Chế tạo thử nghiệm thiết bị sấy chè bằng sóng vi sóng năng suất 4kg khô 1 mẻ (bản đầy đủ) v2

Đồ án nghiên cứu thiết bị sấy vi sóng. Đây là một công trình nghiên cứu với nhiều tâm huyết để có một phương pháp mới, sử dụng cho quá trình sản xuất chè truyền thống. Ở đây, tác giả đã đưa ra những lập luận, những nhận xét để chù hợp với quá trình sản xuất, đem lại năng suất, hiệu quả và hoàn toàn có khả năng được áp dụng vào thực tế sản xuất

MỤC LỤC 1

MỞ ĐẦU 5

PHẦN 1: TỔNG QUAN 6

Chương 1 KỸ THUẬT CHẾ BIẾN CHÈ 6

1.1 Li ̣ch sử phát triển cây chè 6

1.2 Thành phần hóa ho ̣c của lá chè 8

1.3 Phân loa ̣i chè 11

1.4 Kỹ thuâ ̣t sản xuất chè xanh 12

1.4.1 Diê ̣t men và làm héo 12

1.4.2 Vò chè 14

1.4.3 Làm khô 14

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ SẤY 16

2.1 Tổng quan về sấy 16

2.1.1 Bản chất quá trı̀nh sấy 16

2.1.2 Nước trong vâ ̣t liê ̣u sấy 16

2.1.3 Những ảnh hưởng của quá trı̀nh sấy đến chất lượng vâ ̣t liê ̣u 16

2.1.3.1 Ảnh hưởng đến cấu trúc 17

2.1.3.2 Ảnh hưởng đến mùi vi ̣ 17

2.1.3.3 Ảnh hưởng đến màu sắc 18

2.1.3.4 Ảnh hưởng đến giá tri ̣ dinh dưỡng 18

2.1.3.5 Ảnh hưởng đến sự hồi nguyên của sản phẩm 19

2.2 Các phương pháp sấy 19

2.2.1 Phơi và sấy bằng năng lươ ̣ng mă ̣t trời (sấy tự nhiên) 19

2.2.2 Phương pháp sấy nhân ta ̣o 20

2.2.2.1 Sấy đối lưu 20

2.2.2.2 Sấy tiếp xúc 22

2.2.2.3 Sấy bằng dòng điê ̣n trường cao tần 23

NHẬN XÉT 24

Chương 3 TỔNG QUAN VỀ SẤY VI SÓNG 25

3.1 Công nghệ gia nhiệt vi sóng 25

3.1.1 Đặc điểm cơ bản của vi sóng: dải tần phát nhiệt và truyền dẫn trong không gian và vật liệu điện môi 25

3.1.2 Đặc tính phân bố trong không gian của các thông số công nghệ vi sóng (điện trường, từ trường, công suất điện từ, độ đâm xuyên vào sâu bên trong vật liệu) 28

3.2 Các đặc điểm tương tác của vật liệu với vi sóng và một số ứng dụng vi sóng trong công nghiệp 36

3.2.1 Đặc điểm vật liệu ảnh hưởng tới tương tác vi sóng (nhìn nhận vật liệu sấy dưới góc độ điện môi) 36

3.2.2 Cấu tạo đầu phát vi sóng 39

3.2.2.1 Các loại đầu phát vi sóng 39

3.2.3 Mốt số ứng dụng vi sóng trong công nghiệp 49

3.2.3.1 Chần vi sóng 49

3.2.3.2 Nướng bằng vi sóng 50

3.2.3.3 Sấy vi sóng 50

3.3 Ảnh hưởng của vi sóng tới môi trường xung quanh, biện pháp xử lý đảm bảo an toàn 50

3.3.1 Ảnh hưởng của vi sóng tới môi trường xung quanh 50

3.3.1.1 Điện từ trường biến thiên và truyền lan trong không gian truyền dẫn và môi trường xung quanh 50

3.3.1.2 Tiêu chuẩn an toàn vi sóng GB 10436-1989 52

3.3.2 Các biện pháp xử lý đảm bảo an toàn 53

3.3.2.1 Các lưu ý trong thiết kế, chế tạo 53

3.3.2.2 Các lưu ý trong vận hành 55

3.4 Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hấp thụ công suất điện từ của một số vật liệu sấy 56

3.4.1 Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hấp thụ công suất điện từ của vật liệu sấy 56

3.4.1.1 Ảnh hưởng của muối đến khả năng hấp thụ công suất điện từ 56

3.4.1.2 Ảnh hưởng của nước đến khả năng hấp thụ công suất điện từ 56

3.4.1.3 Ảnh hưởng của lipit đến khả năng hấp thụ công suất điện từ 57

3.4.1.4 Ảnh hưởng của đường đến khả năng hấp thụ công suất điện từ 57

3.4.1.5 Ảnh hưởng của hình dạng sản phẩm đến khả năng hấp thụ công suất điện từ 57

PHẦN 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ THIẾT BI ̣ 58

Chương 1 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT 59

1.1 Các thông số ban đầu 59

1.2 Lươ ̣ng ẩm bay hơi sau quá trı̀nh làm héo 59

1.3 Lươ ̣ng ẩm thoát ra sau quá trı̀nh sấy khô ấ = 1′× 2 − 3100 − 3 59

Chương 2 TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT THIẾT BI ̣ 61

2.1 Tı́nh toán và lựa cho ̣n công suất đầu phát vi sóng 61

2.2 Thiết kế khay sấy 63

2.3 Thiết kế khung đỡ khay sấy 65

2.4 Thiết kế vỏ thiết bi ̣ 69

2.5 Thiết kế tru ̣c quay giá đỡ khay 69

2.6 Thiết kế hê ̣ thống truyền đô ̣ng cho tru ̣c quay 74

2.6.1 Thiết kế truyền đô ̣ng đai 74

2.6.1.1 Xác đi ̣nh kiểu đai 75

2.6.1.2 Tı́nh sơ bô ̣ đai 75

2.6.1.3 Cho ̣n đường kı́nh đai tiêu chuẩn [43], Tâ ̣p 2, bảng 20.15 76

2.6.1.4 Xác đi ̣nh số đai 77

2.6.1.5 Xác đi ̣nh lực lên tru ̣c 78

2.6.2 Hê ̣ truyền đô ̣ng motor giảm tốc 79

2.7 Tı́nh cho ̣n công suất đô ̣ng cơ 79

2.8 Tı́nh cho ̣n chiều dày đế đỡ hê ̣ thống khay 79

Chương 3 TÍNH TOÁN HÊ ̣ THỐNG THOÁT ẨM 81

3.1 Tı́nh toán cho ̣n qua ̣t cho đầu phát vi sóng 81

3.2 Tı́nh toán cho ̣n qua ̣t làm mát biến áp 82

3.3 Tính toán và chọn quạt cho hệ thống sấy 83

Chương 4 TÍNH TOÁN HÊ ̣ THỐNG ĐIÊ ̣N 89

4.1 Tı́nh cho ̣n hê ̣ thống điều khiển 89

4.2 Tı́nh cho ̣n biến áp 90

4.3 Các thiết bi ̣ phu ̣ 91

KẾT LUẬN 92

DANH MỤC TÀI LIÊ ̣U THAM KHẢO 93

Trong điều kiê ̣n hiê ̣n nay, dân số thế giới đã khoảng bảy tỷ người và còn tăng nhanh trong thời gian tới, vấn đề sử du ̣ng nguồn năng lươ ̣ng hơ ̣p lý đang đươ ̣c đă ̣t lên hàng đầu

để đảm bảo sự tồn ta ̣i lâu dài cho các thế hê ̣ sau Chı́nh vı̀ lẽ đó, viê ̣c ứng du ̣ng những công nghê ̣ tiên tiến có hiê ̣u quả năng lươ ̣ng sẽ góp phần giảm tổn thất sản phẩm sau thu hoa ̣ch, đồng thời góp phần đảm bảo an ninh lương thực trên thế giới

Cũng như với các ngành công nghệp chế biến lương thực khác, ngành công nghiê ̣p chế biến chè thành phẩm cũng đang đươ ̣c quan tâm để phát triền Chè là mô ̣t sản phẩm truyền thống và phương pháp sản xuất chủ yếu cũng truyền thống với quy mô nhỏ Viê ̣c áp dụng ở quy mô nhỏ dẫn đến vấn đề sử du ̣ng tự do các nguồn năng lươ ̣ng Điều này ảnh hưởng không nhỏ đến vấn đề ô nhiễm môi trường, làm nhiê ̣t độ tăng lên, ảnh hưởng đến khí hâ ̣u toàn cầu Do vâ ̣y, viê ̣c sử du ̣ng các công nghê ̣ hiê ̣n đa ̣i để áp du ̣ng vào quá trı̀nh sản xuất chè truyền thống là điều hoàn toàn có hiê ̣n thực

Xuất phát từ những yêu cầu đă ̣t ra đó, em đã đề ra ý tưởng sử du ̣ng phương pháp sấy vi sóng để khắc phục những ha ̣n chế trên, đồng thời nghiên cứu để ứng du ̣ng vào sản xuất hơ ̣p lý nhất Đề tài cu ̣ thể của em là: " Thiết kế thử nghiê ̣m thiết bi ̣ sấy chè bằng sóng vi sóng năng suất 4kg khô/mẻ "

Dưới sự hướng dẫn tâ ̣n tı̀nh của thầy Lê Ngo ̣c Cương, em đã phần nào có những hiểu biết rõ hơn về phương pháp sấy vi sóng và ứng du ̣ng nó để chế ta ̣o chiết bi ̣ sấy vi sóng phù hơ ̣p với quá trı̀nh sấy nói chung và quá trı̀nh sấy chè nói riêng Em xin cảm ơn thầy đã giúp em có thể hoàn thiê ̣n đồ án môn ho ̣c này a ̣

PHẦN 1: TỔNG QUAN

Chương 1

KỸ THUẬT CHẾ BIẾN CHÈ

1.1 Li ̣ch sử phát triển cây chè

Theo thư tịch cổ Việt Nam, cây chè đã có từ xa xưa dưới 2 dạng :cây chè vườn hộ gia đình vùng châu thổ Sông Hồng và cây chè rừng ở miền núi phía bắc.Lê Quý Đôn

trong sách " Vân Đài loại ngữ " (1773) có ghi trong mục IX, Phẩm vật như sau:

" Cây chè đã có ở mấy ngọn núi Am Thiên, Am Giới và Am Các, huyện Ngọc Sơn, tỉnh Thanh Hoá, mọc xanh um đầy rừng, thổ nhân hái lá chè đem về giã nát ra, phơi trong râm, khi khô đem nấu nước uống, tính hơi hàn, uống vào mát tim phổi, giải khát, ngủ ngon Hoa và nhị chè càng tốt, có hương thơm tự nhiên "

Năm 1882, các nhà thám hiểm Pháp đã khảo sát về sản xuất và buôn bán chè giữa sông Đà và sông Mê Kông ở miền núi phía Bắc Việt Nam, từ Hà Nội ngược lên cao nguyên Mộc Châu, qua Lai Châu; đến tận Ipang, vùng Xípxoongpảnnả (Vân Nam), nơi

có những cây chè đại cổ thụ." Hàng ngày những đoàn thồ lớn 100-200 con lừa, chất đầy muối và gạo khi đi và nặng chĩu chè khi về Ipang nổi tiếng về chất lượng chè đạt mức ngự trà cống nộp cho Hoàng đế Trung Hoa Loại chè cao cấp này không bán ngoài thị trường ; và ai cũng cố giấu lại một phần nhỏ, mặc dù có nguy cơ bị trừng trị nặng

nề Tôi đã trông thấy một nắm chè loại này màu trắng ngà, bao gồm những cánh chè rất nhỏ và rất xoăn Vùng đất đai của Đèo Văn Trị ở Lai Châu, là hàng xóm láng giềng gần gũi của Ipang, vùng Xíp xoongpảnnả "

Sau những chuyến khảo sát rừng chè cổ ở tỉnh Hà Giang Việt Nam (1923), và tây

nam Trung Quốc (1926), các nhà khoa học Pháp và Hà Lan, đã viết " những rừng chè, bao giờ cũng mọc bên bờ các con sông lớn, như sông Dương Tử, sông Tsi Kiang ở Trung Quốc, sông Hồng ở Vân Nam và Bắc Kỳ (Việt Nam), sông Mê Kông ở Vân Nam, Thái Lan và Đông Dương, sông Salouen và Irrawađi ở Vân Nam và Mianma, sông Bramapoutrơ ở Assam "

Năm 1976, Viện sĩ thông tấn Viện Hàn lâm khoa học Liên Xô, sau những nghiên cứu về tiến hoá của cây chè, bằng phân tích chất catésin trong chè mọc hoang dại, ở các

vùng chè Tứ Xuyên, Vân Nam Trung Quốc, và các vùng chè cổ Việt Nam (Suối Giàng, Nghĩa Lộ, Lạng Sơn, Nghệ An ), đã viết :

… Cây chè cổ Việt Nam, tổng hợp các catêchin đơn giản nhiều hơn cây chè Vân Nam… Từ đó có sơ đồ tiến hoá cây chè thế giới sau đây " Camellia → Chè Việt Nam → Chè Vân Nam lá to → Chè Trung Quốc → Chè Assam (ấn Độ)"

Tóm lại, đến nay các nhà khoa học thế giới đã xác nhận : Đại thể cây chè phát nguyên từ một vùng sinh thái hình cái quạt, giữa các ngọn đồi Naga, Manipuri và Lushai, dọc theo đường biên giới giữa Assam và Mianma ở phía Tây, ngang qua Trung Quốc ở phía Đông, và theo hướng Nam chạy qua các ngọn đồi của Mianma và Thái Lan vào Việt Nam, trục Tây Đông từ kinh độ 95 o đến 120 o Đông, trục Bắc Nam từ vĩ đ

29 o đến 11 o Bắc

Thời kỳ trước năm 1882

Từ xa xưa, người Việt Nam trồng chè dưới 2 loại hình:

- Chè vườn hộ gia đình uống lá chè tươi, tại vùng chè dồng bằng sông Hồng ở Hà đông, chè đồi ở Nghệ An

- Chè rừng vùng núi, uống chè mạn, lên men một nửa, như vùng Hà Giang, Bắc Hà

Thời kỳ 1882-1945

Ngoài 2 loại chè trên, xuất hiện mới 2 loại chè công nghiệp; chè đen công nghệ truyền thống OTD, và chè xanh sao chảo Trung Quốc Bắt đầu phát triển những đồn điền chè lớn tư bản Pháp với thiết bị công nghệ hiện đại Người dân Việt Nam, sản xuất chè xanh tại hộ gia đình và tiểu doanh điền Chè đen xuất khẩu sang thị trường Tây Âu, chè xanh sang thị trường Bắc Phi là chủ yếu Diện tích chè cả nước là 13305 ha, sản lượng 6.000 tấn chè khô/năm

Thời kỳ độc lập (1945- nay)

Sau 1954, Nhà nước xây dựng các Nông trường quốc doanh và Hợp tác xã nông nghiệp trồng chè; chè đen OTD xuất khẩu sang Liên Xô - Đông Âu, và chè xanh xuất khẩu sang Trung Quốc Đến hết năm 2002, tổng diện tích chè là 108.000 ha, trong đó

có 87.000 ha chè kinh doanh Tổng số lượng chè sản xuất 98.000 tấn, trong đó xuất khẩu 72.000 tấn đạt 82 triệu USD

Các vùng Chè ở Việt Nam

Việt Nam nằm trong vùng gió mùa Đông nam á, cái nôi của cây chè Khí hậu đất đai rất thích hợp với sinh trưởng cây chè Lượng nước mưa dồi dào 1700-2000 mm/năm nhiệt độ 21-22,6 0C, ẩm độ không khí 80-85 % Đất đai trồng chè gồm 2 loại phiến thạch sét và bazan màu mỡ Chè trồng ở vĩ tuyến B 11.5-22.5, chia thành 3 vùng: vùng thấp dưới 300m, vùng giữa 300-600m, vùng cao 600-trên 1000m, nên chất lượng chè rất tốt Giống chè bản địa gồm 2 giống Trung Du và Shan, làm được chè xanh và chè đen; đặc biệt giống chè Shan miền núi có búp nhiều lông tuyết trắng, được thị trường quốc tế rất

ưa chuộng Ngoài ra còn những giống chè tốt làm chè đen, chè xanh, chè ô long, nhập nội của Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản, ấn Độ và Srilanka, Inđônêxia

1.2 Thành phần hóa ho ̣c của lá chè

a Nước

Trong lá chè nước tồn ta ̣i ở hai da ̣ng, nước tự do và nước liên kết, nước chứa chủ yếu trong các khı́ quản của lá và là môi trường hòa tan các chất trong di ̣ch bào Hàm lươ ̣ng nước trong lá chè chiếm từ 74-78%, phu ̣ thuô ̣c vào giống chè thời vu ̣ và đô ̣ non già của lá chè Theo số liê ̣u thống kê của Trung Quốc, hàm lươ ̣ng nước trong lá chè như sau: Tôm (búp chè): 77,6%; lá thứ nhất: 76,7%; lá thứ hai: 76,3%; lá thứ ba: 76,0%; lá thứ nhất: 75,8%;…

b Tanin

Tanin là hơ ̣p chất quan tro ̣ng trong lá chè, nó có tı́nh chất quyết đi ̣nh đến màu sắc nước pha, hương thơm và vi ̣ chát của chè Tanin thường có hai loa ̣i: tanin ngưng tu ̣ và tanin thủy phân Chất tiêu biểu cho tanin ngưng tu ̣ là catechine bao gồm catechinen và gallo-catechinen (tanin thủy phân tác du ̣ng với FeCl3 cho màu xanh da trời còn tanin ngưng tu ̣ cho màu xanh đen) Khi bi ̣ tác du ̣ng của axit loãng, tanin ngưng tu ̣ không bi ̣ thủy phân thành các phân tử đơn giản và ngươ ̣c la ̣i nó ngưng tu ̣ với nhau thành tanin đỏ

(hay flobafen) Tanin ngưng tu ̣ dễ hòa tan trong nước Tanin chè dễ tác du ̣ng với protein

ta ̣o thành hơ ̣p chất không tan, nó cũng dễ bi ̣ oxi hóa để ta ̣o nên màu sữa hoă ̣c màu đồng đỏ Đối với cơ thể con người, theo giáo sư Curơsalốp thı̀ tanin làm tăng sức đề kháng của thành huyết quản, tăng sự tı́ch lũy và đồng hóa vitamin C Hàm lượng tanin trong lá chè thường từ 19-23% so với chất khô và chè càng non hàm lươ ̣nng tanin càng cao Riêng nước ta hàm lươ ̣ng tanin khá cao: từ 25-30% và cao nhất là chè thu hoa ̣ch vào tháng 8

d Pectin

Trong lá chè hàm lượng Pectin khá cao, thường từ 11-17% so với lươ ̣ng chất khô trong lá chè và chè càng già hàm lươ ̣ng Pectin càng cao Riêng với Pectin tan tỏng nước, chè càng non hàm lượng Pectin càng cao Đối với quá trı̀nh chế biến, Pectin tốt cho quá trı̀nh xoắn chă ̣t và dính la ̣i với nhau khi vò, đồng thời nó cũng ta ̣o điều kiê ̣n tốt cho quá trình ép đóng bánh chè Trong quá trı̀nh sấy, Pectin có tác du ̣ng cố đi ̣nh các thành phần chất tan trên bề mặt lá chè Ngoài ra hàm lươ ̣ng Pectin cao thı̀ khả năng hút ẩm của chè thành phẩm mạng gây ảnh hưởng không tốt khi bảo quản Trong quá trı̀nh chế biến chè, Pectin cũng có tác dụng ta ̣o thành hương thơm của chè thành phẩm

e Các sinh tố trong chè

Trong lá chè hàm lươ ̣ng sinh tố khá cao Tı́nh theo 1kg chè khô hàm lượng mô ̣t sinh tố như sau: vitamin B1 0,3-10 mg%; vitamin B6 6-11 mg%; vitamin PP 54-152 mg%

Đă ̣c biê ̣t trong lá chè tươi, hàm lươ ̣ng Vitamin C khá cao, thường từ 266mg% chất khô, gấp 3-4 lần vitamin C trong cam, chanh Ngoài ra tanin chè cũng có tı́nh chất gần giống như vitamin PP

f Các chất thơm

Hàm lượng dầu thơm trong chè không nhiều Theo tài liê ̣u nghiên cứu của Nhâ ̣t Bản, hàm lươ ̣ng dầu thơm trong chè tươi khoảng 0,02%

Trong thành phần của dầu thơm, hàm lươ ̣ng rượu 6 Cacbon chiếm tới 60% Các loa ̣i rươ ̣u này trong lá chè tươi có mùi hăng và nhiê ̣t đô ̣ sôi của nó là 157-1580C Trong quá trình sản xuất, chè thành phẩm đươ ̣c qua nhiều quá trı̀nh gia công nghiê ̣t nên các cấu tử dầu thơm có nhiê ̣t đô ̣ sôi nhỏ hơn 2000C dễ bị mất đi

Hương thơm của chè xanh thành phẩm chủ yếu là do các chất sau: Benzylic (C6H5OH), benzylmetylic (C6H5CH2OH), geraniol linaleol, và các este của chúng Các chất này có hương thơm dễ chi ̣u của hoa quả tươi

Hương thơm của chè đen thành phẩm đươ ̣c tạo thành chủ yếu do sự oxi hóa hoă ̣c khử các chất thơm có sẵn ta ̣o nên Nó bao gồm các chất chủ yếu sau: n.butylaldehit, isobutylaldehit, isovaleraldehit,benzandehit, linaleol,… và các este của chúng Đối với

cơ thể con người, dầu thơm có tác dụng kı́ch thı́ch hê ̣ thần kinh và nâng cao hiê ̣u suất làm việc các cơ năng của cơ thể

g Protein và aminoaxit trong lá chè

Thành phẩn các hơ ̣p chất protein trong chè rất cao, khoảng 25-30% so với lươ ̣ng chất khô, lá chè càng non, hàm lươ ̣ng protein càng cao Trong chè protein nói chung hòa tan trong nước, nó ít liên quan đến chất lươ ̣ng chè nhưng liên quan nhiều đến công nghê ̣ chế biến chè Đối với chè đen, protein có ảnh hưởng xấu đến chất lươ ̣ng của chè vı̀ hàm lượng tanin trong chè thấp, la ̣i bị tác du ̣ng với protein ta ̣o thành các hơ ̣p chất không tan Ngươ ̣c la ̣i với sản xuất chè xanh, hàm lươ ̣ng tanin cao nên protein có tác du ̣ng làm điều hòa vi ̣ chè và làm cho hı̀nh thức sản phẩm chè đe ̣p

Các aminoaxit trong chè không nhiều, thường 0,2-0,3% chất khô, nó có tác du ̣ng tốt đối với chất lượng của chè đen và chè xanh Các aminoaxit tác du ̣ng với tanin trong quá trình chế biến để ta ̣o thành các aldehit thơm Ngoài ra đối với chè xanh nó cũng có tác du ̣ng làm cho vị chè dễ chi ̣u và có dư vi ̣

h Các hợp chất alkaloit

Các hơ ̣p chất alkaloit trong chè phần lớn không tan trong nước và tan nhiều trong dung môi hữu cơ, trong các hơ ̣p chất alkaloit quan tro ̣ng nhất là cafein Cafein trong chè chiếm khoảng 2-5% tổng lượng chất khô, chè càng non hàm lươ ̣ng cafein càng cao Trong quá trı̀nh chế biến, cafein ít bi ̣ thay đổi, nhưng với sản xuất chè đen nó tác du ̣ng với tanin tạo thành tanat cafein có mùi thơm và vi ̣ dễ chi ̣u Khi pha nước, hơ ̣p chất nanat cafein bi ̣ kết tủa khi nước chè để nguô ̣i và tạo thành váng chè

i Các loại men trong chè

Trong búp và lá chè có chứa hầu hết các loa ̣i men, nhưng chủ yếu là 2 nhóm: Nhóm thủy phân gồm có: amilaza, glucozidaza, proteaza và mô ̣t số men khác

Trong nhóm men oxo hóa – khử chủ yếu là peroxidaza polyphenolaxidaza Đối với quá trı̀nh chế biến chè quan tro ̣ng nhất là các men oxi hóa khử

Men polyphenolaxodaza xúc tác cho sư ̣ oxi hóa các hơ ̣p chất poliphenol để ta ̣o thành sản phẩm màu đồng đỏ Hoạt tı́nh của men trong lá chè phu ̣ thuộc vào đô ̣ non già của lá, chè càng non hoa ̣t tính men càng cao

Men peroxidaza xúc tác cho quá trı̀nh oxi hóa tanin để ta ̣o thành sản phẩm màu sữa và hương vi ̣ của chè đen

k Chất tro trong chè

Hàm lươ ̣ng chất tro trong chè không nhiều, trong chè tươi khaongr 3-4% và trong chè thành phẩm là 5-6% Chất tro thường chia thành 2 nhóm: Nhóm hòa tan và không hòa tan Chè loa ̣i tốt chất tro chung ı́t hơn chè loa ̣i xấu, nhưng chất tro hòa tan trong chè loa ̣i tốt la ̣i nhiều hơn

1.3 Phân loa ̣i chè

Nguyên liệu dùng để sản xuất chè là búp chè tươi gồm một tom hai hoă ̣c ba lá non Hiện nay từ nguồn nguyên liê ̣u chè người ta cı́ thể chế biến ra nhiều loa ̣i chè khác nhau, bao gồm các loại chè chủ yếu sau đây:

- Chè xanh: màu nước pha xanh tươi, vi ̣ chát ma ̣nh và có hương thơm tự nhiên của chè Các chất trong thành phần chè tươi ı́t bi ̣ biến đổi nên giá tri ̣ dinh dưỡng cao

- Chè đen: Chè đen có nước pha màu đồng đỏ, vi ̣ di ̣u, hương thơm mát dễ chi ̣u Các chất dinh dưỡng trong chè đen kém hơn nhiều so với chè xanh

- Chè vàng và chè đỏ: là hai loa ̣i chè trung gian của chè đen và chè xanh về chất lươ ̣ng, màu sắc nước pha và quá trình chế biến chè vàng gần giống như chè xanh, chè đỏ gần giống với chè đen

- Ngoài các loại chè trên còn có các loa ̣i chè đươ ̣c gia cố thêm bằng các nguyên liêu phu ̣ bên ngoài go ̣i là chè hương Hương liê ̣u dùng để ướp cho chè có thể là hoa tươi: Hoa nhài, hoa sói, hoa ngọc lan,…cũng có thể là hương liê ̣u khô Tùy theo hương liê ̣u đem ướp chè mà người ta có được các loa ̣i chè hương khác nhau: Chè Hồng đào, chè Thanh tâm, chè Ba đình, chè Thanh hương,…

1.4 Kỹ thuâ ̣t sản xuất chè xanh

Chè có hương vị đậm, có nước pha xanh tươi, hoặc xanh hơi vàng Trong quá trı̀nh chế biến, chè xanh được diê ̣t men ngay từ đầu nên những biến đổi xảy ra chủ yếu dưới tác du ̣ng của nhiê ̣t, vı̀ vâ ̣y hàm lượng các chất tan cao Quy trı̀nh kỹ thuâ ̣t sản xuất chè xanh như sau:

Nguyên liê ̣u lá chè Diê ̣t men và làm héo  Vò chè và sàng chè vò  Làm khô (Sấy) > Phân loa ̣i > Đóng thùng, bảo quản

1.4.1 Diê ̣t men và làm héo

Trong sản xuất chè xanh, diệt men là giai đoa ̣n quan tro ̣ng nhất, nó ảnh hưởng tới chất lượng chè thành phẩm Trên cơ sở dùng nhiê ̣t để diê ̣t men, người ta áp dụng nhiều phương pháp khác nhau: sao, hấp và dùng không khı́ nóng để diê ̣t men

a Sao chè

Sao chè là lợi du ̣ng sức nóng của chảo sao để diệt men Dưới tác du ̣ng nhiê ̣t đô ̣ cao của chảo sao, nước của lá chè đươ ̣c bốc hơi một lươ ̣ng nhất đi ̣nh làm cho lá chè mềm dẻo, ta ̣o điều kiê ̣n cho giai đoa ̣n vò chè đươ ̣c dễ dàng

Ưu điểm của phương pháp này là diê ̣t men tương đối triê ̣t để để kết hơ ̣p với làm héo chè, ta ̣o cho chè có hương thơm tốt Nhưng phương pháp này khó khống chế nhiê ̣t đô ̣ và thời gian làm cho chè dễ bi ̣ hấp vàng, nước pha không xanh tươi, có khi còn bi ̣ cháy

Chı̉ tiêu kỹ thuật của sao chè là:

- Men bi ̣ diệt hoàn toàn, chè đươ ̣c làm héo để cuống là chè không bi ̣ đỏ

- Sau khi sao, hàm ẩm của chè giảm đi, với chè già là 25-30%, với chè non là 40-45%, lá chè cong la ̣i mềm dẻo, gập la ̣i không gãy

- Trên mặt lá chè có đô ̣ dı́nh nhất đi ̣nh ( chè sau khi sao, nắm la ̣i rồi bỏ ra, chè không

bi ̣ rời)

- Chè tươi mất màu xanh, vi ̣ hăng ban đầu, ta ̣o thành màu xanh tối và có mùi thơm nhe ̣

Nhiệt độ và thời gian sao phụ thuô ̣c vào điều kiê ̣n làm viê ̣c của thiết bi ̣ Với thiết

bi ̣ thùng quay nhiê ̣t đô ̣ sao là 250-2600C với thời gian 1 phút, với chảo sao nhiê ̣t đô ̣ là 200-2800C trong 10-12 phút với chè non và 6-8 phút với chè già

Chè sau khi sao xong, đươ ̣c làm nguô ̣i nhanh chóng để chống chè bi ̣ đỏ

b Hấp chè

Hấp chè là lợi du ̣ng sức nóng ở áp suất thường hay áp suất cao để diê ̣t men giữ cho màu sắc nước pha xanh tươi Diệt men bằng phương pháp hấp có ưu điểm là diê ̣t men nhanh, dễ khống chế chı̉ tiêu kỹ thuâ ̣t Nhưng cũng có nhươ ̣c điểm là: Hàm ẩm của chè câo nên cẩn phải trải qua giai đoa ̣n làm héo trước khi vò Nếu hấp quá nhiệt đô ̣ hoă ̣c thời gian thı̀ chè sẽ bi ̣ chı́n, màu sắc nước pha bi ̣ đu ̣c

Chỉ tiêu kỹ thuâ ̣t của hấp chè là: Chè sau khi hấp phải diê ̣t đươ ̣c hết men, lá chè mềm dẻo, màu lá xanh vàng có hương thơm dễ chi ̣u Lá chè có đô ̣ dính nhất đi ̣nh: sau khi nắm la ̣i, buôn ra lá chè không bi ̣ rời Nhiê ̣t độ của nước khi hấp là 95-1000C, áp suất hơi nước phun vào là 5-6,5at, thời gian hấp là 2 phút, đô ̣ dày của lớp chè khi hấp là 8-12cm Chè sau khi hấp phải được làm héo xuống độ ẩm còn 61-62% để quá trı̀nh vò chè đươ ̣c dễ dàng

c Diê ̣t men và làm héo bằng không khı́ nóng

Phương pháp này lơ ̣i du ̣ng nhiê ̣t đô ̣ cao của không khı́ để diê ̣t men, đồng thời làm bay hơi nước có trong chè nên chè không phải qua giai đoa ̣n sấy nhe ̣ Phương pháp này khắc phu ̣c đươ ̣c thiếu sót của phương pháp hấp, đồng thời có thể cơ giới hóa và tự đô ̣ng hóa đươ ̣c quá trı̀nh sản xuất

1.4.2 Vò chè

Đối với quá trình sản xuất chè xanh, vò nhằm phá vỡ cấu trúc tế bào của lá, giải phóng chất tan, ta ̣o điều kiện cho các chất tan dễ dàng hòa tan khi pha chế Mă ̣t khác, vò chè còn làm cho sợi chè xoăn lại ta ̣o hı̀nh dáng đe ̣p cho chè thành phẩm

Khác với sản xuất chè đen, chè xanh không cần lên men, khi pha chè không yêu cầu pha một lần chất tan phải tan hết, vı̀ vâ ̣y khi vò không cần phá vỡ hết cấu trúc tế bào giải phóng toàn bô ̣ chất tan lên bề mặt và mức đô ̣ vò nhe ̣ hơn so với sản xuất chè đen Thông thường trong sản xuất chè xanh người ta áp du ̣ng vò 2 lần: Lần đầu không ép và lần sau

có ép nhe ̣ Thơi gian vò phụ thuô ̣c vào chất lươ ̣ng của chè nguyên liê ̣u, thông thường người ta quy đi ̣nh thời gian vò như sau:

- Chè tươi loại A vò 2 lần, tổng thời gian vò là 65 phút

- Chè tươi loại B vò 2 lần, tổng thời gian vò là 75 phút

- Chè tươi loại C vò 2 lần, tổng thời gian vò là 85 phút

1.4.3 Làm khô

a Sấy khô

Trong quá trình sản xuất chè xanh, sấy khô để làm giảm thủy phần của chè, ta ̣o điểu kiện cho vận chuyển và bảo quản chè thành phẩm Sấy khô còn có tác du ̣ng cố đi ̣nh hı̀nh dáng của chè đã đươ ̣c tạo thành khi vò, nhưng sấy khô không có tác du ̣ng chı̉nh lý hình dáng của chè thành phẩm Trong quá trı̀nh sấy, tùy vào đô ̣ non già của chè nguyên liê ̣u

mà sư ̣ bay hơi nước khác nhau Để sấy khô đươ ̣c đồng đều người ta thường sấy 2 lần, giữa 2 lần có thời gian làm nguô ̣i để lươ ̣ng ẩm trong chè phân bố la ̣i cho đều Người ta thường tiến hành sấy ở nhiê ̣t đô ̣ 85-950C ở lần đầu và 80-850C ở lần thứ hai Thời gian sấy mỗi lần là 12-15 phút, đô ̣ ẩm của chè sau khi sấy lần 2 là 3-5% Ưu điểm của phương pháp này là năng suất cao, chè sau khi làm khô ı́t bi ̣ vu ̣n nát, tỷ lê ̣ chè cánh tương đối cao, nhưng sơ ̣i chè to, thô và có thương thơm kém

b Sao khô

Sao chè có tác du ̣ng làm khô và chı̉nh lý hı̀nh dáng của chè khô, làm cho sợi chè xoăn chă ̣t và bóng, hương chè đươ ̣c tăng lên và chè có vi ̣ chát ma ̣nh nhưng không đắng

Sao khô thường đươ ̣c tiến hành trong chảo sao hoă ̣c thiết bi ̣ sao kiểu thùng quay và tiến hành sao 2 lần:

- Sao lần 1: Sao ở nhiê ̣t đô ̣ 110-1150C, thời gian sao là 20-25 phút, đô ̣ ẩm của chè khi sao lần 1 là 20%

- Sao lần 2: Sao ở nhiệt đô ̣ 90-1000C lúc chè vào và 80-900C lúc chè ra, thời gian sao là 40-50 phút

Đô ̣ ẩm của chè sau khi sao lần 2 là 5-7% Nhưng sao khô có nhươ ̣c điểm là: nang suất thấp, chè vu ̣n nhiều, nước pha không được xanh tươi Để khắc phu ̣c hiện tươ ̣ng này, người ta áp du ̣ng phương pháp sấy sao kết hơ ̣p Chè sau khi vò đươ ̣c sấy đến độ ẩm còn 30-35%, sau đó đưa vào sao đến độ ẩm còn 5-7% thı̀ kết thúc

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ SẤY

2.1 Tổng quan về sấy

2.1.1 Bản chất quá trı̀nh sấy

Sấy là một quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu lỏng hoặc rắn Với mục đích giảm bớt khối lượng( giảm công chuyên chở, kho tồn ), tăng độ bền vật liệu (như gốm,sứ, gỗ…), bảo quản tôt trong một thời gian dài, nhất là đối với lương thực, thực phẩm

Bản chất của quá trình sấy là quá trình khuếch tán do chênh lệch độ ẩm ở bề mặt và trong vật liệu, nói cách khác là do chênh lệch áp suất hơi riêng phần của ẩm 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

2.1.2 Nước trong vật liê ̣u sấy

Trong vật liệu sấy, nước được chia làm hai loại:

+ Nước tự do: là nước bị rút ra khỏi vật liệu nhờ lực hút nước xác định và nước đó có tính chất gần giống với nước thường

+ Nước liên kết: là phần nước mà tính chất của chúng đã bị biến đổi và có tham gia vào thành phần cấu tạo của vật liệu

2.1.3 Những ảnh hưởng của quá trı̀nh sấy đến chất lượng vật liê ̣u

Tất cả các sản phẩm đều chịu thay đổi trong quá trình sấy và bảo quản sau đó Yêu cầu đặt ra đối với quá trình sấy là bảo vệ tới mức tốt nhất chất lượng, hạn chế những hư hại trong quá trình sấy, bảo quản đồng thời nâng cao hiệu quả kinh tế một cách tối ưu nhất

Xét về bản chất, trong những thay đổi có thể chia ra :

 Thay đổi về lý học : sứt mẻ, gãy vỡ…

 Thay đổi về hóa lý : trạng thái tính chất của các keo phân tử bị thay đổi

 Thay đổi về hóa sinh : do sự oxy hóa của chất béo, phản ứng enzyme…

 Thay đổi do vi sinh vật

2.1.3.1 Ảnh hưởng đến cấu trúc

Thay đổi cấu trúc của các loại thực phẩm rắn là một trong những nhuyên nhân quan trọng làm giảm chất lượng sản phẩm.Bản chất và mức độ của các biện pháp xử lý rau quả trước khi sấy đều có ảnh hưởng đến cấu trúc của sản phẩm sau khi hồi nguyên Nguyên nhân là do sự hồ hóa của tinh bột, sự kết tinh của xenluloza và sự hình thành các sức căng bên trong do khác biệt về độ ẩm ở các vị trí khác nhau Kết quả là sự tạo thành các vết nứt, gãy, các tế bào bị nén ép, làm cho sản phẩm có bề ngoài bị co ngót và nhăn nheo.Trong quá trình làm ướt trở lại, sản phẩm hút nước chậm và không lấy lại được cấu trúc ban đầu

Các sản phẩm khác nhau có sự dao động đáng kể về mức độ co ngót và khả năng hấp thụ nước trở lại.Sấy nhanh và ở nhiệt độ cao làm cho cấu trúc bị thay đổi nhiều hơn

so với sấy ở tốc độ vừa phải và nhiệt độ thấp

Trong quá trình sấy,các chất hòa tan di chuyển theo nước từ bên trong ra ngoài bề mặt sản phẩm Qúa trình bay hơi nước làm cô đặc các chất hòa tan ở bề mặt kết hợp với nhiệt độ cao của không khí ( đặc biệt là sấy trái cây, thịt, cá…) gây ra các phản ứng lý hóa phức tạp của các chất tan ở bề mặt và hình thành nên lớp vỏ cứng không thấm được nước, hiện tượng này gọi là “cứng vỏ” làm giảm tốc độ sấy và làm cho bề mặt sản phẩm khô, nhưng bên trong thì ẩm Vì vậy, cần kiểm soát điều kiện sấy để tránh chênh lệch

ẩm quá cao giữa bên trong và bề mặt sản phẩm

2.1.3.2 Ảnh hưởng đến mùi vi ̣

Nhiệt làm thất thoát các thành phần dễ bay hơi ra khỏi sản phẩm vì vậy phần lớn các sản phẩm sấy bị giảm mùi vị Mức độ thất thoát phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của sản phẩm, áp suất hơi nước và độ hòa tan của các chất bay hơi trong hơi nước.Những sản phẩm có giá trị kinh tế cao nhờ vào những đặc tính mùi vị (ví dụ như gia vị ) cần sấy ở nhiệt độ thấp

Một số sản phẩm có kết cấu xốp, tạo điều kiện cho không khí dễ dàng tiếp xúc với sản phẩm, gây ra các phản ứng oxy – hóa các chất tan và chất béo trong quá trình bảo quản làm thay đổi mùi vị của sản phẩm.Tốc độ của quá trình gây hỏng phụ thuốc vào nhiệt độ bảo quản và hoạt độ nước, sự oxy hóa Lypit của sữa sấy gây ra mùi ôi thiu

Phần lớn ra quả chỉ chưa một lượng nhỏ Lipit, tuy nhiên sự oxy hóa của các chất béo không no tạo ra các hydroperoxit tham gia tiếp vào các phản ứng polymer hóa, phản ứng tách nước hoặc oxy hóa thành aldehyt,keton và các axit gây mùi khó chịu

Có thế hạn chế những sự thay đổi này bằng cách sau :

 Bao gói trong môi trường chân không hoặc khí trơ ; ví dụ bảo quản sữa bột

ở môi trường 90% khí N2, 10% CO2

 Bảo quản ở nhiệt độ thấp

 Loại trừ ánh sang và tia cực tím

 Duy trì hàm ẩm thấp

 Bổ sung các chất oxy hóa tổng hợp

2.1.3.3 Ảnh hưởng đến màu sắc

Có nhiều nguyên nhân gây ra sự mất màu hay thay đổi trong sản phẩm sấy :

- Sự thay đổi các đặc trưng bề mặt của sản phẩm sấy gây ra sự thay đổi phản xạ ánh sang và màu sắc

- Nhiệt và sự oxy hóa trong quá trình sấy gây rất hay đổi hóa học với carotenoid và clorophyl, cũng như hoạt động của enzyme polyphenoloxydaza gây ra sự sẫm màu trong quá trình bảo quản các sản phẩm rau quả

Có thể ngăn ngừa tình trạng này bằng các phương pháp chần – hấp hoặc xử lý trái cây bằng axit ascorbic hoặc SO2, tuy nhiên hiện nay ít dung các chất hóa học vì quá lưu lượng dẫn đến ảnh hưởng sức khỏe con người

Tốc độ của phản ứng màu Mailla ở sản phẩm sữa và trái cây bảo quản phụ thuộc vào hoạt độ của nước trong sản phẩm và nhiệt độ bảo quản Tốc độ sẫm màu tăng đáng

kể khi nhiệt độ sấy cao, độ ẩm của sản phẩm vượt quá 4-5% và nhiệt độ bảo quản trên

38oC

2.1.3.4 Ảnh hưởng đến giá tri ̣ dinh dưỡng

Các số liệu về sự thất thoát các dinh dưỡng của các tác giả thường không thống nhất, có thể là do sự khác nhau đáng kể trong quá trình chuẩn bị sấy, nhiệt độ và thời gian sấy, cũng như điều kiện bảo quản

Ở rau quả, thất thoát dinh dưỡng trong quá trình chuẩn bị thường vượt xa tổn thất

do quá trình sấy Ví dụ : thất thoát Vitamin C trong quá trình chuẩn bị sấy táo là 8% do quá trình cắt gọt, 62% do quá trình chần hấp, 10% do quá trình nghiền và do quá trình sấy.Vitamin có độ hòa tan trong nước khác nhau và khi quá trình sấy diễn ra, một vài loại đạt trạng thái bão hòa và kết tủa khỏi dung dịch, nhờ vậy chúng ít bị tổn thất.Sự tổn thất Vitamin có thể ngăn ngừa hoàn toàn khi sử dụng các phương pháp sấy nhanh và ôn hòa ( như sấy phun), đặc biệt là phương pháp sấy thăng hoa với các loại nguyên liệu nghiền nát, cắt nhỏ

Các chất dinh dưỡng tan trong chất béo phần lớn chứa trong phần chất rắn của sản phẩm và chúng không bị cô đặc khi sấy Tuy nhiên, nước là dung môi của các kim loại nặng, là những chất xúc tác của quá trình oxy hóa các chất dinh dưỡng không no Khi nước bị mất đi, chất hoạt động mạnh hơn và làm tăng tốc độ oxy hóa Các vitamin tan trong chất béo bị biến đổi mất đi khi tiếp xúc với peroxit được sinh ra do sự oxy hóa chất béo Để làm giảm thất thoát trong quá trình bảo quản người ta hạ thấp nồng độ oxy, nhiệt độ bảo quản và tránh tiếp xúc với ánh sáng

2.1.3.5 Ảnh hưởng đến sự hồi nguyên của sản phẩm

Sản phẩm sau khi sấy không thể trở lại trạng thái cũ khi ướt trở lại Sau khi sấy, tế bào bị mất áp suất thẩm thấu, tính thấm của màng tế bào bị thay đổi, các chất tan thay đổi, polysacarit kết tinh và protein tế bào bị đông tụ, tấ cả góp phần vào sự thay đổi cấu trúc, làm thất thoát các chất dễ bay hơi và đây là những quá trình không thuận nghịch Nhiệt trong quá trình sấy làm giảm khả năng hydrat hóa của tinh bột và tính đàn hồi của thành tế bào, làm biến tính protein, giảm khả năng giữ nước của chúng Tốc độ và mức độ thấm nước trở lại có thể dung được như là chỉ số đánh giá chất lượng sản phẩm sấy

2.2 Các phương pháp sấy

2.2.1 Phơi và sấy bằng năng lượng mặt trời (sấy tự nhiên)

Sấy bằng cách phơi nắng (không sử du ̣ng thiết bi ̣ sấy) đươ ̣c sử du ̣ng nhiều nhất trong chế biến nông sản, trong các phương pháp phức ta ̣p hơn, năng lươ ̣ng mă ̣t trời đươ ̣c thu nhâ ̣n để làm nóng không khı́, sau đó được dùng để sấy

Thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời có thể phân loại như sau :

- Thiết bị sấy trực tiếp có tuần hoàn khí tự nhiên ( gồm thiết bị thu năng lượng kết hợp với buồng sấy)

- Thiết bị sấy trực tiếp có bộ phận thu trực tiếp năng lượng riêng biệt

- Thiết bị sấy gián tiếp có dẫn nhiệt cưỡng bức

Ưu điểm :

- Công nghệ đơn giản, chi phí vận hành thấp

- Không đòi hỏi năng lượng lớn, công nhân lành nghề ( thủ công)

- Có thể sấy lượng lớn mùa vụ với chi phí thấp

Nhược điểm :

- Kiểm soát điều kiện sấy kém

- Tốc độ sấy chậm

- Phụ thuộc vào mùa vụ, thời tiết

- Đòi hỏi nhiều nhân công

2.2.2 Phương pháp sấy nhân ta ̣o

2.2.2.1 Sấy đối lưu

Phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, mà tác nhân truyền nhiệt là không khí nóng, khói lò…

Không khí có thể chuyển động ngược chiều, cùng chiều hay cắt ngang dòng vật liệu

Bảng 1: So sánh các phương pháp chuyển động khác nhau của tác nhân sấy

Cùng chiều

Tốc độ sấy ban đầu cao, ít

bị co ngót, tỷ trọng thấp, sản phẩm ít bị hư hỏng, ít nguy cơ bị vi sinh vật gây hại

Khó đạt độ ẩm cuối thấp vì không khí nguội và ẩm thổi qua sản phẩm sấy

Ngược chiều

Năng lượng được sử dụng kinh tế hơn, độ ẩm cuối cùng thấp hơn

Sản phẩm dễ bị co ngót, hư hỏng do nhiệt độ Có nguy

cơ bị hư hỏng do vi sinh vật

vì VSV gặp không khí ẩm Dòng khí thoát ở trung

tâm

Kết hợp ưu điểm của sấy cùng và ngược chiều

Phức tạp, tốn kém so với sấy một chiều

Dòng khí thổi cắt ngang

Kiểm soát điều kiện sấy linh hoạt bằng các vùng nhiệt được kiểm soát riêng biệt, tốc độ sấy cao

Đầu tư trang thiết bị, vận hành tốn kém,bảo dưỡng phức tạp

Đối với quá trình sấy, chi phí năng lượng là yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế sản xuất, vì vậy khi thiết kế chế tạo cần chú ý đến một số biện pháp sau nhằm tránh tỏn thất nhiệt, thất thoát năng lượng :

- Cách nhiệt buồng sấy và hệ thống ống dẫn

- Tuần hoàn khí thải qua buồng sấy

- Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt thu hồi nhiệt từ không khí thoát ra để nung nóng không khí hoặc nguyên liệu đầu vào

- Kiểm soát, điều khiển, giám sát không khí ẩm đầu vào bằng các thiết bị tự động hóa và đưa dữ liệu về máy tính

Hình 1: Hệ thống sấy thùng quay

Hình 2 : Hệ thống sấy buồng 2.2.2.2 Sấy tiếp xúc

Phương pháp sấy không cho tác nhân tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn Ưu điểm chính so với sấy đối lưu là không cần thiết phải đun nóng lượng lớn không khí trước khi sấy do đó hiệu quả sấy cao hơn Quá trình sấy có thể không cần sự có mặt của oxy nên các thành phần

dễ bị oxy hóa của nguyên liệu được bảo vệ

2.2.2.3 Sấy bằng dòng điê ̣n trường cao tần

Tận dụng các sóng điện từ trong dải sóng cho phép để ra nhiệt cho nguyên liệu Ưu điểm so với các phương pháp khác: Ra nhiệt nhanh, thời gian nhanh Tuy nhiên do đặc tính ra nhiệt nhanh, nên nếu không kiểm soát được thời gian ra nhiệt thì rất dễ bị cháy, gây hỏng vật liệu

NHẬN XÉT

Nhìn chung, các phương pháp hiện nay đều có ưu, nhược điểm riêng và sản phẩm sấy đầu ra chất lượng vẫn chưa cao, thời gian sấy lâu, làm giảm hiệu quả kinh tế.Trong một vài năm trở lại đây, tại bộ môn Quá trình & thiết bị CNTP đã nghiên cứu đến Công nghệ vi sóng và ứng dụng của vi sóng trong thực phẩm, dược phẩm và đã thu lại được một số kết quả khả quan

Trên thế giới, rất nhiều nước đã nghiên cứu, thiết kế chế tạo các thiết bị vi sóng

du ̣ng để sấy nông sản, thực phẩm, dược phẩm, dùng để tiệt trùng sản phẩm trước khi bao gói, các thiết bị này đã đem lại nhiều lợi ích cho sản xuất Qua quá trình tìm hiểu việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ vi sóng vào sản xuất trên thế giới, nhóm nghiên cứu nhận thấy:

 Đây là công nghệ sạch, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và đảm bảo

an toàn cho người sử dụng

 Công nghệ vi sóng được ứng dụng nhiều ngành như : thực phẩm, dược phẩm, chế biến lâm sản,…

 Công nghệ này có chi phí năng lượng thấp, đem lại hiệu quả cho sản xuất.Hiện tại, ở Việt Nam vẫn chưa có đơn vị, cơ sở nào quan tâm đầu tư nghiên cứu mà chỉ nhập khẩu từ nước ngoài về để sử dụng.Vì vậy, vẫn chưa thể làm chủ công nghệ cũng như thiết bị

Qua đó, mu ̣c tiêu của đồ án này là: “Thiết kế thử nghiê ̣m thiết bi ̣ sấy chè bằng sóng

vi sóng năng suất 4kg khô/mẻ”

Chương 3 TỔNG QUAN VỀ SẤY VI SÓNG

3.1 Công nghệ gia nhiệt vi sóng

3.1.1 Đặc điểm cơ bản của vi sóng: dải tần phát nhiệt và truyền dẫn trong không

gian và vật liệu điện môi

Vi ba (hay vi sóng / sóng ngắn) là sóng điện từ có bước sóng dài hơn tia hồng ngoại, nhưng ngắn hơn sóng radio Vi ba, còn gọi là tín hiệu tần số siêu cao (SHF), có bước sóng khoảng từ 30 cm (tần số 1 GHz) đến 1 cm (tần số 30 GHz) Sự tồn tại của sóng điện từ, trong đó vi ba là một phần của phổ tần số cao, được James Clerk Maxwell

dự đoán năm 1864 từ các phương trình Maxwell nổi tiếng Năm 1888, Heinrich Hertz

đã chế tạo được thiết bị phát sóng radio, nhờ vậy lần đầu tiên chứng minh sự tồn tại của sóng điện từ

Trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm – dược phẩm, việc sử dụng công nghệ vi sóng trong các thiết bị sấy vi sóng đã phát triển rất mạnh trên Thế giới Phạm vi tần số từ 0,3 MHz đến 0,03 THz được phép ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, khoa học cũng như y tế tạo thành một dải tần số ISM (Industry, Science, Medical) với mục đích phát nhiệt

Hình 3 1 Tổng quan về phạm vi ứng dụng phát nhiệt của sóng điện từ (vùng dải

tần vi sóng và vùng dải tần RF)

Vi sóng (Microwave) có dải tần từ 0,3 GHz đến 0,03 THz được dùng phổ biến hơn dải tần số RadioRF có tần số từ 0,3 MHz đến 0,3 GHz) trong công nghệ bức xạ nhiệt

Vi sóng được truyền trên mô trường truyền lan sẽ tương tác với các vật liệu điện môi phi kim đặc biệt các vật liệu chứa nước (vật liệu ẩm) trong không gian truyền dẫn

Hình 3 2 Phương thức truyền lan của sóng điện từ trong không gian

Vi sóng là một dạng sóng điện từ truyền trong không gian ba chiều dưới dạng các dao động hình sin của điện trường E và cảm ứng từ H theo các phương trực giao (vuông góc) với phương truyền chính của sóng Phương thức truyền sóng điện từ và dải tần số của vi sóng (MW: Microwave) cũng như vùng sóng Radio (RF) được dùng trong công nghệ phát nhiệt được mô tả cụ thể như hình trên đây

Trong quá trình truyền lan trong không gian, năng lượng sóng điện từ luôn có xu hướng bị suy hao do tạo bức xạ điện từ, bức xạ nhiệt, tương tác cơ học với các thành phần trong môi trường truyền dẫn Trong môi trường chân không tuyệt đối, năng lượng sóng điện từ không bị suy hao trong quá trình truyền lan được biểu diễn ở Hình 3.2 Trong các môi trường khác (không phải môi trường chân không tuyệt đối), năng lượng sóng điện từ suy hao nên biên độ Điện trường E và biên độ từ trường H bị suy hao

Hình 3 3 Tổng quan phương thức truyền sóng điện từ và sự suy hao trong quá

trình truyền lan trong không gian

Sóng điện từ đi trong không gian theo phương truyền lan như hình vẽ trên theo các bước Các bước này gọi là bước sóng theo thuật ngữ của chuyên ngành vật lý kỹ thuật Trong môi trường truyền lan chân không, sóng điện từ thường được qui đổi giữ tần số với bước sóng theo công thức:

 là hệ số điện môi thuần của môi trường truyền lan

 C: vận tốc ánh sáng (C = 3.108 (m/s))

Giá trị của hệ số trong không khí rất gần với trị số tương ứng của môi trường chân không (bằng 1) Trong quá trình tính toán – thiết kế các thiết bị sấy sử dụng công nghệ vi sóng với tác nhân sấy là dạng khí, trị số V trong công thức (3.1) được lấy đùng bằng vận tốc ánh sáng

3.1.2 Đặc tính phân bố trong không gian của các thông số công nghệ vi sóng

(điện trường, từ trường, công suất điện từ, độ đâm xuyên vào sâu bên trong vật liệu)

Dù trong bất cứ môi trường truyền – dẫn vi sóng là không khí hay chân không hoặc môi trường điện môi của vật liệu, việc tính toán suy hao điện trường và từ trường đều tuân theo hệ phương trình toán học đạo hàm riêng theo cả không gian và thời gian của Maxwell đã xây dựng

Hình 3.4 Lây gốc tọa độ và phương truyền sóng chính (Oz)

Theo như hình trên, gắn gốc tọa độ qui chiếu để xác định các đại lượng được phân

bố trong không gian theo nguyên tắc: Lây gốc tọa độ và phương truyền sóng chính (Oz) Trong nội dung chương 3, các đặc điểm vật lý cơ bản được định lượng hóa theo nguyên tắc suy hao về mặt năng lượng Việc tính toán chi tiết có thể theo dõi trong nội dung chương 4 ở phần mô phỏng quá trình sấy vi sóng Điều kiện biên của hệ phương

trình Maxwell cho vật thể bất kỳ trong không gian Oxyz được giải để xác các đại lượng điện từ tại điểm bất kỳ M có tọa độ bất kỳ M(x,y,z)

Mức độ suy hao phụ thuộc vào bước sóng của sóng điện từ λ (m), hệ số điện môi phức hợp của môi trường tryền lan, hệ số từ thẩm phức hợp của môi trường tryền lan Mức độ suy hao biến thiên theo hàm số mũ của tích giữa khoảng cách truyền lan và hệ

số đặc trưng cho sự suy hao – hệ số suy hao (α) như trong công thức sau:

Ký hiệu của các đại lượng trong công thức (3.3) được giải thích như sau:

 E (V/m): Cường độ điện trường hiệu dụng tại điểm có khoảng cách z (m)

so với tâm nguồn phát

 E0 (V/m): Cường độ điện trường hiệu dụng tại tâm nguồn phát

 z (m): Khoảng cách từ điểm cần xác định giá trị hiệu dụng tới tâm nguồn phát

 α (1/m): Hệ số suy hao của việc lan truyền của sóng điện từ có bước sóng

λ (m) trong môi trường truyền lan

Sự suy hao từ trường H trong môi trường truyền la của sóng điện từ hoàn toàn tương

tự suy hao của điện trường E như trong công thức (3.3):

= (3.4)

Ký hiệu của các đại lượng trong công thức (3.4) được giải thích như sau:

 H (A/m): Cường độ từ trường hiệu dụng tại điểm có khoảng cách z (m) so với tâm nguồn phát

 H0 (A/m): Cường độ từ trường hiệu dụng tại tâm nguồn phát

 z(m) và α (1/m) như trong công thức (3.1)

Mật độ phân bố công suất điện từ trường được tính bằng tích của điện trường E và

từ trường H, nên sự suy hao công suất điện từ trường tại các điểm cách tâm nguồn phát một khoảng z(m) được tính như sau

Ký hiệu của các đại lượng trong công thức (3.5) được giải thích như sau:

 (W/m2): Mật độ phân bố công suất điện từ trường tại điểm có khoảng cách z so với tâm nguồn phát

 (W/m2): Mật độ phân bố công suất điện từ trường phát ra tại tâm nguồn phát

 z(m) và α (1/m) như trong công thức (3.1)

Đại lượng mật độ phân bố công suất điện từ trường thường không được sử dụng nhiều mà nó chỉ mang ý nghĩa về mặt lý thuyết thuần chứ ít mang ý nghĩa về mặt tính toán lý thuyết

Đại lượng công suất điện từ trường thường được sử dụng nhiều hơn trong tính toán

lý thuyết cũng như tính toán kỹ thuật Nếu muốn tính toán giá trị của công suất điện từ trường trên các bề mặt của một vật thể cụ thể được đặc trưng bởi một giới nội trên miền (A), chúng ta có thể xác định bằng tích phân mặt như sau:

=

( )

(3.6)

Công suất điện từ trường theo công thức (3.6) được dùng để xác định công suất điện

từ phân bố trên toàn bộ bề mặt một vật thể Trong các phép tính toán kỹ thuật ứng dụng

để tính toán – thiết kế các thiết bị sấy vi sóng nói riêng và thiết bị gia nhiệt bằng vi sóng nói chung, công thức (3.5) được dùng để tính công suất điện từ trường truyền đến bề mặt khối vật liệu theo công suất điện từ trường bức xạ phát ra từ nguồn phát Công thức (3.5) và công thức (3.6) chỉ được sử dụng trong các tính toán – thiết kế hệ thống gia nhiệt bằng vi sóng cho các vật liệu rỗng hoàn toàn và có độ dầy nhỏ không đáng kể so

với đường kính của khối vật liệu Dạng vật liệu được mô tả như trên đây hầu như không xuất hiện trong các ứng dụng sấy thực tế

Năng lượng điện từ trường của vi sóng lại có tính đâm xuyên cao, nên khi tiếp xúc với vật liệu sấy có một độ dầy thực tế (không có một thực thể nào có một độ dầy gần như bằng 0 như trong lý thuyết tính toán để công suất bức xạ điện từ trường bề mặt), công suất điện từ trường truyền đến tiếp tục được phân bố theo độ đâm xuyên sâu vào bên trong của vật liệu Công thức tính toán mức độ phân bố công suất điện từ theo mức

độ xuyên sâu vào trong vật liệu cũng có dạng hàm mũ như sau:

Ký hiệu của các đại lượng trong công thức (3.7) được giải thích như sau:

 (W/m3): Công suất điện từ trường khối tại các điểm trên mặt cắt có khoảng cách

l so với bề mặt khối vật liệu (nơi tiếp giáp với môi trường truyền lan)

 (W/m3): Công suất điện từ trường khối tại các điểm trên bề mặt khối vật liệu

 l (m): khoảng cách từ mặt cắt cần tính toán tới bề mặt khối vật liệu (nơi tiếp giáp của khối vật liệu với môi trường truyền lan)

 D là hệ số đặc trưng cho bản chất vật liệu (hệ số điện môi phức hợp) và bước sóng của nguồn phát kích vi sóng tác dụng lên khối vật liệu D được tính theo phương trình (3.8) dưới đây:

Nếu vật liệu có hệ số góc suy hao tg δ= ε’’/ε’ rất nhỏ so với 1, thì D có thể được tính xấp xỉ theo công thức sau:

Trong các ứng dụng phát nhiệt hoặc nhiều ứng dụng khác nhau sử dụng công nghệ

vi sóng đòi hỏi độ đâm xuyên cao (kích thước vật thể thao tác lớn) như thanh trùng vi sóng, sấy vi sóng …, các nhà sản xuất luôn sử dụng nguồn phát vi sóng với tần số với trị số thấp Các nhà cung cấp thiết bị vi sóng trong lĩnh vực phát nhiệt thường sản xuất các loại đầu phát và ống dẫn sóng tương thích để phát ra hai loại tần số phổ dụng trong công nghiệp cũng như dân dụng hiện nay là: 2450 MHz và 915 MHz

Công thức (3.7) cũng mới chỉ mang tính chất định tính nhiều hơn là định lượng Công thức này được dùng để đánh giá tương quan công suất đâm xuyên vào vật liệu thay đổi tương đối theo các mặt cắt bên trong vật liệu cách bề mặt những khoảng khác nhau như trong hình vẽ mô tả dưới đây:

Hình 3.5 Sự phân bố công suất điện từ trường theo độ đâm xuyên

Hình 3.5 minh họa sự thay đổi mạnh của mức độ đâm xuyên của sóng điện từ trong các khối thịt bò tại những nhiệt độ khác nhau Tại các giá trị thấp của nhiệt độ vật liệu,

độ đâm xuyên lớn và ngược lại Đặc điểm này giúp cho công sấy vi sóng chiếm ưu thế lớn trong các ứng đối với các vật liệu có kích thước lớn Việc duy trì công suất phát sóng

ở mức độ hợp lý sẽ giúp nhiệt độ của khối vật liệu ở một giá trị phù hợp, khiến cho quá trình thoát hơi ẩm từ phía trong lòng khối vật liệu diễn ra hiệu quả hơn nhờ khả năng đâm xuyên của vi sóng như đã trình bày

Với giả định toàn bộ công suất điện từ của vi sóng được truyền đến chỉ phát nhiệt (không biến đổi sang dạng năng lượng khác như cơ học, hiệu ứng điện – từ khác ), công thức chính xác để xác định công suất bức xạ nhiệt sinh ra do nguồn phát vi sóng tạo ra trên toàn khối vật liệu (V) được tính theo công thức sau:

Ký hiệu của các đại lượng trong công thức (3.10) được giải thích như sau:

 ∑. (W): là công suất bức xạ nhiệt sinh ra trong một khối vật liệu (V)

 (V) : là khối vật liệu được mô tả thông qua các phương trình toán học nhằm giới nội miền không gian được xác định

 ( , , ) (W/m3): là biểu thức xác định công suất điện từ trường khối gây ra bởi vec tơ từ trường ( , , ) và vec tơ điện trường ( , , ) theo tọa độ A( , , ) của các điểm nằm trong miền không gian (V)

Để tìm ra biểu thức xác định công suất điện từ trường khối ( , , ), việc giải bài toán của một hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng phức hợp của trường điện từ (hệ phương trình Maxwell) là bắt buộc Bài toàn này có các điều kiện biên được xác định bởi nguồn phát, bởi không giới nội vi sóng (lồng Faraday bao ngoài cùng được cấu bằng khung kim loại hoặc có thể kết hợp với các mắt kim loại có kích thước rất nhỏ so với bước sóng – tối thiểu bằng 1/10 độ lớn của bước sóng)

Hệ phương trình Maxwell tổng quan được mô tả qua bốn phương trình đạo hàm riêng theo không gian và thời gian như sau Tùy theo hình dạng kích thước phổ biến của khối vật liệu sấy (V) như dạng hình cầu hoặc hình trụ hệ phương trình Maxwell có thể được viết lại và giải trong theo hệ tọa độ tương ứng để việc giải hệ thuận tiện hơn Khi ấy, việc tính tích phân ba lớp như trong công thức (3.8) cũng được chuyển sang hệ tọa độ tương ứng

Lời giải hệ phương trình Maxwell không có công thức tổng quát mà phục thuộc rất nhiều vào các điều kiện biên đặc biệt là hình dạng của khối vật liệu và kích thước của khoang kim loại giới nội phạm vi bức xạ vi sóng Ngoài ra, lời giải cũng sẽ không chính xác nếu các hệ số điện môi phức hợp bị cố định vì trong quá trình bức xạ điện từ chuyển hóa thành nhiệt năng thì không chỉ nhiệt độ của khối vật liệu thay đổi mà thành phần trong khối cũng như khối lượng của khối vật liệu này cũng thay đổi do có một lượng nước hoặc các hợp chất khác sẽ bị bay hơi trong thoát ra khỏi khối vật liệu cụ thể đang xét

Ở góc độ định tính, các thí nghiệm thực hiện thông qua việc đo đạc trực tiếp các thông số công nghệ vi sóng như điện trường, từ trường hoặc mật độ công suất điện từ bức xạ vi sóng hoặc các thí nghiệm thực hiện thông qua việc đo gián tiếp thông số nhiệt

độ của vật liệu để ước lượng sự gia tăng nhiệt độ của vật liệu có thể minh chứng phần nào sự phân bố trong không gian theo một trường nhất định Tất nhiên phép đo gián tiếp cần thực hiện trong điều kiện đoạn nhiệt – cách ly các phần tử được gia nhiệt nhằm hạn chế sự tương tác về thông số nhiệt thông qua dẫn nhiệt Trong thí nghiệm trên, các cốc nước được sử dụng trong thí nghiệm được đặt tại các vị trí khác nhau theo như hình vẽ dưới đây

Sự không đồng đều của phân bố công suất điện từ của vi sóng trong khoang sấy và trên vật liệu: Đây là một nhược điểm cố hữu cần được khắc phục bằng các giải pháp lồng ghép đối với tất cả các loại thiết bị sấy vi sóng nói riêng và gia nhiệt bằng vi sóng nói chung

Hình 3.6 Sự phân bố không đồng đều công suất phát ra trên toàn bộ khối vật liệu

Giải pháp hay gặp nhất đối với lò vi sóng dân dụng là dùng các đĩa để quay toàn bộ khối vật liệu cần gia nhiệt

 Giải pháp đồng đều hóa phân bố công suất điện từ của vi sóng trong khoang sấy và trên vật liệu: Giải pháp khắc phục nhược điểm này thường được cụ thể hóa bằng ba giải pháp chính: i,Thùng quay và đĩa quay tức là đảo rộn vật liệu để đón năng lượng

vi sóng đồng đều; ii, sử dụng cánh chém sóng Cánh chém sóng liên tục định các

hướng phát sóng chính khác nhau khiến cho trường điện từ được phân bố đồng đều hơn so với chế độ hướng sóng chính bị cố định; iii, kết hợp cả 2 giải pháp trên

Phân bố không đồng đều

Ống dẫn sóng Ống dẫn sóng

3.2 Các đặc điểm tương tác của vật liệu với vi sóng và một số ứng dụng vi sóng trong công nghiệp

3.2.1 Đặc điểm vật liệu ảnh hưởng tới tương tác vi sóng (nhìn nhận vật liệu sấy

dưới góc độ điện môi)

Tính chất điện môi có thể xác định được bằng nhiều cách phương pháp đo toàn mạch, cộng hưởng, đường truyền hoặc không gian tự do

 Phương pháp toàn mạch phù hợp với tần số thấp hơn 100 MHz và không đo đc tổn hao điện môi thấp

 Phương pháp khoang cộng hưởng có thể dùng với tần số 50MHz – 100 GHz

Kĩ thuật này dùng được với cả nhiệt độ cao và thấp cũng như với vật liệu có tổn hao điện môi thấp(10-6)

 Phương pháp đường truyền phù hợp cho chất lỏng và rắn nhưng khôn phải chất khí vì chúng có hằng số điện môi thấp phương pháp này có thể áp dụng với sóng

 Tại 0,2 GHz hằng số điện môi tăng tăng theo độ chin của đào trong khi đó tổn hao điện môi ít phụ thuộc vào độ chin

 Ngược lại, ở 10GHz tổn hao điện môi tăng theo độ chin còn hằng số điện môi gần như không thay đổi Mức độ chı́n của đào được xác định bằng chỉ số điện môi độ chı́n

Chỉ số này là tỷ số của hệ số góc tổn thất của mẫu vật tại hai bước sóng thấp và cao của dải sóng

Tương tự Nelson (2003) đã tiến hành đo hằng số điện môi của một số loại rau, quả trong dải song từ 10 MHz đến 1.8 GHz ở nhiệt độ từ 5-95oC Tổn thất điện môi giảm đáng kể theo tần số trong khi hằng số điện môi giảm không đáng kể Tương tự, tổn thất điện môi nói chung tăng theo nhiệt độ nhưng hằng số điện mội chỉ tăng theo nhiệt độ ở sóng có tần số thấp và giảm ở tần số cao

Đối với rau, quả có hàm lượng nước lớn, hằng số điện môi cao ở dải nhiệt độ từ 5-950C vì lượng nước lớn chứa trong cấu trúc thực phẩm Ở tần số thấp (200MHz – 1GHz) tổn thất điện môi bị tác động bởi cơ chế dẫn ion Trong dải tần số từ 1-2 GHz

hệ số tổn thất điện môi cơ chế điện môi chuyển từ ion dẫn sang phân tử phân cực Với dải tần số lớn hơn 2 GHz các phân tử phân cực tự do ảnh hưởng quyết định đến tổn hao điện môi (McKeown, Trabelsi, Tollner, & Nelson, 2012)

Dù độ ẩm không liên quan nhiều đến tính chất điện môi nhưng các yếu tố khác như khối lượng riêng, cấu trúc sơ, nước liên kết có thể ảnh hưởng đến tính chất điện môi

Để giải thích cơ chế sinh nhiệt của vi sóng đối với các loại vật liệu khác nhau và đặc biệt là các phân tử nước nhằm hướng tới các ứng dụng nhiệt của vi sóng như sấy, chần, hấp Ta có thể đưa ra một số lý giải khoa học đơn giản như sau:

Tính chọn chọn lọc phát nhiệt của bức xạ điện từ của vi sóng: Để minh họa rõ hơn

về đặc điểm này, hình vẽ dưới đây trình bày phản ứng của 3 loại vật liệu khác nhau (nước, kim loại và phi kim) khi được đặt trong môi trường hoặc bị kích thích trực tiếp bởi điện từ trường do hệ thống nguồn phát vi sóng tạo ra

Hình 3.7 Phản ứng và hệ số điện môi suy hao của nước, kim loại và phi kim

Hệ số điện môi đặc biệt cao được lý giải bởi đặc trưng cấu tạo hóa học của phân tử nước Các phân tử nước có cấu tạo hóa hoă ̣c đặc biệt khiến nó dễ dàng bị quay tròn khi

bị dao động điện từ của vi sóng kích thích từ bên ngoài được biểu diễn như hình dưới đây Chính sự thay đổi này gây ra hiện tượng ma sát và phát nhiệt

Phân tử nước được cấu tạo bởi một nguyên tử oxygen (O) và hai nguyên tử hydrogen (H) Chúng không mang điện Tuy nhiên những electron có khuynh hướng kéo về nguyên tử oxygen (vì oxygen có tầng ngoài cùng chứa 6 điện tử nên có khuynh hướng thu thêm 2 điện tử để bão hoà, bền hơn do đó có âm tính), kết quả nguyên tử hydrogen

bị mất bớt tính âm điện nên có khuynh hướng mang điện tích dương

Hình 3.8 Liên kết hydro của các phân tử nước

Nghĩa là trong phân tử nước có hai đầu dương của hydrogen và một đầu âm của oxygen Sự mất thăng bằng tạo một điện trường nhỏ trong mỗi phân tử nước Ðiều này gây cho phân tử nước trở nên rất nhạy cảm đối với tia điện từ, đặc biệt là tia sóng vi-ba Tia vi-ba trong lò có tần số lý tưởng là 2,45 GHz để cho năng lượng của chúng có thể hấp thu bởi phân tử nước

Như đã biết sóng điện từ có tần số 1 hertz, sẽ tạo ra một điện từ trường (nơi mà nó đi) thay đổi chiều 1 lần trong 1 giây) Các sóng cực ngắn 2450 MHz đổi chiều 2,45 tỉ lần mỗi giây Các phân tử nước phân cực: hai nguyên tử Hydrogen tạo cực dương trong khi các điện tử nằm phía bên kia của oxygen nghĩa là oxygen mang điện âm

Liên kết Hydro

Hình 3.9 Sự phát nhiệt mạnh mẽ hơn ở các phân tử nước gây ra bởi sự thay đổi hướng liên tục theo thời gian do sự biến thiên của sóng điện từ

Trong một điện từ trường mạnh, phân tử nước hướng theo chiều các đường sức Lò

vi sóng có những tấm bảng cũng mang điện tích sẽ hút hay đẩy các phân tử nước, đặc biệt là những tấm bảng (plate) này luân phiên nhau thay đổi thường xuyên điện tích (điện dương đổi thành điện âm và ngược lại) Các tấm bảng sẽ hút hay đẩy những phân

tử nước đưa đến kết quả là các phân tử nước hoạt động rất nhanh nên va chạm nhau Nếu trường này thay đổi 2,45 tỉ lần trong 1 giây thì hãy tưởng tượng sự xô đẩy va chạm nhau khủng khiếp như thế nào Sự cọ xát giữa các phân tử với nhau tạo ra nhiệt (giống như khi bạn xoa hai tay với nhau, sẽ thấy nóng) Không khí, chén đĩa bằng thủy tinh hay sành sứ đều không bị ảnh hưởng của vi sóng nhưng kim loại thì tác động trên sóng này Gia nhiệt từ "bên trong" sẽ khiến nhiệt độ tăng lên nhanh chóng

Nước trong khối vật liệu được đốt nóng nhanh chóng và truyền năng lượng cho các thành phần khác của khối vật liệu do đó mà toàn bộ khối vật liệu được đốt nóng Hiện tượng này minh chứng khả năng hình thành sự phát nhiệt nhanh và mạnh đối với các hợp chất chưa nhiều nước Điều này cũng giải thích được vì sao tốc độ sấy vi sóng thường cao hơn nhiều lần so với các phương pháp sấy khác

3.2.2 Cấu tạo đầu phát vi sóng

3.2.2.1 Các loại đầu phát vi sóng

Các đầu phát sóng bức xạ điện từ vi sóng có thể liệt kê ra như sau:

Klystrons là một trong hai loại chính của thiết bị được xếp vào loại vào loại thiết

bị phát chùm electron tuyến tính kiểu ống (O-type) Các thiết bị khác được xếp vào loại thiết bị phát bức xạ bằng ống sóng truyền (TWT: Traveling Wave Tube) Hiện nay, có một số Klystrons lai ghép về mặt cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động để tạo ra thiết

bị Klystrons sử dụng nguyên lý hoạt động nguyên bản (trên cơ sở tạo chùm electron tuyến tính) lai với nguyên lý hoạt động sử dụng ống dẫn sóng để phát sóng đi xa (công nghệ ống sóng truyền) Klystrons thường sử dụng điện áp rất cao (vài chục kV) nên ít được dùng trong các ứng dụng dân dụng cũng như ứng dụng công suất nhỏ (vài chục kW) như việc chết tạo thiết bị sấy vi sóng trong đề tài Hơn thế nữa, hiệu suất phát xạ năng lượng của Klystrons thường không quá cao, chỉ từ 20% đến 60% nên thường phải

Ống

Klystrons Thiết bị lai Thiết bị dùng

ống dẫn sóng Klystrons

đa chùm

Klystrons nhiều khoang Klystrons phân khoang

Klystrons

khúc xạ

Klystrons

mở rộng tương tác

Twystrons Thiết bị dùng

ống dẫn sóng trôn ốc Thiết bị dùng ống dẫn sóng hai khoang