Báo cáo thực hành môn kỹ thuật thực phẩm 2 bài 8 sấy đối lưu

Khảo sát quá trình sấy đối lưu bằng thực nghiệm gồm: + Xây dựng được đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy + Xây dựng các thông số sấy: tốc độ sấy đẳng tốc, độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

Viện công nghệ Sinh học & Thực phẩm

BÁO CÁO THỰC HÀNH

MÔN KỸ THUẬT THỰC PHẨM 2

BÀI 8: SẤY ĐỐI LƯU

Họ và tên: Lê Hà Thanh Trúc

MSSV: 21058021

Lớp: DHTP17B

Nhóm 3 - Tổ 2

GV hướng dẫn: Ths.Phạm Văn Hưng

Tp Hồ Chí Minh, ngày 4 tháng 5 năm 2023

TÓM TẮT 2

I GIỚI THIỆU 3

II MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 4

III CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

3.1 Nguyên lý quá trình sấy bằng không khí 4

3.2 Đường cong sấy và tốc độ sấy 6

3.2.1 Giai đoạn đốt nóng vật liệu 7

3.2.2 Giai đoạn sấy đẳng tốc 7

3.2.3 Giai đoạn sấy giảm tốc 9

IV MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 10

4.1 Sơ đồ hệ thống 10

4.2 Trang thiết bị hoá chất 11

V TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 11

5.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát tĩnh học quá trình sấy 11

5.1.1 Chuẩn bị 11

5.1.2 Các lưu ý 12

5.1.3 Báo cáo 12

5.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát động lực học quá trình sấy 13

5.2.1 Chuẩn bị 13

5.2.2 Các lưu ý 13

5.2.3 Báo cáo 14

VI TÍNH TOÁN KẾT QUẢ 15

6.1 Kết quả thí nghiệm 1: Sấy ở nhiệt độ 52 0 C 15

6.2 Kết quả thí nghiệm 2: Sấy ở nhiệt độ 60 0 C 18

VII NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 21

TÀI LIỆU KHAM KHẢO 22

TÓM TẮT

Sấy là quá trình dùng nhiệt để làm bốc hơi ẩm ra khỏi vật liệu rắn hoặc lỏng Với mục đích

giảm bớt khối lượng của vật liệu, tăng độ bền cho vật liệu, (gốm, sứ, gỗ, ) và để bảo quản trong một thời gian dài, nhất là đối với lượng thực và thực phẩm

Bản chất của quá trình sấy là quá trình khuyếch tán do chênh lệch độ ẩm ở bề mặt và bên trong của vật liệu, nói cách khác là do chênh lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh Sấy là quá trình không ổn định, độ ẩm vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian sấy

Khảo sát sự biến đổi thông số không khí ẩm và vật liệu sấy của quá trình sấy lý thuyết Xác định lượng không khí khô cần sử dụng và lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy lý thuyết

So sánh và đánh giá sự khác nhau giữa quá trình sấy thực tế và quá trình sấy lý thuyết Khảo sát quá trình sấy đối lưu bằng thực nghiệm gồm:

+ Xây dựng được đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy

+ Xây dựng các thông số sấy: tốc độ sấy đẳng tốc, độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng, thời gian sấy đẳng tốc và giảm tốc

+ Đánh giá sai số của quá trình sấy

Qua đó cho người học biết được về cách vận hành máy sấy và cũng như các thông số có trên máy, để người học có thể nắm được những kiến thức nền cũng như kiến thức chuyên môn trong bài sấy này, để có thể vận dụng tốt vào trong các ứng dụng của đời sống trong việc sấy các lượng thực và thực phẩm tương Và nó rất quan trọng đối với sinh viên ngành công nghệ thực phẩm trong việc nghiên cứu và áp dụng các quy trình sấy vào trong các sản phẩm do mình tạo ra để phục vụ cho cuộc sống hằng ngày của con người

I GIỚI THIỆU

Sấy là quá trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt

Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha của pha lỏng trong vật liệu thành hơi Hầu hết các vật liệu trong quá trình sản xuất đều chứa pha lỏng là nước và thường được gọi là ẩm Vậy trong thực tế có thể xem sấy là quá trình tách ẩm bằng phương pháp nhiệt

Sấy đối lưu là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với không khí, khói lò,… gọi chung là tác nhân sấy

Quá trình sấy được khảo sát về hai mặt: tĩnh lực học và động lực học

Nghiên cứu về tĩnh lực học quá trình sấy nhằm xác định mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy và của tác nhân sấy dựa trên phương trình cân bằng vật chất, năng lượng từ đó xác định được thành phần vật liệu , lượng tác nhân và lượng nhiệt cần thiết Nghiên cứu về động lực học quá trình sấy nhằm nghiên cứu sự biến đổi hàm ẩm và nhiệt

độ trung bình của vật liệu trong thời gian sấy Trong phạm vi bài thực hành ta chỉ nghiên cứu

về sự biến đổi hàm ẩm của vật liệu theo thời gian sấy từ đó xác định các thông số lý hóa của vật liệu và các thông số nhiệt động của quá trình sấy

- Xác định lượng không khí khô cần sử dụng và lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy

- So sánh và đánh giá sự khác nhau giữa quá trình sấy thực tế và quá trình sấy lý thuyết Thí nghiệm 2: Khảo sát động lực học quá trình sấy đối lưu trong thiết bị sấy bằng không khí nhằm:

- Xây dựng đường cong sấy

- Xây dựng đường cong tốc độ sấy

- Xác định độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy

III CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1 Nguyên lý quá trình sấy bằng không khí

Trong quá trình sấy nếu dùng tác nhân sấy là không khí thì gọi là sấy bằng không khí

Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy sấy bằng không khí được mô tả trên hình sau:

Trong sấy lý thuyết coi các đại lượng nhiệt bổ sung và nhiệt tổn thất đều bằng không, nếu gặp trường hợp nhiệt bổ sung bằng nhiệt tổn thất cũng coi như sấy lý thuyết

Khi sấy lý thuyết nhiệt lượng riêng của không khí không thay đổi trong suốt quá trình H=const (đẳng H), nói cách khác, trong quá trình sấy lý thuyết, một phần nhiệt lượng của không khí bị mất mát đi cũng chỉ để làm bốc hơi nước trong vật liệu, do đó H không đổi Trong quá trình sấy, thường thì không khí thay đổi trạng thái vào phòng sấy và sau khi sấy xong

Các thông số đặc trưng cho trạng thái không khí vằ từ đó xác định được các đại lượng

- Lượng không khí khô đi trong máy sấy:

Y̅ − Y2 ̅1 =

W

Y̅ − Y2 ̅0Trong đó:

L: lượng không khí khô đi trong máy sấy (kg/h)

W: lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu (kg/h)

𝑌̅ : hàm ẩm ban đầu của tác nhân sấy (kg/kgkkk) 0

𝑌̅ : hàm ẩm khi được đốt nóng của tác nhân sấy (kg/kgkkk) 1

𝑌̅ : hàm ẩm sau khi sấy của tác nhân sấy (kg/kgkkk) 2

- Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình:

𝑄𝑠 = 𝐿(𝐻1− 𝐻0) Trong đó:

𝑄𝑠: lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy (kj/h)

𝐻0: hàm nhiệt ban đầu của tác nhân sấy (kg/kgkkk)

𝐻1: hàm nhiệt sau khi được đốt nóng của tác nhân sấy (kg/kgkkk)

Trường hợp lượng nhiệt bổ sung chung khác với lượng nhiệt tổn thất chung gọi là sấy thực

tế

3.2 Đường cong sấy và tốc độ sấy

Đường cong biểu diễn sự thay đổi độ ẩm của vật liệu theo thời gian sấy được gọi là đường cong sấy Để tìm được sự phụ thuộc này, đem vật liệu ẩm đơn giản sấy đối lưu bằng không khí nóng với tốc độ và nhiệt độ không khí không đổi

Sự giảm độ ẩm của vật liệu trong một đơn vị thời gian gọi là tốc độ sấy

N = dX̅dτ

Từ biểu thức tốc độ sấy nhận thấy tốc độ sấy là tang góc nghiêng α của đường tiếp tuyến với đường cong sấy Như vậy bằng phương pháp vi phân đồ thị sẽ tìm được tốc độ sấy và dựng được đồ thị sự phụ thuộc tốc đô sấy với độ ẩm của vật liệu, đồ thị của sự phụ thuộc này được gọi là đường cong tốc độ sấy

Phân tích đường cong sấy, đường cong tốc độ sấy và nhận thấy diễn biến của quá trình sấy gồm 3 giai đoạn: giai đoạn đốt nóng vật liệu, giái đoạn sấy đẳng tốc và giai đoạn sấy giảm tốc

3.2.1 Giai đoạn đốt nóng vật liệu

Đoạn AB trên hình biểu diễn giai đoạn đốt nóng vật liệu: nếu ban đầu nhiệt độ của vật liệu thấp hơn nhiệt độ bay hơi đoạn nhiệt của không khí thì trong giai đoạn đốt nóng, nhiệt độ của vật liệu tăng lên Trong giai đoạn này độ ẩm vật liệu thay đổi rất chậm và thời gian diễn tiến nhanh, kết thúc giai đoạn này, nhiệt độ của vật liệu đạt đến niệt độ bầu ướt của không khí Nedu vật liệu có độ dày nhỏ và quá trình sấy là đối lưu thì thời gian này không đáng kể

3.2.2 Giai đoạn sấy đẳng tốc

Đoạn BC trên hình biểu diễn giai đoạn sấy đẳng tốc: sau giai đoạn đốt nóng, độ ẩm của vật liệu giảm tuyến tính theo thời gian sấy Trong giai đoạn này sự giảm độ ẩm của vật liệu trong một đơn vị thời gian là không đổi (N=const) nên được gọi là giai đoạn sấy đẳng tốc, giai

đoạn sấy đẳng tốc kéo dài cho đến thời điểm mà hàm ẩm của vật liệu đạt giá trị nào đấy thì kết thúc, được gọi là độ ẩm tới hạn của vật liệu Nhiệt độ nói chung và nhiệt độ ở tâm bề mặt vật đạt đến giá trị xấp xỉ nhiệt độ bầu ướt của tác nhân sấy nghĩa là toàn bộ nhiệt lượng vật liệu nhận được chỉ để bay hơi ẩm

Tốc độ sấy đẳng tốc được tính theo công thức

N = 100.jm

R v ρ 0 =100.jm F

v.ρ 0 =100.jm F

G 0 = 100 jm.f Trong đó:

N: tốc độ sấy đẳng tốc (%h)

F: bề mặt bay hơi của vật liệu (m2)

V: thể tích của vật liệu (m2)

𝜌𝑠: khối lượng riêng chất khô trong vật liệu (kg/m3)

G0: khối lượng vật liệu khô tuyệt đối (kg)

f = F

G 0: bề mặt riêng khối lượng của vật liệu

jm: cường độ bay hơi (kg/m2h)

- Cường độ bay hơi giai đoạn đẳng tốc được xác định từ phương trình của Dalton và Newton

𝑗𝑚 =𝛼𝑞

𝑟 (𝑡𝑘 − 𝑡ư) 𝛼𝑞: hệ số trao đổi nhiệt (kj/m2.h.0C)

r: nhiệt hóa hơi của nước ở nhiệt độ bầu ướt (kj/kg)

- Nếu sấy đối lưu ở nhiệt độ không cao và vật liệu phẳng thì ta có công thức thực nghiệm xác định hệ số trao đổi nhiệt 𝛼𝑞:

∝𝑞= 3,6(𝑤𝑘 𝜌𝑘)

0,6

(2𝑅)0,4 (𝑤/𝑚2ℎ) Trong đó:

R: nửa chiều dày của vật liệu (m)

𝑤𝑘: vận tốc tác nhân sấy (m/s)

𝜌𝑘: khối lượng riêng của tác nhân sấy (kg/m3)

- Thời gian sấy trong giai đoạn đẳng tốc:

𝜏1 =𝑥̅̅̅ − 𝑥đ ̅̅̅𝑘

𝑁

3.2.3 Giai đoạn sấy giảm tốc

Khi độ ẩm của vật liệu đạt giá trị tới hạn thì tốc độ sấy bắt đầu giảm dần và đường cong sấy chuyển từ đường thẳng sang đường cong tiệm cận dần đến độ ẩm cân bằng vật liệu trong điều kiện của quá trình sấy Khi độ ẩm của vật liệu đạt đến giá trị cân bằng thì hàm ẩm của vật liệu không giảm nữa và tốc độ sấy bằng 0, quá trình sấy kết thúc Tốc độ sấy trong giai đoạn này thay đổi theo các quy luật khác nhau tùy thuộc tính chất và dạng vật liệu (hình 8.3)

Để dễ dàng cho việc tính toán, người ta thay các đường cong phức tạp của tốc độ sấy bằng đường thẳng giảm tốc quy ước sao cho việc thay thế này có sai số bé nhất, khi đó giá trị độ

ẩm tới hạn qui ước, được gọi là độ ẩm tới hạn qui ước là giao điểm giữa đường đẳng tốc N và đường giảm tốc qui ước

Tốc độ sấy trong giai đoạn giảm tốc

−dx̅

dj = k(x̅ − x̅̅̅̅) cbDấu (-) chỉ tốc độ sấy giảm dần

K gọi là hệ số sấy, phụ thuộc vào chế độ sấy (tốc độ sấy đẳng tốc N) và tính chất của vật liệu (l/h) K là hệ số góc của đường giảm tốc và được tính:

𝑋̅𝑘𝑞𝑢− 𝑋̅𝑐𝑏Thời gian sấy trong giai đoạn giảm tốc:

𝜏2 =𝑋̅𝑘𝑞𝑢− 𝑋̅𝑐𝑏

𝑋̅𝑘𝑞𝑢− 𝑋̅𝑐𝑏𝑋̅𝑐− 𝑋̅𝑐𝑏 ) = 1

𝑘𝑙𝑛 (

𝑋̅𝑘𝑞𝑢 − 𝑋̅𝑐𝑏𝑋̅𝑐 − 𝑋̅𝑐𝑏 ) Trong đó: 𝑋̅𝑐 là độ ẩm cuối của vật liệu sấy (tính theo vật liệu khô) (𝑋̅𝑐 > 𝑋̅𝑐𝑏)

IV MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM

4.1 Sơ đồ hệ thống

Hình: Sơ đồ hệ thống Bảng 1: Bảng mô tả các bộ phận trên mô hình sấy

1 Cửa nạp liệu Nạp liệu phòng sấy

sấy

A Công tắc điện trở 1 Đóng mở điện trở 1

B Công tắc điện trở 2 Đóng mở diện trở 2 Có bộ điều khiển

nhiệt độ

C Công tắc điện trở 3 Đóng mở điện trở 3

D Dimer quạt Thay đổi tốc độ quạt

E Bộ điều khiển nhiệt

độ Điều khiển nhiệt độ Điện trở 2

Tk 0 Đầu dò nhiệt độ bầu

khô điểm 0 Hiển thị nhiệt độ Tk 0

Tư 0 Đầu dò nhiệt độ bầu

ướt điểm 0 Hiển thị nhiệt độ Tư 0

Tk 1 Đầu dò nhiệt độ bầu

khô điểm 1 Hiển thị nhiệt độ Tk 1

Tư 1 Đầu dò nhiệt độ bầu

ướt điểm 1 Hiển thị nhiệt độ Tư 1

Tk 2 Đầu dò nhiệt độ bầu

khô điểm 2 Hiển thị nhiệt độ Tk 2

Tư 2 Đầu dò nhiệt độ bầu

ướt điểm 2 Hiển thị nhiệt độ Tư 2

4.2 Trang thiết bị hoá chất

- Vật liệu sấy: giấy lọc hoặc giấy carton

- Kiểm tra nước vị trí đo nhiệt độ bầu ướt

- Kiểm tra hoạt động của phong tốc kế

- Tắt tất cả công tắc trên tủ điều khiển

- Cài đặt nhiệt độ sấy

- Khởi động tủ điều khiển

- Kiểm tra hoạt động của cân

- Cân vật liệu sấy

- Làm ẩm vật liệu sấy

- Khởi động quạt, điều chỉnh tốc độ của thí nghiệm

- Đo tốc độ của quạt, ghi nhận giá trị đo

- Bật công tắc điện trở 1,2 và 3

- Khi nhiệt độ đạt giá trị của thí nghiệm ổn định thì bắt đầu tiến hành thí nghiệm

5.1.2 Các lưu ý

- Trước khi đặc vật liệu sấy vào phòng sấy phài điều chỉnh cân về 0

- Khi nhiệt độ sấy đạt giá trị thí nghiệm nhưng giá trị vẫn tăng thì tắt điện trở 1 hoặc 3 hoặc

cả hai điện trở 1 và 3, tuyệt đối không được tắt điện trở 2 (do có bộ điều khiển) Trường hợp sau khoảng thời gian nhất định không đạt thì kiểm tra điện trở 1 hoặc 3 đã bật chưa (đèn báo), nếu chưa thì bật lên

- Trong suốt quá trình của thí nghiệm phải điều chỉnh sao cho nhiệt độ điểm 1, tốc độ tác nhân sấy không được thay đổi

- Khi kết thúc thí nghiệm:

+ Tắt công tắt điện trở 1 và 3 (nếu đang bật)

+ cài đặt nhiệt độ trên bộ điều khiển về nhiệt độ thí nghiệm tiếp theo Nếu là thí nghiệm cuối thì cài đặt nhiệt độ trên bộ điều khiển về 200C và tắt công tắt điện trở 2

+ Lấy vật liệu sấy ra khỏi phòng sấy

5.1.3 Báo cáo

- Xác định các thông số của không khí ẩm ở các vị trí khác nhau

- Xác định thành phần vật liệu sấy của quá trình sấy

- Xác định lượng không khí khô cần sử dụng và lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy

- So sánh và đánh giá sự khác nhau giữa quá trình sấy thực tế và quá trình sấy lý thuyết

5.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát động lực học quá trình sấy

5.2.1 Chuẩn bị

- Kiểm tra nước vị trí đo nhiệt độ bầu ướt

- Kiểm tra hoạt động của phong tốc kế

- Tắt tất cả công tắc trên tủ điều khiển

- Cài đặt nhiệt độ sấy

- Khởi động tủ điều khiển

- Kiểm tra hoạt động của cân

- Cân vật liệu sấy

- Xác định kích thước vật liệu sấy

- Làm ẩm vật liệu sấy

- Khởi động quạt, điều chỉnh tốc độ của thí nghiệm

- Đo tốc độ của quạt, ghi nhận giá trị đo

- Bật công tắc điện trở 1,2 và 3

- Khi nhiệt độ đạt giá trị của thí nghiệm ổn định thì bắt đầu tiến hành thí nghiệm

- Sau khi kết thúc thí nghiệm ở 1 giá trị nhiệt độ sấy, tiến hành thí nghiệm tiếp theo ở giá trị nhiệt độ sấy khác thì tiến hành tương tự từ bước cài đặt nhiệt độ sấy

5.2.2 Các lưu ý

- Đối với thí nghiệm đầu tiên, khi đặt vật liệu sấy vào thì bắt đầu tính thời gian, ghi nhận giá trị cân, các giá trị nhiệt độ điểm 1

- Khối lượng vật liệu ban đầu giữa các thí nghiệm phải bằng nhau hoặc thí nghiệm sau phải lớn hơn thí nghiệm trước, trường hợp lớn hơn phải quan sát cân liên tục đến khi bằng thí nghiệm trước thì mới bắt đầu tính thời gian (thời điểm ban đầu)

- Trước khi đặc vật liệu sấy vào phòng sấy phải điều chỉnh cân về 0

- Khi nhiệt độ sấy đạt giá trị thí nghiệm nhưng giá trị vẫn tăng thì tắt điện trở 1 hoặc 3 hoặc

cả hai điện trở 1 và 3, tuyệt đối không được tắt điện trở 2 (do có bộ điều khiển) Trường hợp sau khoảng thời gian nhất định không đạt thì kiểm tra điện trở 1 hoặc 3 đã bật chưa (đèn báo), nếu chưa thì bật lên

- Trong suốt quá trình của thí nghiệm phải điều chỉnh sao cho nhiệt độ điểm 1, tốc độ tác nhân sấy không được thay đổi

- Chọn bước thời gian ghi nhận giá trị cân và nhiệt độ điểm 1

- Khi giá trị cân không đổi liên tục giữa các lần đo thì kết thúc thí nghiệm

- Khi kết thúc thí nghiệm:

 Tắt công tắt điện trở 1 và 3 (nếu đang bật)

 cài đặt nhiệt độ trên bộ điều khiển về nhiệt độ thí nghiệm tiếp theo Nếu là thí nghiệm cuối thì cài đặt nhiệt độ trên bộ điều khiển về 200C và tắt công tắt điện trở 2

 Lấy vật liệu sấy ra khỏi phòng sấy

5.2.3 Báo cáo

- Xác định độ ẩm tương đối của vật liệu sấy

- Xây dựng đường cong sấy

- Xây dựng đưởng cong tốc độ sấy bằng phương pháp vi phân đồ thị từ đường cong sấy

- Nhận xét về dạng đường cong tốc độ sấy giai đoạn sấy giảm tốc

- Xác định độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng

- Tính toán thời gian sấy đẳng tốc, giảm tốc

- So sánh kết quả thực nghiệm với lý thuyết

- So sánh kết quả giữa các thí nghiệm

VI TÍNH TOÁN KẾT QUẢ

6.1 Kết quả thí nghiệm 1: Sấy ở nhiệt độ 52 0 C

Vận tốc tác nhân sấy WK = 2,5m/s

Chiều dài cạnh vật liệu = 20cm

Nửa chiều dày của vật liệu R = 0,001m

Khối lượng khô G0 = 0,023g

Bảng thống kê số liệu đo:

G2 (g)