Việt nam là một nước nhiệt đới có nhiều điều kiện phát triển ngành trồng trọt và chế biến rau quả. Tuy nhiên, tỉ lệ tổn thất sau thu hoạch là rất lớn 2530%. Nguyên nhân chính là do công nghệ chế biến và bảo quản của chúng ta còn lạc hậu nên đã làm cho rau quả Việt Nam có giá trị thấp trong thị trường trong nước cũng như xuất khẩu, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của người nông dân. Chính vì vậy, hiện nay các phương pháp sấy để bảo quản thực phẩm là những phương pháp được áp dụng phổ biến và rộng rãi nhất. Kỹ thuật sấy có lịch sử phát triển lâu dài từ những năm 50 đến năm 60, rất đa dạng về phương pháp như: phơi nắng tự nhiên, sấy buồng, sấy thùng quay, trong đó còn có sấy bơ nhiệt, sấy thăng hoa và sấy chân không… Để hiểu sau hơn về kỹ thuật sấy trong việc bảo quản thực phẩm nông sản… xin mời thầy và các bạn cùng với nhóm em tìm hiểu về kĩ thuật sấy bơm nhiệt, sấy thăng hoa và sấy chân không.
NỘI DUNG
Từ xa xưa, con người đã biết đến phương pháp bảo quản thực phẩm bằng ánh nắng tự nhiên, trong đó sấy khô bằng phơi nắng là một kỹ thuật lâu đời và phổ biến Tại Việt Nam, ngư dân đã áp dụng phương pháp này để làm khô hải sản như cá và mực, tạo ra những sản phẩm nổi tiếng với hương vị độc đáo như cá một nắng và mực một nắng, đồng thời tăng giá trị sản phẩm và bảo quản thực phẩm lâu dài Ở Châu Âu và Châu Mỹ, khói nóng được sử dụng để làm khô thịt và cá, giúp bảo quản tốt hơn trong mùa đông, và phương pháp này cũng được áp dụng tại Việt Nam để tạo ra đặc sản thịt hun khói vùng Tây Bắc Sơn La.
Từ xa xưa, các nước Trung Hoa đã sử dụng ánh nắng mặt trời để sấy khô các loại thực vật quý hiếm và thảo mộc làm thuốc Phương pháp này giúp bảo quản thực phẩm lâu hơn, tuy nhiên, ngày nay, mặc dù vẫn còn được áp dụng, nhưng không còn phổ biến như trước.
Ngày nay, công nghệ sấy hiện đại đã nâng cao chất lượng sản phẩm, cải thiện màu sắc và mùi vị, đồng thời kéo dài thời gian bảo quản và tăng năng suất, tính kinh tế Tuy nhiên, do trình độ khoa học kỹ thuật còn lạc hậu, nhiều địa phương ở nước ta không có trang bị bảo quản nông sản, dẫn đến việc bán tháo với giá rẻ trong mùa thu hoạch, có khi chỉ đạt khoảng 20% giá trị thực Để khắc phục tình trạng này và đa dạng hóa sản phẩm nông nghiệp, cần nâng cao giá trị sử dụng của nông sản.
TỔNG QUAN VỀ TỔNG QUAN SẤY
Định nghĩa về quá trình sấy
Sấy khô là quá trình loại bỏ nước khỏi vật liệu bằng nhiệt, thông qua dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc năng lượng điện trường tần số cao Mục tiêu của sấy là giảm khối lượng vật liệu, tăng cường độ liên kết bề mặt và cải thiện khả năng bảo quản Đây là phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn và hiệu quả.
Trong quá trình sấy, nước bay hơi ở nhiệt độ bất kỳ do sự khuyếch tán từ chênh lệch độ ẩm trên bề mặt vật liệu Bên trong vật liệu, có sự chênh lệch áp suất hơi nước giữa bề mặt vật ẩm và môi trường xung quanh Đối tượng của quá trình sấy là các vật liệu ẩm, chứa một lượng chất lỏng nhất định, chủ yếu là nước và một số ít là các dung môi khác Quá trình sấy yêu cầu các tác động cơ bản đến vật ẩm.
- Cấp nhiệt cho vật ẩm làm cho vật ẩm trong vật hóa hơi
- Lấy ẩm ra khỏi vật liệu
Quá trình hóa hơi của ẩm lỏng trong vật liệu, hay còn gọi là bay hơi, có thể diễn ra ở bất kỳ nhiệt độ nào Nguyên tắc chính của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để chuyển đổi trạng thái pha lỏng thành hơi Trong sản xuất, hầu hết các vật liệu đều chứa nước ở dạng pha lỏng, được gọi là ẩm.
Các loại phương pháp sấy
Phân theo loại quy trình sấy chúng ta có thể chia làm 2 phương pháp sấy:
- Sấy bằng phương pháp tự nhiên
- Sấy bằng phương pháp nhân tạo
1.2.1 Phương pháp sấy tự nhiên Đây là phương pháp tận dụng năng lượng tự nhiên như mặt trời, gió, … để tách lượng ẩm bên trong vật liệu sấy Các phương pháp này sử dụng hững yếu tố có sẵn trong thiên nhiên nên tiết kiệm về mặt kinh tế, phù hợp với các lại vật liệu sấy không yêu cầu khắt khe về độ ẩm và nhiệt độ sấy Tuy nhiên, do là các yếu tố có sẵn trong tự nhiên nên khó có thể điều chỉnh các thông số công nghệ cũng như đẩy nhanh quy trình, năng suất cũng hạn chế so với các phương pháp sấy nhân tạo.
1.2.2 Phương pháp sấy nhân tạo
Sấy nhân tạo là phương pháp sử dụng nhiệt từ thiết bị để tách ẩm khỏi vật liệu, với ưu điểm là khả năng ứng dụng rộng rãi và điều chỉnh thông số kỹ thuật để đảm bảo năng suất Tuy nhiên, nhược điểm của quy trình này là cần nguồn năng lượng ổn định và bảo trì thiết bị định kỳ Một số phương pháp sấy nhân tạo phổ biến bao gồm sấy thăng hoa, sấy bơm nhiệt và sấy chân không, trong đó chúng ta sẽ tập trung vào sấy bơm nhiệt trong bài viết này.
1.2.2.1 Sấy đối lưu (nhiệt nóng)
Sấy đối lưu là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với tác nhân sấy là không khí nóng, khói lò…
Không khí nóng được tạo ra từ quá trình tuần hoàn trong buồng sấy, tiếp xúc với bề mặt vật liệu cần sấy Quá trình này giúp hơi ẩm trong vật liệu bốc hơi và di chuyển ra ngoài theo luồng không khí.
Gió nóng giúp tách hơi ẩm khỏi vật liệu cần sấy, đồng thời mang hơi ẩm đi xa Nguyên lý này tương tự như phương pháp sấy tự nhiên, nhưng với luồng nhiệt và gió đồng đều, hiệu quả sấy được nâng cao, giúp vật liệu khô nhanh hơn.
Sấy tiếp xúc là phương pháp làm khô mà trong đó tác nhân sấy không tiếp xúc trực tiếp với vật liệu cần làm khô Thay vào đó, nhiệt được truyền gián tiếp từ tác nhân sấy đến vật liệu hút ẩm thông qua vách ngăn.
Sấy hồng ngoại là phương pháp sử dụng bức xạ tia hồng ngoại để cung cấp nhiệt cho sản phẩm trong buồng sấy Các tia từ đèn hồng ngoại được chiếu trực tiếp vào sản phẩm, với nhiệt độ dao động từ 40 đến 200 °C, tùy thuộc vào loại máy được sử dụng.
Sấy thăng hoa là quá trình làm khô trong môi trường chân không cao, trong đó nước tự do trong vật liệu được đóng băng và sau đó bay hơi trực tiếp từ trạng thái rắn thành hơi mà không qua trạng thái lỏng.
Sấy chân không là phương pháp làm khô hiệu quả trong môi trường áp suất thấp, nơi nước có thể sôi ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ môi trường Quá trình này giúp các phân tử nước hoạt động mạnh mẽ, dẫn đến việc bay hơi nhanh chóng.
Phương pháp làm khô này sử dụng nhiệt độ và độ ẩm của chất hút ẩm thấp hơn nhiều so với môi trường xung quanh Nhiệt độ thấp giúp bảo tồn các đặc tính hoàn hảo của sản phẩm, trong khi độ ẩm thấp tạo ra sự chênh lệch, giúp loại bỏ độ ẩm trong vật liệu hiệu quả.
Trong đề tài lần này chúng ta sẽ đề cập nhiều về sấy bơm nhiệt, sấy chân không và sấy thăng hoa.
Tác nhân sấy
Tác nhân sấy có 3 nhiệm vụ chính:
- Gia nhiệt cho vật liệu sấy.
- Vận chuyển lượng ẩm từ bề mặt của vật ra môi trường.
- Bảo vệ vật liệu sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt.
Tác nhân sấy thường tập trung vào hai nhiệm vụ chính, nhưng trong các trường hợp cần nhiệt độ sấy cao mà không làm hư hại vật liệu, cần đảm bảo rằng nhiệt độ không gây tổn thương Một số tác nhân sấy phổ biến bao gồm không khí ẩm, khói lò, hỗn hợp không khí hơi và hơi nước, cùng với hơi quá nhiệt.
Chế độ sấy
Chế độ sấy bao gồm các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm và vận tốc của tác nhân sấy, ảnh hưởng trực tiếp đến vật liệu sấy, từ đó tác động đến chất lượng và thời gian sấy Để xác định chế độ sấy, cần phải xác định các thông số liên quan.
- Nhiệt độ tác nhân sấy vào và ra khỏi thiết bị.
- Độ ẩm tương đối của tác nhân sấy.
- Vận tốc tác nhân sấy.
SẤY CHÂN KHÔNG
Giới thiệu chung về sấy chân không
2.1.1 Khái niệm về sấy chân không
Sấy chân không là phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp, ở môi trường áp suất cực thấp, gần như là chân không.
Sấy chân không là phương pháp lý tưởng cho các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ cao và dễ bị oxy hóa Phương pháp này đặc biệt phù hợp với những sản phẩm có yêu cầu khắt khe về chất lượng như hình dáng, hương vị, màu sắc và độ ẩm, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng và bảo quản.
2.1.2 Các phương pháp sấy chân không
Vật sấy được đưa vào buồng kín và sử dụng máy bơm chân không để tạo ra môi trường chân không với áp suất khoảng 50 mmHg, thấp hơn nhiều so với áp suất 760 mmHg của môi trường trên trái đất Trong điều kiện áp suất thấp này, nước sẽ sôi ở nhiệt độ chỉ khoảng 30 – 40 độ C, dẫn đến quá trình bốc hơi nước diễn ra nhanh chóng, giúp vật sấy khô nhanh hơn so với phương pháp sấy nhiệt thông thường.
Nhiệt độ sấy thấp giúp sản phẩm đầu ra duy trì màu sắc và hương vị tốt hơn, đồng thời bảo vệ cấu trúc vật lý và hình dáng, mang lại vẻ đẹp cho sản phẩm.
* Ưu điểm của phương pháp sấy chân không:
- Sấy nhanh hơn phương pháp sấy thông thường do sự bốc hơi nước diễn ra rất nhanh (nước sôi khoảng 30-400).
- Nhiệt độ sấy thấp nên giữ nguyên được màu sắc, hương vị, chất dinh dưỡng và các tính chất đặc trưng của sản phẩm.
- Có độ ẩm rất thấp: khoảng 1 - 3% nên bảo quản được lâu hơn.
- Thiết bị có bộ điều khiển tự động sẽ giúp tiết kiệm thời gian, công sức của người lao động.
* Nhược điểm của phương pháp sấy chân không:
- Máy sấy chân không lớn và cồng kềnh hơn máy sấy nhiệt cùng thể tích sấy do máy có thêm bộ phận hút chân không.
- Chi phí đầu tư ban đầu hơi cao không phù hợp với các doanh nghiệp nhỏ, hộ gia đình.
2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm trong phương pháp sấy chân không
Kích thước của vật liệu ảnh hưởng đến tốc độ và độ đồng đều của quá trình sấy khô; vật liệu càng mỏng thì quá trình sấy càng nhanh, nhưng nếu quá mỏng sẽ dễ dẫn đến cong vênh và gãy vỡ sản phẩm Để đạt hiệu quả cao trong quá trình sấy chân không, cần thiết phải tạo ra áp suất chân không lớn.
Nhiệt độ cao làm tăng tốc độ thoát hơi nước, nhưng cũng ảnh hưởng đến màu sắc, cấu trúc và hàm lượng dinh dưỡng của sản phẩm Mỗi loại vật liệu yêu cầu mức nhiệt sấy phù hợp để đảm bảo chất lượng.
- Độ ẩm càng cao thì quá trình sấy khô thực phẩm càng lâu.
- Nếu độ ẩm sản phẩm càng cao thì khó bảo quản và nếu quá khô sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm.
2.1.4 Các nhóm thực phẩm sử dụng phương pháp sấy chân không
Phương pháp sấy chân không là kỹ thuật lý tưởng cho các vật liệu chứa nhiều tinh dầu, hương hoa và dược phẩm, cũng như các thực phẩm yêu cầu nhiệt độ sấy thấp Phương pháp này giúp giữ nguyên chất lượng, màu sắc và không làm phá hủy hay biến tính cấu trúc sản phẩm Các nhóm thực phẩm thường sử dụng phương pháp sấy chân không bao gồm
- Sấy hoa quả: xoài, mít, chuối, thanh long, táo,
- Sấy thực phẩm: các loại rau quả dùng trong gia đình, hành, tỏi,
- Sấy hải sản: các loại cá, tôm,
- Sấy dược liệu: các loại thảo dược, nấm, cây thuốc, tinh bột nghệ,
- Sấy các loại hạt: các loại hạt đổ, ngô, đậu hà lan,
- Sấy các loại hoa: hoa hồng, hoa nhài, hoa cúc, atiso, để làm trà hay nước tắm.
Hình 2.1: Sự khác nhau giữa mít sấy chân không và mít sấy lạnh
Hình 2.2: Đông trùng hạ thảo sấy chân không Hình 2.3: Hoa hồng sấy chân không
Thiết bị sấy chân không
2.3.1 Cấu tạo của thiết bị sấy chân không
Một hệ thống sấy chân không hoàn chỉnh thường có cấu tạo gồm 3 phần chính:
- Thiết bị ngưng tụ ẩm: thực hiện chức năng hút và ngưng tụ hơi nước ra bên ngoài.
- Thiết bị sấy: là một khoang sấy bao gồm thiết bị gia nhiệt, quạt gió để làm bay hơi nước có trong sản phẩm.
- Bơm chân không: thực hiện chức năng hút không khí, tạo môi trường chân không cho khoang sấy.
2.3.2 Nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy chân không
Sau khi đưa sản phẩm vào buồng sấy, người dùng cần bật máy để khởi động quá trình sấy Áp suất trong buồng sấy sẽ giảm dần nhờ vào hệ thống bơm hút chân không Khi áp suất đạt gần ngưỡng yêu cầu, hệ thống nhiệt sẽ bắt đầu cung cấp nhiệt cho buồng sấy.
Tại thời điểm này, áp suất trong buồng sấy thấp, cho phép nước sôi ở nhiệt độ từ 30-50 độ C, giúp nước trong sản phẩm nhanh chóng hóa hơi và khuếch tán ra ngoài.
Khi hơi nước thoát ra từ sản phẩm sấy, áp suất trong buồng sấy tăng lên, dẫn đến việc hệ thống điều khiển kích hoạt bơm hút chân không Không khí chứa nhiều hơi nước sẽ được hút ra ngoài và phải đi qua buồng ngưng tụ để hoàn toàn ngưng tụ hơi nước trước khi vào máy hút chân không.
Quá trình hút diễn ra liên tục, giúp hơi nước trong sản phẩm nhanh chóng thoát ra khỏi buồng sấy Nhờ đó, sản phẩm khô nhanh và giữ được màu sắc đẹp do nhiệt độ sấy thấp.
Hình 2.4: Hệ thống sấy thực phẩm bằng phương pháp chân không Hình 2 5 Hệ thống máy sấy chân không
Một số loại thiết bị sấy chân không trong công nghiệp
Hiện nay, công nghệ sấy chân không đang được áp dụng rộng rãi tại các nhà máy sản xuất và chế biến trong ngành thực phẩm, dược phẩm, và dệt vải nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm.
Có hai loại hệ thống sấy chân không cơ bản được phân biệt theo phương thức gia nhiệt cho vật liệu như sau:
- Thiết bị sấy chân không kiểu gián đoạn.
- Thiết bị sấy chân không liên tục.
Thiết bị sấy chân không kiểu gián đoạn
Tủ sấy chân không là thiết bị sấy cơ bản, có hình dạng trụ hoặc hình hộp chữ nhật Thiết bị này sử dụng hơi nước, nước nóng hoặc sợi đốt điện trở để cung cấp nhiệt, nhằm làm khô mẫu bằng phương pháp sấy trong môi trường chân không.
Nó chuyên dùng để sấy các loại hóa dược liệu, thực phẩm cùng một số loại hóa chất.
Nhiều doanh nghiệp hiện nay đang sử dụng tủ sấy chân không để sản xuất các sản phẩm nông sản sấy được thị trường ưa chuộng, bao gồm chuối sấy chân không, khoai lang sấy chân không, mít sấy chân không và đông trùng hạ thảo sấy chân không.
*Ưu điểm của tủ sấy chân không:
- Tốc độ sấy mẫu nhanh nhờ làm nước sôi ở nhiệt độ thấp.
- Giữ nguyên màu sắc, hương vị, chất dinh dưỡng và các tính chất đặc trưng khác của mẫu sấy.
- Độ ẩm trong sản phẩm thấp có thể bảo quản được lâu.
- Sản phẩm sấy không bị biến dạng như móp méo như việc sấy thông thường
*Nhược điểm của tủ sấy chân không:
- Chi phí thiết bị cao, không phù hợp việc sử dụng cá nhân
- Thiết bị khá cồng kềnh hơn so với các tủ sấy cùng thể tích (do có thêm bơm chân không).
2.5.2 Thùng sấy có cánh đảo
3- Cánh đảo 4-Cửa tiếp liệu 5- Ống đảo phụ 6- Cửa tháo sản phẩm
7- Ống nối với thiết bị ngưng tụ
Thùng sấy có cánh đảo được thiết kế với trục gắn cánh đảo 3, giúp tăng cường khả năng truyền nhiệt và chuyển khối Thùng sấy hình trụ dài này có hai lớp, cho phép chứa và tải chất tải nhiệt như hơi nước hoặc nước nóng.
Trục và cánh đảo trong thùng sấy có khả năng đổi chiều quay định kỳ từ 5 đến 8 phút, giúp tăng cường sự đảo trộn và ngăn ngừa hiện tượng bết dính Ngoài các cánh đảo, thùng sấy còn được trang bị các ống đảo phụ để phá vỡ sự vón cục và đảm bảo sự đảo đều theo chiều dọc Năng suất của thùng sấy phụ thuộc vào tính chất và độ ẩm ban đầu của vật liệu, cũng như nhiệt độ của chất tải nhiệt và độ chân không Hệ thống tiếp liệu và tháo sản phẩm đã được cơ giới hóa, trong khi hơi nước bốc lên từ sản phẩm được dẫn qua bộ lọc tới thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ dạng phun tia thường được sử dụng cho hơi nước, trong khi các loại hơi cần thu hồi sử dụng thiết bị ngưng tụ bề mặt Để hút khí ngưng, bơm chân không vòng nước thường được áp dụng, và nguyên liệu nên được cho vào thùng sấy với khoảng 80% thể tích thùng.
Thiết bị sấy chân không liên tục
Quá trình sấy chân không liên tục có thể được thực hiện theo các nguyên lý: thùng quay, băng tải, tháp cho các vật liệu dạng hạt
- Với những vật liệu dạng hạt thường sấy trong các tháp sấy chân không
- Đối với vật liệu rời, có thể sấy liên tục bằng thiết bị sấy chân không băng tải.
Thiết bị sấy chân không băng tải
* Đặc điểm của thiết bị sấy chân không băng tải:
Thiết bị sấy chân không băng tải là giải pháp hiệu quả cho việc sấy các nguyên liệu dạng phiến, lát, cục và hạt Thiết bị này được ứng dụng rộng rãi trong ngành nông nghiệp để sấy rau củ quả, nguyên liệu thuốc bắc, sản phẩm thủy sản, thức ăn chăn nuôi, cũng như trong ngành hóa chất và vật liệu.
- Hấp thụ năng lượng từ lò vi sóng do vậy nguyên liệu sẽ được sấy một cách liên tục và đồng đều.
Hệ thống băng tải và thiết kế bên trong của băng tải sấy rất chắc chắn và gọn gàng, không có góc cạnh, giúp nguyên liệu di chuyển dễ dàng Điều này cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc vệ sinh và lau chùi thiết bị.
Nguyên liệu thô dạng rời được đưa vào băng tải qua phểu tiếp liệu, nơi mà dưới điều kiện chân không, nguyên liệu hấp thụ năng lượng từ lò vi sóng thông qua dàn cấp nhiệt Hơi nóng được thổi từ trên xuống dưới băng tải, giúp gia nhiệt đồng đều cho toàn bộ nguyên liệu cần sấy Điều này làm cho độ ẩm bên trong nguyên liệu bốc hơi nhanh chóng dưới nhiệt độ thấp, đảm bảo đạt tiêu chuẩn trong quá trình sấy khô.
Thiết bị sấy chân không dạng lô cuốn
* Đặc điểm: thiết bị sấy chân không dạng lô cuốn được sử dụng tốt nhất đối với loại vật liệu lỏng có độ dính ướt cao.
2- Lô sấy 3- Buồng chân không 4- Cửa quan sát 5- Dao gạt
6- Vít tháo và sấy bổ sung sản phẩm
Hình 2.7: Sơ đồ thiết bị sấy chân 1 lô cuốn
Lô cuốn được đốt nóng từ bên trong bằng hơi nước, quay quanh trục nằm ngang Khi lô quay một vòng, vật liệu sẽ được sấy khô và được gạt ra khỏi lô cán, sau đó được tải vào vít tải hoặc tang tháo liệu liên tục, đồng thời vẫn đảm bảo độ chân không.
Vật liệu dạng bột nhão được sấy bằng thiết bị sấy chân không hai lô cuốn, trong đó bột nhão được cấp vào khe giữa hai lô cán quay ngược chiều nhau Quá trình này giúp cuốn và cán mỏng bột nhão lên bề mặt lô, trong khi bên trong được gia nhiệt bằng hơi nước Khi vật liệu trên lô quay gần hoàn tất một vòng, nó sẽ khô và được dao gạt chuyển vào vít tải để tải ra ngoài.
Thiết bị sấy phun chân không
Sấy phun chân không được sử dụng đối với các vật liệu lỏng có độ nhớt không cao
3- Bộ lọc 4- Thùng trung gian 5- Bơm cao áp 6- Thiết bị trao đổi nhiệt 7- Buồng sấy phun 8- Vít tháo sản phẩm
Hình 2 8: Sơ đồ hệ thống sấy phun chân không
Trong hệ thống sấy phun chân không, dịch lỏng được gia nhiệt sơ bộ và bơm qua bộ lọc sang thùng trung gian, sau đó được bơm cao áp đẩy qua thiết bị trao đổi nhiệt và phun vào buồng chân không Tại đây, ẩm được bốc hơi trong điều kiện chân không, sản phẩm được làm khô hoặc kết tinh và rơi xuống, được vận chuyển ra ngoài bằng vít tải Những hạt vật liệu khô nhỏ bị cuốn theo hơi ẩm sẽ được tách bằng xyclon, trong khi hơi ẩm được hút qua thiết bị ngưng tụ và bơm chân không ra ngoài.
Ngoài ra, một số dịch lỏng có độ nhớt không cao được sấy liên tục dưới dạng màng mỏng trong chân không
1- Vòi phun 2- Dao gạt 3- Bộ dẫn động và cấp dịch
Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống sấy chân không có màng phun
Trong thiết bị này, vòi phun phun lên bề mặt hình trụ để tạo thành một màng mỏng, đồng thời được cung cấp nhiệt từ áo nhiệt bên ngoài.
Vòi phun quay quanh trục tạo ra một màng liên tục, sau đó màng này được sấy khô Dao gạt sẽ gạt màng khỏi bề mặt, dồn xuống đáy và tháo ra ngoài qua các cơ cấu tháo liệu liên tục và kín.
Bề mặt thiết bị vừa giải phóng được phun tiếp màng mới và tiếp tục chu trình trên
Thời gian sấy có thể hiệu chỉnh bằng số vòng quay và góc lệch giữa vòi phun và dao gạt.
Ứng dụng của thiết bị sấy chân không
Ứng dụng sấy cho các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt như chất bán dẫn và linh kiện điện tử, bao gồm connector, switches, và rơle Ngoài ra, thiết bị này còn được sử dụng để điều hòa mẫu thử như nhựa hoặc hạt nhựa.
Ngành công nghiệp quang học áp dụng công nghệ này để làm khô các ống kính nhạy nhiệt ở nhiệt độ thấp, nhằm ngăn chặn sự hình thành các đốm nước trên bề mặt.
Trong lĩnh vực dược phẩm và y tế, quá trình làm khô mô tế bào đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu và điều trị bệnh lý ung thư Ngoài ra, việc làm khô các vật liệu dễ phân hủy như chất màu, protein và vitamin cũng rất cần thiết Các ứng dụng khác bao gồm làm khô ống phun thuốc xịt mũi, đinh cấy ghép và ốc vít, cùng với quy trình hấp tiệt trùng để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong sử dụng.
Trong lĩnh vực thực phẩm, việc sấy các loại vật liệu có hàm lượng tinh dầu cao và hương hoa là rất quan trọng Các nông sản thực phẩm cần được sấy ở nhiệt độ thấp để bảo toàn chất lượng và màu sắc, đồng thời tránh làm phá hủy hay biến tính các thành phần có lợi.
- Đặc biệt, phương pháp sấy chân không còn được dùng để sấy các vật liệu khô, chậm, khó sấy như các loại gỗ quý.
Sấy chân không có khả năng thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ môi trường, giúp sản phẩm giữ được hầu hết các tính chất ban đầu của vật liệu Phương pháp này không chỉ bảo quản lâu dài mà còn giảm thiểu tác động từ các điều kiện bên ngoài.
SẤY THĂNG HOA
Giới thiệu về sấy thăng hoa
3.1.1 Tính hình nghiên cứu ngoài và trong nước về công nghệ sấy thăng hoa
Lịch sự công nghệ sấy thăng hoa gắn liền với lịch sử phát triển của nganh công nghệ nhiệt- lạnh và ngành vật lý chân không.
Sấy thăng hoa đã được áp dụng trong nhiều năm để bảo quản các chất sinh học Flosdorf (1949) đã cung cấp một đánh giá chi tiết về sự phát triển ban đầu của quy trình này.
Trong giai đoạn 1950-1960, các nhà khoa học Mỹ đã phát triển thành công hệ thống máy sấy thăng hoa, mặc dù năng suất còn thấp Hiện nay, công nghệ sấy thăng hoa đã được hoàn thiện và nhiều quốc gia trên thế giới đã chế tạo thành công nhờ vào việc chuyển giao và mua công nghệ từ các nước có nền công nghiệp tiên tiến Tại Việt Nam, máy sấy thăng hoa đã xuất hiện từ lâu, chủ yếu phục vụ cho ngành y tế trong việc sấy và bảo quản các loại thuốc quý giá như vacxin, huyết tương và huyết thanh tại viện Pasteur.
Công nghệ sấy thăng hoa đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học Việt Nam nhờ vào ứng dụng đa dạng của nó Công nghệ này không chỉ có vai trò quan trọng trong lĩnh vực công nghệ sinh học, y dược và phân tích, mà còn được áp dụng rộng rãi trong ngành chế biến thực phẩm (Nguyễn Tấn Dũng, 2008).
3.1.2 Những khái niệm ban đầu về sấy thăng hoa
* Nguyên tắc của sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa là quá trình loại bỏ nước từ thực phẩm thông qua sự chuyển pha trực tiếp từ trạng thái rắn sang hơi, diễn ra ở nhiệt độ thấp và áp suất chân không Nguyên tắc này giúp tạo ra sản phẩm chất lượng cao, với điều kiện áp suất và nhiệt độ phải thấp hơn điểm ba thể của nước (0.0098°C).
Sấy ở nhiệt độ thấp và áp suất chân không giúp thực phẩm tránh oxy hóa, phản ứng thủy giải và nhiệt phân, bảo toàn protein, acid amin và vitamin Cấu trúc phân tử của sản phẩm được giữ nguyên, mang lại độ xốp và tính chất lưu biến tốt, đồng thời giữ màu sắc, mùi vị và các chất hoạt tính sinh học ở mức cao hơn so với các phương pháp sấy khác Sản phẩm có độ xốp cao, dễ hoàn nguyên khi cho vào nước, và có nhiều ưu điểm như bảo quản lâu dài ở nhiệt độ thường, dễ dàng vận chuyển và sử dụng tiện lợi hơn so với sản phẩm đông lạnh.
* Biến đổi trạng thái vật chất theo giản đồ P-t
Nước trong thực phẩm tự nhiên tồn tại ở ba thể: lỏng, rắn và khí Sấy thực phẩm là quá trình loại bỏ nước khỏi nguyên liệu nhằm tăng độ khô, giảm độ ẩm và kéo dài thời gian sử dụng Có hai phương pháp sấy chính theo nguyên tắc này.
Phương pháp 1 là chuyển nước từ thể lỏng sang thể hơi thông qua sấy nhiệt bình thường, tuy nhiên, phương pháp này có thể làm thay đổi đáng kể các đặc tính dinh dưỡng của thực phẩm.
Phương pháp 2 là sấy thăng hoa ở nhiệt độ thấp, chuyển nước từ thể lỏng sang thể rắn và sau đó tạo điều kiện cho thể rắn thăng hoa Đây là một trong những phương pháp tiên tiến nhất hiện nay, giúp giữ lại toàn bộ đặc tính tự nhiên và phẩm chất dinh dưỡng của thực phẩm.
Trên đồ thị P-t, đường OA biểu thị cho quá trình đóng băng nóng chảy, trong khi đường OB thể hiện quá trình thăng hoa hóa tuyết (ngưng tụ đóng băng) và đường OK là đường bay hơi ngưng tụ Để nước đá có thể thăng hoa, cần phải đặt chúng trong môi trường có nhiệt độ và áp suất thấp hơn điểm ba thể O (0,00980C; 4,58mmHg) (Peng S.W 1997).
Quá trình biến đổi pha của nước phụ thuộc vào hai yếu tố chính: nhiệt độ và áp suất Mỗi giá trị áp suất xác định sẽ tương ứng với một nhiệt độ thăng hoa cụ thể.
Hình 3.1: Giản đồ biến đổi pha nước
Việc lựa chọn áp suất môi trường sấy thăng hoa phù hợp với nhiệt độ thăng hoa của nước đá là yếu tố quyết định thời gian thăng hoa Nếu áp suất không được điều chỉnh đúng cách, thời gian thăng hoa sẽ bị kéo dài.
Kỹ thuật sấy thăng hoa có nhiều ưu điểm, tuy nhiên khá phức tạp, nó gồm có ba giai đoạn nối tiếp nhau:
Giai đoạn 1 là quá trình cấp đông sản phẩm, trong đó toàn bộ ẩm trong thực phẩm được chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn.
- Giai đoạn 2: là giai đoạn thăng hoa, ẩm trong thực phẩm từ trạng thái rắn thăng hoa qua trạng thái hơi không qua trạng thái lỏng
Giai đoạn 3 là quá trình sấy chân không, nhằm loại bỏ ẩm còn lại trong thực phẩm mà chưa thăng hoa hoặc chưa được đóng băng trong giai đoạn lạnh đông, cho đến khi độ ẩm của thực phẩm đạt yêu cầu khô.
Cấu tạo,nguyên lí làm việc của hệ thống sấy thăng hoa
3.2.1 Các thiết bị chính trong hệ thống sấy thăng hoa
Yêu cầu kỹ thuật chung của buồng thăng hoa:
- Buồng thăng hoa phải kín tuyệt đối khi hút chân không.
- Không gian đặt sản phẩm sấy phải có mật độ sản phẩm là lớn nhất và cường độ bay hơi là lớn nhất.
- Khả năng truyền nhiệt trong quá trình sấy thăng hoa và sấy nhiệt trong môi trường chân không là lớn nhất.
- Sử dụng phương pháp truyền nhiệt phải đạt hiệu quả nhất để rút ngắn thời gian sấy thăng hoa và sấy nhiệt.
Hệ thống sấy thăng hoa bao gồm ba loại: sấy thăng hoa lạnh đông riêng, sấy thăng hoa tự lạnh đông và sấy thăng hoa liên tục Mỗi loại hệ thống có cấu tạo buồng thăng hoa khác nhau Dưới đây là cấu tạo của hệ thống sấy thăng hoa tự lạnh đông.
Hệ thống sấy thăng hoa tự lạnh đông là loại hệ thống phức tạp nhất trong ba loại hệ thống sấy Trong hệ thống này, buồng thăng hoa cũng đồng thời là buồng lạnh đông Để hoạt động hiệu quả, các tấm gia nhiệt được bố trí song song trong không gian sấy, kèm theo đó là các đường ống trao đổi nhiệt của dàn lạnh và các đường ống gia nhiệt để cung cấp nhiệt trong quá trình sấy.
Hình 3 2: Cấu tạo buồng sấy thăng hoa tự lạnh
* Thiết bị ngưng tụ - đóng băng (thiết bị hóa tuyết hay thiết bị ngưng ẩm)
Thông thường trong hệ thống sấy thăng hoa, cấu tạo thiết bị ngưng tụ - đóng băng thường được chế tạo ở hai dạng cơ bản:
- Thiết bị đóng băng có bộ phận cào – nạo tuyết
- Thiết bị đóng băng không có bộ phận cào – nạo tuyết.
Bình ngưng-đóng băng là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống, có hình trụ đứng với các ống đường kính 51/57 mm được kết nối với nhau và với hình trụ qua hai mặt sàng Hỗn hợp hơi nước và không khí được bơm chân không từ bình thăng hoa qua lưới phân phối dưới, đi vào các ống Amôniắc được đưa vào trên mặt sàn, chiếm không gian giữa các ống Tại đây, hỗn hợp hơi nước - không khí được làm lạnh, khiến hơi nước ngưng tụ bám vào thành ống, trong khi không khí khô được thải ra ngoài qua bơm chân không Đồng thời, amôniắc lỏng hấp thụ nhiệt từ hỗn hợp để bay hơi và được dẫn về máy nén của máy lạnh qua bình tách lỏng.
Hình 3 3: cấu tạo bình ngưng đóng bắng
Thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong hệ thống sấy thăng hoa bằng cách làm lạnh hơi ẩm bốc ra từ sản phẩm để hóa tuyết trước khi bơm chân không hút ra ngoài Điều này giúp bơm chân không hoạt động ổn định, ngăn ngừa va đập thủy lực có thể gây hư hỏng Hơn nữa, thiết bị còn duy trì nhiệt độ bơm chân không ổn định và cường độ bay hơi trong quá trình sấy thăng hoa, nhờ vào việc giữ nhiệt độ thiết bị ngưng tụ-đóng băng luôn ở mức ổn định.
Ngoài ra, còn có các thiết bị khác như: Bơm chân không, hệ thống đường ống, tấm truyền nhiệt (tấm lắc)
Hình 3 4: Thiết bị hệ thống sấy thăng hoa
1- Buồng thăng hoa; 2- Van ; 3- Xyfon; 4- Bể chứa nước nóng; 5- Thiết bị ngưng tụ – đóng băng; 6- Bình tách lỏng; 7- Dàn ngưng tụ; 8- Bình chứa cao áp; 9- Máy nén lạnh; 10- Bơm chân không; 11,12,13- Động cơ điện; 14- Bơm nước; 15- Phin lọc; 16- Tấm gia nhiệt; 17- Chân không kế; 18- Van điều chỉnh; 19- Băng tải chứa thực phẩm sấy; 20- Hệ thống gia nhiệt; 21- Bộ điều chỉnh nhiệt; 22- Cụm van điện từ, van tiết lưu và phin lọc; 23- Hệ thống nhập liệu; 24- Hệ thống tháo sản phẩm; 26- Hệ thống điều khiển băn
Hệ thống sấy thăng hoa liên tục là một trong những hệ thống sấy phức tạp nhất, yêu cầu độ kín chân không cao cho buồng sấy và các khâu tiếp liệu, tháo sản phẩm, cùng với hệ thống điều khiển băng tải Do đó, việc gia công chế tạo hệ thống này cần được thực hiện với độ chính xác rất cao, đòi hỏi phương pháp gia công cơ khí chính xác để đạt được yêu cầu.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống này dựa trên quá trình nhập liệu và xuất sản phẩm liên tục Khi máy nén khởi động, môi chất lạnh được dẫn từ bình chứa cao áp.
Van tiết lưu giảm áp suất và nhiệt độ, cung cấp lạnh cho thiết bị ngưng tụ để làm hóa tuyết hơi ẩm từ sản phẩm trước khi bơm chân không Hơi ẩm môi chất lạnh sẽ sôi và bay hơi, sau đó được máy nén hút về, nén lên thiết bị ngưng tụ Tại đây, môi chất lạnh thải nhiệt cho môi trường làm mát, chuyển đổi pha từ hơi sang lỏng, rồi hồi lưu trở lại bình chứa cao áp.
Ưu điểm và nhược điểm
Phương pháp sấy thăng hoa là phương pháp tối ưu để sản xuất các sản phẩm khô chất lượng cao, giúp duy trì cấu trúc ổn định và giảm thiểu co rút, đồng thời dễ dàng hoàn nguyên trước khi sử dụng Phương pháp này cũng bảo tồn các chất dinh dưỡng và hương thơm của thực phẩm tươi (Ratti 2001) Tuy nhiên, chi phí sản xuất cao, tiêu hao năng lượng lớn và lưu lượng thấp là những nhược điểm cần lưu ý (Caparino 2000; Ratti 2001; HSU et al 2003).
- Sấy ở nhiệt độ thấp, nhiệt độ ẩm Nhiệt độ cuối quá trình sấy bằng nhiệt độ môi trường
- Hàm hượng nước còn lại chứa trong thực phẩm rất ít, chỉ khoảng 2- 4%, thực phẩm rất khô
- Bảo toàn các tính chất sinh hóa, hóa lí của thực phẩm ở mức cao nhất so với tất các công nghệ chế biến khác
- Rút gắn thời gian hoàn nguyên của thực phẩm khi cho nước vào
Thực phẩm sau khi sấy khô có thể được bao gói kín và bảo quản ở nhiệt độ thường trong thời gian dài mà không bị hư hỏng, với khả năng bảo quản từ 3 đến 6 năm Điều này giúp giảm thiểu chi phí bảo quản một cách hiệu quả.
Thực phẩm sấy thăng hoa mang lại sự ổn định tuyệt vời và thời gian bảo quản lâu dài mà không cần làm lạnh Để đạt được những ưu điểm này, yêu cầu kỹ thuật trong chế tạo máy và công nghệ sấy cần phải được tính toán và thiết kế một cách khắt khe Hệ thống sấy thăng hoa phải được chế tạo chính xác theo các yêu cầu, trong đó quá trình đông lạnh cần diễn ra nhanh chóng và quá trình thăng hoa yêu cầu buồng sấy có độ chân không gần như tuyệt đối.
Sấy thăng hoa là một trong những phương pháp sấy hiện đại, nổi bật với nhiều ưu điểm vượt trội Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích này, phương pháp cũng tồn tại một số nhược điểm cần được xem xét.
Sấy thăng hoa quy mô công nghiệp yêu cầu đầu tư lớn vào hệ thống máy sấy hiện đại và nhân công có trình độ cao Quy trình vận hành và bảo trì cần được thực hiện đúng lúc và đúng cách Mặc dù chất lượng sản phẩm cao, nhưng chi phí sản xuất sản phẩm sấy thăng hoa vẫn khá cao so với các phương pháp sấy khác.
Ứng dụng của Sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa hiện nay được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như công nghệ thực phẩm, dược phẩm và hóa học Phương pháp sấy nhanh (AFD: accelerated freeze drying) đặc biệt được ưa chuộng tại Mỹ để xử lý các nguyên liệu đắt tiền như thịt gia súc và gia cầm Ngoài ra, sấy thăng hoa còn được sử dụng để bảo quản các sản phẩm khác như cà phê và gia vị trong ngành dược phẩm.
* Dược phẩm và công nghệ sinh học:
Các công ty dược phẩm thường áp dụng phương pháp sấy thăng hoa để nâng cao thời gian bảo quản và chất lượng cho các sản phẩm như vắc xin và các loại thuốc khác.
Kỹ thuật sấy thăng hoa được áp dụng rộng rãi trong sản xuất vắc xin đông khô cho người và gia súc, nhờ vào khả năng giữ lại các tính chất tươi sống và hoạt tính sinh học Tại Việt Nam, nhiều cơ sở như Viện vệ sinh và dịch tễ Hà Nội, Viện Pasteur thành phố Hồ Chí Minh, và Viện sản xuất sinh vật phẩm Đà Lạt – Nha Trang đã sử dụng công nghệ này.
Huyết tương sấy thăng hoa là sản phẩm quý giá được chế biến từ máu tươi, đóng vai trò quan trọng trong điều trị cấp cứu Quá trình sản xuất huyết tương khô bao gồm việc làm lạnh và sấy thăng hoa, nhằm đạt được độ ẩm chỉ 1%.
* Công Nghệ Thực Phẩm: Ứng dụng của trái cây sấy thăng hoa trong công nghệ sản xuất mứt
Trong quá trình sấy thăng hoa, ẩm được chuyển đổi trực tiếp từ trạng thái rắn sang hơi, cho phép sản xuất sản phẩm với độ ẩm có thể kiểm soát mà không cần qua chế biến hay làm lạnh Phương pháp này giúp giữ nguyên hương vị và màu sắc của sản phẩm.
SẤY BƠM NHIỆT
Giới thiệu về sấy bơm nhiệt
Máy sấy bơm nhiệt (HPD) là thiết bị lý tưởng để sấy khô sản phẩm ở nhiệt độ từ 10 – 50 o C, giúp giữ nguyên màu sắc, hương vị tự nhiên và hàm lượng dinh dưỡng Đối với các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ, máy sấy lạnh là lựa chọn cần thiết để đảm bảo chất lượng Hệ thống bơm nhiệt cung cấp nhiệt cho buồng sấy, trong khi hơi nước ngưng tụ hoàn toàn ở dàn lạnh, tạo ra không khí khô giúp sản phẩm thoát ẩm nhanh chóng ở nhiệt độ thấp.
Sấy bơm nhiệt hoạt động dựa trên hai động lực chính: đầu tiên, giảm áp suất của hơi nước trong không khí bằng cách sử dụng dàn lạnh để ngưng tụ ẩm sau khi không khí rời khỏi buồng sấy; thứ hai, tăng áp suất của vật liệu bằng cách tận dụng nhiệt từ dàn nóng trong hệ thống lạnh để gia nhiệt cho tác nhân sấy, từ đó tác nhân này sẽ làm nóng vật liệu cần sấy Thêm vào đó, hệ thống sấy bơm nhiệt thường được trang bị một bộ gia nhiệt bổ sung để đạt được nhiệt độ sấy mong muốn.
Cấu tạo, nguyên lí làm việc của hệ thống sấy bơm nhiệt
4.2.1 Cấu tạo của hệ thống sấy bơm nhiệt
Hệ thống sấy bơm nhiệt được cấu tạo từ nhiều thành phần quan trọng, bao gồm máy nén, dàn lạnh, dàn nóng, dàn nóng phụ, hệ thống gia nhiệt bổ sung, buồng sấy, quạt, van chặn, van tiết lưu và các thiết bị cảm biến.
Hình 4 1: Cấu tạo của hệ thống sấy bơm nhiệt
4.2.3 Nguyên lí làm việc của hệ thống sấy bơm nhiệt
- Nguyên liệu sấy được xếp lên giá (2) cho vào buồng sấy (1).
- Không khí khô được dẫn theo đường (3) đi vào buồng sấy.
Trong buồng sấy, nguyên liệu hấp thụ nhiệt từ không khí, một phần nhiệt được sử dụng để bay hơi nước, trong khi phần còn lại làm tăng nhiệt độ của nguyên liệu cho đến khi đạt được sự cân bằng nhiệt độ với không khí Không khí khô truyền nhiệt cho nguyên liệu và đồng thời hấp thụ hơi ẩm thoát ra từ nguyên liệu Cuối quá trình sấy, không khí trở thành không khí ẩm và được đưa vào thiết bị bay hơi.
Tại thiết bị bay hơi, không khí ẩm truyền nhiệt cho môi chất lỏng, làm giảm nhiệt độ không khí và ngưng tụ nước thành nước ngưng Môi chất lỏng nhận nhiệt từ không khí ẩm, thực hiện quá trình sôi và chuyển từ trạng thái lỏng sang hơi Cuối quá trình, môi chất thu hồi nhiệt, trong khi không khí ẩm trở thành không khí lạnh và khô hơn, tiếp tục đi qua thiết bị ngưng tụ.
Tại thiết bị ngưng tụ, môi chất dạng hơi có nhiệt độ cao truyền nhiệt cho không khí lạnh, dẫn đến quá trình ngưng tụ khi môi chất chuyển từ trạng thái hơi sang lỏng Không khí lạnh và khô nhận nhiệt từ môi chất, làm tăng nhiệt độ và giảm độ ẩm tương đối.
Sau khi không khí đi qua giàn nóng, nó được gia tăng năng lượng, trở thành không khí khô với nhiệt độ cao hơn và độ ẩm tương đối thấp hơn Sau đó, không khí này được quạt để tiếp tục quá trình.
(8) đưa qua thiết bị gia nhiệt bổ sung (9).
Hình 4 2: Mô tả nguyên lí làm việc của hệ thống sấy bơm nhiệt
4.2.4 Các chỉ số năng lượng
Chỉ số COP hệ thống:
COPHPD là hệ số hiệu quả năng lượng của máy sấy bơm nhiệt, cũng chính là hệ số làm nóng φ HPD
Q1 là nhiệt lượng cấp vào không gian cần làm nóng, kWh.
Nmn là điện năng máy nén tiêu thụ, kWh.
Chỉ số SMER (kg ẩm/kWh):
SMER là tỷ số giữa lượng ẩm tách ra được và điện năng tiêu thụ của hệ thống, kg ẩm/kWh.
W là khối lượng ẩm ngưng tách, kg.
N là điện năng hệ thống tiêu thụ, kWh.
H là lượng ẩm tách ra được trong 1 giờ, g/h.
W là khối lượng ẩm ngưng, g.
T là thời gian sấy, h. Điện năng riêng (kg VLS/kWh):
N (kWh ) ( kg ẩm kWh ) Trong đó:
SEC là tỷ số giữa khối lượng vật liệu sấy và điện năng tiêu thụ của mẻ sấy, kg VLS/kWh.
M là khối lượng vật liệu sấy, kg.
N là điện năng tiêu thụ, kWh.
BH: thiết bị bay hơi;
NT: thiết bị ngưng tụ;
TL: thiết bị tiết lưu.
Hình 4 3: Nguyên lý làm việc của bơm nhiệt nén hơi
Bơm nhiệt chủ yếu được sử dụng để thu thập nhiệt từ thiết bị ngưng tụ Hiện nay, có nhiều loại bơm nhiệt hoạt động theo các nguyên lý khác nhau, bao gồm bơm nhiệt hấp thụ, bơm nhiệt nén khí, bơm nhiệt nén hơi và bơm nhiệt nhiệt điện Trong số đó, bơm nhiệt nén hơi là loại được sử dụng phổ biến nhất.
Bốn loại bơm nhiệt có thể được kết hợp để tối ưu hóa hiệu suất Chẳng hạn, bơm nhiệt hấp thụ - nén hơi được sử dụng để nâng cao nhiệt độ ngưng tụ, từ đó tăng nhiệt độ chất tải nhiệt Nguyên lý hoạt động tương tự như máy lạnh hấp thụ, nhưng có thêm máy nén để hút hơi từ bình sinh hơi và nén vào dàn ngưng Việc này làm tăng áp suất ngưng tụ, dẫn đến nhiệt độ ngưng tụ cao hơn và hệ số nhiệt cũng tăng lên đáng kể.
Ưu điểm, nhược điểm của hệ thống sấy bơm nhiệt
- Giữ được chất lượng và các đặc tính của vật liệu sấy: màu sắc, hương vị, cấu trúc, chất dinh dưỡng và thành phần hóa học bên trong.
- Nhiệt độ sấy thấp phù hợp với các loại rau củ quả, dược liệu.
Chi phí hoạt động tiết kiệm hơn vì sấy ở nhiệt độ thấp, có thể tận dụng nguồn nhiệt của hệ thống bơm nhiệt.
Không khí tuần hoàn trong buồng sấy giúp giảm thiểu ảnh hưởng từ môi trường bên ngoài Độ khô của không khí trước khi vào buồng sấy cao, điều này góp phần làm cho sản phẩm khô nhanh chóng hơn.
Tuy nhiên, với chi phí đầu tư cao và khả năng ứng dụng đa dạng, việc lựa chọn thiết bị cần được thực hiện một cách cẩn thận để đảm bảo năng suất và giá thành phù hợp với mục đích sử dụng.
- Giá thành cao thiết bị phụ tùng đắt tiền.
- Không sấy được nhiệt độ cao.
- Phải bảo dưỡng bảo hành định kì.
- Lệ thuộc đội ngũ kỹ thuật chuyên môn khi có sự cố hư hỏng.
Ứng dụng
- Công nghiệp chế biến thực phẩm: rau củ quả, thịt heo, thịt bò…
- Công nghiệp chế biến nông sản: các loại rau, hành, bắp cải, su hào, ngô, khoai, sẵn…
- Công nghiệp chế biến thủy hải sản: tôm, cá, mực…
- Ngành chế biến dược liệu: các loại, thaot mộc, nấm, tunh bột nghệ, đông trùng hạ thảo…
TÍNH TOÁN SƠ BỘ
Các thông số tính toán
5.1.1 Vật liệu sấy Ở đây ta chọn vật liệu sấy là Mít Các thông sô của Mít:
Độ ẩm ban đầu của hoa quả thay đổi theo mùa, vùng miền và từng loại Đối với Mít, độ ẩm ban đầu dao động từ 72% đến 77%, và chúng ta chọn độ ẩm trung bình ban đầu của Mít là 74%.
Theo [17], người ta thường lấy các loại quả đến độ ẩm từ 15 25% Với Mít ta chọn
+ Khối lượng của một mẻ sấy:
Ta chọn tác nhân sấy là không khí với các thông số sau:
Tra tài liệu [6] phụ lục E1, ta có nhiệt độ và độ ẩm trung bình của khu vực Thành phố Hồ Chí Minh là:
* Thông số không khí trước khi vào thiết bị sấy
- Nhiệt độ tác nhân sấy vào và ra thiết bị sấy: t2 = 45oC (Nhiệt độ sấy yêu cầu)
- Tốc độ gió là 3,5 4 / m s Ta chọn 3,5
* Thông số không khí sau thiết bị sấy
Để tránh hiện tượng đọng sương trong buồng sấy, thông số không khí sau thiết bị sấy cần phải cao hơn nhiệt độ đọng sương của không khí Từ điểm 0 (27°C, 74%), chúng ta có thể xác định được nhiệt độ đọng sương ts = 22,12°C khi cắt đường d const với đường φ = 100%.
- Nhiệt độ tác nhân sấy sau thiết bị sấy phải được chọn sao cho lớn hơn nhiệt độ đọng sương Ta chọn t 3 25 C
* Thông số không khí sau dàn lạnh:
- Độ ẩm tương đối: Quá trình làm lạnh tác nhân sấy trong dàn lạnh thường đạt đến trạng thái bão hòa nên chọn φ 1 = 100%.
- Thời gian sấy: chọn Th
5.1.3 Tính toán kích thước buồng sấy
* Vật liệu sấy là Mít.
* Năng suất buồng sấy: G b G 1 161,54(kg/mẻ)
Trong đó: + m : Khối lượng riêng của vật liệu, m 916( kg m / 3 )
+ K V : Hệ số điền đầy K V (0,4 0,5) Ta chọn K V 0, 4.
Thay vào ta tính được V h 0, 44 m 3
- Thể tích toán bộ buồng sấy:
Trong đó: V - Thể tích của các khoảng trống của kênh gió và các không gian đặt quạt và các thiết bị sấy, m 3 Theo kinh nghiệm ta chọn V (30 40%) V
Vậy thể tích buồng sấy là: V 0,66( ) m 3
Tính toán tác nhân sấy
5.2.1 Đồ thị không khí ẩm I-d
Hình 5 1: Đồ thị I-d biểu diễn quá trình sấy lý thuyết
1-2: Quá trình gia nhiệt tác nhân sấy đến nhiệt độ sấy Điểm (2) là trạng thái không khí nóng trước khi vào buồng sấy.
Quá trình sấy diễn ra khi tác nhân sấy có độ ẩm thấp được thổi qua vật liệu, giúp hấp thụ độ ẩm thoát ra từ vật liệu và đưa ra ngoài buồng sấy.
Quá trình làm lạnh tác nhân sấy đến nhiệt độ đọng sương diễn ra qua hai trạng thái quan trọng Điểm (3) thể hiện trạng thái không khí sau khi đã được hồi lưu hoàn toàn qua buồng sấy, trong khi điểm (4) là trạng thái không khí trong thiết bị bay hơi, đánh dấu thời điểm bắt đầu giảm ẩm.
4-1: Quá trình tách ẩm Điểm (1) là trạng thái không khí cuối giai đoạn tách ẩm.
5.2.2 Tính toán tác nhân sấy lý thuyết. Điểm 0: Thông số ngoài trời
Tra tài liệu [6] phụ lục E1, ta có nhiệt độ và độ ẩm trung bình của khu vữc Thành phố
- Phân áp suất bão hòa của hơi nước:
Theo công thức 2.11 [1], ta có:
- Dung ẩm của không khí:
Theo công thức 2.15 [1], ta có: d 0 =0,621 φ 0 P b0
0,98−0,74.0,036 =0,017 kg /kgkk Lấy giá trị Pa = 0,98 bar Tra mục 2.1.3 [1].
- Entanpy của không khí ẩm:
Theo công thức 2.18 [1], ta có:
Dựa vào các thông số nhiệt độ và độ ẩm không khí ngoài trời, chúng ta xác định được nhiệt độ trạng thái không khí sau dàn lạnh là ts = 22,12 °C Điều này được thực hiện thông qua đồ thị I-d, từ điểm 0 (27 °C, 74%) và đường d = const cắt đường φ 100%.
- Độ ẩm tương đối: Quá trình làm lạnh tác nhân sấy trong dàn lạnh thường đạt đến trạng thái bão hòa nên chọn φ 1 = 100%.
- Phân áp suất bão hòa của hơi nước:
- Dung ẩm của không khí: d 1 = 0,621 φ 1 P b 1
Lấy giá trị Pa = 0,98 bar Tra mục 2.1.3 [1].
- Entanpy của không khí ẩm:
= 1,004.20 + 0,015.(2500 + 1,842.20) = 57,94 kJ/kgkk Điểm 2: Trạng thái không khí trước khi vào thiết bị sấy
- Nhiệt độ: t2 = 45 o C (Nhiệt độ sấy yêu cầu)
- Phân áp suất bão hòa của hơi nước:
- Dung ẩm của không khí:
Do quá trình gia nhiệt tác nhân sấy là quá trình đẳng dung ẩm nên: d1 = d2 = 0,015 kg/kgkk.
- Entanpy của không khí ẩm:
100= 0,98.0,015( 0,621+ 0,015 ) 0,095 100$,32 % Điểm 3: Trạng thái không khí sau buồng sấy
- Phân áp suất hơi bão hòa của nước:
- Entanpy của không khí ẩm:
- Dung ẩm của không khí: d 3 = I 3 −1,004 t 3
(0,621+ 0,017 ) 0,073 100= 35,77 % Điểm 4: Trạng thái không khí trong dàn lạnh
- Phân áp suất bão hòa của hơi nước:
- Entanpy của không khí ẩm:
Dựa vào các thông số trạng thái đã tính toán, ta có bảng 3.1 như sau:
Bảng 5 1: Bảng thông số trạng thái tại các điểm nút
Trạng thái t, o C d, kg/kgkk φ , % I, kJ/kg
4 22 0,017 100 65,11 a) Tính toán nhiệt quá trình sấy lý thuyết
- Lượng ẩm của 5 kg VLS cần bay hơi để giảm ẩm từ 90% xuống còn 10%:
- Lượng không khí khô cần thiết để bay hơi 1 kg ẩm ra khỏi VLS:
- Lượng không khí khô cần thiết để bay hơi 4,44 kg ẩm ra khỏi VLS:
- Lưu lượng không khí khô cần thiết cho mẻ sấy 7h:
- Lưu lượng thể tích không khí khô lý thuyết:
Với ρ kk = 1,1105 kg/m 3 khối lượng riêng tác nhân sấy tra theo nhiệt độ t = 45 o C Tra phụ lục 6 [2].
- Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp cho quá trình sấy để làm bay hơi 1kg ẩm:
- Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp để sấy 1 mẻ:
- Năng suất nhiệt dàn nóng cung cấp để sấy:
- Lượng ẩm ngưng tụ: Δddlt = d3 – d2 =0,017 −0,015 = 0,002 kg ẩm
- Lượng nhiệt thu được từ ngưng tụ 1kg ẩm qdllt = llt.(I3 – I1) = 500.(83,73 – 57,94) = 12895 kJ/kg ẩm
- Lượng nhiệt dàn lạnh thu được:
