BÁO CÁO THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

báo cáo thí nghiệm quá trình thiết bị báo cáo thực hành quá trình và thiết bị

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BÀI 1: THỰC HÀNH VỀ QUÁ TRÌNH SẤY KHÔ VẬT LIỆU ẨM

1. Khái niệm

1.1 Quá trình sấy

- Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu rắn hoặc lỏngvới mục đích giảm bớt khối lượng vật liệu, tăng độ bền vật liệu, bảo quản tốt trongmột thời gian dài, nhất là đối với lương thực và thực phẩm

- Quá trình sấy: không chỉ là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu một cáchđơn thuần mà nó là một quá trình công nghệ Nó đòi hỏi khi sấy vật liệu phải đảm bảochất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít, chi phí vận hành thấp

1.2 Phân loại phương pháp sấy

Người ta phân biệt 2 phương pháp sấy

- Sấy tự nhiên: Sấy bằng không khí không được đốt nóng, phương pháp này thờigian sấy dài, khó điều chỉnh quá trình và độ ẩm cuối của vật liệu còn khá lớn, nhất

là ở những quốc gia có khí hậu nhiệt đới như nước ta

- Sấy nhân tạo: Là quá trình sấy có sự cấp nhiệt từ bên ngoài, nghĩa là phải dùng đếntác nhân sấy được gia nhiệt như khói nóng, không khí nóng hoặc hơi…

 Động lực của quá trình sấy

Quá trình sấy là quá trình tách ẩm (chủ yếu là nước và hơi nước) khỏi VLA để thải

ra ngoài môi trường Nếu gọi PV và Pbm lần lượt áp suất của hơi nước trong vật và trên

bề mặt vật thì ta có động lực của quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lòng ra ngoài bềmặt vật L1 tỷ lệ thuận với hiệu số ( Pv- Pbm ): L1 ≈ (Pv-Pbm)

Nếu áp xuất hơi nước của không gian xung quanh vật Ph nhỏ hơn Pbm thì ẩm tiếptục dịch chuyển từ bề mặt vào môi trường xung quanh với động lực L2 Động lực L2cũng tỉ lệ thuận với độ chênh (Pbm - Ph): L2 ≈ (Pbm-Ph)

Như vậy, quá trình sấy được đặc trưng bởi sự dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu

ẩm ra ngoài bề mặt môi trường và quá trình dịch chuyển ẩm từ bề mặt ra ngoài môitrường xung quanh Do đó, nếu gọi L là động lực của quá trình sấy thì động lực nàycũng tỉ lệ thuận với độ chênh Pv- Ph

Khi vật được đốt nóng thì áp suất hơi nước trong vật Pv tăng lên Nếu áp suất hơinước của môi trường xung quanh Ph không đổi thì độ chênh Pv- Ph tăng lên, do đó quátrình sấy được tăng cường Đây chính là cơ sở của một số thiết bị sấy bức xạ, thiết bịsấy dòng điện cao tần

1.3 Độ ẩm

1.3.1 Độ ẩm tuyệt đối

Là lượng hơi nước (tính bằng g hoặc kg) chứa trong 1 m3 không khí ẩm, tức là:

W =

Trong đó:

Gn (kg): khối lượng nước

G (kg): khối lượng vật liệu sấy

Độ ẩm tương đối là thông số quan trọng của không khí ẩm, nó là đại lượng đặctrưng khả năng hút ẩm của không khí Giá trị tuyệt đối của độ ẩm tương đối càng nhỏthì điều kiện cân bằng càng khác nhau, khả năng sấy của không khí càng lớn Độ ẩmtương đối của không khí phụ thuộc vào nhiệt độ

- Độ ẩm cân bằng được xác định bằng thực nghiệm

Đồ thị 1: Đường cong độ ẩm theo thời gian

1.4 Vật liệu sấy

Theo quan điểm hoá lý, vật ẩm là một hệ liên kết phân tán giữa pha phân tán vàmôi trường phân tán Pha phân tán là một chất có cấu trúc mạng hay khung không gian

từ chất rắn phân đều trong môi trường phân tán ( là một chất khác) Dựa theo tính chất

lý học, người ta có thể chia vật ẩm ra thành ba loại:

- Vật liệu keo: là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt Nước hoặc ẩm ở dạng liên kếthấp thụ và thẩm thấu Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy bị co ngót khánhiều, nhưng vẫn giữ được tính dẻo Ví dụ: gelatin, các sản phẩm từ bột nhào, tinhbột

- Vật liệu xốp mao dẫn: nước hoặc ẩm ở dạng liên kết cơ học do áp lực mao quảnhay còn gọi là lực mao dẫn Vật liệu này thường dòn hầu như không co lại và dễdàng làm nhỏ (vỡ vụn) sau khi làm khô Ví dụ: đường tinh thể, muối ăn v.v

- Vật liệu keo xốp mao dẫn: bao gồm tính chất của hai nhóm trên Về cấu trúc cácvật này thuộc xốp mao dẫn, nhưng về bản chất là các vật keo, có nghĩa là thànhmao dẫn của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao dẫn của chúng trương lên, khisấy khô thì co lại Loại vật liệu này chiếm phần lớn các vật liệu sấy Ví dụ: ngũ cốc,các hạt họ đậu, bánh mì, rau, quả v.v

 Các dạng liên kết trong vật liệu ẩm

Các liên kết giữa ẩm với vật khô có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sấy Nó sẽ chiphối diễn biến của quá trình sấy Vật ẩm thường là tập hợp của ba pha: rắn, lỏng và khí(hơi) Các vật rắn đem đi sấy thường là các vật xốp mao dẫn hoặc keo xốp maodẫn.Trong các mao dẫn có chứa ẩm lỏng cũng với hỗn hợp hơi khí có thể tích rất lớn(thể tích xốp) nhưng tỷ lệ khối lượng của nó so với phần rắn và phần ẩm lỏng có thể

bỏ qua Do vậy trong kỹ thuật sấy thường coi vật thể chỉ gồm phần rắn khô và chấtlỏng

Có nhiều cách phân loại các dạng liên kết ẩm Trong đó phổ biến nhất là cáchphân loại theo bản chất hình thành liên kết của P.H Robinde (Hoàng Văn Chước,1999) Theo cách này, tất cả các dạng lên kết ẩm được chia thành ba nhóm chính: liênkết hoá học, liên kết hoá lý và liên kết cơ lý

Liên kết hoá lý

Liên kết hoá lý không đòi hỏi nghiêm ngặt về tỷ lệ thành phần liên kết Có hai

loại: liên kết hấp phụ (hấp thụ) và liên kết thẩm thấu Liên kết hấp phụ của nước cógắn liền với các hiện tượng xảy ra trên bề mặt giới hạn của các pha (rắn hoặc lỏng)

Các vật ẩm thường là những vật keo, có cấu tạo hạt Bán kính tương đương của hạt từ10-9 - 10-7 m Do cấu tạo hạt nên vật keo có bề mặt bên trong hay trực tiếp với ẩm,

ẩm sẽ xâm nhập vào các bề mặt tự do này tạo thành liên kết hấp phụ giữa ẩm và bềmặt Liên kết thẩm thấu là sự liên kết hoá lý giữa nước và vật rắn khi có sự chênh lệchnồng độ các chất hoà tan ở trong và ngoài tế bào Khi nước ở bề mặt vật thể bay hơi thìnồng độ của dung dịch ở đó tăng lên và nước ở sâu bên trong sẽ thấm ra ngoài Ngượclại, khi ta đặt vật thể vào trong nước thì nước sẽ thấm vào trong

Liên kết cơ lý

Đây là dạng liên kết giữa ẩm và vật liệu được tạo thành do sức căng bề mặt của

ẩm trong các mao dẫn hay trên bề mặt ngoài của vật Liên kết cơ học bao gồm liên kếtcấu trúc, liên kết mao dẫn và liên kết dính ướt

Liên kết cấu trúc

Là liên kết giữa ẩm và vật liệu hình thành trong quá trình hình thành vật Vídụ: nước ở trong các tế bào động vật, do vật đông đặc khi nó có chứa sẵn nước Đểtách ẩm trong trường hợp liên kết cấu trúc ta có thể làm cho ẩm bay hơi, nén ép vậthoặc phá vỡ cấu trúc vật Sau khi tách ẩm, vật bị biến dạng nhiều, có thể thay đổi tínhchất và thậm chí thay đổi cả trạng thái pha

Liên kết mao dẫn

Nhiều vật ẩm có cấu tạo mao quản Trong các vật thể này có vô số các maoquản Các vật thể này khi để trong nước, nước sẽ theo các mao quản xâm nhập vào vậtthể Khi vật thể này để trong môi trường không khí ẩm thì hơi nước sẽ ngưng tụ trên

bề mặt mao quản và theo các mao quản xâm nhập vào trong vật thể

Liên kết dính ướt: là liên kết do nước bám dính vào bề mặt vật Ẩm liên kết dính ướt

dễ tách khỏi vật bằng phương pháp bay hơi đồng thời có thể tách ra bằng các phươngpháp cơ học như: lau, thấm, thổi, vắt ly tâm

1.5 Tác nhân sấy

Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật sấy.Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ vậtsấy Nếu lượng ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấy tănglên, đến một lúc nào đó sẽ đạt được sự cân bằng giữa vật sấy và môi trường trongbuồng sấy và quá trình thoát ẩm từ vật sấy sẽ ngừng lại Do vậy, cùng với việc cungcấp nhiệt cho vật để hoá hơi ẩm lỏng, đồng thời phải tải ẩm đã thoát ra khỏi vật ra khỏibuồng sấy Người ta sử dụng tác nhân sấy làm nhiệm vụ này Các tác nhân sấy thường

là các chất khí như không khí, khói, hơi quá nhiệt Chất lỏng cũng được sử dụng làmtác nhân sấy như các loại dầu, một số loại muối nóng chảy v.v Trong đa số quá trình

sấy, tác nhân sấy còn làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật liệu sấy, vừa làm nhiệm vụ tảiẩm.Ở một số quá trình như sấy bức xạ, tác nhân sấy còn có nhiệm vụ bảo vệ sản phẩmsấy khỏi bị quá nhiệt.Sau đây, chúng ta sẽ nghiên cứu hai loại tác nhân sấy thông dụng

là không khí ẩm Khi nghiên cứu không khí ẩm, người ta coi nó là hỗn hợp khí lýtưởng của 2 thành phần: không khí khô và hơi nước Ở đây không khí khô được coinhư là thành phần cố định như 1 chất khí lý tưởng (M =29 và số nguyên tử khí trongphân tử là 2) Thành phần thứ 2: hơi nước là thành phần luôn thay đổi trong không khíẩm

Áp suất

Theo định luật Dalton ta có:

P = PKKK + Phn

Ở đây: P: áp suất của không khí ẩm

Pkkk: áp suất riêng phần của không khí khô

Phn: áp suất riêng phần của hơi nước

- Nhiệt độ: Nhiệt độ xác định độ đun nóng của vật thể Trong lĩnh vực sấy, nhiệt độ

được đo theo nhiệt độ Celcius (oC) hoặc độ Fahreinhei (oF) Dụng cụ để đo nhiệt độ lànhiệt kế

- Độ ẩm tuyệt đối: là lượng hơi nước (tính bằng g hoặc kg) chứa trong 1 m3 khôngkhí ẩm, tức là:

ρ =

ρ thay đổi từ 0 đến ρmax, khi nhiệt độ của không khí ẩm thay đổi thì ρmax cũng thayđổi.

- Độ ẩm tương đối: là tỷ số giữa lượng hơi nước chứa trong không khí ẩm với lượng

hơi nước lớn nhất có thể chứa trong không khí ẩm đó ở cùng một nhiệt độ Hay nóicách khác: độ ẩm tương đối là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối trên độ ẩm tuyệt đối lớn nhấtứng với nhiệt độ nào đó của không khí ẩm Độ ẩm tương đối là thông số quan trọngcủa không khí ẩm, nó là đại lượng đặc trưng khả năng hút ẩm của không khí Giá trịtuyệt đối của độ ẩm tương đối càng nhỏ thì điều kiện cân bằng càng khác nhau, khảnăng sấy của không khí càng lớn Độ ẩm tương đối của không khí phụ thuộc vào nhiệtđộ

- Độ chứa ẩm d (hay hàm ẩm X) của không khí ẩm:

Là lượng hơi nước chứa trong 1 kg không khí khô

Do khối lượng của hơi nước ít nên người ta thường dùng thứ nguyên là (g/kg KKK)

- Khối lượng riêng của không khí ẩm

Không khí ẩm được coi là hỗn hợp của không khí khô và hơi nước Khối lượng riêngcủa không khí ẩm phụ thuộc vào 2 thông số thay đổi trong quá trình sấy là nhiệt độ và

áp suất riêng phần của hơi nước Khi áp suất riêng phần của hơi nước trong không khítăng lên thì ρhh giảm đi, nhưng trong quá trình sấy nhiệt độ của quá trình sấy giảmxuống nhanh hơn tốc độ tăng của áp suất riêng phần (theo công thức) nên đưa đến việcρhh tăng rõ rệt hơn và kết quả là khối lượng riêng của không khí ẩm tăng lên trong quátrình sấy

- Nhiệt dung riêng của không khí ẩm

Khi đã coi không khí ẩm là hỗn hợp của khí lý tưởng thì có thể xác định nhiệt dungriêng của không khí ẩm theo công thức nhiệt dung riêng của hỗn hợp khí lý tưởng

1.5.2 Khói lò ( khí lò đốt)

Ưu điểm sấy bằng khói lò:

+ Có thể điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy trong một khoảng rất rộng; có thể sấy ở nhiệt

độ rất cao 900-1000oC và ở nhiệt độ thấp 70-90oC hoặc thậm chí 40-50oC

+ Cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo, lắp đặt

+ Đầu tư vốn ít vì không phải dùng calorife

+ Giảm tiêu hao điện năng, do giảm trở lực hệ thống

+ Nâng cao được hiệu quả sử dụng nhiệt của thiết bị

Nhược điểm:

+ Gây bụi bẩn cho sản phẩm và thiết bị

+ Có thể gây hoả hoạn hoặc xảy ra các phản ứng hoá học không cần thiết ảnh hưởng xấuđến chất lượng sản phẩm.

Trong công nghiệp thực phẩm khói lò thường ít được sử dụng Trong một số trườnghợp người ta có thể dùng để sấy một số hạt nông sản Ngoài ra người ta còn có thể sửdụng khí tự nhiên làm chất đốt, vì khói tạo thành tương đối sạch, tuy nhiên do thànhphần khói vẫn có hàm lượng ẩm và khí oxit nitơ cao (dễ gây ung thư), nên cần phảitiếp tục được làm sạch trước khi sử dụng để sấy thực phẩm

2 Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

 Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí

Trong các điều kiện khác nhau không đổi như độ ẩm không khí, tốc độ gió…,việc nâng cao nhiệt độ sẽ làm tăng nhanh tốc độ làm khô do lượng nước trong nguyênliệu giảm xuống càng nhiều Nhưng tăng nhiệt độ cũng ở giới hạn cho phép vì nhiệt độlàm khô cao sẽ làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, dễ làm cho nguyên liệu

bị chín và gây nên sự tạo màng cứng ở lớp bề ngoài cản trở tới sự chuyển động củanước từ lớp bên trong ra bề mặt ngoài Nhưng với nhiệt độ làm khô quá thấp, dưới giớihạn cho phép thì quá trình làm khô sẽ chậm lại dẫn đến sự thối rữa, hủy hoại nguyênliệu Nhiệt độ sấy thích hợp được xác định phụ thuộc vào độ dày bán thành phẩm, kếtcấu tổ chức của thịt quả và đối với các nhân tố khác Khi sấy ở những nhiệt độ khácnhau thì nguyên liệu có những biến đổi khác nhau ví dụ: nhiệt độ sản phẩm trong quátŕnh sấy cao hơn 6000C thì protein bị biến tính, nếu trên 9000C thì fructaza bắt đầucaramen hóa các phản ứng tạo ra melanoidin tạo polyme cao phân tử có chứa N vàkhông chứa N, có màu và mùi thơm xảy ra mạnh mẽ Nếu nhiệt độ cao hơn nữa thìnguyên liệu có thể bị cháy làm mất giá trị dinh dưỡng và mất giá trị cảm quan của sảnphẩm

Quá trình làm khô tiến triển, sự cân bằng của khuếch tán nội và khuếch tán ngoại

bị phá vỡ, tốc độ khuếch tán ngoại lớn nhưng tốc độ khuếch tán nội thì chậm lại dẫnđến hiện tượng tạo vỏ cứng ảnh hưởng đến quá trình làm khô

 Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động không khí

- Tốc độ chuyển động của không khí có ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy, tốc độ gióquá lớn hoặc quá nhỏ đều không có lợi cho quá trình sấy Vì tốc độ chuyển độngcủakhông khí quá lớn khó giữ nhiệt lượng trên nguyên liệu để cân bằng quá trìnhsấy, còn tốc độ quá nhỏ sẽ làm cho quá trình sấy chậm lại

- Hướng gió cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá tŕnh làm khô, khi hướng gió song songvới bề mặt nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất nhanh Nếu hướng gió thổi tới

nguyên liệu với góc 450 thì tốc độ làm khô tương đối chậm, còn thổi thẳng vuônggóc với nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất chậm.

 Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí

Độ ẩm tương đối của không khí cũng là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến quátrình làm khô, độ ẩm của không khí càng lớn quá trình làm khô sẽ chậm lại Các nhàbác học Liên Xô và các nước khác đã chứng minh rằng: độ ẩm tương đối của khôngkhí lớn hơn 65% thì quá trình sấy sẽ chậm lại rõ rệt, còn độ ẩm tương đối của khôngkhí khoảng 80% trở lên thì quá trình làm khô sẽ dừng lại và bắt đầu xảy ra hiện tượngngược lại, tức là nguyên liệu sẽ hút ẩm trở lại.Để cân bằng ẩm, khuếch tán nội phù hợpvới khuếch tán ngoại và tránh hiện tượng tạo màng cứng, người ta áp dụng phươngpháp làm khô gián đoạn tức là vừa sấy vừa ủ

Làm khô trong điều tự nhiên khó đạt được độ ẩm tương đối của không khí 50% đến60% do nước ta khí hậu nhiệt đới thường có độ ẩm cao Do đó, một trong nhữngphương pháp để làm giảm độ ẩm của không khí có thể tiến hành làm lạnh để cho hơinước ngưng tụ lại Khi hạ thấp nhiệt độ của không khí dưới điểm sương hơi nước sẽngưng tụ, đồng thời hàm ẩm tuyệt đối của không khí cũng được hạ thấp.Như vậy đểlàm khô không khí người ta áp dụng phương pháp làm lạnh

 Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu

Kích thước nguyên liệu cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy Nguyên liệu càng

bé, càng mỏng thì tốc độ sấy càng nhanh, nhưng nếu nguyên liệu có kích thước quá bé

và quá mỏng sẽ làm cho nguyên liệu bị cong, dễ gẫy vỡ

 Ảnh hưởng của bản thân nguyên liệu

Tùy vào bản thân nguyên liệu mà người ta chọn chế độ làm khô cho phù hợp,cần phải xét đến thành phần hóa học của nguyên liệu như: nước, lipit, protein, chấtkhoáng, Vitamin, kết cấu tổ chức thịt quả chắc hay lỏng lẻo

3 Thí nghiệm

3.1 Mục đích

- Xác định đường cong sấy w = f(T)

- Xây dựng đường cong tốc độ sấy u = (kg/m2.h) từ đó đưa ra các thông số động học củaquá trình sấy nhằm mục đích:

o Xác định chế độ công nghệ

o Tính toán thiết kế hệ thống sấy

3.2 Các bước thí nghiệm

B1: Xác định G o , W o ban đầu của vật liệu sấy

Cân khay chứa vật liệu sấy , vật liệu trước khi sấy để xác định Go: G = Go + GkTrong đó:

G (kg): khối lượng khay vật liệu sấy ban đầu

Go (kg): khối lượng vật liệu sấy ban đầu

Gk (kg): khối lượng khay chứa vật liệu sấy

B2: Xác định độ ẩm ban đầu của vật liệu ẩm: Wi

B3: Xác định độ ẩm vật liệu ẩm biến thiên theo thời gian sấy

B4: Biểu diễn đường cong sấy

Là đường cong biểu diễn sự giảm ẩm theo thời gian

Đồ thị 2: Đường cong sấyGđ1: là giai đoạn đốt nóng, làm bay hơi bề mặt vật liệu sấy Đường cong sấy phi tuyến(AB).

Gđ 2: là giai đoạn sấy chính, toàn bộ nước tự do bay hơi, tách ra Đường cong sấytuyến tính, sấy đẳng cấp ( tốc độ sấy không đổi) (BC)

Gđ 3: là giai đoạn tách nước liên kết và nước tự do còn lại đường cong sấy phi tuyến.giai đoạn này là giai đoạn kết thúc quá trình sấy và tốc độ sấy đạt cân bằng (CD)

B5: Đường cong tốc độ sấy

 Khái niệm về vận tốc sấy

U =

Trong đó : W : lượng ẩm bay hơi trong thời gian sấy (kg/h)

F : tổng bề mặt bay hơi của sản phẩm sấy (m2)

T : thời gian sấy (h)

Nếu vận tốc sấy không đổi, khi biết vận tốc sấy, thời gian sấy có thể được tính theo công thức:

T =

Trong đó :

- GK : khối lượng vật liệu sấy tính theo khối lượng khô tuyệt đối (kg/h)

- W1 , W2 : độ ẩm ban đầu và ban cuối của sản phẩm sấy tính bằng kg/kg sản phẩm khô tuyệt đối

 Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy :

- Bản chất của sản phẩm sấy : cấu trúc, thành phần hoá học, đặc tính của liên kết ẩm

- Hình dáng và trạng thái của sản phẩm sấy

- Độ ẩm ban đầu, ban cuối và độ ẩm tới hạn của sản phẩm sấy

- Nhiệt độ, độ ẩm và vận tốc của tác nhân sấy

- Chênh lệch nhiệt độ ban đầu và ban cuối của tác nhân sấy

- Cấu tạo của máy sấy, phương thức sấy và chế độ sấy

 Các giai đoạn vận tốc sấy

Đồ thị 3: Đường cong vận tốc sấy

Đồ thị biểu thị quan hệ giữa vận tốc sấy và độ ẩm của sảnphẩm sấy, được xác địnhbằng thực nghiệm Quá trình sấy đến độ ẩm cân bằng gồm các giai đoạn chính :

- Giai đoạn đốt nóng sản phẩm sấy, tương ứng với đoạn AB.

- Giai đoạn vận tốc sấy không đổi (đẳng tốc), đoạn BC

- Giai đoạn vận tốc sấy giảm dần, tương ứng với đoạn CD

- Điểm C gọi là điểm tới hạn, tương ứng với độ ẩm tới hạn , tại đó xuất hiện ẩm

tự do

Việc xác định hai giai đoạn sấy có ý nghĩa quan trọng để thiết lập chế độ sấy phù hợpvới từng giai đoạn sấy và từng loại sản phẩm sấy

 Tính toán vận tốc sấy

• Giai đoạn vận tốc sấy không đổi

Ẩm được tách ra chủ yếu là do bốc hơi từ bề mặt của sản phẩm sấy, do đó :

dW = b.dQ

Trong đó: b: hệ số tỷ lệ

Mặt khác, dQ = a.F.(tK – ts).dT

Trong đó: a: hệ số cấp nhiệt (kcal/m2.độ )

F: bề mặt trao đổi nhiệt (m2)

tK: nhiệt độ của không khí sấy ( oC)

ts: nhiệt độ sản phẩm sấy (oC)

T: thời gian sấy trong giai đoạn vận tốc sấy không đổi (s)

⇒dW = b.a.F.( tK – ts).dT

dW = kt.F.(tK – ts).dT

Trong đó: kt [kg/m2.s.độ] = a.b, là hệ số chuyển khối phụ thuộc vào nhiệt độ

Phương trình tính vận tốc sấy trong giai đoạn đẳng tốc sẽ là:

• Giai đoạn vận tốc sấy giảm dần (thay đổi)

Quá trình sấy xảy ra là phức tạp.Đường cong sấy có thể cong đều hoặc có điểmuốn Để đơn giản hoá và với mức độ gần đúng, người ta có thể coi như vận tốc sấygiảm theo đường thẳng Động lực của quá trình sấy là hiệu số giữa độ ẩm của sảnphẩm sấy và độ ẩm cânbằng của nó và phương trình có dạng :

U2 = = kw.(W– Wcb) [kg/m2.h]

Trong đó : W : độ ẩm của sản phẩm sấy (kg/kg chất khô)

Wcb : độ ẩm cân bằng của sản phẩm sấy (kg/kg chất khô)

Kw : hệ số chuyển khối (kg/m2.h)

Tính toán thời gian sấy

Thời gian sấy là một thông số đặc biệt quan trọng được sử dụng trong tính toánthiết kế và vận hành thiết bị sấy.Thời gian sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại vậtliệu sấy, hình dáng, kích thước hình học của vật liệu, độ ẩm đầu và cuối của vật liệu,loại thiết bị sấy, phương pháp cấp nhiệt, chế độ sấy Do đó việc xác định thời gian sấybằng giải tích gặp nhiều khó khăn Vì vậy trong tính toán thực tế các thiết bị sấy thờigian được xác định theo thực nghiệm và cả theo kinh nghiệm vận hành

Tuy nhiên trong nghiên cứu các thiết bị sấy mới và để sấy các vật liệu khi chưa

có kinh nghiệm người ta phải dựa vào lý thuyết giải tích hoặc nửa giải tích nửa thựcnghiệm để tính toán thời gian sấy

Nguyên tắc xác định thời gian sấy bằng giải tích :

1- Xây dựng mô hình vật lý phù hợp với vật liệu cần sấy và với một thiết bị sấy nào

đó phù hợp với phương pháp cấp nhiệt và chế độ sấy

2- Từ mô hình vật lý thiết lập mô hình toán học của bài toán truyền nhiệt truyền chất,nghĩa là viết hệ phương trình truyền nhiệt truyền chất cùng với các điều kiện đơntrịtương ứng Trong hệ phương trình truyền nhiệt truyền chất phải thể hiện mô hình vật

lý một cách toàn diện, chính xác nhưng cũng lược bỏ những nhân tố phụ để mô hìnhtoán học đơn giản và có thể giải được

3- Giải mô hình toán học để xác định thời gian sấy

Do trong mô hình vật lý và cả mô hình toán học đã được bỏ đi một số những yếu tố vìvậy thời gian sấy xác định bằng giải tích sẽ sai khác với thực tế, cho nên cần phải trảiqua thực nghiệm để chỉnh lý cho phù hợp

B6: Nhận xét

B7: Kết luận

BÀI 2: SẤY ĐỐI LƯU

1 Giới thiệu về phương pháp sấy đối lưu

- Là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cấp nhiệt cho ẩm bay hơi Trong đó

cả hai quá trình truyền nhiệt và truyền ẩm đều được thực hiện bằng phương phápđối lưu

1.1 Đặc trưng của quá trình sấy

- Quá trình sấy diễn ra rất phức tạp đặc trưng cho tính không ổn định và tính khôngthuận nghịch, gồm bốn quá trình diễn ra đồng thời: truyền nhiệt cho vật liệu, dẫn

ẩm trong lòng vật liệu, chuyển pha và tách ẩm vào môi trường xung quanh

1.2 Nguyên lý hoạt động

- Không khí nóng hoặc khói lò được dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ, độ ẩm, tốc

độ phù hợp, chuyển động chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy bay hơirồi đi theo tác nhân sấy Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiềuhoặc cắt ngang dòng chuyển động của sản phẩm Sấy đối lưu có thể thực hiện theo

mẻ (gián đoạn) hay liên tục

- Thiết bị sấy đối lưu bao gồm: Thiết bị sấy buồng, thiết bị sấy hầm, thiết bị sấy khíđộng, thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị sấy tháp, thiết bị sấy thùng quay, thiết bị sấyphun…

2 Thí nghiệm

2.1 Mục đích

- Khảo sát quá trình sấy đối lưu bằng thực nghiệm nhằm:

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

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

+ Đánh giá sai số của quá trình sấy

2.2 Tiến hành thí nghiệm

B1: Xác định G o , W o ban đầu của vật liệu sấy

Cân khay chứa vật liệu sấy , vật liệu trước khi sấy để xác định Go: G = Go + Gk

Trong đó:

G (kg): khối lượng khay + vật liệu sấy ban đầu

Go (kg): khối lượng vật liệu sấy ban đầu

Gk (kg): khối lượng khay

Lấy một ít mẫu vật liệu sấy đem đi sấy đến khối lượng không đổi để xác định độ ẩm ban đầu (Wo) của vật liệu sấy (%)

Ta có: Go= 3g Gk=24.69

G= 27.69g

G2 là khối lượng chất khô không đổi sau sấy: G2= 25g

 W=(27.69-25)/3= 0.895

B2: Làm thực nghiệm và lập bảng biến thiên

Mang khay vật liệu sấy bỏ vào trong thiết bị sấy để thực hiện quá trình sấy Khoảng 10-15 phút thì lấy khay vật liệu đem đi cân một lần cho đến khi thấy khối lượng của khay vật liệu không đổi thì ngưng quá trình sấy Ghi lại kết quả cân

Đường cong sấy

Đường cong tốc độ sấy B4: Nhận xét:

- Đường cong sấy bao gồm một số đoạn tương ứng với các giai đoạn khác nhau của quá trình sấy.

- Từ hai hình trên đã chỉ ra: sau một khoảng thời gian đốt nóng rất ngắn(giai đoạn đốt nóng vật liệu), độ ẩm của vật liệu giảm không đáng kể trong 30 phút đầu, nhiệt độ của vật liệu sấy tăng đến một độ tương ứng với trạng thái của không khí lúc sấy và tốc độ sấy tăng nhanh đến tốc độ cực đại Sau đó, trong giai đoạn sấy vận tốc bắt đầu giảm chậm hoặc không đổi (giai đoạn sấy đẳng tốc), ở giai đoạn này độ ẩm của vật liệu giảm rất nhanh theo qui luật gần như đường thẳng, cho đến khi đạt tới điểm tới hạn thứ nhất (Wth1= 16.76828), nhiệt

độ của vật liệu vẫn không đổi và bằng nhiệt độ bay hơi nước ở bề mặt tự do Sau đó, bắt đầu giai đoạn sấy giảm tốc thời gian sấy khá lớn, trong giai đoạn này sự giảm độ ẩm của vật liệu đạt đến cân bằng (Wcb= 1.18), và nhiệt độ của vật liệu sấy tăng dần cho đến khi bằng nhiệt độ của tác nhân sấy

B5: Kết luận:

Bỏ qua giai đoạn đầu thời gian rất ngắn, ta chia quá trình sấy làm hai giai đoạn:

- Giai đoạn 1: giai đoạn sấy đẳng tốc, lúc này vật liệu còn nhiều nước, tốc độ khuếch tán của nước bên trong vật liệu lớn hơn tốc độ bay hơi ở trên bề mặt vật liệu Vì thế trong giai đoạn này, tốc độ sấy phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu, nghĩa là phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, tốc độ và độ ẩm của không khí sấy Do vậy muốc tăng tốc độ sấy cho giai đoạn này ta phải thay đổi các yếu tố bên ngoài Còn khi các yếu tố bên ngoài không đổi thì tốc độ sấy cũng không đổi

- Giai đoạn 2: giai đoạn sấy giảm tốc, lúc này vật liệu tương đối khô, lượng nước trong vật liệu còn ít, nên tốc độ khuếch tán nước trong vật liệu giảm xuống nhỏ hơn tốc độ bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu Do vậy tốc độ sấy trong giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu tốc độ khuếch tán của nước trong vật liệu , nghĩa là tốc

độ sấy không còn phụ vào các yếu tố bên ngoài nữa mà chỉ phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố bên trong Muốc tăng tốc độ sấy của giai đoạn này ta phải khắc phục trở lực bên trong vật liệu như chiều dày và liên kết ẩm ban đầu của vật liệu Vào cuối giai đoạn này, nhiệt độ của vật liệu sấy tăng dần cho đến khi

bằng nhiệt độ của tác nhân sấy Vì vậy ta phải khống chế nhiệt độ của tác nhân sấy.

- Việc xác định hai giai đoạn sấy có ý nghĩa quan trọng, vì từ đó ta có thể thiết lập hai chế độ sấy khác nhau thích ứng với từng đặc điểm của từng giai đoạn đểvừa đảm bảo chất lượng sản phẩm, vừa tiết kiệm năng lượng và rút ngắn thời gian sấy

- Thông thường các đường cong sấy trong giai đoạn giảm tốc rất phức tạp Trong thực tế thường gặp các loại vật liệu sấy hoặc chỉ cho giai đoạn sấy đẳng tốc hoặc chỉ cho giai đoạn sấy giảm tốc

 Ưu – nhược điểm của quá trình:

• Ưu điểm:

- Sản phẩm thu được không bị tổn thất về chất lượng, mùi vị và hàm lượng một

số chất dinh dưỡng

- Tiết kiệm cả thời gian lẫn năng lượng

- Hoàn toàn không gây nguy hiểm và không sử dụng hóa chất độc hại

- Dễ dàng điều khiển và hiệu suất sử dụng cao

- Có khả năng diệt côn trùng vi sinh vật có hại ngay cả ở nhiệt độ thấp

- Thiết bị gọn, ít chiếm diện tích

- Thời gian sấy rút ngắn, do đó tăng năng suất và giảm giá thành sản phẩm

• Nhược điểm:

- Do sấy đối lưu dùng không khí nóng làm tác nhân sấy, dòng không khí mang theo những phần tử nhỏ, tạp chất vào sản phẩm sấy lảm sản phẩm không đảm bảo vệ sinh

- Chỉ thích hợp cho vật liệu sấy có kích thước vừa và nhỏ

Bài 4: PHƯƠNG PHÁP SẤY LẠNH

1 Giới thiệu về công nghệ sấy lạnh

Phương pháp sấy lạnh là ứng dụng công nghệ sấy nhiệt độ thấp để bảo quản vàchế biến thực phẩm, nông sản Phương pháp này được thể hiện bằng cách giảm độ ẩmtương đối trong không khí để tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa hơi nước trong khôngkhí và hơi nước trong nông sản thực phẩm và đi vào không khí Khi làm lạnh khôngkhí trong thiết bị trao đổi nhiệt xuống thấp hơn nhiệt độ đọng sương, không khí bãohòa ẩm sẽ ngưng đọng và tách ra khỏi không khí Không khí sau đó sẽ đi qua dàn nóng

sẽ sấy khô nông sản thực phẩm

Ưu điểm của phương pháp sấy này là có thể xây dựng quy trình công nghệ sấyhợp lý đối với từng loại rau củ quả Sau khi sấy, nông sản thực phẩm giữ được nguyênmàu sắc, mùi vị, thành phần dinh dưỡng thất thoát không đáng kể, khoảng 5%, nóicách khác là không làm biến chất sản phẩm, đạt tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩmcủa Việt Nam và các chỉ tiêu kỹ thuật

2 Phân loại hệ thống sấy lạnh

Khác với phương pháp sấy nóng, trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra

độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân

áp suất trong tác nhân sấy nhờ giảm lượng ẩm Ở phương pháp sấy lạnh, nhiệt độ bềmặt ngoài của vật nhỏ hơn nhiệt độ bên trong vật, đồng thời do tiếp xúc với không khí

có độ ẩm và phân áp suất hơi nước nhỏ hơn phía bên trong vật Nói khác đi, ở đâygradient nhiệt độ và gradient áp suất cùng dấu nên gradient nhiệt độ không kiềm hãmquá trình dịch chuyển ẩm như khi sấy nóng mà ngược lại, tăng cường quá trình dịchchuyển ẩm trong lòng vật ra ngoài để bay hơi làm khô vật Khi đó ẩm trong vật liệudịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn 00C