là nước nông nghiệp, thuận lợi để phát triển và chế biến nông sản cũng như các loại cây rau quả cà chua, ớt, chuối, nấm, v.v. và đặc biệt là nho. Nho được xem là cây nông nghiệp có tính dược liệu, và mang lại hiệu quả kinh tế cao. Tuy nhiên chất lượng của các sản phẩm Nho vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu của các khách hàng khó tính vì khâu chế biến còn rất thô sơ. Đặc tính rau quả nói chung và nho nói riêng là vật liệu không bền nhiệt, nên sản phẩm qua chế biến bị tổn thương đáng kể với mức độ khác nhau, chủ yếu ứng dụng theo cơ chế sấy nhiệt đối lưu, với mức chi phí đầu tư ban đầu thấp. Tuy vậy, hạn chế là không ổn định về động lực sấy, phụ thuộc vào khí hậu, môi trường, khó kiểm soát được quá trình sấy theo yêu cầu công nghệ.

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 4

PHẦN I TỔNG QUAN 5

1.1 Tổng quan về nho 5

1.1.1.Giới thiệu về vật liệu sấy 5

1.1.2 Xác định các thông số đầu vào của vật liệu sấy 9

1.2 Xác định phương pháp sấy phù hợp 10

1.2.1 Phương pháp sấy nóng 10

1.2.2 Phương pháp sấy chân không 11

1.2.3 Sấy bằng hệ thống sấy thăng hoa (sấy đông khô) 11

1.2.4 Sấy bằng hệ thống sấy bơm nhiệt 12

1.3 Tính phù hợp nguyên lý sấy bơm nhiệt 12

1.3.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sấy bơm nhiệt 13

1.3.2 Tính ổn định chất lượng sản phẩm 13

1.3.3 Tính hiệu quả sử dụng năng lượng của sấy bơm nhiệt 14

1.3.4 Đánh giá chung về công nghệ sấy bơm nhiệt 14

1.3.5 Sơ đồ, nguyên lý hệ thống bơm nhiệt 15

1.3.6 Hệ số nhiệt của bơm nhiệt 16

1.3.7 Các thành phần cơ bản của bơm nhiệt 17

PHẦN II CÔNG NGHỆ SẤY NÔNG SẢN 18

2.1 Vật liệu sấy 18

2.2 Các đặc tính hóa lý của một số rau quả giàu vitamin ứng dụng phương pháp sấy lạnh 19

2.2.1 Nước 19

2.2.2 Những hợp chất có Nitơ và sự biến đổi trong quá trình bảo quản 20

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy 20

2.3.1 Nhiệt độ sấy 20

2.3.2 Độ ẩm không khí 20

2.3.3 Lưu thông của không khí 21

2.3.4 Độ dày của lớp sấy 21

PHẦN III CÂN BẰNG VẬT CHẤT, CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG QUÁ TRÌNH SẤY 21

3.1 Các thông số ban đầu 22

3.2 Cân bằng vật liệu và lượng ẩm bay hơi 23

3.3 Quá trình sấy lý thuyết 23

3.3.1 Trạng thái không khí ngoài trời 23

3.3.2 Trạng thái không khí sau dàn bay hơi (dàn lạnh) (Điểm 4) 24

3.3.3 Trạng thái không khí sau dàn nóng (dàn ngưng tụ) (Tác nhân sấy được gia nhiệt) (Điểm 1) 24

3.3.4 Trạng thái không khí sau khi đi qua calorofer điện trở (Điểm 1*) 25

3.3.5 Trạng thái không khí sau khi qua buồng sấy (Điểm 2) 25

3.3.6 Trạng thái không khí trong dàn lạnh ( Điểm 3 ) 26

3.3.7 Cân bằng năng lượng theo lý thuyết 26

3.4 Quá trình sấy thực 28

3.4.1 Tính toán, lựa chọn kích thước buồng sấy 28

3.4.2 Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy thực 28

3.4.3 Tính toán các tổn thất 29

3.4.4 Tính toán quá trình sấy thực 32

3.4.5 Cân bằng năng lượng theo thực tế 34

PHẦN IV TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM NHIỆT 36

4.1 Lựa chọn môi chất lạnh 36

4.2 Các thông số nhiệt của môi chất lạnh 36

4.2.1 Tính nhiệt độ ngưng tụ tk 36

4.2.2 Tính nhiệt độ bay hơi t0 36

4.3 Chọn và tính toán chu trình bơm nhiệt 37

4.3.1 Chọn chu trình 37

4.3.2 Sơ đồ và nguyên lý làm việc 37

4.3.2 Bảng các thông số tại các điểm nút của đồ thị 38

4.3.3 Tính toán máy nén 38

4.4 Tính toán thiết kế các thiết bị trao đổi nhiệt 40

4.4.1 Dàn ngưng tụ trong 40

4.4.2 Dàn bay hơi 44

4.5 Tính toán trở lực và chọn quạt 48 4.5.1 Tính toán đường ống dẫn tác nhân sấy Error! Bookmark not defined 4.5.2 Tính toán trở lực của hệ thống Error! Bookmark not defined 4.5.3 Chọn quạt Error! Bookmark not defined.

4.6 Tính toán chọn calorife Error! Bookmark not defined 4.7 Tính toán, thiết kế thiết bị ngưng tụ ngoài Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined.

LỜI MỞ ĐẦU

Nước ta là nước nông nghiệp, thuận lợi để phát triển và chế biến nông sản cũng như

các loại cây rau quả cà chua, ớt, chuối, nấm, v.v và đặc biệt là nho Nho được xem là cây nông nghiệp có tính dược liệu, và mang lại hiệu quả kinh tế cao

Tuy nhiên chất lượng của các sản phẩm Nho vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu của các khách hàng khó tính vì khâu chế biến còn rất thô sơ Đặc tính rau quả nói chung và nho nói riêng là vật liệu không bền nhiệt, nên sản phẩm qua chế biến bị tổn thương đáng kể với mức độ khác nhau, chủ yếu ứng dụng theo cơ chế sấy nhiệt đối lưu, với mức chi phí đầu tư ban đầu thấp Tuy vậy, hạn chế là không ổn định về động lực sấy, phụ thuộc vào khí hậu, môi trường, khó kiểm soát được quá trình sấy theo yêu cầu công nghệ

Để đáp ứng nhu cầu về sản lượng cũng như yêu cầu chất lượng sản phẩm ngày càng gia tăng, thì vấn đề nghiên cứu lựa chọn công nghệ sấy thích hợp cho nho phù hợp với điều kiện ứng dụng tại Việt Nam là thực sự cần thiết Công nghệ sấy bơm nhiệt ngày càng phát triển và cho thấy nhiều ưu điểm và hiệu quả kinh tế cao trong việc ứng dụng vào sấy các sản phẩm rau quả có giá trị kinh tế Công nghệ sấy bơm nhiệt có thể giải quyết hạn chế của công nghệ sấy nóng trong các quy trình sấy rau quả

Với mong muốn nâng cao chất lượng sau khi làm khô, việc nghiên cứu và chế tạo

máy sấy cho nho là vấn đề cấp thiết Do vậy em đã chọn đề tài “Tính toán, thiết kế thiết bị sấy bơm nhiệt để sấy nho năng suất 200kg nguyên liệu/mẻ”

Tuy nhiên với kiến thức còn hạn chế và nguồn tài liệu tham khảo không đầy đủ, quá trình tính toán có sai số nên không tránh khỏi các sai sót Em mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô để em hoàn thiện đồ án này Em xin chân thành cảm ơn!

PHẦN I TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về nho

1.1.1 Giới thiệu về vật liệu sấy

* Mô tả

Nho là một loại quả mọng lấy từ các loài cây thân leo thuộc chi Nho (Vitis) Quả nho

mọc thành chùm từ 6 đến 300 quả, chúng có màu đen, lam, vàng, lục, đỏ-tía hay trắng Khi chín, quả nho có thể ăn tươi hoặc được sấy khô để làm nho khô, cũng như được dùng để sản xuất các loại rượu vang, thạch nho, nước quả, mật nho, dầu hạt nho

* Nơi sống và thu hái

Ở Việt Nam, cây nho được xác định là cây chủ lực nên tập trung phát triển ở những khu vực không bị ngập úng, có điều kiện khí hậu và thời tiết đất đai khá phù hợp cho cây nho phát triển Khu vực trồng nho chủ yếu ở Việt Nam bao gồm tỉnh Ninh Thuận (chiếm 90% tổng diện tích) và tỉnh Bình Thuận (chiếm 9% tổng diện tích dưới nho trong cả nước)

Diện tích trồng nho của cả nước khoảng 2700 – 3000 ha, trong đó tỉnh Ninh Thuận chiếm khoảng 2500 – 2700 ha, chủ yếu ở các xã như Phước Hậu, Phước Sơn, Phước Nam, Phước Thuận và Phước Dân, Tân Giang, Bầu Zôn và Lanh Ra (huyện Ninh Phước), Thành Hải và Ðô Vinh (Phan Rang – Tháp Chàm)

Ninh Thuận là quê hương của nhiều loại giống nho mới năng suất chất lượng cao, tuy nhiên chưa được phát triển rộng rãi, chỉ mở rộng chủ yếu là giống nho Cardinal (nho đỏ) và một diện tích nhỏ giống NH.01-48 (nho xanh) Sản lượng hàng năm ổn định từ

60 – 65 ngàn tấn

Nho Ninh Thuận thường được dùng để ăn tươi, làm rượu nho và chế biến các sản phẩm khác Vì vậy, việc đầu tư chế biến các sản phẩm từ nho tại Ninh Thuận cũng là lĩnh vực tỉnh đang kêu gọi đầu tư Tuy nhiên, do chưa được quan tâm đầu tư KHKT nên cây nho ở đây chưa có điều kiện phát triển đúng với khả năng của nó vì những thiếu sót

về chiến lược phát triển, cơ sở nghiên cứu, giống trồng và kỹ thuật canh tác

* Thành phần hóa học

Nho là loại quả chứa nhiều chất dinh dưỡng, chất xơ, kali Nho cung cấp rất nhiều lợi ích sức khỏe do hàm lượng chất dinh dưỡng và chất chống oxy hóa cao Dưới đây là 12 lợi ích sức khỏe hàng đầu của nho

1 Nho chứa đầy chất dinh dưỡng, đặc biệt là vitamin C và K

Trong quả nho có chứa nguồn vitamin K dồi dào, đây là một loại vitamin tan trong chất béo quan trọng cho quá trình đông máu và giúp xương khỏe mạnh

Nho cũng là nguồn vitamin C, chất dinh dưỡng thiết yếu và chất chống oxy hóa mạnh mẽ cần thiết cho sức khỏe mô liên kết Ngoài ra, một chén nho còn chứa các chất dinh dưỡng sau:

Trong đó RDI là: Lượng hấp thụ hàng ngày tham khảo

2 Nho chứa lượng chất chống oxy hóa cao giúp ngăn ngừa bệnh lý mãn tính

Chất chống oxy hoá, đơn cử là các hợp chất trong thực vật, giúp sửa chữa những thương tổn của các tế bào do gốc tự do - các phân tử có hại gây ra ứng kích oxy hóa

Ứng kích oxy hóa có liên quan đến một số bệnh mãn tính bao gồm: Tiểu đường, ung thư và bệnh lý tim mạch Nho chứa số lượng hợp chất chống oxy hóa rất cao, trên thực tế, các nhà khoa học đã định danh được hơn 1.600 hợp chất thực vật có lợi chứa trong loại quả này

Các chất chống oxy hóa tập trung nhiều nhất trong vỏ và hạt nho Các chất chống oxy hóa trong nho tồn tại ngay cả sau khi lên men, đó là lí do rượu vang đỏ cũng chứa nhiều các hợp chất này

3 Nho chứa các hợp chất thực vật có thể bảo vệ trước một số loại ung thư

Resveratrol một trong những hợp chất được tìm thấy trong quả nho và đã được chứng minh là bảo vệ chống ung thư bằng cách giảm viêm, hoạt động như một chất chống oxy hóa ngăn chặn sự phát triển và lây lan của các tế bào ung thư trong cơ thể

Một nghiên cứu ở nhóm 30 người trên 50 tuổi cho thấy rằng ăn 1 pound (450 gram) nho mỗi ngày trong hai tuần làm giảm các dấu hiệu nguy cơ ung thư đại tràng

Sử dụng nho thường xuyên có thể bảo vệ người dùng trước một số loại ung thư

4 Nho mang lại nhiều lợi ích cho tim của bạn

Ăn nho mang lại nhiều lợi ích cho tim của bạn, chẳng hạn như:

4.1 Ăn nho giúp giảm huyết áp

Một chén nho (151 gram) chứa 288 mg Kali, chiếm 6% (RDI) Chất khoáng này cần thiết trong việc duy trì mức huyết áp khỏe mạnh Không nạp đủ Kali có thể dẫn đến tăng nguy cơ mắc cao huyết áp, bệnh lý tim mạch và đột quỵ

4.2 Ăn nho giúp giảm cholesterol máu

Các hợp chất có trong nho có thể phòng chống tăng mỡ máu bằng cách giảm hấp thu cholesterol Một nghiên cứu thực hiện trên 69 người có mỡ máu cao ăn 500gr nho

đỏ mỗi ngày trong 8 tuần, cho thấy cholesterol toàn phần và cholesterol xấu giảm đáng kể

5 Nho giúp giảm đường máu và chống lại bệnh tiểu đường

Một chén nho 151 gram chỉ chứa 23 gram đường, đây có thể là một lựa chọn tốt cho người bệnh tiểu đường Trong một nghiên cứu kéo dài 16 tuần với 38 nam giới, họ dùng 20 gram chiết xuất nho mỗi ngày cho thấy lượng đường máu giảm xuống, so với nhóm đối chứng

Hơn thế nữa, resveratrol đã được chứng minh có khả năng tăng độ nhạy insulin, giúp cải thiện khả năng tiêu thụ glucose của cơ thể và từ đó làm giảm mức đường máu

Sử dụng nho hợp lý giúp người bệnh phòng chống bệnh tiểu đường

6 Nho chứa nhiều hợp chất tốt cho mắt

Các hoá chất nguồn gốc thực vật có trong nho có thể bảo vệ chúng ta trước một

số bệnh về mắt thông thường

Trong một nghiên cứu trong ống nghiệm, resveratrol được phát hiện có khả năng bảo vệ các tế bào võng mạc mắt trước tia cực tím A Điều này giúp giảm nguy cơ bệnh thoái hóa điểm vàng liên quan đến tuổi tác (AMD), một bệnh về mắt phổ biến, tăng nhãn

áp, đục thủy tinh thể và bệnh mắt do tiểu đường Ngoài ra, nho có chứa chất chống oxy hóa lutein và zeaxanthin các hợp chất này giúp bảo vệ mắt khỏi bị hư hại từ ánh sáng xanh

7 Nho giúp cải thiện trí nhớ, khả năng tập trung và tâm trạng

Ăn nho bổ trợ sức khỏe não bộ và tăng cường trí nhớ Các nghiên cứu tiến hành trên chuột cũng cho thấy resveratrol cải thiện khả năng học hỏi, trí nhớ và tâm trạng khi

uống trong 4 tuần Thêm vào đó, não của chuột thể hiện dấu hiệu tăng trưởng não và tăng máu nuôi đến não

Resveratrol cũng có thể hỗ trợ bảo vệ trước bệnh Alzheimer, mặc dù cần thêm nhiều nghiên cứu trên người để xác nhận điều này

8 Nho chứa nhiều chất dinh dưỡng quan trọng cho xương

Nho chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho xương, bao gồm canxi, magie, kali, phốt pho, mangan và vitamin K

Mặc dù nghiên cứu trên chuột cho thấy resveratrol cải thiện mật độ xương, nhưng kết quả nghiên cứu trên người vẫn chưa được xác nhận

Nho chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết như canxi

9 Nho có thể chống lại một số loại nhiễm trùng, nhiễm vi rút và nấm

Trong quả nho có vitamin C dồi dào, giúp bảo vệ chống lại virus cúm, ngăn chặn virus herpes, thủy đậu Ngoài ra, khi nho được chế biến và thêm vào các loại thực phẩm khác nhau có tác dụng ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn có hại, chẳng hạn như

E Coli

10 Ăn nho giúp làm chậm quá trình lão hoá và tăng tuổi thọ

Hợp chất Resveratrol có trong nho có tác dụng kích thích một họ protein gọi là sirtuins, có liên quan đến tuổi thọ Một trong những gen mà resveratrol kích hoạt là gen SirT1 Đây là cùng một gen được kích hoạt bởi chế độ ăn ít calo, có liên quan đến tuổi thọ dài hơn trong các nghiên cứu trên động vật Resveratrol cũng ảnh hưởng đến một số gen khác liên quan đến lão hóa và tuổi thọ

11 Ăn nho giúp ngăn ngừa các bệnh mãn tính nhờ giảm viêm

Viêm mãn tính đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của các bệnh mãn tính, chẳng hạn như ung thư, bệnh tim, tiểu đường, viêm khớp và các bệnh tự miễn

Trong một nghiên cứu ở 24 người đàn ông mắc hội chứng chuyển hóa - yếu tố nguy cơ mắc bệnh tim - chiết xuất bột nho tương đương với khoảng 1,5 cốc (252 gram) nho tươi làm tăng số lượng các hợp chất chống viêm trong máu của họ Tương tự, một nghiên cứu khác ở 75 người mắc bệnh tim cho thấy uống chiết xuất bột nho làm tăng mức độ các hợp chất chống viêm, so với nhóm đối chứng

Ăn nho thường xuyên giúp ngăn ngừa các bệnh mãn tính

12 Nho ngon miệng, đa dạng trong cách chế biến và dễ kết hợp vào chế độ ăn lành mạnh

Rất dễ đưa nho vào chế độ ăn lành mạnh, bạn có thể kết hợp như sau:

- Ăn nho tươi

- Đông lạnh nho để làm bữa nhẹ giảm nhiệt

- Thêm nho cắt nhỏ vào món rau trộn hoặc rau trộn thịt gà

- Làm hoa quả tươi trộn với nho

- Làm sinh tố nho hoặc nước nho

- Làm món khai vị hoặc tráng miệng với nho và phô mai

- Dùng nước ép nho nguyên chất

Mặc dù nho có chứa đường, nhưng chúng có chỉ số đường huyết thấp và không làm tăng lượng đường trong máu Để có nhiều lợi ích nhất, hãy chọn nho tươi, nho đỏ hơn là nho trắng

1.1.2 Xác định các thông số đầu vào của vật liệu sấy

a) Thành phần dinh dưỡng của vật liệu sấy

Nho sấy khô rất giàu vitamin: C, B1, B6, PP và K Thành phần hóa học của Nho sấy khô bao gồm: 13% nước, 9,2% protit, 1,5% lipit, 48% đường, 10,4% tinh bột, 9,6% xenluloza, 2% axit, 6,3 % tro

b) Xác định kích thước vật liệu

Sử dụng thước kẹp có độ chính xác là 0,05mm có thang đo từ 0,05 - 100mm Kích thước ban đầu là kích thước lớn nhất của quả nho thái Kích thước ngang (đường kính) đo gần giữa quả nho Tiến hành đo thí nghiệm 10 lần và thu được kết quả trung bình của quả nho

c) Xác định ẩm độ của vật liệu sấy

Ẩm độ là một thông số kỹ thuật quan trọng và làm cơ sở cho quá trình sấy Căn

cứ vào ẩm độ đầu và cuối mà chúng tôi có thể tính được thời gian sấy lý thuyết cũng như thời gian bảo quản Ẩm độ đầu của nho được xác định bằng phương pháp tủ sấy

d) Phương pháp xác định màu, mùi

Bằng cách đánh giá cảm quan của nhiều người về màu sắc của nguyên liệu đầu vào và sản phẩm

e) Lựa chọn chế độ sấy

Đối với rau quả nói chung cũng như Nho nói riêng nhiệt độ sấy yêu cầu không quá cao Thông thường đối với các loại rau quả nhiệt độ sấy không quá 600C, vì nếu cao hơn có thể làm tổn thương các thành phần vitamin, chất dinh dưỡng và màu sắc trong sản phẩm dẫn đến làm giảm giá thành sản phẩm Ở đây ta tính toán theo hai chế độ sấy

khác nhau, một là chế độ sấy hồi lưu hoàn toàn tác nhân sấy và chế độ thải bỏ tác nhân

bề mặt vật liệu cũng tăng Trong hệ thống sấy nóng có hai cách để tạo ra độ chênh phân

áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường: giảm phân áp suất của hơi nước trong tác nhân sấy bằng cách đốt nóng hay tăng phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy Hệ thống sấy nóng, được phân loại theo phương pháp cung cấp nhiệt:

- Hệ thống sấy đối lưu: vật liệu sấy nhận nhiệt bằng đối lưu từ một dịch thể nóng mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò Hệ thống sấy đối lưu gồm: hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm, hệ thống sấy khí động…

- Hệ thống sấy tiếp xúc: vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng Như vậy, trong hệ thống sấy tiếp xúc, người ta tạo ra độ chênh lệch áp suất nhờ tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy Hệ thống sấy tiếp xúc gồm: hệ thống sấy lô, hệ thống sấy tang…

- Hệ thống sấy bức xạ: vật liệu sấy nhận nhiệt, từ một nguồn bức xạ để dẫn ẩm dịch chuyển từ lòng vật liệu sấy ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường Ở đây người ta tạo

ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường bằng cách đốt nóng vật liệu sấy

- Hệ thống sấy dùng dòng điện cao tần hoặc dùng năng lượng điện từ trường: khi vật liệu sấy đặt trong môi trường điện từ thì trong vật xuất hiện các dòng điện và chính dòng điện này sẽ đốt nóng vật liệu

Ưu điểm:

+ Thời gian sấy ngắn hơn so với phương pháp khác

+ Năng suất cao và chi phí ban đầu thấp

+ Nguồn năng lượng sử dụng có thể là hơi nước nóng, hay các nguồn nhiệt từ dầu mỏ than đá, cho đến điện năng

Nhược điểm:

+ Chỉ sấy được các vật sấy không cần có các yêu cầu đặc biệt về nhiệt độ

+ Sản phẩm sấy thường hay bị biến màu và chất lượng không cao

1.2.2 Phương pháp sấy chân không

Phương pháp này được áp dụng bằng cách hút chân không buồng sấy đến áp suất mong muốn để đưa nước về nhiệt độ bốc hơi

Ưu điểm:

- Đảm bảo được khoáng chất và thành phần hóa học ít bị thay đổi

- Đảm bảo được vệ sinh thực phẩm

- Không phụ thuộc vào điều kiện môi trường

Nhược điểm:

- Chi phí đầu tư ban đầu cao

- Chi phí năng lượng riêng còn lớn

- Khó điều chỉnh nhiệt độ sấy

1.2.3 Sấy bằng hệ thống sấy thăng hoa (sấy đông khô)

Sấy thăng hoa là phương pháp sấy bằng cách hạ thấp nhiệt độ sản phẩm sấy xuống dưới điểm ba thể và được đặt trong bình chân không có áp suất gần với áp suất chân không tuyệt đối, khi đó nước thoát ra khỏi sản phẩm sấy ở trạng thái rắn, tức là thăng hoa ẩm Quá trình sấy thăng hoa gồm 3 giai đoạn: giai đoạn đông lạnh, giai đoạn thăng hoa và giai đoạn sấy ẩm dư

Ưu điểm:

- Đảm bảo khoáng chất và thành phần hóa học trong Atisô ít bị thay đổi

- Ít ảnh hưởng đến màu và mùi vị sản phẩm

- Không phụ thuộc vào điều kiện môi trường

- Đảm bảo được vệ sinh thực phẩm

• Nhược điểm:

- Chi phí năng lượng cao hơn các phương pháp khác khoảng 50 - 60%

- Cấu tạo phức tạp

Qua quá trình phân tích phương pháp sấy chân không và phương pháp sấy thăng hoa, ta

có thể đưa ra những nhận xét sau:

Ưu điểm

- Các chỉ tiêu về chất lượng như màu sắc cảm quan, mùi vị

- Thích hợp để sấy các loại vật liệu sấy yêu cầu chất lượng cao, đòi hỏi phải sấy

ở nhiệt độ thấp

- Sản phẩm sấy ít bị tác động bởi điều kiện bên ngoài

- Quá trình sấy kín nên không phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trường

Nhược điểm:

- Giá thành thiết bị cao, tiêu hao điện năng lớn

- Vận hành phức tạp, người vận hành cần có trình độ kỹ thuật cao

- Cấu tạo thiết bị phức tạp, thời gian sấy lâu

o Với những ưu điểm trên, các phương pháp này có thể dùng để sấy nho Tuy nhiên, do giá đầu tư thiết bị và lượng tiêu hao năng lượng lớn sẽ làm giá thành sản phẩm cao Vì vậy, các phương pháp này chỉ phù hơp với các sản phẩm quí hiếm có giá trị cao

1.2.4 Sấy bằng hệ thống sấy bơm nhiệt

Sấy bơm nhiệt là phương pháp sấy với tác nhân sấy có ẩm độ thấp Tác nhân sấy được quạt đưa vào dàn lạnh và được làm lạnh dưới nhiệt độ đọng sương, nên ẩm sẽ ngưng tụ và tách ra khỏi tác nhân sấy Dung ẩm của không khí giảm, tăng chênh lệch phân áp suất hơi bề mặt vật liệu và không khí, không khí lúc này trở thành không khí khô, không khí khô được thực hiện một trong hai quy trình sau

+ Không khí khô (tác nhân sấy) tiếp tục được quạt đưa vào dàn nóng và được gia nhiệt đến nhiệt độ sấy sau đó không khí khô sẽ được đưa vào buồng sấy, hấp thụ ẩm của vật liệu sấy, độ ẩm của tác nhân sấy tăng lên và được quạt hút về dàn lạnh Tiếp tục chu trình

+ Tác nhân sấy đi thẳng vào buồng sấy, do độ chênh áp của ẩm độ trong vật sấy và tác nhân sấy cao, ẩm sẽ chuyển dịch từ trong vật liệu ra bề mặt và hóa hơi vào tác nhân sấy, độ ẩm tác nhân sấy tăng lên và được hút về dàn lạnh Chu trình tiếp tục

1.3 Tính phù hợp nguyên lý sấy bơm nhiệt

Qua quá trình phân tích các phương pháp sấy, ta thấy phương pháp sấy bơm nhiệt

có thể đáp ứng các yêu cầu để sấy được nho Với nguyên lý hoạt động của sấy bơm nhiệt, thì đặc trưng là có thể sấy với tác nhân sấy có nhiệt độ thấp và ẩm độ thấp hơn ẩm độ của vật liệu sấy

Từ các kết quả nghiên cứu về các loại rau củ quả là các vật liệu nhạy nhiệt, với nhiệt độ trên 60oC là nguyên nhân của sự biến đổi chất lượng sản phẩm Đề tài đã đề xuất công nghệ sấy bơm nhiệt với cơ chế sấy, tạo được độ ẩm thấp ở nhiệt độ thấp là một công nghệ phù hợp về mặt kỹ thuật, thích ứng với đối tượng sấy nho hơn so với các phương pháp sấy nhiệt đối lưu thông dụng

Khi muốn sấy ở nhiệt độ cao hơn ta có thể gia nhiệt thêm cho tác nhân sấy bằng các điện trở

Từ những đặc tính ưu việt của công nghệ sấy lạnh ta nhận thấy rằng công nghệ này

có nhiều ưu điểm và hiệu quả kinh tế cao trong việc ứng dụng vào sấy các sản phẩm rau quả có giá trị kinh tế Công nghệ sấy lạnh có thể giải quyết hạn chế của công nghệ sấy nóng trong các quy trình sấy rau quả

1.3.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sấy bơm nhiệt

Công nghệ sấy bơm nhiệt là một ứng dụng từ thành tựu nghiên cứu về bơm nhiệt, vào năm 1852 Thomson (Lord Kenvin) sáng chế ra bơm nhiệt đầu tiên trên thế giới Nhưng thành công lớn nhất của bơm nhiệt bắt đầu từ những năm 1940, tập trung với các ứng dụng để sưởi ấm, đun nước nóng và điều hòa không khí Từ khi xảy ra cuộc khủng hoảng về năng lượng vào đầu thập kỷ 70, bơm nhiệt bắt đầu có bước tiến nhảy vọt mới Ngày nay bơm nhiệt đã được ứng dụng đa dạng và mở rộng cho nhiều lĩnh vực khác như hút ẩm, sấy, chưng cất

Trong đó, lịch sử bơm nhiệt cho công nghệ sấy là một hướng nghiên cứu đã và đang được rất nhiều nhà khoa học quan tâm trong những năm gần đây với 2 mục tiêu mong muốn về: tính cải thiện chất lượng sản phẩm và tính hiệu quả sử dụng năng lượng

1.3.2 Tính ổn định chất lượng sản phẩm

Nhờ cơ chế có thể làm khô sản phẩm trong môi trường có nhiệt độ thấp và độ ẩm thấp, mặt khác có thể hoạt động độc lập trong môi trường kín, nên công nghệ sấy bơm nhiệt, được coi như một giải pháp ổn định về chất lượng, đối với một số sản phẩm nông sản thực phẩm nói chung

Các sản phẩm rau quả sấy khô có một hàm lượng chất thơm dễ bay hơi, các vitamin không bền ở nhiệt độ cao và dễ bị suy giảm màu sắc, tỉ lệ hao hụt chất dễ bay hơi biến thiên cùng với độ cô đặc Những hao hụt lớn nhất xảy ra trong các giai đoạn đầu của quá trình sấy Do quá trình sấy bơm nhiệt có thể thực hiện được trong môi trường kín, các hỗn hợp dễ bay hơi ban đầu khuếch tán tạo nên áp suất riêng phần được hình thành, làm chậm hơn nữa quá trình bay hơi ở sản phẩm

1.3.3 Tính hiệu quả sử dụng năng lượng của sấy bơm nhiệt

Là cơ sở đánh giá so sánh về chi phí tiêu thụ năng lượng trong cùng một điều kiện sấy

Về lý thuyết hiệu quả của sử dụng năng lượng bơm nhiệt là rất lớn, tuy vậy kết quả nghiên cứu thực nghiệm còn nhiều hạn chế:

Cơ chế sấy nhiệt độ thấp theo nguyên lý sấy bơm nhiệt thì động lực sấy thấp hơn so với cơ chế sấy nhiệt độ cao với cùng độ ẩm tương đối của các tác nhân sấy do yếu hơn động lực Do vậy đối tượng vật liệu có liên kết ẩm càng cao thì cần sấy ở nhiệt độ thấp thì hiệu quả của quá trình sấy bơm nhiệt càng cao

Mô hình sấy bơm nhiệt có tác nhân sấy tuần hoàn với nhiệt độ không đổi thì trạng thái của chu trình tuần hoàn luôn thay đổi theo chiều biến thiên giảm của độ ẩm tương đối, khi đó chênh lệch giữa nhiệt độ tác nhân sấy với nhiệt độ bão hòa càng lớn dẫn đến hiệu quả tách ẩm càng giảm dần theo thời gian

Khả năng tách ẩm của dàn bay hơi phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ điểm sương của không khí đầu vào Khi độ ẩm của không khí trong buồng sấy giảm đi, ở cùng nhiệt độ, nhiệt độ điểm sương của không khí vào dàn bay hơi giảm, dẫn đến một phần diện tích

bề mặt giàn không có khả năng tách ẩm, do có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ điểm sương

1.3.4 Đánh giá chung về công nghệ sấy bơm nhiệt

Tùy theo hình thức sử dụng loại tác nhân sấy ta có thể phân ra làm hai loại thiết bị sấy bơm nhiệt:

- Thiết bị sấy bơm nhiệt hở: với tác nhân sấy là không khí môi trường được xử lý tạo thành dòng không khí khô, sau khi đi qua thiết bị bay hơi và thiết bị ngưng tụ được đưa vào buồng sấy để trao đổi nhiệt ẩm với vật liệu sấy rồi thải ra ngoài môi trường (không hồi lưu)

- Thiết bị sấy bơm nhiệt kín: với tác nhân sấy hoàn toàn kín (hồi lưu hoàn toàn), tác nhân sấy sau khi trao đổi nhiệt ẩm với vật liệu sấy thì trở về, đi qua thiết bị bay hơi để tiếp tục chu trình sấy Sấy bơm nhiệt loại kín, trong quá trình sấy không bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường, hạn chế khả năng bị nhiễm khuẩn từ không khí và sự mất mùi của sản phẩm

* Phạm vi hoạt động của sấy bơm nhiệt:

Tùy theo yêu cầu công nghệ và hình thức cấp nhiệt để lựa chọn tác nhân lạnh phù hợp với yêu cầu của hệ thống sấy bơm nhiệt Nhiệt độ của chất tải nhiệt phụ thuộc vào hai cặp thông số là nhiệt độ và áp suất của quá trình ngưng tụ và bay hơi của tác nhân lạnh Như vậy thông số vật lý có vai trò quyết định đến các thông số của quá trình sấy, do vậy việc lựa chọn tác nhân lạnh cần thích ứng với công nghệ ứng dụng

1.3.5 Sơ đồ, nguyên lý hệ thống bơm nhiệt

Trong đó: MN – Máy nén,

NT – Thiết bị ngưng tụ,

TL – Van tiết lưu,

BH – Thiết bị bay hơi,

l – Công tiêu tốn cho máy nén,

q0 – Nhiệt lượng lấy từ môi trường (hay buồng lạnh),

qk – Nhiệt lượng thải ra ở dàn ngưng tụ

Bơm nhiệt là một thiết bị dùng để bơm một dòng nhiệt từ mức nhiệt độ thấp lên mức nhiệt độ cao hơn, phù hợp với nhu cầu cấp nhiệt Để duy trì bơm nhiệt hoạt động cần tiêu tốn một dòng năng lượng khác (điện hoặc nhiệt năng) Như vậy máy lạnh cũng

là một loại bơm nhiệt và có chung một nguyên lý hoạt động Các thiết bị của chúng là giống nhau Người ta chỉ phân biệt máy lạnh với bơm nhiệt ở mục đích sử dụng mà thôi Máy lạnh gắn với việc sử dụng nguồn lạnh ở thiết bị bay hơi còn bơm nhiệt gắn với việc

sử dụng nguồn nhiệt ở thiết bị ngưng tụ Do yêu cầu sử dụng nguồn nhiệt nên bơm nhiệt hoạt động ở cấp nhiệt độ cao hơn Cũng như máy lạnh, bơm nhiệt làm việc theo chu trình ngược với các quá trình chính như sau:

1 – 2: Quá trình nén hơi môi chất từ áp suất thấp, nhiệt độ thấp lên áp suất cao, nhiệt độ cao trong máy nén hơi Quá trình nén là đoạn nhiệt

2 – 3: Quá trình ngưng tụ đẳng áp trong thiết bị ngưng tụ, thải nhiệt cho môi trường

3 – 4: Quá trình tiết lưu đẳng entanpy (I3 = I4) của môi chất lỏng qua van tiết lưu từ áp suất cao xuống áp suất thấp

4 – 1: Quá trình bay hơi đẳng áp ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp thu nhiệt của môi trường lạnh

Mục đích của sử dụng bơm nhiệt là tận dụng nhiệt thải ra từ giàn ngưng tụ

Năng suất nhiệt của bơm nhiệt chính là phương trình cân bằng nhiệt ở máy lạnh:

qk = q0 + l

Hiện nay, người ta chế tạo nhiều loại bơm nhiệt làm việc theo nhiều nguyên lý khác nhau như bơm nhiệt hấp thụ, bơm nhiệt nén khí, bơm nhiệt nén hơi, bơm nhiệt nhiệt điện Nói chung, hiện nay tất cả các loại bơm nhiệt đều được sử dụng nhưng được

sử dụng rộng rãi nhất vẫn là bơm nhiệt nén hơi

1.3.6 Hệ số nhiệt của bơm nhiệt

Để đánh giá hiệu quả chuyển hóa năng lượng, ta dùng hệ số nóng (hệ số bơm nhiệt) với định nghĩa: hệ số bơm nhiệt là nhiệt lượng môi chất thải cho nguồn nóng ứng với một đơn vị công hỗ trợ được biểu thị bằng:

vì chỉ cần tiêu tốn một dòng năng lượng 1 ta được cả năng suất lạnh q0 và năng suất nhiệt qk như mong muốn Gọi φε là hệ số nhiệt lạnh của bơm nhiệt nóng lạnh thì:

k

q q l



Như vậy hệ số nhiệt của bơm nhiệt là đại lượng luôn lớn hơn 1 Do đó ứng dụng của bơm nhiệt bao giờ cũng có lợi về nhiêt Hệ số nhiệt của bơm nhiệt đóng vai trò quan trọng ương việc nâng cao hiệu quả năng lượng của bơm nhiệt

Hệ số nhiệt thực của bơm nhiệt φ nhỏ hơn hệ số nhiệt lý thuyết tính theo chu trình carnot φc:

T

 =

−Như vậy suy ra:

0

k k

T

 =

−Trong đó ν là hiệu suất exergy hay hệ số hoàn nhiệt của chu trình thực Dựa vào phương trình trên ta thấy hệ số nhiệt lý thuyết có thể tính theo chu trình Carnot phụ thuộc vào hiệu nhiệt độ của dàn ngưng tụ và dàn bay hơi Để bơm nhiệt đạt hiệu quả kinh tế cao thì thường người ta phải chọn một hiệu nhiệt độ ΔT sao cho hệ số nhiệt thực

tế của bơm nhiệt đạt từ 3 đến 4 trở lên, nghĩa là hiệu nhiệt độ phải nhỏ hơn 60oC Cũng chính vì lý do đó, chỉ trong những trường hợp đặc biệt người ta mới sử dụng bơm nhiệt hai cấp nén Nói cách khác là không có bơm nhiệt hai cấp Đó là khác biệt cơ bản giữa bơm nhiệt và máy lạnh

1.3.7 Các thành phần cơ bản của bơm nhiệt

Môi chất và các cặp môi chất

Do những đặc điểm của chu trình lạnh, hệ thống thiết bị và điều kiện vận hành, môi chất lạnh cần có các tính chất sau:

- Hóa học: Phải bền vững không bị phân hủy, không polyme hóa trong dải nhiệt độ,

áp suất làm việc; và không ăn mòn các vật liệu trong hệ thống lạnh, không phản ứng dầu máy, oxi,

- Tính chất vật lý & nhiệt vật lý: Áp suất ngưng tụ và nhiệt độ cuối tầm nén không quá cao; áp suất bay hơi không quá thấp; nhiệt độ điểm đông phải thấp hơn dải nhiệt độ làm việc; năng suất lạnh riêng thể tích lớn; độ nhớt nhỏ, ít tổn thất áp suất;

hệ số dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt lớn; khả năng hòa tan dầu tốt; khả năng hòa tan nước tốt; không dẫn điện

- Tính an toàn: An toàn, không dễ cháy nổ; an toàn đối với sức khỏe con người, an toàn cháy nổ; không ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm, đặc biệt là thực phẩm được bảo quản trong kho lạnh

- Khả năng ảnh hưởng môi trường: Bao gồm có hai tác động chính: (1) Phá hủy tầng ozôn của bầu khí quyển trái đất, đặc trưng là chỉ số ODP (Ozone Depletion Potential) Môi chất lạnh được phép sử dụng phải là những môi chất có chỉ số ODP

= 0, môi chất lạnh được dùng tạm thời là những môi chất có ODP thấp (2) Khả năng gia tăng hiệu ứng nhà kính, dẫn tới vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu do nhiệt độ trung bình của trái đất đang tăng dần lên Đặc trưng của tác động này là chỉ số GWP (Global Warming Potential) Chỉ số này được đo bằng cách so sánh mức độ tác động làm nóng toàn cầu của môi chất với tác động tương tự của khí CO2 có cùng khối lượng Môi chất tốt là những môi chất có chỉ số GWP thấp

- Tính kinh tế: Môi chất rẻ tiền, nguồn có sẵn trong tự nhiên; và dễ sản xuất, vận chuyển và bảo quản

Môi chất và các cặp môi chất của bơm nhiệt có yêu cầu như của máy lạnh Sau khi các loại môi chất R11, R12, R502… bị cấm, R134a và các HFC bị tẩy chay thì các môi chất lạnh chỉ còn lại R22 cho máy nén thể tích và R123 cho máy nén tuabin

Ngoài R22, hai môi chất lạnh mới đây được ứng dụng cho các máy điều hòa bơm nhiệt là R407C và R410A Đây là các bơm nhiệt có áp suất ngưng tụ gấp 1,1 và 1,6 lần R22 Đối với bơm nhiệt hấp thụ người ta vẫn sử dụng chủ yếu hai cặp môi chất là NH3/H2O và H2O/BrLi Đối với điều kiện Việt Nam máy lạnh H2O/BrLi chắc chắn có nhiều ý nghĩa ví nó phù hợp với điều kiện nhiệt đới

Máy nén lạnh

Máy nén lạnh là bộ phận quan trọng nhất của bơm nhiệt Đây là một bộ phận chuyển động phức tạp nên chất lượng, độ tin cậy và năng suất nhiệt của bơm nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng và độ tin cậy của máy nén Trong kỹ thuật lạnh, người ta

sử dụng hầu như tất cả các loại máy nén với các nguyên lý làm việc khác nhau Các dạng máy nén này cũng được ứng dụng trong bơm nhiệt, đặc biệt quan trọng là máy nén pittông trượt, máy nén xoắn ốc, máy nén trục vít và máy nén tua bin Tuy nhiên, do điều kiện làm việc khác nhau nên máy nén dùng cho bơm nhiệt có đòi hỏi cao hơn, đặc biệt

là các yêu cầu sau:

- Nhiệt độ ngưng tụ đến khoảng 60÷800C;

- Nhiệt độ cuối tầm nén rất cao, dẫn đến nhiệt độ dầu cũng phải cao tương ứng;

- Hiệu suất cao với các điều kiện của bơm nhiệt;

- An toàn khi tải thay đổi;

- Điều chỉnh công suất vô cấp mà không có tổn hao;

Như vậy, một máy nén dùng cho bơm nhiệt cần phải đặc biệt bền bỉ, tuổi thọ cao, chạy êm có hiệu suất cao trong trường hợp non tải hoặc đầy tải

Các thiết bị trao đổi nhiệt

Các thiết bị trao đổi nhiệt cơ bản trong bơm nhiệt là thiết bị bay hơi và ngưng tụ Máy lạnh hấp thụ có thêm thiết bị sinh hơi và hấp thụ Giống như máy lạnh, thiết bị ngưng tụ và bay hơi của bơm nhiệt cũng bao gồm ngược dòng, ống đứng và ống kiểu tấm các phương pháp tính toán như chế độ điều hoà nhiệt độ

Thiết bị phụ của bơm nhiệt

Tất cả các thiết bị phụ của bơm nhiệt giống như thiết bị phụ của máy lạnh Xuất phát từ yêu cầu nhiệt độ cao hơn nên đòi hỏi về độ tin cậy, công nghệ gia công thiết bị cao hơn Đây cũng là vấn đề đặt ra đối với dầu bôi trơn và đệm kín các loại trong hệ thống

Do bơm nhiệt phải hoạt động ở chế độ áp suất và nhiệt độ gần sát với giới hạn tối đa nên các thiết bị tự động rất cần thiết và phải hoạt động với độ tin cậy cao để phòng

hư hỏng thiết bị khi chế độ làm việc vượt quá giới hạn cho phép

Đối với van tiết lưu, bơm nhiệt có chế độ làm việc khác máy lạnh nên cũng cần

có van tiết lưu phù họp

PHẦN II CÔNG NGHỆ SẤY NÔNG SẢN

2.1 Vật liệu sấy

Tất cả các sản phẩm đều chịu biến đổi trong quá trình sấy và bảo quản sau đó Yêu cầu đặt ra đối với quá trình sấy là bảo vệ tới mức tốt nhất chất lượng, hạn chế những hư

hại trong quá trình sấy, bảo quản đồng thời nâng cao hiệu quả kinh tế một cách tối ưu nhất Xét về cơ bản những thay đổi trong quá trình sấy có thể chia ra:

• Những thay đổi lý học: sứt mẻ, gãy, vỡ…

• Những thay đổi hóa lý: trạng thái tính chất của những keo cao phân tử bị thay đổi

• Những thay đổi hóa sinh: do sự oxi hóa của chất béo, phản ứng sẫm màu phi enzim, phản ứng enzim…

• Những thay đổi do vi sinh vật

Những thay đổi đó làm thay đổi cấu trúc màu sắc mùi vị, giá trị dinh dưỡng và có ảnh hưởng đến tính hồi nguyên của sản phẩm sau khi sấy Các phương pháp sấy khác nhau có những ưu điểm và nhược điểm trong quá trình sấy các sản phẩm rau quả Trong

đó, phương pháp sấy nóng đáp ứng được các yêu cầu về năng suất, thời gian sấy nhưng lại không đáp ứng tốt các đòi hỏi về chất lượng sản phẩm Ngược lại, đối với các sản phẩm sấy yêu cầu nhiệt độ thấp đòi hỏi phải có quy trình sấy phù hợp hơn Công nghệ sấy lạnh là một công nghệ mới được dùng để giải quyết các vấn đề không thể giải quyết đối với công nghệ sấy nóng Từ nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh những ưu điểm vượt trội của công nghệ sấy lạnh trong quá trình xây dựng quy trình sấy đối với các loại rau củ quả có giá trị kinh tế

2.2 Các đặc tính hóa lý của một số rau quả giàu vitamin ứng dụng phương pháp sấy lạnh

Bất kì một loại nông sản phẩm nào, trong thành phần của nó đều có chứa các nhóm hợp chất hữu cơ như protein, gluxit, lipid, vitamin, axit hữu cơ và các chất khoáng, các sắc tố … với tỷ lệ khác nhau Do đó muốn bảo quản tốt từng loại sản phẩm cần nghiên cứu kỹ thành phần hóa học và những biến đổi của nó dưới tác động của các nhân tố bên ngoài Thông thường trong thành phần của chúng có chứa những hợp chất sau

2.2.1 Nước

❖ Nước liên kết hóa học

Được đặc trưng bằng quan hệ định lượng rất chính xác giữa sản phẩm và nước Đây là loại liên kết rất bền vững Ví dụ: Na3CO3.3H2O Nếu muốn tách lượng nước này

phải bằng cách đem nung lên hoặc bằng các tương tác hóa học khác

❖ Nước liên kết hóa lý

Kết hợp với vật liệu không theo một tỷ lệ nhất định Nó bao gồm có nước hấp thụ, nước thẩm thấu, nước cấu trúc Muốn tách lượng nước này ra cần tiêu hao một năng

lượng để biến nó thành thể hơi Dạng nước này kém bền hơn

Loại này kết hợp với sản phẩm không theo một lượng nhất định, chính là lượng nước tự do trong sản phẩm đây là dạng kém bền vững nhất Nó được chuyển dịch trong sản phẩm ở dạng thể lỏng Muốn tách ra phải bằng cách sấy khô ở nhiệt độ 105oC

Hàm lượng nước trong sản phẩm cao hay thấp có ảnh hưởng lớn đến chất lượng

và khả năng bảo quản của chúng Đối với những sản phẩm có hàm lượng nước cao, việc bảo quản khó khăn hơn vì nước chính là một môi trường thuận lợi để vi sinh vật hoạt

động, làm cho chất lượng sản phẩm bị giảm xuống

2.2.2 Những hợp chất có Nitơ và sự biến đổi trong quá trình bảo quản

Protein là hợp chất chứa Nitơ chủ yếu trong nông sản phẩm và nó là thành phần dinh dưỡng chủ yếu của những sản phẩm có hạt Nó có giá trị dinh dưỡng cao Các loại sản phẩm khác nhau, hàm lượng protein chứa trong chúng khác nhau Lúa chứa 7-10%, ngô 10-12%, cao lương 10-13%, đậu Hà Lan 22-26%, đậu tương 36-42%, càrốt 2% các loại quả chỉ dưới 1% (Tất cả tính theo % trọng lượng chất khô)

Ở rau quả hàm lượng protein rất ít, chỉ chiếm khoảng 1-2%, thường chủ yếu ở các loại rau cao cấp như suplơ, càrốt, khoai tây… tuy vậy nó có giá trị dinh dưỡng rất cao Trong quá trình bảo quản, nói chung Nitơ tổng số hầu như không thay đổi hoặc thay đổi rất ít, nhưng Nitơ protein hòa tan thay đổi khá nhiều, chúng phân giải thành các axit amin làm cho hàm lượng axit amin tăng lên Do đó lượng Nitơ protein giảm xuống

và Nitơ phiprotein trong quá trình này cũng tăng lên một cách rõ rệt Trong những công trình nghiên cứu của Gasiorowski về hạt lúa mì bảo quản ở trạng thái tươi ẩm trong các kho kín hoàn toàn, ông đã phát hiện thấy sự tăng lên của hàm lượng Nitơ phiprotein sau

15 tuần lễ bảo quản

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

2.3.1 Nhiệt độ sấy

Yếu tố ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm rau quả khô là nhiệt độ sấy Nếu nhiệt độ sản phẩm trong quá trình sấy cao hơn 60 oC thì protêin bị biến tính Nếu loại rau quả ít thành phần protêin thì nhiệt độ đốt nóng sản phẩm có thể lên đến 80-90

oC Nếu tiếp xúc nhiệt trong thời gian ngắn như sấy phun thì nhiệt độ sấy có thể lên đến

150 oC Đối với sản phẩm không chần như chuối, đu đủ thì có thể sấy nhiệt độ cao, giai đoạn đầu 90-100oC, sau đó giảm dần xuống

Quá trình sấy còn phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt của vật liệu sấy Nếu tốc độ tăng nhiệt quá nhanh thì bề mặt mặt quả bị rắn lại và ngăn quá trình thoát ẩm Ngược lại, nếu tốc độ tăng chậm thì cường độ thoát ẩm yếu

2.3.2 Độ ẩm không khí

Muốn nâng cao khả năng hút ẩm của không khí thì phải giảm độ ẩm tương đối của nó xuống Có 2 cách làm giảm độ ẩm tương đối của không khí:

- Tăng nhiệt độ không khí bằng cách dùng calorife

- Giảm độ ẩm không khí bằng cách dùng máy hút ẩm

Thông thường khi vào lò sấy, không khí có độ ẩm 10 - 13% Nếu độ ẩm của không khí quá thấp sẽ làm rau quả nứt hoặc tạo ra lớp vỏ khô trên bề mặt, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình thoát hơi ẩm tiếp theo Nhưng nếu độ ẩm quá cao sẽ làm tốc độ sấy giảm Khi ra khỏi lò sấy, không khí mang theo hơi ẩm của rau quả tươi nên độ ẩm tăng lên (thông thường khoảng 40 - 60%) Nếu không khí đi ra có độ ẩm quá thấp thì sẽ tốn năng lượng; ngược lại, nếu quá cao sẽ dễ bị đọng sương, làm hư hỏng sản phẩm sấy Người ta điều chỉnh độ ẩm của không khí ra bằng cách điều chỉnh tốc độ lưu thông của

nó và lượng rau quả tươi chứa trong lò sấy

2.3.3 Lưu thông của không khí

Trong quá trình sấy, người ta phải dùng quạt để thông gió cưỡng bức với tốc độ trong khoảng 0,4 - 4,0 m/s trong các thiết bị sấy Nếu tốc độ gió quá lớn (trên 4,0 m/s)

sẽ gây tổn thất nhiệt lượng

2.3.4 Độ dày của lớp sấy

Độ dày của lớp rau quả sấy cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy Lớp nguyên liệu càng mỏng thì quá trình sấy càng nhanh và đồng đều, nhưng nếu quá mỏng sẽ làm giảm năng suất của lò sấy Ngược lại, nếu quá dày thì sẽ làm giảm sự lưu thông của không khí, dẫn đến sản phẩm bị "đổ mồ hôi" do hơi ẩm đọng lại Thông thường nên xếp lớp hoa quả trên các khay sấy với khối lượng 5 – 8 kg/m2 là phù hợp

PHẦN III CÂN BẰNG VẬT CHẤT, CÂN BẰNG NĂNG

LƯỢNG QUÁ TRÌNH SẤY

Mục đích tính toán nhiệt của quá trình là xác định tiêu hao không khí dùng cho quá trình sấy L, kg/h và tiêu hao nhiệt Q, kJ/h Trên cơ sở tính toán nhiệt xác định các kích thước cơ bản của thiết bị Đồng thời qua việc thiết lập cân bằng nhiệt, cân bằng năng lượng của hệ thống sẽ xác định đươc hiệu suất sử dụng nhiệt và hiệu suất sử dụng năng lượng của hệ thống cũng như tiêu hao nhiệt riêng của buồng sấy và hệ thống Máy sấy lạnh dựa trên nguyên lý của tủ sấy, nhưng tác nhân sấy được xử lý tách ẩm trước khi đi vào buồng sấy Nguyên tắc tách ẩm tác nhân sấy dùng dàn lạnh của máy lạnh để làm giảm nhiệt độ của tác nhân sấy dưới nhiệt độ điểm sương để bốc hơi nước trong không khí ẩm ngưng tụ thành nước và lấy ra ngoài Phần TNS sau khi tách ẩm được gia nhiệt lại bởi dàn nóng của máy lạnh rồi tiếp tục đưa vào buồng sấy thực hiện quá trình sấy

Cơ sở của phương pháp này được thực hiện bằng cách giảm độ ẩm tương đối trong không khí để tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa hơi nước trong không khí và hơi nước trong nông sản, thực phẩm Bằng cách này độ ẩm sẽ tách ra khỏi nông sản, thực phẩm,

và đi vào không khí Khi làm lạnh không khí trong thiết bị trao đổi nhiệt xuống thấp hơn nhiệt độ đọng sương, hơi bão hoà ẩm sẽ ngưng tụ và tách ra khỏi không khí Không khí sau đó đi qua dàn nóng sẽ sấy khô vật liệu

Quá trình sấy lý thuyết được trình bày trên giản đồ I - d như sau:

Đồ thị I – d chế độ hồi lưu hoàn toàn TNS

4 – 1: Quá trình gia nhiệt tác nhân sấy khi đi qua thiết bị ngưng tụ Điểm (1) là trạng thái không khí nóng sau thiết bị ngưng tụ

1 – 1*: Quá trình gia nhiệt tác nhân sấy đến nhiệt độ sấy khi đi qua calorifer

1* – 2: Quá trình sấy, tác nhân sấy đi qua buồng sấy có ẩm độ thấp được thổi qua vật liệu sấy sẽ nhận ẩm thoát ra từ vật liệu và mang ra khỏi buồng sấy

2 – 3: Quá trình làm lạnh tác nhân sấy đến nhiệt độ đọng sương Điểm (2) là trạng thái không khí sau khi đi qua buồng sấy được hồi lưu hoàn toàn, điểm (3) trạng thái không khí trong thiết bị bay hơi, lúc bắt đầu giảm ẩm

3 – 4: Quá trình tách ẩm Điểm (4) là trạng thái không khí cuối giai đoạn tách ẩm

3.1 Các thông số ban đầu

- Vật liệu sấy: Nho

- Năng suất tính theo nguyên liệu vào: G1 = 200 (kg/mẻ)

- Độ ẩm vật liệu vào: W1 = 80%

- Độ ẩm vật liệu ra: W2 = 30%

- Tác nhân sấy:

+ Không khí ngoài trời: t0 = 25˚C, φ = 80% Pkq = 1atm = 1,013 bar

+ Không khí vào buồng sấy: t1* = 45˚C

+ Không khí ra khỏi buồng sấy: t2 = 31 ˚C

3.2 Cân bằng vật liệu và lượng ẩm bay hơi

Lượng sản phẩm sau khi sấy là:

Ta có: 𝑊1 = 80%,𝐺1 = 150kg:

𝐺𝑘 = 150100−80

100 = 40kg/mẻ Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu sấy trong một mẻ:

𝑊0 = 𝐺1− 𝐺2 = 150 − 42,86 = 142,86 kg/mẻ Chọn thời gian sấy một mẻ: 6h

Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ: 𝑊 = 𝑊0

𝜏 =142,86

6 = 23,8 kg/h

3.3 Quá trình sấy lý thuyết

3.3.1 Trạng thái không khí ngoài trời

- Không khí ngoài trời có: t0 = 25˚C, φ0 = 80%, Pkq = 1atm = 1,013 bar

- Phân áp suất hơi nước bão hòa: exp 12 4026, 42

0 0 0

P d

3.3.2 Trạng thái không khí sau dàn bay hơi (dàn lạnh) (Điểm 4)

P d

Nhiệt độ: t1 =38 0C (Nhiệt độ cài đặt trong quá trình sấy)

Phân áp suất hơi nước bão hoà: 1

4026, 42exp 12 0, 066