nghiên cứu công nghệ sấy tảo xoắn bằng bơm nhiệt

Quá trình cấp nhiệt cho vật có thể dùng các phương pháp sau: dẫn nhiệt cho vật ẩm tiếp xúc trực tiếp với bề mặt có nhiệt ñộ cao hơn, trao ñổi nhiệt ñối lưu cho vật ẩm tiếp xúc với chất l

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .ii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng cảm ơn Tiến sỹ Nguyễn Văn Xá, người ñã trực tiếp hướng dẫn, cán bộ Trung tâm giáo dục và phát triển sắc ký, trường ðại học Bách Khoa Hà Nội, cùng tập thể thầy cô giáo Bộ môn Thiết bị bảo quản và chế biến nông sản, Viện Cơ ñiện Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội ñã giúp ñỡ tôi thực hiện ñề tài này

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn bè, ñồng nghiệp ñã quan tâm ñộng viên và giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian qua

Phùng V ăn Lương

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng:

- Toàn bộ số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực, chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

- Mọi sự giúp ñỡ cho quá trình thực hiện luận văn này tôi ñã trân trọng cảm ơn

- Các tài liệu, thông tin khai thác ñể phục vụ cho việc nghiên cứu ñề tài này, tôi ñã chỉ rõ nguồn gốc tên tài liệu và tên tác giả

Tôi xin chịu trách nhiệm trước pháp luật về những lời cam ñoan trên

Tác giả luận văn

Phùng V ăn Lương

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .iv

Ck Nhiệt dung riêng của không khí khô

Ca Nhiệt dung riêng của không khí ẩm

F(n-m-1; n.(r-1); α) Tiêu chuẩn Fisher

C(r-1; n; 1- α) Tiêu chuẩn Cochran

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến chi phí năng

lượng riêng với lớp vật liệu dày 1,5 mm ( kWh/ kg ẩm)

71

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến chi phí năng

lượng riêng với lớp vật liệu dày 2 mm (kWh/ kg ẩm)

72

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến hàm lượng

protein (%) khi sấy với lớp vật liệu dày 1 mm

75

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến hàm lượng

protein (%) khi sấy với lớp vật liệu dày 1,5 mm

76

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến hàm lượng

protein (%) khi sấy với lớp vật liệu dày 2 mm

77

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và tốc ñộ gió ñến màu sắc sản phẩm 78

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .vi

Hình 1.7 Quy trình công nghệ nuôi trồng tảo xoắn (Spirulina) 14

Hình 1.9 Sơ ñồ phương pháp sấy lạnh bằng chất hấp phụ và quá trình thay

ñổi trạng thái không khí

21

Hình 1.10 Sơ ñồ phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt và quá trình thay

ñổi trạng thái không khí

23

Hình 1.11 Phạm vi hoạt ñộng của bơm nhiệt và máy lạnh 29 Hình 1.12 Nguyên lý làm việc của bơm nhiệt nén hơi 30

Hình 1.14 Sự phụ thuộc của lượng ẩm riêng vào ñộ ẩm tương ñối và nhiệt

ñộ sấy trong quá trình tách

35

Hình 1.15 Bơm nhiệt hút ẩm có hòa trộn không khí ẩm 36 Hình 1.16 Bơm nhiệt thí nghiệm ñể sấy hạt ngũ cốc 37 Hình 1.17 Buồng sấy gỗ bơm nhiệt của hãng Westair 37

Hình 1.20 Máy ñiều hòa nhiệt ñộ 3 chức năng: làm lạnh, sưởi ấm, hút ẩm 40 Hình 1.21 Sơ ñồ máy sấy bơm nhiệt có hồng ngoại hỗ trợ 42

Hình 2.2 ðường cong tốc ñộ sấy 45 Hình 2.3 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy ñến ñộng học quá trình sấy 49 Hình 2.4 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy ñến ñộng học quá trình sấy 50 Hình 2.5 Sơ ñồ nguyên lý của thiết bị sấy bơm nhiệt 51 Hình 2.6 Chu trình tuần hoàn của tác nhân lạnh trong thiết bị sấy bơm

Hình 3.3 Máy ño ñộ ẩm và nhiệt ñộ không khí HTM-1004 65 Hình 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến chi phí năng lượng

riêng với lớp vật liệu là 1 mm

93

Hình 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến chi phí năng lượng

riêng khi chiều dày lớp vật liệu là 1,5 mm

94

Hình 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến chi phí năng lượng

riêng khi bề dầy lớp vật liệu sấy là 2 mm

95

Hình 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến hàm lượng protein

khi sấy với lớp vật liệu dày 1 mm

97

Hình 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến hàm lượng protein

khi sấy với lớp vật liệu dày 1,5 mm

98

Hình 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến hàm lượng protein

khi sấy với lớp vật liệu dày 1,5 mm

99

MỤC LỤC Trang

1.1.Vai trò của sản xuất sinh khối từ tảo xoắn và tình hình sản xuất

1.1.1 Vai trò của sản xuất sinh khối prôtêin từ tảo 4 1.1.2 Tình hình sản xuất, tiêu thụ tảo xoắn trên thế giới và ở Việt Nam 6

1.4.2 Các loại bơm nhiệt và thành phần cơ bản của bơm nhiệt 31 1.4.3 Ứng dụng của bơm nhiệt trong nền kinh tế quốc dân 35

1.4.5 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy sấy bơm nhiệt 42

Chương 2.Cơ sở lý thuyết tính toán một số thông số của công nghệ

2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng ñến chế ñộ và cường ñộ sấy 48

2.2.2 Cơ sở lý luận xây dựng sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy bơm nhiệt mô

2.3 Tính toán các thông số cơ bản của quá trình sấy lý thuyết 58

3.3 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của các thông số ñến chi phí

3.4 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của các thông số ñến chất lượng

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .1

ðẶT VẤN ðỀ

ðẩy mạnh phát triển và ứng dụng công nghệ chế biến, bảo quản nông, lâm, thủy sản là nội dung quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa – hiện ñại hóa nông nghiệp, nông thôn ở nước ta Nghị quyết ðại hội ðảng lần thứ X

ñã chỉ rõ: “Hiện nay và trong nhiều năm tới, vấn ñề nông nghiệp, nông dân và nông thôn vẫn có tầm chiến lược ñặc biệt quan trọng Phải luôn luôn coi trọng ñẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện ñại hoá nông nghiệp, nông thôn hướng tới xây dựng một nền nông nghiệp hàng hoá lớn, ña dạng, phát triển nhanh và bền vững, có năng suất, chất lượng và khả năng cạnh tranh cao; ” và “Phát triển mạnh công nghệ bảo quản, chế biến, giảm nhanh tổn thất sau thu hoạch, ñồng thời nâng cao nhanh giá trị gia tăng cho các loại nông, lâm, thủy sản,

nhất là sản phẩm xuất khẩu chủ lực, ”[1]

Theo thống kê năm 2009 thì tỷ trọng tổng sản phẩm nông, lâm nghiệp chỉ chiếm 25 - 40% tổng giá trị sản phẩm trong nước Trong khi lao ñộng nông, lâm nghiệp chiếm trên 70% lao ñộng trong toàn xã hội [2] Vì vậy, ñể nâng cao tổng giá trị sản phẩm nông nghiệp, tương xứng với lực lượng lao ñộng vốn có, cần phải nâng cao năng suất trồng trọt, chăn nuôi và tăng cường công nghiệp chế biến nông sản Trong khi năng suất cây trồng, vật nuôi ñã và ñang ngày càng tăng do áp dụng những thành tựu của công nghệ tiên tiến về giống, cũng như về phương pháp gieo trồng, chăm sóc, Vấn ñề còn lại thuộc

về công tác bảo quản, chế biến ñể nâng cao chất lượng và giá trị nông sản

Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt ñới gió mùa nóng ẩm, ñộ ẩm không khí thường trên 70%, nhiệt ñộ cao nhất có thể lên tới 40oC Khí hậu nóng ẩm là ñiều kiện thuận lợi ñể nấm mốc và các loại vi sinh vật có hại phát triển làm hư hại các loại lương thực, thực phẩm, hoa quả, giống cây trồng, thuốc chữa bệnh, Bên cạnh ñó, trình ñộ khoa học kỹ thuật còn lạc hậu Nhiều ñịa phương do không có trang bị kỹ thuật bảo quản hoa quả, nông lâm

sản sau thu hoạch nên thường bán với giá rẻ trong mùa thu hoạch, giá trị ñạt ñược chỉ khoảng 20% so với giá trị thực ðể tránh ñược tình trạng ñó và ña dạng hoá các loại sản phẩm nông nghiệp, nâng cao giá trị sử dụng của sản phẩm, nâng cao thu nhập cho người nông dân, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng sản phẩm sau thu hoạch là một yêu cầu cần thiết

Nhiều công nghệ chế biến, bảo quản nông sản ñã và ñang ñược ứng dụng như chế biến tươi; ñông lạnh; chiên và sấy, Tùy theo từng loại sản phẩm và nhu cầu thị trường ñể lựa chọn công nghệ phù hợp Trong ñó, công nghệ sấy ñóng vai trò vô cùng quan trọng ñối với việc chế biến, bảo quản sau thu hoạch Trong quy trình công nghệ sản xuất của nhiều sản phẩm ñều có công nghệ sấy khô ñể bảo quản dài ngày Công nghệ sấy ñang ngày càng phát triển, ñặc biệt trong ngành hải sản, rau quả và thực phẩm

Hiện nay, các thiết bị sấy ñang ñược dùng chủ yếu là các máy sấy ñốt than trực tiếp, hoặc gián tiếp có gió cưỡng bức hoặc ñối lưu tự nhiên; các máy sấy dùng năng lượng ñiện trực tiếp có chi phí cao Ngoài ra còn một số thiết

bị sấy chân không và sấy thăng hoa

Các máy sấy ñốt than hiện nay có ưu ñiểm là sử dụng nhiên liệu rẻ tiền nhưng sản phẩm sau sấy có chất lượng thấp do ám mùi khói Các máy sấy thăng hoa và chân không có giá thành quá cao Mặt khác, các thiết bị sấy này chịu ảnh hưởng môi trường rất lớn ñến ñộ ổn ñịnh chất lượng và hiệu suất

Với các loại rau, củ, quả, dược liệu… khi sấy ở nhiệt ñộ cao có thể phá huỷ các chất hoạt tính sinh học như hoóc môn, màu, mùi vị, men, vitamin, prôtêin… và làm thay ñổi chất lượng sản phẩm Vì thế, sấy lạnh theo nguyên

lý bơm nhiệt là một phương pháp bảo quản sau thu hoạch ñáp ứng ñược những yêu cầu khắt khe về chất lượng sản phẩm sau khi sấy Bởi vì tác nhân sấy có ñộ ẩm thấp, nhiệt ñộ sấy thấp do ñó hạn chế ñược sự thay ñổi không có lợi về màu sắc và mùi vị tự nhiên của sản phẩm

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .3

Bơm nhiệt là thiết bị nhiệt - lạnh ñược xem là thiết bị sấy có khả năng tiết kiệm năng lượng nhất hiện nay Qua nhiều năm nghiên cứu và triển khai ứng dụng ñể hút ẩm và sấy lạnh thấy rằng: bơm nhiệt có rất nhiều ưu ñiểm và

có khả năng ứng dụng rộng rãi trong ñiều kiện khí hậu nóng ẩm, phù hợp với thực tế Việt Nam, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật ñáng kể [9, 10, 11] Bơm nhiệt sấy lạnh ñặc biệt phù hợp với những sản phẩm không cho phép sấy

ở nhiệt ñộ cao, tốc ñộ gió lớn và cần giữ trạng thái, màu sắc, mùi vị, chất dinh dưỡng

Trước những nhu cầu cấp thiết ñã ñược trình bày ở trên và ñược sự hướng dẫn tận tình của Tiến sỹ Nguyễn Văn Xá, khoa Công nghệ hóa học, Trường ðại học Bách khoa Hà Nội; Tập thể cán bộ, giảng viên Bộ môn Thiết

bị bảo quản và chế biến nông sản, Viện Cơ ñiện – Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, tôi ñã tiến hành thực hiện ñề tài “Nghiên cứu công nghệ sấy tảo xoắn bằng bơm nhiệt ”

CHƯƠNG I TỔNG QUAN, MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

1.1 VAI TRÒ CỦA SẢN XUẤT SINH KHỐI TỪ TẢO XOẮN (SPIRULINA)

VÀ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.1.1 Vai trò của sản xuất sinh khối prôtêin từ tảo

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền văn minh nhân loại thì lĩnh vực công nghệ sinh học cũng ñang có những bước tiến mới và ñang dần chiếm vị trí quan trọng trong sản xuất thực phẩm phục vụ cho ñời sống con người, trở thành công cụ ñắc lực giúp chúng ta tìm ñược các giải pháp tối

ưu Một trong những công cụ hữu hiệu nhất ñó là sử dụng nguồn vi sinh vật

ñể sản xuất các chế phẩm sinh học

Trong những năm gần ñây thì công nghệ năng lượng sinh khối ngày càng phát triển, việc ứng dụng vi sinh vật quang tự dưỡng sử dụng ánh sáng mặt trời ñể tổng hợp nên nguồn năng lượng sống qua quá trình quang hợp Trong

ñó tảo (Algae) ñóng góp nguồn sinh khối sơ cấp khổng lồ Việc nghiên cứu giá trị dinh dưỡng của tảo ñang ngày càng ñược chú trọng Với kỹ thuật nuôi ñơn giản, thời gian sản xuất hầu như quanh năm Sinh khối thu ñược có giá trị dinh dưỡng cao với hàm lượng prôtêin ñạt 60% - 70% trọng lượng khô, ñầy

ñủ các axit amin ñặc biệt là các axit amin không thay thế, giàu các vitamin, các nguyên tố khoáng, các chất khoáng, các sắc tố và nhiều chất có hoạt tính sinh học khác Nhờ vậy, những ứng dụng của tảo không chỉ là nguồn dinh dưỡng quý mà còn ñược ứng dụng nhiều trong y-dược học…Ngày nay thì càng có nhiều sản phẩm ứng dụng từ việc sản xuất sinh khối tảo thu ñược:

* Trong sản xuất thực phẩm như mỳ sợi vi tảo, bánh mỳ vi tảo, ñồ uống

vi tảo ( bia vi tảo, trà xanh vi tảo…) hay kẹo vi tảo

• * Thực phẩm chức năng: Tảo bồi bổ, tảo ñiều hoà huyết áp,

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .5

* Trong lĩnh vực y dược: nhiều loại thuốc ñược chế tạo có rất nhiều ứng

dụng hữu ích như tăng cường thể lực, giúp giảm cân, tránh tiểu ñường, chống

ung thư, các bệnh dạ dày, tim mạch…

* Trong sản xuất mỹ phẩm: các sản phẩm như mặt nạ, dưỡng da,…chống

lão hoá hữu hiệu

Hình 1.1 Một số sản phẩm làm từ tảo xoắn

1.1.2 Tình hình sản xuất, tiêu thụ tảo xoắn trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.2.1 Trên th ế giới

Với những ựặc tắnh ưu việt, những thành tựu về công nghệ nuôi trồng

và sử dụng tảo ựang ngày càng phát triển mạnh ở nhiều nước trên thế giới, nhất là những nước công nghiệp phát triển, ựưa vào nuôi trồng công nghiệp

và sử dụng rộng rãi dưới nhiều dạng chế phẩm khác nhau với sản lượng hàng trăm tấn/nước/một năm, ựứng ựầu là các nước Mêhicô, Mỹ, Nhật, đài Loan,

Ấn độ, Thái LanẦ

Hình 1.2 Hình ảnh trung tâm nuôi trồng tảo tại đài Loan

Hình 1.3 Hình ảnh trung tâm nuôi trồng tảo tại Ấn độ

Tr ường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .7

Hình 1.4 Hình ảnh trung tâm nuôi trồng tảo tại Thái Lan

1.1.2.2 T ại Việt Nam

Tảo Spirulina ựược giáo sư Ripley D.Fox - nhà nghiên cứu về tảo và các chế phẩm của nó tại "Hiệp hội chống suy dinh dưỡng bằng các sản phẩm

từ tảo" (A.C.M.A) tại Pháp ựưa vào Việt Nam từ 1985 Trong những năm 1985-1995 ựã có những nghiên cứu thuộc lĩnh vực công nghệ sinh học cấp nhà nước như nghiên cứu của GS.TS Nguyễn Hữu Thước và cộng sự (Viện Công nghệ Sinh học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) với ựề tài

"Công nghiệp nuôi trồng và sử dụng tảo Spirulina" Hay ựề tài cấp thành phố của bác sĩ Nguyễn Thị Kim Hưng (TP Hồ Chắ Minh) và cộng sự với ựề tài

"Nghiên cứu sản xuất và sử dụng thức ăn có tảo Spirulina trong dinh dưỡng ựiều trị" v.v

Cho ựến nay, nhiều cơ sở nuôi trồng, sản xuất và chế biến các sản phẩm

từ tảo Spirulina ựã ựược thành lập với công nghệ nuôi tảo trên các bể nông xây bằng xi măng sử dụng khắ CO2 của công nghệ tạo nguồn cacbon, nguồn

CO2 trực tiếp lấy từ các nhà máy bia, cồn, rượuẦnén hóa lỏng vào bình chứa

đó là các cơ sở như Vĩnh Hảo (Bình Thuận), Châu Cát, Lòng Sông (Thuận Hải), Suối Nghệ (đồng Nai), đắc Min (đắc Lắc) Nguồn CO2 từ lò nung vôi (sau khi lọc bụi) và các hầm khắ bioga cũng ựã ựược nghiên cứu tận dụng ựể phát triển nuôi trồng tảo và cũng ựã thu ựược một số kết quả

Hình 1.5 Hình ảnh trung tâm nuôi trồng tảo tại Việt Nam

Các sản phẩm ñược chế biến từ tảo Spirulina tại Việt Nam cũng ñã xuất hiện ngày càng nhiều và ña dạng Trước ñây ñã từng có bột dinh dưỡng Enalac, Sonalac (5% tảo), viên nang Linaforce của Trung tâm Dinh dưỡng thành phố

Hồ Chí Minh, Lactogyl và Linavina của xí nghiệp Dược 24 thành phố H Chí Minh (Công ty cổ phần Hóa dược phẩm Mekofa), viên Spirulina của Công ty

n c su i Vĩnh Hảo Nay ñã có nhiều sản phẩm Spir@ của Công ty DETECH (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) ñược Cục An toàn vệ sinh thực phẩm - Bộ Y tế cấp phép lưu hành trên thị trường

1.2 ðẶC ðIỂM CỦA TẢO XOẮN

Tổ chức Y tế thế giới (WHO/OMS) công nhận tảo Spirulina là thực phẩm bảo vệ sức khỏe tốt nhất của loài người trong thế kỉ 21 Cơ quan quản lí thực phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) công nhận nó là một trong những nguồn prôtêin tốt nhất

ðây là một loại vi sinh vật sống trong nước mà người ta quen gọi là Tảo xoắn với tên khoa học là Spirulina platensis Spirulina thuộc

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .9

Vi khuẩn lam (Cyanobacteria), chúng thuộc nhóm Sinh vật có nhân sơ hay nhân nguyên thủy (Prokaryotes) Những nghiên cứu mới nhất lại cho biết chúng cũng không phải thuộc chi Spirulina mà lại là thuộc chi Arthrospira Tên khoa học hiện nay của loài này là Arthrospira platensis, thuộc bộ Oscilatoriales, họ Cyanobacteria

Tảo Spirulina (Spirulina platensis) là một loài vi tảo có dạng xoắn hình

lò xo, mầu xanh lam với kích thước chỉ khoảng 0,25mm Chúng sống trong môi trường nước giàu bicarbonat (HCO3) và ñộ kiềm cao (pH từ 8,5 - 11) Năm 1964, Brandily - một nhà nhân chủng học người Pháp là người ñầu tiên phát hiện ra loài tảo này trong lần khảo sát sự ña dạng sinh học tại vùng hồ ở Tchad (Châu Phi) sau khi quan sát và nhận thấy những người dân sống quanh vùng hồ này rất khoẻ mạnh vì họ thường vớt loại tảo này về ăn như là một loại thực phẩm chính

Hai mươi năm sau, vào những năm cuối thập kỷ tám mươi thế kỷ 20 - nhiều giá trị dinh dưỡng và chức năng sinh học của tảo Spirulina ñã ñược

Hình 1.6 Thành phần của tảo xoắn

Protein Amino acide 65%

Fats 5%

Minerals 7%

Moisture 3%

Carbohydrates 20%

khám phá và công bố rộng rãi không chỉ ở Pháp mà ở cả nhiều nước khác trên thế giới như Mỹ, Nhật, Canada, Mêhicô, đài LoanẦ

Hầu hết các nghiên cứu ựều ựã chỉ ra rằng tảo Spirulina rất giàu prôtêin (tới 60-70% trọng lượng khô của tảo) trong khi thịt bò loại I chỉ có 21%, thịt

gà ta 20,3%, thịt lợn nạc 19%, thịt chó sấn 16% Chỉ số hóa học (chemical score - C.S) của protein của tảo cũng rất cao trong ựó các loại acid amin chủ yếu như leucin, isoleucin, valin, lysin, methionin và tryptophan ựều có mặt với tỷ lệ vượt trội so với chuẩn của Tổ chức lương nông quốc tế (F.A.O) quy ựịnh Hệ số tiêu hóa và hệ số sử dụng prôtêin (net protein utilization - N.P.U) rất cao (80-85% prôtêin của tảo ựược hấp thu sau 18 giờ)

Trong 100g bột tảo chứa tới 1g (1%) acid gama linolenic (tiền thân của chất prostaglandin, có tác dụng cùng với vitamin E chống xơ vữa ựộng mạch,

i u hòa huyết áp, bảo vệ gan và các tế bào thần kinh

Spirulina có các loại vitamin nhóm B, hàm lượng vitamin B12 cao gấp

2 lần trong gan bò Caroten cao gấp 10 lần trong củ cà rốt Sắc tố tạo cho tảo

có mầu xanh lam (phycoyanin), các nguyên tố vi lượng như K, Mg, Fe, Mn,

Zn cũng rất cao có lợi cho hoạt ựộng của hệ thần kinh và tim mạch, chống lão hóa ngăn ngừa bệnh ung thư và kắch thắch sự ựáp ứng miễn dịch của cơ thể ựối với các tác nhân có hại từ bên ngoài đặc biệt - kẽm (Zn) và các acid amin: tryptophan, arginin có trong tảo giúp tăng cường khả năng hoạt ựộng tình dục, tăng cảm giác hưng phấn tình dục ở nam giới (những người thiếu arginin có thể mắc chứng bất lực hoặc vô sinh)

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .11

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .13

4 cây xúc xích

2.5

bó cải bó xôi

3/4 bắp cải

Chính vì có những giá trị dinh dưỡng và giá trị sinh học ñặc biệt như thế, tảo Spirulina ñã ñược coi là một loại thực phẩm chức năng (functional food), một thức ăn cho sức khoẻ (health food) và ñã ñược nhiều nước, nhất là những nước công nghiệp phát triển, ñưa vào nuôi trồng công nghiệp và sử dụng rộng rãi dưới nhiều dạng chế phẩm khác nhau …

* Quy trình công ngh ệ sản xuất tảo xoắn

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .15

Quá trình sản xuất tảo có ba bước chính là chuẩn bị nguyên liệu, nuôi

cấy và thu hoạch

Nguyên liệu ban ñầu ñể sản xuất tảo bao gồm: giống, ánh sáng, nguồn

nước, dinh dưỡng, và sục khí CO2

Tảo khi ñã ñạt ñược yêu cầu về nguồn dinh dưỡng và kích thước sẽ ñược

tiến hành hút lên và ñưa vào máy lọc và ép ñể tách nước, khi lọc nước sẽ ñược

tách ra và ñưa trở lại bể nuôi cấy, sau khi ép lượng nước trong tảo cũng còn

khoảng 70-80% nên tảo rất dễ bị lên men và hỏng vì vậy người ta phải tiếp

tục nghiền, sấy khô và trộn bánh tảo với một lượng ngũ cốc khô, chưa chế

biến như lúa mì, ngô, thóc, hạt kê, lúa mạch hoặc yến mạch ñể ñộ ẩm chỉ còn

3-7% ngoài ra còn nhằm tạo thêm hương vị khi bảo quản cũng như tinh chế

Từ ñó sản phẩm ñưa qua thêm các giai ñoạn chế biến ñể làm thực phẩm, dược

phẩm hay là trong sản xuất mỹ phẩm

1.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY

13.1 Vật liệu ẩm

Vật liệu ẩm trong kỹ thuật sấy là các vật có khả năng chứa nước hoặc

hơi nước trong quá trình hình thành hoặc gia công bản thân các vật liệu như

các loại nông sản (lúa, ngô, ñậu,…), giấy, vải sợi, gỗ, các loại huyền phù hoặc

các lớp sơn trên bề mặt các chi tiết kim loại.v.v

1.3.1.1 ðộ ẩm của vật liệu

1 ðộ ẩm tuyệt ñối

ðộ ẩm tuyệt ñối là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối

lượng vật khô tuyệt ñối Kí hiệu: w0 Ta có: w0 =

k

n G

Trong kỹ thuật sấy, ñộ ẩm cân bằng có ý nghĩa lớn, nó dùng ñể xác

ñịnh giới hạn quá trình sấy và ñộ ẩm cuối cùng trong quá trình sấy của mỗi

loại vật liệu trong những ñiều kiện môi trường khác nhau

1.3.1.2 Các d ạng liên kết ẩm trong vật liệu

1 Liên k t hoá h c

Thể hiện dưới dạng liên kết ion hay liên kết phân tử Lượng ẩm trong

liên kết hoá học chiếm tỉ lệ nhất ñịnh

2 Liên k ết hoá lý

Thể hiện dưới dạng liên kết hấp thụ và liên kết thẩm thấu Lượng ẩm

trong liên kết hoá lý không theo tỉ lệ nhất ñịnh nào

3 Liên k ết cơ lý

ðây là mối liên kết giữa vật và nước với tỉ lệ không hạn ñịnh, ñược

hình thành do sức căng bề mặt của nước trong các mao dẫn hay trên bề mặt

ngoài của vật

1.3.2 Quá trình ñốt nóng và làm lạnh

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .17

1.3.2.1 Quá trình ñốt nóng và ñốt nóng tăng ẩm

1) Quá trình ñốt nóng không tăng ẩm

Quá trình này xảy ra nhờ thiết bị

trao ñổi nhiệt (calorife) trong hệ thống

sấy ðặc trưng của quá trình ñốt nóng

là nhiệt ñộ tăng nhưng lượng chứa ẩm

d không ñổi (quá trình A -> B)

2) Quá trình ñốt nóng tăng ẩm

Quá trình ñốt nóng tăng ẩm

thường ñược sử dụng trong kỹ thuật xử lý không khí bằng cách phun nước hoặc hơi nước có nhiệt ñộ cao hơn nhiệt ñộ không khí vào không khí (quá trình A -> N)

1.3.2.2 Quá trình làm l ạnh và làm lạnh - khử ẩm

Quá trình làm lạnh ngược với quá trình ñốt nóng Trong quá trình này

nhiệt ñộ giảm và ñộ ẩm tương ñối tăng lên

1) Quá trình làm lạnh ñẳng entanpi

Quá trình này xẩy ra khi phun nước có cùng nhiệt ñộ với không khí vào không khí

2) Quá trình làm lạnh ñẳng ẩm

Quá trình xẩy ra khi không khí ẩm ở một trạng thái nào ñó bị mất nhiệt

do trao ñổi nhiệt với môi trường Do ñó lượng chứa ẩm của nó không ñổi

Hình 1.8 Quá trình ñốt nóng tăng ẩm

 Cấp nhiệt cho vật ẩm làm cho ẩm trong vật hóa hơi

 Lấy hơi ẩm ra khỏi vật và thải vào môi trường

Quá trình cấp nhiệt cho vật có thể dùng các phương pháp sau: dẫn nhiệt (cho vật ẩm tiếp xúc trực tiếp với bề mặt có nhiệt ñộ cao hơn), trao ñổi nhiệt ñối lưu (cho vật ẩm tiếp xúc với chất lỏng hay không khí có nhiệt ñộ cao hơn), trao ñổi nhiệt bức xạ (dùng các nguồn bức xạ cấp nhiệt cho vật), dùng ñiện trường cao tần ñể nung nóng vật

1.3.3.1 Ph ương pháp sấy nóng

Trong phương pháp này tác nhân sấy và vật liệu sấy ñều ñược ñốt nóng Do tác nhân sấy ñược ñốt nóng nên ñộ ẩm tương ñối (ϕ) giảm dẫn ñến phân áp suất của hơi (pẩm) trong tác nhân sấy giảm Mặt khác do nhiệt ñộ của vật liệu sấy tăng nên mật ñộ hơi nước trong các mao quản tăng lên theo công thức Kenvin[4, 6]:

)

2exp(

ρ

σρϕ

r p p

p

o h o

r = −

= (1) Trong ñó:

pr: áp suất trên bề mặt cột mao dẫn, N/m2

po: áp suất trên bề mặt thoáng, N/m2

σ: sức căng bề mặt thoáng, N/m

ρh: mật ñộ hơi trên cột dịch thể trong ống mao dẫn, kg/m3

ρ: mật ñộ dịch thể, kg/m3

r: bán kính cong của bề mặt dịch thể, m,

Phân áp suất hơi nước (pab) trên bề mặt vật liệu tăng như vậy trong các

hệ thống sấy nóng có hai cách ñể tạo ra ñộ chênh lệch phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường:

Cách thứ nhất: Giảm ñộ ẩm của tác nhân sấy bằng cách ñốt nóng nó

Cách thứ hai: tăng phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .19

Tóm lại: Nhờ ñốt nóng cả tác nhân sấy và vật liệu sấy hay chỉ ñốt nóng vật liệu sấy mà hiệu phân áp giữa hơi nước trên bề mặt vật liệu (pab) và phân

áp suất của hơi nước tác nhân sấy (pẩm) tăng dẫn ñến làm tăng quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và ñi vào môi trường

Phương pháp sấy nóng: sấy ñối lưu, sấy tiếp xúc, sấy bức xạ, sấy bằng ñiện cao tần,…

1 H ệ thống sấy ñối lưu

Trong hệ thống này, vật liệu sấy ñược cấp nhiệt bằng cách trao ñổi nhiệt ñối lưu (tự nhiên hay cưỡng bức) Trong trường hợp này môi chất sấy làm nhiệm vụ cấp nhiệt Thiết bị sấy ñối lưu bao gồm: thiết bị sấy buồng, thiết

bị sấy hầm, thiết bị sấy khí ñộng, thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị sấy tháp, thiết

bị sấy thùng quay, thiết bị sấy phun…

2 H ệ thống sấy tiếp xúc

Trong hệ thống này, vật liệu sấy ñược cấp nhiệt bằng dẫn nhiệt do vật liệu sấy tiếp xúc với bề mặt có nhiệt ñộ cao hơn Thiết bị sấy tiếp xúc gồm hai kiểu: thiết bị sấy tiếp xúc với bề mặt nóng kiểu tang quay hay lô quay; thiết bị sấy tiếp xúc trong chất lỏng

4 H ệ thống sấy sử dụng ñiện trường cao tần

Hệ thống sấy này sử dụng năng lượng ñiện trường xoay chiều có tần số cao ñể làm nóng vật sấy Vật liệu sấy ñược ñặt giữa hai bản ñiện cực nối với

dòng ñiện cao tần có tần số cao làm dao ñộng các phần tử vật chất gây ma sát làm nóng vật sấy

*Ưu ñiểm của phương pháp sấy nhiệt ñộ cao:

- Thời gian sấy của phương pháp này thường ngắn hơn so với phương pháp sấy lạnh

- Năng suất cao và chi phí ñầu tư ban ñầu thấp

- Nguồn năng lượng sử dụng ña dạng có thể tận dụng năng lượng của các hệ thống khác như khói thải, hơi nước nóng, hay các nguồn nhiệt từ dầu

mỏ, than ñá, rác thải…và cả ñiện năng

- Thời gian làm việc của hệ thống cũng rất cao

* Nhược ñiểm của hệ thống

- Sử dụng khi các vật liệu sấy không có yêu cầu gì ñặc biệt về nhiệt ñộ

- Sản phẩm sấy thường biến màu và chất lượng sấy không cao

1.3.3.2.Ph ương pháp sấy lạnh

Khác với phương pháp sấy nóng, ñể tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy, người ta giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy bằng cách giảm dung ẩm trong tác nhân sấy và ñộ ẩm tương ñối (ϕ) Theo công thức [6]:

d B

pa

+

= 621 , 0

Trong ñó:

pa: Phân áp suất hơi nước, kN/m3

B: Áp suất khí trời, kN/m3

d: Dung ẩm trong không khí, kg ẩm/kg kkk

Phân áp suất của không khí bên ngoài môi trường giảm xuống, ñộ chênh áp của ẩm trong vật sấy và môi trường xung quanh tăng lên Ẩm

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .21

chuyển dịch từ trong vật ra bề mặt và từ bề mặt chuyển dịch vào môi trường Nhiệt ñộ của môi trường sấy lạnh thường thấp (có thể thấp hơn nhiệt ñộ môi trường bên ngoài) có khi xuống ñến gần 0oC

1 S ấy lạnh dùng máy hút ẩm hấp phụ chuyên dụng kết hợp với máy lạnh

Phương pháp sấy này là sự kết hợp giữa máy hút ẩm dùng chất hấp phụ

và máy lạnh Máy hút ẩm ñược ñặt trong buồng kín Không khí trong buồng ñược hút ẩm nhờ máy, còn dòng không khí ngoài trời ñược làm nóng ñể hoàn nguyên chất hấp phụ sau khi ñã hút ẩm Như ñã nói ở trên về nguyên lý hoạt ñộng của máy hút ẩm, dòng không khí sau khi ñược khử ẩm có nhiệt ñộ tương ñối cao Chính vì thế, người ta cần thiết kế thêm một máy lạnh có tác dụng làm giảm nhiệt ñộ khí nóng xuống Nhiệt ñộ dòng khí sau khi ñi qua máy lạnh

có nhiệt ñộ thấp và ñộ ẩm nhỏ

Trên ñồ thị I-d (hình 1.8), ta biểu diễn trạng thái thay ñổi của không khí như sau: không khí ẩm từ ñiểm 2, ñược hút ẩm và làm nóng lên tới ñiểm 3

Từ ñây, không khí khô ñược giảm nhiệt ñộ ñẳng dung ẩm xuống ñiểm 1 Sau

ñó, không khí ñược tiếp xúc với các vật cần sấy Lượng ẩm từ trong vật ñược hấp thụ bởi dòng khí khô và trạng thái dòng khí lại chuyển về ñiểm 2 ðây là một vòng tuần hoàn của quá trình hoạt ñộng tác nhân sấy

Hình 1.9 Sơ ñồ phương pháp sấy lạnh bằng chất hấp phụ và quá

trình thay ñổi trạng thái không khí

1- Trạng thái không khí khô sau khi ñã ñược làm lạnh

2- Trạng thái không khí khi ñã nhận ẩm của vật

3- Trạng thái không khí khi ñã ñược bài ẩm bằng bánh hấp phụ

* Ưu ñiểm là có khả năng hút ẩm lớn Năng suất hút ẩm khá cao

+ Chi phí cho việc bảo dưỡng tốn kém

+ ðiện năng cho thiết bị lớn vì ngoài việc cần nung nóng dây ñiện trở giúp cho quá trình hoàn nguyên còn cần cung cấp cho việc chạy máy lạnh

+ Trong ñiều kiện làm việc nhiều bụi, thì máy cần phải có thời gian ngừng hoạt ñộng ñể làm sạch cho chất hấp phụ của máy hút ẩm

2 S ấy lạnh dùng bơm nhiệt có máy nén hơi

Cũng giống như phuơng pháp dùng máy hút ẩm chuyên dụng, nhưng ở ñây người ta sử dụng máy hút ẩm kiểu bơm nhiệt nén hơi ñể khử ẩm và chuẩn

bị sấy

Trên ñồ thị I-d(hình 1.9), không khí ẩm trong phòng (ñiểm 2) ñi qua giàn lạnh của máy hút ẩm kiểu bơm nhiệt Ẩm trong không khí ñược ngưng tụ trên giàn lạnh Dung ẩm của dòng khí giảm xuống, nhưng do nhiệt ñộ của dòng khí cũng giảm nên ñộ ẩm tương ñối của không khí sau khi ra khỏi dàn cũng cao (≈ 95 %) Trạng thái không khí lúc này ở ñiểm 3 Dòng khí tiếp tục ñược chuyển qua giàn nóng, không khí ñược làm nóng ñẳng dung ẩm lên trạng thái ở ñiểm 1 Tại ñiểm này, nhiệt ñộ, ñộ ẩm cũng có giá trị tương ñương với phương pháp dùng máy bài ẩm hấp phụ và máy lạnh Từ ñây dòng

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .23

khí khô ñược chuyển ñến các vật liệu sấy và hấp thụ ẩm trong vật Sau khi ra khỏi buồng sấy, trạng thái dòng khí ở ñiểm 2

Hình 1.10 Sơ ñồ phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt và quá trình

thay ñổi trạng thái không khí

1- Trạng thái không khí khô sau khi ñã ñược gia nhiệt

2- Trạng thái không khí sau khi ñã hấp thụ ẩm của vật

3- Trạng thái không khí trong dàn lạnh

4- Trạng thái không khí sau khi ñã qua dàn lạnh khử ẩm

* Ưu ñiểm:

+ Giảm ñược chi phí thiết bị, vận hành và bảo dưỡng

+ Năng lượng của dàn nóng và dàn lạnh ñều ñược sử dụng triệt ñể

+ Quá trình hoạt ñộng của thiết bị không bị gián ñoạn do không phải thay ñổi chất hấp thụ như trong phương pháp dùng máy bài ẩm

+ Tuổi thọ thiết bị cao Trong khoảng thời gian 10 năm, thiết bị hầu như không phải bão dưỡng lớn

+ ðiện năng sử dụng cũng thấp hơn nhiều so với phương pháp dùng máy hút ẩm hấp phụ

+ Chất lượng và màu sắc của sản phẩm sấy giữ ñược tốt hơn

+ Thích hợp ñể sấy khô các vật phẩm không chịu ñược nhiệt ñộ cao

* Nhược ñiểm:

+ Thời gian sấy thường lâu hơn

3 Ph ương pháp sấy thăng hoa

Khác với hai phương pháp trên, sấy thăng hoa thực hiện ở ñiều kiện nhiệt ñộ và áp suất thấp hơn và ẩm trong vật liệu sấy ở thể rắn Quá trình sấy ñược thực hiện trong buồng kín Giai ñoạn ñầu là giai ñoạn làm lạnh và hút chân không buồng sấy Nhiệt ñộ trong buồng phải thấp hơn 0,0098oC và áp suất phải dưới 610,5 N / m2(ñây là ñiểm ba thể của nước) Vì vậy ẩm trong vật

sẽ ở dưới dạng rắn, ẩm chuyển từ thể rắn sang thể hơi không qua lỏng ðây là giai ñoạn thăng hoa Lượng ẩm thoát ra ñến bình ngưng và ngưng lại thành lỏng sau ñó thành băng bám trên bề mặt ống giai ñoạn này nhiệt ñộ của vật không ñổi Tiếp ñó vật sấy sẽ ñược làm nóng, ẩm còn lại trong vật sẽ chuyển thành lỏng và bay hơi ra khỏi vật liệu sấy Giai ñoạn này giống như sấy các vật thể trong môi trường chân không thông thường

* Ưu ñiểm:

+ Sản phẩm sấy có chất lượng cao, không làm biến chất albumin; + Không xảy ra các quá trình vi sinh, giữ nguyên các vitamin như lúc còn tuơi, giữ nguyên thể tích ban ñầu của vật liệu sấy nhưng xốp hơn nên dễ hấp phụ nước ñể trở lại dạng ban ñầu

* Nhược ñiểm:

+ Giá thành ñắt, thiết bị phức tạp, vốn ñầu tư lớn

+ ðiện năng tiêu thụ cho phương pháp này lớn, năng suất nhỏ

+ Các thiết bị cho buồng chân không cũng cần ñược kín

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .25

+ Dầu bôi trơn cho các máy móc hoạt ñộng cũng là loại ñặc biệt, ñắt tiền và khó kiếm ñể thay thế, bổ sung

4 Ph ương pháp sấy chân không

Vật liệu sấy ñược cho vào buồng kín Sau ñó hút chân không, ñể tạo ñộ chân không Nhiệt cấp cho vật liệu sấy theo phương pháp tiếp xúc hay bức xạ

Ẩm trong vật ñược tách ra khỏi vật và hút thải vào môi trường Nhiệt ñộ sấy theo phương pháp này thấp Phương pháp này bị giới hạn về năng suất do thể tích thiết bị giới hạn do phải giữ ñộ chân không Chính vì vậy phuơng pháp này không ñược sử dụng phổ biến như các phương pháp sấy khác Thường ñược ứng dụng ñể sấy các vật liệu, dược liệu quý hiếm với số lượng nhỏ

5 So sánh ph ương pháp sấy bơm nhiệt nén hơi với các phương pháp sấy khác

a) So sánh với phương pháp sấy nóng

Xét về năng suất sấy, phương pháp sấy bằng bơm nhiệt nén hơi thấp hơn phương pháp sấy nóng bởi ñộ chênh phân áp (pab-pam) của phương pháp sấy nóng lớn hơn

Về mặt năng lượng, phương pháp sấy nóng có thể tận dụng các nguồn nhiệt khác nhau Trong khi ñó, phương pháp sấy bơm nhiệt nén hơi chỉ dùng mỗi một loại năng lượng ñó là ñiện năng trong quá trình sấy Chính vì thế giá thành năng lượng của phương pháp sấy bơm nhiệt có thể cao hơn

Thiết bị cho phương pháp sấy nóng có thể ñược gia công hay chế tạo trong nước, trong khi ñó thiết bị chính cúa bơm nhiệt là máy nén phải nhập ở nước ngoài nên giá thành chi phí ban ñầu cũng cao hơn

Về mặt chất lượng sấy, phương pháp sấy nóng làm giảm hàm lượng vitamin, biến ñổi màu sắc cũng như chất lượng sản phẩm ðặc biệt ñối với một số loại sản phẩm ñòi hỏi nhiệt ñộ sấy thấp thì phương pháp sấy nóng không ñáp ứng ñược Ngược lại, phương pháp sấy bằng bơm nhiệt nén hơi ñã giải quyết ñược vấn ñề này Chính vì vậy, tùy thuộc vào từng sản phẩm cụ thể

chúng ta lựa chọn một phương pháp sấy cụ thể cho phù hợp Ngoài vấn ñề tài chính thì chất lượng sản phẩm cũng là một nhân tố quan trọng ñể chọn lựa b) So sánh với phương pháp sấy lạnh khác

* So sánh với sấy thăng hoa và sấy chân không

Về mặt chất lượng sấy, phương pháp sấy thăng hoa và sấy chân không tốt hơn và ñảm bảo tốt hơn các yêu cầu ñối với sản phẩm sấy vì nhiệt ñộ sấy của cả hai phương pháp này ñều thấp hơn nhiệt ñộ môi trường và quá trình sấy giữ trong ñiều kiện chân không nên không chịu ảnh hưởng của bên ngoài Hơn nữa, tốc ñộ sấy của cả hai phương pháp này cũng nhanh hơn do ñộ chênh

áp (pab - pam) lớn hơn

Nhưng năng suất sấy của phương pháp sấy sử dụng bơm nhiệt nén hơi lớn hơn hẳn vì thể tích buồng sấy của nó lớn hơn nhiều so với hai phương pháp kia, thể tích của buồng sấy thăng hoa và sấy chân không luôn bị hạn chế,

vì ñể giữ ñộ chân không với buồng có thể tích lớn gặp rất nhiều khó khăn Còn bơm nhiệt có thể tiến hành trong buồng có thể tích lớn Diện tích buồng sấy có thể tới 300÷400 2

m , nên có thể tăng năng suất dễ dàng theo yêu cầu sử dụng Bên cạnh ñó, các phụ kiện cũng như dầu mỡ bôi trơn cho thiết bị sấy thăng hoa cũng ñòi hỏi rất khắt khe ñể ñảm bảo trong môi trường chân không nên giá thành cho việc bảo dưỡng rất cao ðối với bơm nhiệt, trên thị trường Việt Nam luôn có sẵn các phụ kiện cũng như dầu bôi trơn, môi chất lạnh…cho nên chi phí bảo dưỡng thấp hơn

ðiện năng tiêu thụ ñối với phương pháp sấy thăng hoa cũng cao hơn so với ñiện năng của phương pháp sấy bơm nhiệt Nên việc sử dụng phương pháp sấy thăng hoa chỉ áp dụng cho những sản phẩm ñòi hỏi chất lượng rất cao mà phương pháp sấy bằng bơm nhiệt không thể ñáp ứng ñược

* So sánh với phương pháp sấy lạnh dùng máy hút ẩm chuyên dụng (máy bài ẩm)

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .27

Nếu xét tốc ñộ sấy, thì cả hai phương pháp ñều cho một kết quả gần giống nhau, khả năng khử ẩm của chúng tương ñương nhau Thể tích ñể sử dụng với cả hai phương pháp ñều có thể mở rộng nếu cần Chất lượng sấy ñối với cả hai phương pháp sấy cũng không khác nhau

Nhưng xét về khía cạnh kinh tế, phương pháp sấy bơm nhiệt có nhiều

ưu ñiểm hơn Chi phí ban ñầu của phương án bơm nhiệt ít hơn so với phương pháp sử dụng máy bài ẩm vì phương pháp bơm nhiệt chỉ cần sử dụng mỗi máy lạnh trong khi ñó phương pháp máy bài ẩm cần không chỉ một máy hút

ẩm mà còn cần cả máy lạnh ñể giảm nhiệt ñộ không khí khô xuống Hơn nữa giá thành chi phí cho hoạt ñộng cũng như việc bảo dưỡng thiết bị ñối với phương án bơm nhiệt cũng rẻ hơn do chỉ cần chi phí vệ sinh dàn ñịnh kỳ và tuổi thọ của thiết bị cũng rất cao, ñiện năng chỉ cần cấp cho mỗi máy lạnh Còn ñối với phương án sử dụng máy bài ẩm, chi phí thay thế ñịnh kỳ chất hấp phụ, ñiện năng cho dàn nhiệt trở ñể làm nóng dòng khí có nhiệm vụ hoàn nguyên lại chất hấp phụ và ñiện năng cho máy lạnh

KẾT LUẬN

Trong tất cả các phương pháp sấy lạnh, thì sấy lạnh có sử dụng bơm nhiệt tỏ ra có nhiều ưu ñiểm hơn so với các phương pháp khác ðối với các sản phẩm cần một chế ñộ sấy ôn hòa (nhiệt ñộ sấy thấp) và chất lượng sản phẩm càng gần với sản phẩm ban ñầu càng tốt, năng suất lớn thì phương pháp sấy bơm nhiệt là thích hợp nhất

Hiện nay, sấy bảo quản, giữ chất lượng rau quả lâu dài trước khi sử dụng ngày càng nhiều Chính vì vậy, việc nghiên cứu công nghệ sấy bằng bơm nhiệt nén hơi là rất cần thiết với ñiều kiện khí hậu ở Việt Nam Việc nghiên cứu sâu các mặt khoa học, công nghệ của quá trình sẽ giúp cho việc thiết kế, cải tiến thiết bị, nâng cao năng suất, góp phần làm tăng chất lượng sản phẩm

1.4 TỔNG QUAN VỀ BƠM NHIỆT VÀ ỨNG DỤNG BƠM NHIỆT TRONG CÔNG NGHỆ SẤY

1.4.1 Tổng quan về bơm nhiệt

Bơm nhiệt là thiết bị có hiệu quả năng lượng cao khi dùng kết hợp với các hoạt ñộng sấy Cơ sở lý thuyết của bơm nhiệt ñã ñược Các – nô ñưa ra từ ñầu thế kỷ 19, sau ñó ñược các nhà bác học như V.A.Mikhenơn, A.Fifê, hoàn thiện dần Năm 1852, Thompson(Lord Kelvin) ñã sáng chế ra bơm nhiệt ñầu tiên trên thế giới Song song với kỹ thuật lạnh, bơm nhiệt có bước phát triển riêng của mình Những thành công lớn nhất của bơm nhiệt bắt ñầu từ những năm 1940 khi hàng loạt bơm nhiệt công suất lớn ñược lắp ñặt thành công ở nhiều nước châu Âu ñể sưởi ấm, ñun nóng và ñiều hòa không khí[16]

Từ khi xảy ra cuộc khủng hoảng năng lượng vào ñầu thập kỷ 1970, bơm nhiệt lại càng khẳng ñịnh vai trò quan trọng của mình Hàng loạt bơm nhiệt với những ứng dụng khác nhau ñược nghiên cứu chế tạo và ñưa vào sử dụng ở nhiều nước trên thế giới

Nguyên lý làm vi ệc: Bơm nhiệt là một thiết bị dùng ñể “bơm” một dòng nhiệt từ mức nhiệt ñộ thấp lên mức nhiệt ñộ cao hơn, phù hợp với nhu cầu cấp nhiệt ðể duy trì bơm nhiệt hoạt ñộng cần tiêu tốn một dòng năng lượng khác (ñiện năng hoặc nhiệt năng) Như vậy máy lạnh cũng là một loại bơm nhiệt và cũng có chung một nguyên lý hoạt ñộng Người ta chỉ phân biệt máy lạnh với bơm nhiệt ở mục ñích 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 lên bơm nhiệt hoạt ñộng ở cấp nhiệt ñộ cao hơn Trong trường hợp sử dụng cả 2 chiều

có thể tạo nên dòng tác nhân sấy là không khí tuần hoàn kín thực hiện 2 quá trình trao ñổi nhiệt: Nguồn lạnh ở thiết bị bay hơi dùng ñể tách ẩm và nguồn

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .29

nóng ở thiết bị ngưng tụ dùng ñể tăng nhiệt ñộ tác nhân sấy tức giảm ñộ ẩm tương ñối của tác nhân sấy và tạo ñộng lực cho quá trình sấy

Như vậy bơm nhiệt có thể ứng dụng ở rất nhiều lĩnh vực có nhu cầu năng lượng ở nhiệt ñộ thấp khoảng 40oC ñến 80oChoặc có thể cao ñến 115oC

÷ 120oC Nếu như nhu cầu về nóng và lạnh tương ñối ăn khớp nhau thì hiệu quả kinh tế của bơm nhiệt lại càng lớn

Khi sử dụng bơm nhiệt cần chú ý hiệu quả kinh tế của nó biểu hiện qua

hệ số nhiệt ϕ Hệ số nhiệt ϕ của bơm nhiệt phụ thuộc rất nhiều vào hiệu nhiệt

ñộ của dàn ngưng và dàn bay hơi như ñã trình bày ở trên Một ñiều kiện nữa

ñể bơm nhiệt ñạt hiệu quả là nhu cầu về nóng và lạnh phải liên tục và ổn ñịnh

Hình 1.11 Phạm vi hoạt ñộng của bơm nhiệt và máy lạnh

a) Máy lạnh To<Ta, Tk=Ta

b) Bơm nhiệt kết hợp nóng lạnh To< Ta, Tk>Ta

c) Bơm nhiệt dùng ñể sấy và sưởi To=Ta, Tk>Ta

d) Bơm nhiệt dùng ñể sấy sưởi nóng To>Ta,Tk>Ta

To- Nhiệt ñộ bay hơi

Tk- Nhiệt ñộ ngưng tụ

Ta- Nhiệt ñộ môi trường

qo- Nhiệt lượng lấy từ môi trường

qk- Nhiệt lượng thải ra từ thiết bị ngưng tụ

Cũng như máy lạnh, bơm nhiệt làm việc theo chu trình ngược (Hình 2.12) với các quá trình chính như sau [17]:

1-2: Quá trình nén hơi môi chất từ áp suất thấp, nhiệt ñộ thấp lên áp suất cao nhiệt ñộ cao trong máy nén hơi Quá trình nén là ñoạn nhiệt

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

3-4: Quá trình tiết lưu có entanpi i3=i4 của môi chất lỏng qua van tiết lưu từ áp suất cao xuống áp suất thấp

4-1: Quá trình bay hơi ñẳng áp ở nhiệt ñộ và áp suất thấp, thu nhiệt của môi trường lạnh

Hình 1.12 Nguyên lý làm việc của bơm nhiệt nén hơi

a) Sơ ñồ thiết bị; b) Sơ ñồ dòng năng lượng

l

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .31

MN- Máy nén; NT- Thiết bị ngưng tụ; TL- Van tiết lưu

BH- Thiết bị bay hơi; l - Công tiêu tốn cho máy nén

qo- Nhiệt lượng lấy từ môi trường (hay buồng lạnh)

qk- Nhiệt lượng thải ra ở dàn ngưng tụ

Mục ñích sử dụng là lượng nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ

Năng suất lạnh riêng của bơm nhiệt chính là qk ở phương trình cân bằng nhiệt

Nếu sử dụng bơm nhiệt nóng lạnh kết hợp thì hiệu quả kinh tế còn cao

hơn nữa vì chỉ cần tiêu tốn một dòng năng lượng l là ta thu ñược cả năng suất

lạnh qo và năng suất nhiệt qk như mong muốn Gọi ϕεlà hệ số nhiệt của bơm nhiệt thì:

1

2 +

= +

1.4.2 Các loại bơm nhiệt và thành phần cơ bản của bơm nhiệt

1.4.2.1 Các lo ại bơm nhiệt