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,

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

BÁO CÁO THỰC HÀNH KỸ THUẬT THỰC PHẨM 2

BÀI 6: SẤY ĐỐI LƯU

Họ tên: Nguyễn Hà Phượng Oanh MSSV: 23732581

Lớp: DHTP19B Nhóm 2 Tổ 3 Ngày làm thí nghiệm: 01/04/2025 Giảng viên hướng dẫn: Phạm Văn Hưng

I 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 dững 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

Xây dựng đường cong tốc độ sấy

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

II MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Thí nghiệm 1: Khảo sát về tĩnh lực học quá trình sấy đối lưu trong thiết bị sấy bằng không khí nhằm:

- Xác định sự biến đổi thông số vật lý không khí ẩm và 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

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

1 Giới thiệu

Sấy là một quá trình tách phần lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt Nguồn nhiệt của quá trình sấy cung cấp năng lượng để bốc hơi phần lỏng trong vật liệu thành hơi Hầu hết các vật liệu trong trạng thái pha chất lỏng là nước, và phương pháp sấy được gọi là quá trình sấy Quá trình sấy được khảo sát về hai mặt: tính lực học và động lực học

Khảo sát lực học: Xác định các thông số lực học như nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ, lưu lượng không khí, năng lượng tiêu thụ, nhiệt độ vật liệu, và nhiệt độ không khí tại các giai đoạn khác nhau

Khảo sát động lực học: Xác định tốc độ sấy, sự thay đổi độ ẩm vật liệu theo thời gian, và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

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 và từ đó xác định được các đại lượng

 Lượng không khí khô đi trong máy sấy:

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

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

Y0 hàm ẩm ban đầu của tác nhân sấy (kg/kgkkk)

Y1 hàm ẩm khi được đốt nóng của tác nhân sấy (kg/kgkkk)

Y2 hàm ẩm sau khi sấy của tác nhân sấy (kg/kgkkk)

Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình: Qs = L(Hs− 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

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

Trong đó:

N: Tốc độ sấy đẳng tốc (%/h)

V: Thể tích của vật liệu (m2)

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

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

f = : Bề mặt riêng khối lượng của vật liệu (m3/kg)

Jm: Cường độ bay hơi (kg/m2.h)

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

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

và Newton

Cường độ bay hơi

Jm = ( tk – tư )

Trong đó:

: 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 hết số trao đổi nhiệt :

= 3,6 , ( W/m2.K)

Trong đó:

R: Nửa chiều dày của vật liệu (m)

Wk: Vận tốc tác nhân sấy (m/s)

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

Thời gian sấy trong giai đoạn đẳng tốc

Trong đó:

 : Độ ẩm ban đầu của vật liệu ( tính theo vật liệu khô)

 : Độ ẩm tới hạn (tính theo vật liệu khô)

 N: Tốc độ sấy của giai đoạn đẳng tốc (%/h)

Tốc độ sấy giảm tốc

- = K( - ) Dấu (-) chỉ tốc độ sấy giảm dần

K gọi là hệ số sấy, phụ thuộc vào chế độ sấy và tính chất của vật liệu(1/h) K là

hệ số góc của đường thẳng giảm tốc và được tính:

K =

Thời gian sấy trong giai đoạn giảm tốc

Trong đó: là độ ẩm cuối của vật liệu sấy ( > )

IV TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Thí nghiệm 1: Khảo sát tĩnh học quá trình sấy

Chuẩn bị

o Kiểm tra nước vị trí đo nhiệt độ bầu ướt

o Kiểm tra hoạt động của phong tốc kế

o Tắt tất cả công tắc trên tủ điều khiển

o Cài đặt nhiệt độ sấy

o Khởi động tủ điều khiển

o Kiểm tra hoạt động của cân

o Cân vật liệu sấy

o Làm ẩm vật liệu sấy

o Khởi động quạt, điều chỉnh tốc độ thí nghiệm

o Đo tốc độ quạt, ghi nhận giá trị đo

o Bật công tắc điện trở 1,2 và 3

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

Báo cáo

Thành phần vật liệu sấy của quá trình sấy: Giấy

Lượng không khí khô đi trong máy sấy

L = =

Trong đó:

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

 W: Lượng ẩm tách ra khỏi vât liệu (kg/h)

 : Hàm ẩm ban đầu của tác nhân sấy (kg/kgkkk)

 : Hàm ẩm sau khi được đốt nóng của tác nhân sấy (kg/kgkkk)

 : Hàm ẩm sau khi sấy của tác nhân sấy (kg/kgkkk)

Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy

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 nhiệt lượng tổn thất chung gọi

là sấy thực tế

Tốc độ sấy đẳng tốc

N =

Trong đó:

N: Tốc độ sấy đẳng tốc (%/h)

V: Thể tích của vật liệu (m2)

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

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

f = : Bề mặt riêng khối lượng của vật liệu (m3/kg)

Jm: Cường độ bay hơi (kg/m2.h)

Cường độ bay hơi

Jm = ( tk – tư )

Trong đó:

: 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 hết số trao đổi nhiệt :

= 3,6 , ( W/m2.K)

Trong đó:

R: Nửa chiều dày của vật liệu (m)

Wk: Vận tốc tác nhân sấy (m/s)

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

Thời gian sấy trong giai đoạn đẳng tốc

Trong đó:

 : Độ ẩm ban đầu của vật liệu ( tính theo vật liệu khô)

 : Độ ẩm tới hạn (tính theo vật liệu khô)

 N: Tốc độ sấy của giai đoạn đẳng tốc (%/h)

Tốc độ sấy giảm tốc

- = K( - ) Dấu (-) chỉ tốc độ sấy giảm dần

K gọi là hệ số sấy, phụ thuộc vào chế độ sấy và tính chất của vật liệu(1/h) K là

hệ số góc của đường thẳng giảm tốc và được tính:

K =

Thời gian sấy trong giai đoạn giảm tốc

Trong đó: là độ ẩm cuối của vật liệu sấy ( > )

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

Chuẩn bị

o Kiểm tra nước vị trí đo nhiệt độ bầu ướt

o Kiểm tra hoạt động của phong tốc kế

o Tắt tất cả công tắc trên tủ điều khiển

o Cài đặt nhiệt độ sấy

o Khởi động tủ điều khiển

o Kiểm tra hoạt động của cân

o Cân vật liệu sấy

o Làm ảm vật liệu sấy

o Khởi động quạt, điều chỉnh tốc độ thí nghiệm

o Đo tốc độ quạt, ghi nhận giá trị đo

o Bật công tắc điện trở 1,2 và 3

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

o Sau khi kết thúc thí nghiệm ở một 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

Tốc độ quạt: Wk=1,8 (m/s)

Kích thước mẫu: hình vuông cạnh 20,5 (cm)=0,205 (m)

Diện tích bề mặt: S=0,205.0,205=0,0042 (m)

Diện tích bề mặt bay hơi của vật liệu F (m2)

F=1,8.4,2025=7,5645 (m2)

Nửa chiều dày vật liệu: R=0,1025m

*Sấy ở nhiệt độ 450C với Gk=0,035kg

Lần

đo

Thời

gian

(phút)

Tk0(0C) Tư0(0C) Tk1(0C) Tư1(0C) Tk2(0C) Tư2(0C) Khối

lượng: Gi (kg)

9 27 30 28 38 30 31 31 0,036

Bảng 1 : số liệu thí nghiệm

1 Xử lí số liệu

- Độ ẩm của vật liệu

X = G i G −G k

k 100 = 0 , 050 − 0,0350,035 100 = 42,86%

- Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu:

𝑤 = 𝐺đ − 𝐺𝑐 = 0,050 − 0,035 = 0,015 (kg/ pℎ)

Lần đo t(ph) G Độ ẩm Tktb(0C) t ưtb(0C)

Theo giản đồ ranzim ta được các thông số sau:

Với tk1 = 41oC và tu1 = 31oC, ta có:

Ῡ0 = 0.024 𝑘𝑔/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 và H0 = 105 kj/kgkkk

Với tk2 = 35oC và tu2 = 32oC, ta có

Ῡ2 = 0.0295 𝑘𝑔/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 và H1 = 110,05

kj/kgkkk

Lượng không khí khô đi trong máy sấy

L = Ῡ W

2−Ῡ0 = 0.0295 − 0,0240.015 = 2.73

(kg/ℎ)

Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình

Qs = L.(H1 – H0) = 2.73.(110,05-105)=13,7865 (kj/ph)

*Sấy ở nhiệt độ 550C với Gk=0,035kg

Lần

đo

Thời

gian

(phút)

Tk0(0C) Tư0(0C) Tk1(0C) Tư1(0C) Tk2(0C) Tư2(0C) Khối

lượng: Gi (kg)

-Độ ẩm của vật liệu

X = G i G −G k

k .100 = 0 , 0 55 − 0 , 0 35 0 , 0 35 100 = 57,14%

- Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu:

Gi (ban đầu): 0.055 kg

Gk (cuối cùng): 0.036 kg

Khối lượng khô Gk: 0.036 kg

Tốc độ sấy:

R = GK t W = 0.01 9

0.0 36 x 0 ,5 =1,055 kg nước/kg c ất ℎ k ô ℎ / giờ

Theo giản đồ ranzim ta được các thông số sau:

Với (t = 3 phút)

Nhiệt độ khô tk1= 38°C

Nhiệt độ ướt tu1 = 32.33°C

ta có:

Y₀ ≈ 0.0365 kg/kgkkk

Lần đo t(ph) G Độ ẩm tktb(oC) tutb (oC)

H₀ ≈ 97 kJ/kgkkk

Với tk₂ = 33°C

tu₂ = 32°C (lần đo cuối cùng)

ta có

Y₂ ≈ 0.028 kg/kgkkk

H₂ ≈ 87 kJ/kgkkk

Lượng không khí khô đi

trong máy sấy:

L = Ῡ W

2−Ῡ0 = 0.03 65 −0.0280.01 9 = 2.24 (kg/ℎ) Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình

Qs = L.(H1 – H0) = 2.24.(97-87) = 22.4 kJ/h

*Sấy ở nhiệt độ 650C với Gk=0,036kg

Lần

đo Thờigian

(phút)

Tk0(0C) Tư0(0C) Tk1(0C) Tư1(0C) Tk2(0C) Tư2(0C) Khối

lượng: Gi (kg)

- Độ ẩm của vật liệu

X = G i −G k

G k .100 = 0 , 0 62− 0 , 0 36 0 , 0 36 100 = 72,22%

- Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu:

W= Gd - Gc = 0,062-0,035= 0,027 (kg/phút)

Theo giản đồ ranzim ta được các thông số sau:

Với thời điểm đầu

Nhiệt độ khô tktb= 42,67°C

Nhiệt độ ướt tutb = 30,67°C

ta có:

Y₀ ≈ 0.037 kg/kgkkk

H₀ ≈ 100 kJ/kgkkk

Với tk₂ = 34°C

tu₂ = 30°C (lần đo cuối cùng)

ta có

Y1 ≈ 0.025 kg/kgkkk

H1 ≈ 90 kJ/kgkkk

Lượng không khí khô đi

trong máy sấy:

L = Ῡ W

2−Ῡ0 = 0.03 7 −0.0250,027 = 2.25 (kg/ℎ) Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình

Qs = L.(H1 – H0) = 2.25.(100-90) = 22.5 kJ/h

Đồ thị

Đường cong tốc độ sấy

Đường cong sấy

-5

0

5

10

15

20

25

30

Đường cong sấy

Thời gian

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0

1

2

3

4

5

6

7

Đường cong sấy

Thời gian

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

Đường cong tốc độ sấy

Độ ẩm

Sai số thí nghiệm do nhiều tác nhân ảnh hưởng đến như nhiệt độ, không

gian, môi trường hay lúc quan sát chưa thực sự chính xác thời gian.

Đối với tình trạng của giấy để sấy có thể do bị sấy qua nhiều lần nên

cũng có thể hao hụt đi mất nên có thể dẫn đến sai số ở những lần đo

tiếp theo.

Việc canh thời thời gian và đo khối lượng vật liệu không chuẩn gây ra sai số 2 thí nghiệm Sai số thiết bị Ảnh hưởng cân bên ngoài máy và bên trong máy bị ảnh hưởng không khí, gió dẫn đến giá trị vật liệu

chênh lệch nhau.

Để khắc phục phải canh đúng thời gian đã qui định từ trước để có thể xác định các thông số chính xác hơn và giấy để sấy có thể thay mới sau vài lần sấy.

1. Kết luận

Trong quá trình sấy ta nhận thấy nhiệt độ tăng thì thời gian giảm xuống, tốc độ gió được cố định nên không ảnh hưởng.

Tốc độ sấy bị thay đổi do sai số trong thí nghiệm Điều đó

làm cho giai đoạn sấy đẳng tốc của đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy không phải là đường thẳng như lý thuyết.

So sánh kết quả thực nghiệm với lý thuyết: So với thực tế ta đã bỏ qua giai

đoạn đun nóng do nó quá nhỏ nên lượng nhiệt so với lý thuyết có sai lệch Nguyên nhân tạo nên sự khác biệt giữa quá trình sấy lý thuyết và quá trình sấy thực tế là do quá trình sấy lý thuyết thì xem nhiệt lượng bổ sung trong quá trình sấy bằng với nhiệt lượng tổn thất trong quá trình sấy Trong quá trình sấy thực

tế thì nhiệt lượng bổ sung khác nhiệt lượng tổn thất

So sánh kết quả giữa các thí nghiệm:

Trong quá trình sấy ta nhận thấy nhiệt độ tăng thì thời gian sấy giảm xuống, tốc

độ dòng khí được cố định nên không ảnh hưởng Khi sấy thì khối lượng của vật liệu không bao giờ bằng khối lượng của vật liệu khô ban đầu vì có một lượng

ẩm nhỏ không thể tách được

Ngoài ra nhiệt độ phụ thuộc vào độ ẩm của môi trường dẫn đến nhiệt độ lúc tăng lúc giảm Do ảnh hưởng của các tầng sấy bị lung lây làm cho thành sấy va chạm vào lòng thành sấy làm cho khối lượng vật liệu thay đổi sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả, do đó nên khắc phục hạn chế tối đa va chạm