Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ sấy tối ưu của quá trình sấy tinh bột sắn theo phương pháp sấy khí động

luận văn, tiến sĩ, thạc sĩ, báo cáo, khóa luận, đề tài

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-
 -

LÊ THIỀU HUỆ

NGHIÊN CỨU XÁC ðỊNH CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ SẤY TỐI ƯU CỦA QUÁ TRÌNH SẤY TINH BỘT SẮN

THEO PHƯƠNG PHÁP SẤY KHÍ ðỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH

Mã số : 60.54.10

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN NHƯ KHUYÊN

HÀ NỘI - 2010

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này

là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này

ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2010

Học viên

Lê Thiều Huệ

LỜI CẢM ƠN

ðể hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực

c ủa bản thân, tôi ñã nhận ñược sự ñộng viên và giúp ñỡ rất lớn của nhiều cá

Tr ưởng bộ môn Thiết bị bảo quản và chế biến nông sản - Khoa Cơ ñiện -

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã tận tình giúp ñỡ, tạo mọi ñiều kiện

t ốt nhất cho tôi thực hiện và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

lu ận văn này

Nh ư Xuân – Thanh Hóa ñã nhiệt tình giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình thực

hi ện ñề tài

ñỡ và tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện ñề tài và

Hà Nội, ngày tháng năm 2010

Học viên

2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ tinh bột sắn 4 2.2 ðặc ñiểm cấu tạo và tính chất của tinh bột 8 2.3 Yêu cầu về sắn nguyên liệu 13 2.4 Qui trình công nghệ chế biến tinh bột sắn 14 2.5 Tình hình ứng dụng thiết bị sấy tinh bột 18 2.6 Cơ sở lý thuyết của phương pháp sấy khí ñộng 24

3 ðỐI TƯƠNG, ðỊA ðIỂM, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

3.4 Phương pháp nghiên cứu 41

4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 51 4.1 Kết quả khảo sát chế ñộ sấy 51 4.2 Xác ñịnh các thông số cơ bản của quá trình sấy 52

4.2.1 Chọn chế ñộ sấy 52 4.2.2 Tính khối lượng vật liệu sấy 52 4.2.3 Xác ñịnh lượng ẩm cần bốc hơi 53 4.2.4 Tính toán quá trình sấy lý thuyết 53 4.2.5 Tính toán quá trình sấy thực tế 55 4.2.6 Hiệu suất nhiệt thiết bị sấy 59 4.3 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ñơn yếu tố 61 4.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy X1(oC) 62 4.3.2 Ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy X2(m/s) 63 4.3.2 Ảnh hưởng của ñộ ẩm ban ñầu vật liệu sấy X3(%) 64 4.5 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ña yếu tố 66 4.4 Kết quả thí nghiệm ứng với giá trị tối ưu của các yếu tố vào 71 4.6 Hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn theo

phương pháp sấy khí ñộng 72 4.6.1 Sơ ñồ quy trình công nghệ 72 4.6.2 Thuyết minh quy trình 72

DANH MỤC BẢNG

2.1 Diện tích sắn phân theo vùng ñịa lý 52.2 Sản lượng sắn phân theo vùng ñịa lý 52.3 Tình hình xuất khẩu tinh bột sắn của Việt Nam tính ñến tháng 10

2.4 Tiêu chuẩn chất lượng tinh bột sắn 142.4 Kích thước, dung trọng và vận tốc cân bằng của một số loại bột 284.1 Kết quả phân tích hóa học mẫu sản phẩm sấy 514.2 Kết quả tính toán thông số cơ bản của quá trình sấy khí ñộng 614.3 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy X1 624.4 Ảnh hưởng tốc ñộ chuyển ñộng của tác nhân sấy X2 634.5 Ảnh hưởng của ñộ ẩm ban ñầu vật liệu sấy X3 654.6 Mức biến thiên và khoảng biến thiên của các yếu tố vào 664.7 Ma trận thí nghiệm theo phương án qui hoạch thực nghiệm bậc 2

4.8 Các hệ số hồi quy có nghĩa của các hàm Y1, Y2,Y3 674.9 Kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán 684.10 Giá trị tối ưu của các yếu tố vào xi và các hàm Yj 684.11 Các hệ số hồi quy dạng thực 694.12 Kết quả sấy tại các thông số tối ưu 71

DANH MỤC HÌNH

2.1 Sắn củ trước khi ñưa vào sản xuất 142.2 Sơ ñồ nguyên lý công nghệ sản xuất tinh bột sắn 152.3 Sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy kiểu thùng quay 192.4 Sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy kiểu băng tải 202.5 Sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy kiểu tầng sôi 212.6 Sơ ñồ nguyên lý của hệ thống sấy kiểu khí ñộng 222.7 Chuyển ñộng của dòng tác nhân sấy qua lớp hạt 242.8 Sơ ñồ chịu lực của hạt vật liệu 252.9 Sơ ñồ chuyển ñộng của hạt bột trong ống thẳng ñứng 313.1 Tinh bột sắn trước khi sấy 38

3.3 Thiết bị sấy khí ñộng SKD-50 393.4 Sơ ñồ các yếu tố vào và ra của thiết bị sấy 423.5 ðồ thị hàm mong muốn thành phần dj khi Yj bị chặn một phía 484.1 ðồ thị ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy X1 624.2 ðồ thị ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy X2 644.3 ðồ thị ảnh hưởng của ñộ ẩm ban ñầu vật liệu sấy X3 654.4 Qui trình sản xuất tinh bột sắn theo phương pháp sấy khí ñộng 72

1 MỞ ðẦU

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài

Việt Nam trong những năm gần ñây nền kinh tế ñang chuyển biến mạnh mẽ sang nền kinh tế thị trường, dần dần hòa nhập cũng như gắn liền với

sự phát triển chung của nền kinh tế thế giới Một trong những hướng phát triển của nền kinh tế là ñầu tư cho cây công nghiệp Ngoài những cây công nghiệp như cà phê, chè, cao su,… hiện nay cây sắn ñang quá trình chuyển ñổi nhanh chóng từ cây lương thực truyền thống sang thành loại cây công nghiệp

Tinh bột sắn là sản phẩm công nghiệp chính của cây sắn Tinh bột sắn

có ñầy ñủ tính năng cần thiết ñể ứng dụng, chế biến thành các sản phẩm thực phẩm và công nghệ phẩm có giá trị sử dụng và ñem lại hiệu quả kinh tế

Trong công nghiệp thực phẩm tinh bột ñược sử dụng tạo các sản phẩm

ña dạng khác nhau, là chất kết dính trong các sản phẩm thịt chế biến, tạo ñộ bóng cho các loại hạt, tạo gel trong các loại kẹo, sản xuất rượu, mỳ chính, cồn

Trong công nghiệp dệt phủ một lớp tinh bột sắn mỏng lên các sợi vải dọc ñể có thể chịu ñựng ñược ma sát, lực uốn trong quá trình dệt, Trong công nghiệp giấy sử dụng tinh bột sắn ñể hồ bề mặt giấy giúp tăng cường vể bề ngoài của giấy, tăng khả năng tẩy, giảm hiện tượng thấm mực và tạo ra sản phẩm giấy ñược láng bóng, mềm mại

Ngoài ra bột sắn còn ñược sử dụng trong các ngành khác như: sản xuất

mỹ phẩm, dược phẩm, trong công nghiệp sản xuất xà bông và chất tẩy rữa, sản xuất sơn, vật liệu nổ,

Có thể thấy tinh bột sắn là một mặt hàng chiến lược của nhiều ngành công nghiệp khác nhau, cần phải có kỹ thuật và phương pháp chế biến phù hợp ñể ñảm bảo chất lượng sản phẩm tinh bột sắn ñáp ứng tốt nhất yêu cầu

về chất lượng Trong qui trình công nghệ chế biến tinh bột sắn thì quá trình

sấy có tầm quan trọng ñặc biệt ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng và khả năng bảo quản sản phẩm Ở Việt Nam thường làm khô sản phẩm tinh bột sắn theo hai phương pháp ñó là phương pháp phơi sấy tự nhiên và phương pháp sấy nhân tạo Việc phơi sấy bằng phương pháp phơi tự nhiên phụ thuộc rất nhiều vào ñiều kiện thời tiết, sản lượng thấp, thời gian sấy kéo dài, sản phẩm bị hao hụt, lẫn tạp làm giảm chất lượng của sản phẩm Chính vì ñiều ñó sản phẩm tinh bột sắn cần ñược sấy khô trên những thiết bị chuyên dùng phù hợp với ñặc ñiểm và yêu cầu công nghệ Một trong những phương pháp sấy ñó là quá trình sấy kiểu khí ñộng

Vì vậy, việc nghiên cứu các thông số công nghệ của quá trình sấy khí ñộng nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm sấy, ñáp ứng yêu cầu trong nước và hướng ñến xuất khẩu là vấn ñề có ý nghĩa thực tiễn rất lớn và cũng là nhu cầu cấp thiết ñể

ổn ñịnh và phát triển cây sắn trong giai ñoạn hiện nay

Xuất phát từ thực tiễn trên dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Như Khuyên, Trưởng bộ môn Thiết bị bảo quản và chế biến nông sản - Khoa Cơ ñiện - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, tôi tiến hành thực hiện ñề tài :

“Nghiên cứu xác ñịnh các thông số công nghệ sấy tối ưu của quá trình sấy tinh bột sắn theo phương pháp sấy khí ñộng”

1.2 Mục ñích và yêu cầu nghiên cứu

1.2.1 Mục ñích

- Xác ñịnh một số thông số công nghệ tối ưu của quá trình sấy tinh bột sắn làm cơ sở cho việc hoàn thiện quy trình công nghệ và cải tiến hệ thống thiết bị nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm ñáp ứng ñược nhu cầu tiêu dùng trong nước

và xuất khẩu

1.2.2 Yêu cầu

- Khảo sát tình hình ứng dụng công nghệ và hệ thống thiết bị sấy ở một

số cơ sở sản xuất làm cơ sở cho việc hoàn thiện quy trình công nghệ sấy tinh bột sắn

- Tính toán xác ñịnh các thông số cơ bản của quá trình sấy tinh bột sắn kiểu khí ñộng làm cơ sở cho ban ñầu cho việc ñịnh hướng thiết kế hệ thống thiết bị sấy

- Nghiên cứu thực nghiệm xác ñịnh các thông số tối ưu làm cơ sở cho việc hoàn thiện quy trình công nghệ và hệ thống thiết bị sấy tinh bột sắn ở nước ta hiện nay

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ tinh bột sắn

Cây sắn có thể phát triển trên nhiều loại ñất, vốn ñầu tư thấp, cho năng suất cao và ổn ñịnh so với nhiều loại cây trồng Nhờ ñó cây sắn ñã trở thành một loại cây công nghiệp ngắn ngày quan trọng góp phần tạo công ăn việc làm, nâng cao thu nhập cho người trồng và chế biến sắn

Trên thế giới sắn ñược trồng trên 100 nước của vùng nhiệt ñới, cận nhiệt ñới và là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người Năm 2008, sản lượng sắn thế giới ñạt 356,82 triệu tấn Việt Nam ñứng thứ chín về sản lượng sắn (8 triệu tấn) trên thế giới Việt Nam cây sắn ñược canh tác phổ biến ở hầu hết các tỉnh của các vùng sinh thái nông nghiệp Diện tích, năng suất và sản lượng sắn Việt Nam qua các năm và phân theo các vùng sinh thái ñược thể hiện qua bảng 2.1 và bảng 2.2

Bảng 2.1 Diện tắch sắn phân theo vùng ựịa lý

đơn vị: nghìn ha

Năm

Vùng ựịa lý 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 đồng bằng sông Hồng 8,8 8,9 8,7 8,5 8,4 8,8 7,9 Trung du miền núi phắa Bắc 82,0 83,7 88,7 89,5 93,7 96,5 110,0 Bắc Trung Bộ

và Duyên hải miền Trung 98,6 111,6 118,4 130,0 140,3 151,2 168,8 Tây Nguyên 53,5 65,4 70,6 89,4 125,9 129,9 150,1 đông Nam Bộ 84,7 91,9 95,8 98,9 100,9 102,9 113,5 đồng bằng sông Cửu Long 9,4 10,4 6,4 6,4 6,0 6,2 7,4

miền núi phắa Bắc 778,2 860,8 962,2 986,8 1070,8 1132,3 1328,0 Bắc Trung Bộ và Duyên

hải miềnTrung 991,7 1313,1 1566,8 1855,9 2167,6 2359,9 2808,3 Tây Nguyên 715,7 948,4 1062,8 1446,6 2058,8 2090,4 2356,1 đông Nam Bộ 1737,8 1944,6 2081,3 2270,5 2327,4 2434,4 2694,5 đồng bằng sông Cửu Long 122,7 143,3 50,7 64,0 64,2 72,9 106,8

CẢ NƯỚC 4438,0 5308,9 5820,7 6716,2 7782,5 8192,8 9395,8

Ngu ồn: Tổng cục thống kê [12]

Qua bảng 2.1 và bảng 2.2 cho thấy diện tắch, sản lượng sắn cao nhất ở vùng Bắc Trung bộ và Duyên hải miền Trung năm 2008 là 168,8 nghìn ha sản lượng ựạt 2008,3 nghìn tấn Tây Nguyên là vùng sản xuất sắn lớn thứ hai của

cả nước, tập trung chủ yếu ở bốn tỉnh Kon Tum, Gia Lai, đăk Lăk và đăk Nông, diện tắch sắn của Tây Nguyên năm 2008 ựạt 150,1 nghìn ha, nhưng năng suất bình quân chỉ ựạt 15,7 tấn/ha, tổng sản lượng 2356,1 nghìn tấn, thấp hơn rất nhiều so với năng suất và sản lượng sắn của vùng đông Nam Bộ 23,74 tấn/ha và 2694,5 nghìn tấn

2.1.2 Tình hình tiêu thụ tinh bột sắn

Viện Nghiên cứu chắnh sách lương thực thế giới (IFPRI) ựã tắnh toán và

dự báo ựến năm 2020 sản lượng sắn toàn cầu ước ựạt 275,10 triệu tấn, trong

ựó sản xuất sắn chủ yếu ở các nước ựang phát triển là 274,7 triệu tấn, các nước ựã phát triển khoảng 0,40 triệu tấn Mức tiêu thụ sắn ở các nước ựang phát triển dự báo ựạt 254,60 triệu tấn so với các nước ựã phát triển là 20,5 triệu tấn Khối lượng sản phẩm sắn toàn cầu sử dụng làm lương thực thực phẩm dự báo nhu cầu là 176,3 triệu tấn và thức ăn gia súc 53,4 triệu tấn Tốc

ựộ tăng hàng năm của nhu cầu sử dụng sản phẩm sắn làm lương thực, thực phẩm và thức ăn gia súc ựạt tương ứng là 1,98% và 0,95% Châu Phi vẫn là khu vực dẫn ựầu sản lượng sắn toàn cầu với dự báo sản lượng năm 2020 sẽ ựạt 168,6 triệu tấn Trong ựó, khối lượng sản phẩm sử dụng làm lương thực thực phẩm là 77,2%, làm thức ăn gia súc là 4,4% Châu Mỹ La tinh giai ựoạn 1993-2020, ước tốc ựộ tiêu thụ sản phẩm sắn tăng hàng năm là 1,3%, so với châu Phi là 2,44% và châu Á là 0,84 - 0,96% Cây sắn tiếp tục giữ vai trò quan trọng trong nhiều nước châu Á, ựặc biệt là các nước vùng đông Nam Á nơi cây sắn có tổng diện tắch ựứng thứ ba sau lúa và ngô và tổng sản lượng ựứng thứ ba sau lúa và mắa

Việt Nam hiện có trên 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn với tổng công suất khoảng 3,8 triệu tấn củ tươi/năm và nhiều cơ sở chế biến sắn thủ công rãi rác tại hầu hết các tỉnh trồng sắn Sản lượng mỗi năm khoảng 800.000 Ờ 1.200.000 tấn tinh bột sắn, trong ựó trên 70% xuất khẩu và gần 30% tiêu thụ trong nước Sản phẩm sắn xuất khẩu của Việt Nam chủ yếu là tinh bột, sắn lát Thị trường chắnh là Trung Quốc, đài Loan, Nhật Bản, Singapo, Hàn Quốc

Sản xuất lương thực là ngành trọng tâm và có thế mạnh của Việt Nam đến năm 2020 Việt Nam chủ trương ựẩy mạnh sản xuất lúa, ngô và coi trọng việc sản xuất sắn, khoai lang ở những vùng, những vụ có ựiều kiện phát triển Thị trường xuất khẩu sắn lát và tinh bột sắn Việt Nam dự báo thuận lợi và có

lợi thế cạnh tranh cao do có nhu cầu cao về chế biến bioethanol, bột ngọt, thức ăn gia súc và những sản phẩm tinh bột biến tính Diện tích sắn của Việt Nam dự kiến ổn ñịnh khoảng 450 nghìn ha nhưng sẽ tăng năng suất và sản lượng sắn bằng cách chọn tạo và phát triển các giống sắn tốt có năng suất củ tươi và hàm lượng tinh bột cao, xây dựng và hoàn thiện quy trình kỹ thuật canh tác sắn bền vững và thích hợp vùng sinh thái

Tính cho tới hết tháng 10/2009, có khoảng 3 triệu tấn sắn và tinh bột ñã ñược xuất khẩu với tổng giá trị gần 500 triệu USD Năm 2009 trong khi nhiều loại hàng hoá xuất khẩu chậm và giảm mạnh về giá trị thì tinh bột sắn lại lên ngôi với mức xuất khẩu tăng hơn 4 lần về sản lượng và tăng 3 lần về kim ngạch ñược thể hiện qua bảng 2.3 [14]

Bảng 2.3 Tình hình xuất khẩu tinh bột sắn của Việt Nam tính ñến tháng

10 năm 2009

Tháng 10 năm 2009 10 tháng năm 2009 Thị trường

Lượng (tấn) Trị giá

(USD) Lượng (tấn)

Trị giá (USD) Trung Quốc 87,764 22,864,130 2,682,630 435,432,248 Philippin 1,550 310,000 36,438 8,156,579 Nhật Bản 833 230,540 9,421 2,227,230 Malaixia 179 45,580 6,040 1,523,251

Ai Cập 100 36,000 4,458 1,158,534 Hàn Quốc 43 15,067 171,620 25,645,657

Qua bảng 2.3 cho thấy thị trường xuất khẩu tinh bột sắn chính của Việt Nam 10 tháng năm 2009 là Trung Quốc ñạt cao nhất 2,682,630 tấn chiếm hơn 90% kim ngạch, tiếp theo là Hàn Quốc ñạt 171,620 tấn, thấp dần là Nhật Bản ñạt 9,421 tấn chiếm 5,5%, Ai Cập ñạt 4,458 tấn,

2.2 ðặc ñiểm cấu tạo và tính chất của tinh bột

2.2.1 ðặc ñiểm cấu tạo

Tinh bột có công thức hóa học (C6H10O5)n là một polysacarit carbohydrates chứa hỗn hợp amylose và amylopectin, tỷ lệ phần trăm amilose

và amilopectin thay ñổi tùy thuộc vào từng loại tinh bột, tỷ lệ này thường từ 20:80 ñến 30:70 Tinh bột có nguồn gốc từ các loại cây khác nhau có tính chất vật lí và thành phần hóa học khác nhau Tinh bột cùng với protein và chất béo là một thành phần quan trọng bậc nhất trong chế ñộ dinh dưỡng của loài

người cũng như nhiều loài ñộng vật khác Khối lượng phân tử của tinh bột rất

lớn tới hàng trăm nghìn hoặc hàng triệu ñơn bị cacbon Khi thủy phân tinh bột

ta ñược sản phẩm cuối cùng là glucozơ Từ ñó có thể kết luận rằng phân tử tinh bột gồm nhiều gốc glucozơ (C6H10O5)n liên kết với nhau và có công thức phân tử (C6H10O5)n

a.Amilozơ

khoảng 200000 ñ.v.C Phân tử amilozơ ñược cấu tạo bởi các gốc các gốc liên kết với nhau ở nguyên tử của gốc này với nguyên tử của gốc kia qua một nguyên tử oxi amilloza có mức trùng hợp tương ñối thấp, thường không có cấu trúc bất thưòng và bị phân ly hoàn toàn bởi amiloza Amilloza có khả năng tạo phức với nhiều hợp chất hữu cơ khác nhau như các rượu no, rượu vòng, axêtôn, axit béo ñặc biệt phức của vitamin A với amilloza thường bền

và ít bị ôxy hoá

b.Amilopectin

Amilopectin có mạch phân tử phân nhánh và khối lượng phân tử khoảng

1000000 ñ.v.C Phân tử amilopectin ñược cấu tạo bởi một số phân tử amilozơ Các phân tử amilozơ liên kết với nhau ở nguyên tử và nguyên tử qua một nguyên tử oxi Phản ứng ñặc trưng là phản ứng amilopectin với lectin Khi lectin liên kết với gốc α – D – Glucoza nằm ở ñầu cuối không khử của

amilopectin cũng như các polysacarit khác làm amilopectin kết tủa tách khỏi dung dịch

Ngoài ra trong thành phần tinh bột còn có một lượng lớn polypeptit liên

kết hoá học với tinh bột Khi thuỷ phân có chứa nhóm axitamin [4]

2.2.2 Tính chất vật lý và hóa học của tinh bột

b Tính hấp phụ

Tuỳ theo ñiều kiện bảo quản mà khối bột có tính chất hấp phụ khác nhau Nếu bảo quản theo phương pháp ñóng bao và xếp thành khối lớn thì khả năng hấp phụ rất kém so phương pháp ñổ rời, san mỏng Khi chế biến nguyên liệu ra bột, nghĩa là ta ñã làm tăng thêm diện tích hấp phụ của nguyên liệu, do

ñó mà khả năng hấp phụ của sản phẩm là rất tốt, nếu so sánh giữa nguyên liệu

và sản phẩm Hấp phụ ở ñây có nghĩa là hút hơi ẩm và khí lạ

Khi sản phẩm hút hơi lạ sẽ làm giảm giá trị thương phẩm của sản phẩm cũng như rất khó sử dụng và gây ra mùi vị lạ làm mất mùi ñặc trưng của mặt hàng sản xuất ðiều này cần chú ý khi ta dùng phương pháp sấy trực tiếp thì bột có thể hấp phụ mùi của tác nhân sấy cũng như ñiều kiện vệ sinh kho tàng khi bảo quản Các vật ẩm hay các sản phẩm sấy thường bảo quản trong môi trường không khí, ñối với các sản phẩm sấy ñến ñộ ẩm thấp dễ hút ẩm từ môi trường Quá trình tiếp xúc giữa không khí ẩm và vật ẩm trong thời gian nhất ñịnh giữa chúng sẽ xảy ra cân bằng thuỷ phần [4]

c Tính dẫn nhiệt và truyền nhiệt

Bột có tính dẫn nhiệt và truyền nhiệt kém, do vậy ñộ trống rỗng của khối bột tương ñối cao, không khí, hơi ẩm và ngay cả vi sinh vật và côn trùng

dễ dàng xâm nhập vào bên trong khối bột Các mặt hàng sản phẩm nông nghiệp nói chung phần lớn việc dẫn nhiệt và truyền nhiệt ñều do tác ñộng của không khí, ñộ ẩm, côn trùng và vi sinh vật

Trong thực tế nếu ta ñóng bao ngay bột mới sấy thì rất bất lợi cho công tác bảo quản, vì lúc này bột còn nóng, khả năng toả nhiệt lại rất chậm, dễ dàng kích ñộng các quá trình sinh lí - sinh hoá phát sinh nhanh chóng làm hỏng bột Do ñó ñể ñảm bảo ñược tính ổn ñịnh của bột trong giai ñoạn lưu trữ, nhất thiết phải làm cho bột nguội mới ñóng gói [4]

d Tác dụng tương hỗ với môi trường

Khi áp suất hơi nước trên bề mặt bột lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong môi trường xung quanh bột thì bột nhả ẩm vào môi trường Ngược lại, nếu nhỏ hơn thì bột hút ẩm từ môi trường Áp suất phụ thuộc nhiệt ñộ, ñộ

ẩm Vì thế sự hút ẩm hay nhả ẩm của bột phụ thuộc áp suất, nhiệt ñộ, ñộ ẩm của môi trường và của bột

Quá trình hút nhả ẩm tự nhiên giữa bột ẩm và môi trường xung quanh xảy ra rất nhanh ñể tiến tới trạng thái cân bằng áp suất ðộ ẩm của bột ở trạng thái này là ñộ ẩm cân bằng và quá trình hô hấp của bột coi như bằng 0

Áp suất cân bằng phụ thuộc vào nhiệt ñộ, ñộ ẩm của môi trường không khí môi trường Do vậy trạng thái cân bằng áp suất hơi ẩm giữa bột ẩm và môi trường xung quanh luôn bị phá vỡ và ñộ ẩm cân bằng luôn phụ thuộc nhiệt ñộ, ñộ ẩm của môi trường [4],[16]

e Khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan

Xác ñịnh khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột cho phép ñiều chỉnh ñược tỉ lệ dung dịch tinh bột và nhiệt ñộ cần thiết trong quá trình công nghiệp, còn có ý nghĩa trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến

thủy nhiệt Rất nhiều tính chất chức năng của tinh bột phụ thuộc vào tương tác của tinh bột và nước (sự hồ hóa, tạo gel, tạo màng) Ngoài ra, nó cũng là cơ sở

ñể lựa chọn tinh bột biến hình thích hợp cho từng ứng dụng cụ thể [4]

f Sự trương nở

Khi ngâm tinh bột vào nước thì thể tích hạt tăng do sự hấp thụ nước, làm cho hạt tinh bột trương phồng lên Hiện tượng này gọi là hiện tượng trương nở của hạt tinh bột ðộ tăng kích thước trung bình của một số loại tinh bột khi ngâm vào nước như sau: tinh bột bắp: 9,1%, tinh bột khoai tây: 12,7%, tinh bột sắn: 28,4%.[1],[4]

g Tính chất hồ hóa

Nhiệt ñộ ñể phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái ñầu có mức ñộ oxi hóa khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt ñộ hồ hóa Phần lớn tinh bột

bị hồ hóa khi nấu và trạng thái trương nở ñược sử dụng nhiều hơn ở trạng thái

tự nhiên Các biến ñổi hóa lí khi hồ hóa như sau: hạt tinh bột trương lên, tăng

ñộ trong suốt và ñộ nhớt, các phân tử mạch thẳng và nhỏ thì hòa tan và sau ñó

tự liên hợp với nhau ñể tạo thành gel Nhiệt ñộ hồ hóa không phải là một ñiểm

mà là một khoảng nhiệt ñộ nhất ñịnh Tùy ñiều kiện hồ hóa như nhiệt ñộ, nguồn gốc tinh bột, kich thước hạt và pH mà nhiệt ñộ phá vỡ và trương nở của tinh bột biến ñổi một cách rộng lớn

Một trong những tính chất quan trọng của tinh bột có ảnh hưởng ñến chất lượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm ñó là ñộ nhớt và ñộ dẻo Phân tử tinh bột có nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết ñược với nhau làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều nước hơn khiến cho dung dịch

có ñộ ñặc, ñộ dính, ñộ dẻo và ñộ nhớt cao hơn Yếu tố chính ảnh hưởng ñến

ñộ nhớt của dung dịch tinh bột là ñường kính biểu kiến của các phân tử hoặc của các hạt phân tán, ñặc tính bên trong của tinh bột như kích thước, thể tích, cấu trúc, và sự bất ñối xứng của phân tử Nồng ñộ tinh bột, pH, nhiệt ñộ, tác nhân oxi hóa, các thuốc thử phá hủy liên kết hydro ñều làm cho tương tác của

các phân tử tinh bột thay ñổi do ñó làm thay ñổi ñộ nhớt của dung dịch tinh bột

h Khả năng tạo gel và sự thoái hóa gel

Tinh bột sau khi hồ hóa và ñể nguội, các phân tử sẽ tương tác nhau và xắp xếp lại một cách có trật tự ñể tạo thành gel tinh bột với cấu trúc mạng 3 chiều ðể tạo ñược gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng ñộ ñậm ñặc vừa phải, phải ñược hồ hóa ñể chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau ñó ñược ñể nguội ở trạng thái yên tĩnh Trong gel tinh bột chỉ có các liên kết hydro tham gia, có thể nối trực tiếp các mạch polyglucozit hoặc gián tiếp qua phân tử nước Khi gel tinh bột ñể nguội một thời gian dài sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ thoát ra, gọi là sự thoái hóa Quá trình này sẽ càng tăng mạnh nếu gel ñể ở lạnh ñông rồi sau ñó cho tan giá [4]

Tinh bột không cho phản ứng tráng gương Tinh bột có phản ứng thủy phân và phản ứng màu với iot

a Phản ứng thủy phân

ðun nóng tinh bột trong dung dịch axit vô cơ loãng sẽ thu ñược dung dịch glucozơ ( Trong cơ thể người và ñộng vật, tinh bột ñược thủy phân thành glucozơ nhờ một số men)

b Phản ứng màu với iot

Dung dịch iot tác dụng với hồ tinh bột cho màu xanh lam ñặc trưng ðun nóng, màu xanh biến mất ñể nguội lại hiện ra

Phản ứng này xảy ra dễ dàng nên ta dùng dung dịch iot ñể nhận ra tinh bột, hoặc ngược lại dùng hồ tinh bột ñể nhận biết iot

c Sự chuyển hóa tinh bột trong cơ thể

Khi ñi qua miệng, tinh bột bị thủy phân nhờ men ( Men amilaza) có trong nước bọt Sự thủy phân tiếp tục xảy ra nhờ men ( Men mantaza) có trong ruột vào máu qua mao trạng ruột rồi theo máu về gan.Từ gan glucozơ ñược phân phối ñi tới các mô trong cơ thể.Tại các tế bào và mô glucozơ ñược

oxi hóa chậm biến thành khí cacbonic và hơi nước ñồng thời giải phóng năng lượng cho cơ thể hoạt ñộng Phần glucozơ còn dư ở trong gan ñược tổng hợp lại thành một loại gluxit có khối lượng phân tử lớn gọi là glicogen

2.3 Yêu cầu về sắn nguyên liệu

Trong bất kỳ quá trình chế biến thực phẩm nói chung và quá trình chế biến sắn nói riêng thì chất lượng của nguyên liệu là một trong những yếu tố quan trọng quyết ñịnh ñến chất lượng, thời hạn bảo quản và giá thành của sản phẩm

Tùy thuộc vào ñặc tính của từng loại sắn nguyên liệu cũng như mục ñích chế biến hay tính chất của sản phẩm cần chế biến mà có những yêu cầu

về chất lượng nguyên liệu riêng biệt nhưng nhìn chung sắn nguyên liệu phải ñáp ứng các chỉ tiêu sau ñây:

- Hàm lượng tạp chất không quá 15%, thông thường là 3%

- ðối với sắn hư, thối không quá 15%

- ðối với sắn xâm kim không quá 30%

- Hàm lượng tinh bột lớn hơn 20%

- Sau khi nhập phải sản xuất ngay không ñược ñể quá 72 giờ sau khi thu hoạch

Ở Việt nam hiện nay chưa có quy ñịnh chung về chất lượng sắn ñưa vào sản xuất tinh bột nhưng nhìn chung các nhà máy ñều có qui ñịnh về chỉ tiêu chất lượng sắn củ:

- Hàm lượng tinh bột từ 20 % trở lên

- Củ nhỏ và ngắn( chiều dài 10cm, ñường kính chỗ củ lớn nhất dưới 5cm) không quá 4%

- Củ dập nát và gẫy vụn không quá 3%

- Lượng ñất và tạp chất tối ña 1,5-2%, không có củ thối

- Củ có dấu vết chảy nhựa không quá 5% nếu chế biến ngay trong vòng

3 ngày trở lại thì cuộng sắn ngắn nhưng nếu bảo quản dự trữ lâu hơn thì cần

ñể cuộng dài [1]

Hình 2.1 Sắn củ trước khi ñưa vào sản xuất

2.4 Qui trình công nghệ chế biến tinh bột sắn

a Chỉ tiêu chất lương tinh bột sắn

Cũng giống nhiều loại thực phẩm và phụ gia thực phẩm khác, trong quá trình sản xuất tinh bột sắn ngoài ñáp ứng yêu cầu cần thiết của người tiêu dùng thì tinh bột sắn cần ñạt ñược tiêu chuẩn chất lượng bảng 2.4 [1]

Bảng 2.4: Tiêu chuẩn chất lượng tinh bột sắn

Mức chất lượng Chỉ tiêu chất lượng

Hảo hạng Loại I Loại II Loại III

Hàm lượng tinh bột (%) ≥ 97,5 ≥ 97,5 ≥ 96 ≥ 96 Hàm lượng tro (%) ≤ 0,10 ≤ 0,15 ≤0,20 ≤ 0,20 Hàm lượng prtein (%) ≤ 0,2 ≤ 0,3 ≤ 0,3 ≤ 0,5 Hàm lượng Xenlluloza (%) ≤ 0,1 ≤ 0,15 ≤ 0,2 ≤ 0,3

b Quy trình công nghệ

Trong thực tế sản xuất, có rất nhiều phương pháp chế biến củ sắn ñể tạo

ra các sản phẩm khác nhau Hiện nay, nhu cầu sử dụng sản phẩm tinh bột sắn ngày một cao và giá trị kinh tế mà nó mang lại là rất lớn do vậy việc chế biến

ra tinh bột ñang là xu thế chính với nhiều phương pháp và qui mô khác nhau

Sơ ñồ nguyên lý công nghệ sản xuất tinh bột sắn từ củ sắn thường ñược tiến hành theo các bước cơ bản như trên hình 2.2.[9]

Sấy khô- Làm nguội

* Chu ẩn bị nguyên liệu: bao gồm các khâu vận chuyển nguyên liệu vào

sản xuất, ngâm và rửa

Vận chuyển nguyên liệu vào phân xưởng chế biến có thể sử dụng các phương tiện thô sơ ñối với những cơ sở sản xuất nhỏ nhưng với nhà máy công suất lớn có bảo quản dự trữ nguyên liệu cần cơ giới hóa khâu vận chuyển làm tăng năng suất sản xuất Một trong những phương pháp ñơn giản và kinh tế là vận chuyển bằng sức nước theo máng hơi dốc từ kho nguyên liệu vào phân xưởng hoặc bằng máy móc chuyên dụng

Ngâm nhằm mục ñích tách bớt một lượng chất hoà tan trong nguyên liệu, làm bở ñất cát ñể nâng cao hiệu suất rửa sạch Thời gian ngâm từ 4 ñến 8 giờ tuỳ theo loại nguyên liệu và mức ñộ nhiễm bẩn của củ ðối với nhà máy

có công suất lớn bỏ qua giai ñoạn ngâm

Rửa nhằm mục ñích loại bỏ ñất, cát, rác và một phần vỏ Quá trình rửa bắt ñầu từ khâu ngâm vận chuyển bằng máng, thủy lực và cuối cùng là máy rửa Nếu rửa không sạch thì sỏi, cát sẽ nhanh làm mòn răng máy xát bột, mặt khác tạp chất lẫn vào tinh bột làm tăng ñộ tro, ñộ mầu của tinh bột thành phẩm

tách lấy tinh bột phải phá vỡ tế bào Phá vỡ triệt ñể thì hiệu xuất tinh bột cao,

vì vậy nghiền là khâu quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất

Trong sản xuất tinh bột sắn chủ yếu dùng máy mài- xát và máy nghiền 2 thớt ñá Khi máy làm việc không ñược ñể lọt các vật thể cứng vào máy Hiện nay các cơ sở sản xuất nhỏ dùng trục gỗ và răng dùng sợi thép cứng có ñường kính 1mm và chỉ xát một lần Với các nhà máy lớn ngoài máy xát còn có máy xay ñể nâng cao hiệu suất

0,3% Trong thành phần dịch bào gồm nhiều các hợp chất khác nhau như polyphenol, enzim polyphenolxydaza, Khi tế bào của củ bị phá vỡ các polyphenol tiếp xúc với oxy và dưới tác dụng của polyphenolxydaza sẽ oxy

hoá tạo thành chất màu làm cho tinh bột giảm màu trắng Do ñó trong quy trình sản xuất phải ngắn, tách dịch bào càng nhanh càng tốt và trong toàn bộ quy trình tách, tinh bột ñều phải ngập trong nước Tách dịch bào sớm tinh bột

sẽ trắng ñồng thời ít tạo bọt sẽ dễ dàng cho những khâu sau, mặt khác tinh bột thành phẩm giữ nguyên ñược tính chất lý – hoá tự nhiên

ðể tách triệt ñể dịch bào cần phải qua máy ly tâm ít nhất hai lần và lần cuối cùng là rửa tinh bột Trong công nghệ sản xuất hiện ñại còn cho chất chống oxy hoá như axit H2SO3 hoặc NaHSO3 ñể giữ cho tinh bột có ñộ trắng cao Sau mỗi lần ly tâm dịch bột ñược pha loãng rồi ñưa qua rây ñể tách bã mịn Sữa tinh bột lọt rây ñược ñưa sang máy ly tâm tách dịch lần tiếp Nước dịch ra khỏi máy

ly tâm ñược ñưa vào bể hoặc máng lắng ñể tách lấy tinh bột loại hai

ñoạn: Tách bã thô và tách bã mịn

- Tách bả thô: Tách bã thô thường dùng máy rây chải Sữa bột thô sau khi nghiền ñưa lên rây tách tinh bột tự do Phần không lọt rây (bã thô) gồm xơ lớn các mảnh vụn và những hạt tinh bột tự do ñưa xuống máy nghiền lần thứ hai hoặc ñưa ra bể bã Phần lọt rây ñược chuyển qua ly tâm ñể tách dịch bào

- Tách bả mịn: Tách bã mịn thường dùng một hệ nhiều máy rây với số hiệu mặt rây lớn dần: N038, N052, N055 Không nên cho qua máy rây N055 ngay từ ñầu vì mặt rây quá dày hiệu suất tách tinh bột sẽ thấp ðể hiệu suất rây cao khi rây phải xối nước liên tục và hiệu chỉnh nồng ñộ sữa tinh bột ra khỏi rây khoảng 30Bx

bột có thể dùng bể lắng hoặc ly tâm Tốt hơn cả là dùng máy ly tâm ðộ ẩm tinh bột ra khỏi máy ly tâm khoảng 26 – 35% ðây là tinh bột thành phẩm ướt dùng làm nguyên liệu trong các ngành công nghiệp khác

* Sấy khô, ñóng gói, bảo quản: ðể ñảm bảo cho việc sấy sản phẩm ñến

ñộ ẩm bảo quản và ñộ khô ñồng ñều phải tiến hành làm vỡ các cục bột tạo

thành các hạt nhỏ có kích thước tương ñối ñồng ñều sau ñó tiến hành sấy ñể thu tinh bột khô Sản phẩm tinh bột khô sau khi thu ñược cần phải ñược làm

nguội trước khi ñưa vào bao gói và bảo quản

2.5 Tình hình ứng dụng thiết bị sấy tinh bột

Sấy là một công ñoạn hết sức quan trọng không thể thiếu trong qui trình công nghệ chế biến sản phẩm dạng bột Mục ñích làm giảm một lượng ẩm nhất ñịnh ñể sản phẩm có thuỷ phần ñảm bảo cho bảo quản lâu dài trước khi ñưa vào chế biến ở những công ñoạn tiếp theo Chính ñiều này ñã thúc ñẩy phát triển nhanh việc nghiên cứu quá trình sấy Hầu hết các thiết bị sấy ñều sử dụng tác nhân sấy là khí nóng thổi cưỡng bức qua khối vật liệu Nhiệt từ khí nóng truyền sang bột ẩm làm nước trong sản phẩm sôi, bốc hơi thoát ra khỏi vật ẩm và ñược dòng khí sấy thải ra ngoài Quá trình này diễn ra liên tục, về cơ bản ñược phân thành ba giai ñoạn chính gồm giai ñoạn gia nhiệt cho sản phẩm, giai ñoạn tốc ñộ sấy không ñổi và giai ñoạn sấy tốc ñộ giảm dần

Hiện nay, trên thế giới ñã nghiên cứu và áp dụng nhiều phương pháp sấy khác nhau với các thiết bị sấy khá ña dạng ñáp ứng nhu cầu sấy rất nhiều loại sản phẩm Tuy nhiên việc nghiên cứu và áp dụng các thiết bị sấy phục vụ cho việc sấy các sản phẩm dạng bột ñặc biệt là tinh bột sắn còn khá sơ sài và còn tồn tại nhiều bất cập Các thiết bị ñể sấy cho các sản phẩm dạng bột ñược

áp dụng hiện nay gồm một số loại cơ bản sau:

2.5.1 Thiết bị sấy kiểu thùng quay

Bộ phận chính của thiết bị là một thùng hình trụ tròn làm buồng sấy ñặt nằm ngang hay nghiêng một góc nhỏ, ñộ nghiêng từ 1/50 ÷ 1/15 Thùng quay với tốc ñộ chậm n = (0,5 ÷ 0,8)vòng/phút Thiết bị có thể làm việc liên tục hay theo chu kỳ từng mẻ một Sấy thùng quay ñược áp dụng rộng rãi ñể sấy các vật ẩm dạng hạt, mảnh vụn có kích thước nhỏ như ñậu, ñỗ, cà phê Sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy kiểu thùng quay ñược thể hiện trên hình 2.3

Cửa cấp liệu ñược thiết kế tại ñầu cao và vật liệu chuyển ñộng dần xuống phía dưới thấp hơn và ñược lấy ra ngoài tại ñiểm cuối của thùng Bên trong thùng có cánh ñảo Không khí cùng vật liệu xáo trộn trong thùng sấy, quá trình trao ñổi nhiệt ẩm xảy ra và vật liệu ñược sấy khô

Hình 2.3 Sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy kiểu thùng quay

1- Calorife;2- Vít t ải;3-Cửa cấp liệu; 4- Thùng sấy;

5- Bánh r ăng; 6- Quạt hút; 7- Xyclon; 8- Van khí;9 - Ổ ñỡ

Thời gian sấy là thời gian vật liệu di chuyển từ ñầu vào ñến ñầu ra khỏi thùng ðối với các vật liệu sấy là dạng bột thì khí thải thường có lẫn sản phẩm theo do ñó cần phải có xyclon ñể thu hồi lượng sản phẩm bay theo này

Trong quá trình sấy vật liệu sấy ñược ñảo trộn liên tục do ñó tiếp xúc liên tục với không khí nóng nên thời gian sấy nhanh, vật liệu sấy ñược khô ñồng ñều hơn

Tuy nhiên do tính xốp của vật liệu, bột bị vỡ vụn khi ñộ ẩm giảm, kích thước của hạt bột là rất nhỏ và linh ñộng do vậy nó sẽ bị bám dính vào thành thùng và các chi tiết chuyển ñộng quay làm giảm hiệu suất máy ñồng thời nhanh phá hỏng các cơ cấu truyền ñộng và khó khăn trong việc dọn vệ sinh máy [15]

2.5.2 Thiết bị sấy băng tải

Nguyên tắc cấu tạo của máy sấy băng tải gồm có hầm hoặc buồng sấy, băng tải liên tục chuyển ñộng trong buồng Vật sấy ñược rải ñều trên băng tải

nhờ cơ cấu nạp liệu Sản phẩm liên tục ñược lấy ra ở cuối băng tải Tác nhân sấy là không khí nóng hay khói lò chuyển ñộng cắt ngang qua chiều chuyển ñộng của băng tải Chiều dài và tốc ñộ băng tải phụ thuộc vào thời gian sấy Chiều rộng băng (cũng là chiều rộng lớp vật sấy) chiều dày lớp vật sấy và tốc

ñộ băng phụ thuộc năng suất máy ðể không gây ra trở lực lớn, sản phẩm có

ñộ khô ñồng ñều thì lớp vật sấy trên băng tải có chiều dày từ (50 ÷ 250) mm

Băng tải có cấu tạo rất ña dạng (có thể băng ñược chế tạo từ lưới sợi, lưới thép, băng thép có ñục lỗ, các khay có ñục lỗ hoặc không) lắp trên trục quay, hai ñầu trục lắp vào hai xích tải 3 làm nhiệm vụ kéo các khay trượt trên ñường ray Nguyên lý cấu tạo của thiết bị ñược trình bày trên hình 2.4

Hình 2.4 Sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy kiểu băng tải

1- Bộ phận truyền ñộng; 2- ðĩa xích;

3- Xích tải; 4- Tấm gạt; 5- Cửa thoát sản phẩm

ðể ứng dụng thiết bị này vào quá trình sấy các sản phẩm dạng bột là rất khó khăn bởi khi các khay lật chuyển vật liệu làm cho cục bột vỡ vụn tạo thành bụi rất khó cho việc thu gom các bụi này dẫn ñến hao tổn rất nhiều trong quá trình sấy ñồng thời gây ô nhiễm môi trường làm việc, nhanh làm hư hỏng các cơ cấu truyền ñộng Thông thường thiết bị sấy dạng băng tải chỉ sử

dụng ñể sấy sơ bộ khi bột còn ở ñộ ẩm cao [8]

2.5.3 Thiết bị sấy tầng sôi

Thiết bị sấy tầng sôi có nhiều ưu ñiểm hơn so với các loại máy sấy khác là: ñảo trộn vật liệu sấy nhanh dẫn ñến gần như hạt ñược sấy ñồng ñều Tốc

ñộ truyền nhiệt và truyền khối cao giữa không khí sấy và hạt ở nhiệt ñộ tác nhân sấy cao Nhược ñiểm của loại máy này là tiêu tốn năng lượng lớn ñể tạo tốc ñộ không khí cao, chi phí năng lượng riêng cao vì nhiệt thoát ra theo khí thải lớn gây bụi xung quanh thiết bị, nên cần có thiết bị chống ô nhiễm môi trường, không thể sấy hạt có ñộ ẩm cao, dính nhiều

Trên hình 2.5 thể hiện cấu tạo hệ thống sấy tầng sôi với buồng sấy có một tầng sôi Nguyên liệu ẩm ñược nạp vào buồng sấy nhờ vít tải qua phễu cấp liệu Quạt ñược làm việc theo chế ñộ ñẩy, ñẩy khí nóng vào dưới lưới (ghi) của buồng sấy Ghi buồng sấy là tấm thép có ñục nhiều lỗ thích hợp hoặc lưới thép ñể tác nhân sấy ñi qua nhưng hạt không lọt xuống ñược Vật liệu ẩm qua phễu cấp liệu, qua vít tải ñổ xuống trên ghi Với tốc ñộ ñủ lớn thích hợp, tác nhân sấy ñi qua lớp vật liệu trong buồng sấy nâng các hạt lên và làm cho lớp hạt xáo trộn bập bùng trong dòng tác nhân sấy như hình ảnh một dịch thể ñang sôi Vì vậy khi ñó

ệ khí - hạt có ñầy ñủ tính chất như một chất lỏng [15]

Hình 2.5 Sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy kiểu tầng sôi

li ệu ẩm; 6- buồng sấy tầng sôi; 7- xyclon; 8- khí thải sạch; 9-

Quá trình sôi cũng là quá trình trao ñổi nhiệt ẩm mãnh liệt giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy Các hạt khô hơn nên nhẹ hơn sẽ nằm ở lớp trên của tầng hạt ñang sôi Người ta tính toán, ở một ñộ cao nhất ñịnh hạt khô sẽ rơi vào buồng chứa sản phẩm ñể lấy ra ngoài Có thể có nhiều hạt nhỏ, nhẹ bay theo tác nhân sấy Vì vậy người ta bố trí các xyclon và túi lọc trên ñường thải tác nhân sấy ñể thu hồi sản phẩm bay theo

Năng suất của vít tải nạp liệu ñúng bằng năng suất của hệ thống sấy tính theo vật sấy ẩm Hệ thống này có cấu tạo ñơn giản, dễ vận hành, nó có thể làm việc liên tục hoặc theo chu kỳ (từng mẻ) Trong trường hợp sấy các loại hạt khó vỡ thì chỉ có cửa 12 là lấy sản phẩm còn cửa 10, 11 là bụi

Một trong những yêu cầu quan trọng ñể ứng dụng thiết bị sấy tầng sôi

là vật sấy phải có hình dáng và kích thước tương ñối ñồng ñều Có như thế thì việc cung cấp dòng khí ñể tạo lớp sôi trong hạt mới ñược bảo ñảm

2.5.4 Thiết bị sấy kiểu khí ñộng

Hệ thống sấy khí ñộng thường chỉ dùng ñể sấy các loại hạt nhẹ có ñộ

ẩm chủ yếu là ẩm bề mặt Hơn nữa, hệ thống sấy khí ñộng còn làm phương tiện vận chuyển vật sấy từ chỗ này ñến chỗ khác theo yêu cầu chế biến

Hình 2.6 Sơ ñồ nguyên lý của hệ thống sấy kiểu khí ñộng

Nguyên lý cấu tạo của hệ thống sấy khí ñộng như hình 2.6 Tác nhân sấy có tốc ñộ cao ñi vào một ñầu ống sấy kéo theo dòng hạt từ bộ phận cấp liệu ñưa vào

Quá trình trao ñổi nhiệt ẩm ñược tiến hành giữa dòng vật liệu sấy cùng chuyển ñộng với dòng tác nhân sấy từ ñầu này ñến ñầu kia của ống sấy Ống sấy có hình trụ tròn, cuối ống sấy có bố trí một xyclon làm nhiệm vụ tách vật liệu sấy và khí sấy Ở ñây vật liệu ñã ñược sấy khô rơi xuống phễu chứa sản phẩm, còn tác nhân sấy ñược quạt hút ñưa ra ngoài

* ðặc ñiểm của máy sấy khí ñộng

- Vật liệu sấy thuộc loại hạt nhỏ, kích thước không quá 8 ÷ 10mm

- Môi chất sấy có thể là không khí hoặc khói lò tuỳ thuộc vật liệu sấy

- Thời gian sấy ngắn vì vậy chỉ ñể sấy ñộ ẩm tự do

- ðặc ñiểm chính của quá trình sấy là thời gian vật liệu sấy lưu lại trong buồng sấy ngắn nên hàm ẩm của chúng thay ñổi không nhiều Lượng ẩm bay hơi trong buồng sấy chủ yếu là ẩm tự do trên bề mặt các vật sấy Thời gian sấy ngắn cho phép sử dụng tác nhân sấy có nhiệt ñộ cao ngay cả với vật sấy

có tính chịu nhiệt kém ðể mở rộng phạm vi sử dụng của kiểu sấy này người

ta bố trí thêm phần trao ñổi nhiệt - chất tiếp xúc Do vậy có thể dùng ñể sấy các vật liệu khác và sấy ñược ñộ ẩm liên kết Nhược ñiểm của hệ thống sấy này là cường ñộ sấy không cao vì dòng hạt và tác nhân sấy tuy có vận tốc khác nhau nhưng ổn ñịnh Sự xáo trộn giữa dòng vật sấy và tác nhân sấy càng lớn thì cường ñộ sấy càng cao

Một vấn ñề rất ñáng quan tâm ở thiết bị sấy kiểu khí ñộng, quá trình sấy ñồng thời xảy ra cùng quá trình vận chuyển hạt tới thiết bị thu và lọc gió nên rất thích hợp với việc sấy các vật liệu dạng bột như tinh bột sắn Khả năng thất thoát sản phẩm và gây ô nhiễm môi trường là rất thấp ñồng thời vật liệu hoàn toàn không tiếp xúc với các chi tiết chuyển ñộng trong buồng sấy

2.6 Cơ sở lý thuyết của phương pháp sấy khí ñộng

2.6.1 Bản chất của phương pháp sấy khí ñộng

ðổ một lớp vật liệu dạng hạt lên lưới nằm ngang bên trong ống ñặt thẳng ñứng, tiết diện ngang của ống có thể là hình tròn, vuông, chữ nhật; hạt không lọt lưới Cho tác nhân sấy ñi qua lớp hạt chiều từ dưới lên, trạng thái của các hạt và cả lớp hạt phụ thuộc rất lớn vào vận tốc dòng tác nhân sấy ñi xuyên qua lớp hạt

Hình 2.7 Chuyển ñộng của dòng tác nhân sấy qua lớp hạt

Khi vận tốc dòng tác nhân sấy nhỏ thì lực do nó sinh ra bé hơn trọng lượng hạt nên các hạt ñứng yên (sấy ñối lưu bình thường) Tăng tốc ñộ dòng tác nhân sấy dần lên ñến giá trị xấp xỉ vận tốc lắng của hạt thì xảy ra hiện tượng các hạt ñộng ñậy làm thể tích khối hạt lớn lên Lúc này xem như lực ñẩy của dòng tác nhân sấy cân bằng với trọng lượng hạt Tăng tiếp vận tốc dòng tác nhân sấy, ta thấy hiện tượng hạt và tác nhân sấy chuyển ñộng giống hệt quá trình sôi (các bóng khí xuyên qua lớp hạt rồi nổ bùng ở bề mặt lớp hạt, tạo ra chuyển ñộng mãnh liệt và hỗn ñộn của hạt) và ñược gọi là quá trình sấy tầng sôi

Nếu tốc ñộ dòng khí tiếp tục tăng và vượt quá một giới hạn nào ñó thì chế ñộ sấy tầng sôi chấm dứt, và trong khối hạt hình thành các túi khí Lúc

này toàn bộ khối hạt hòa lẫn hoàn toàn với dòng tác nhân sấy và bị cuốn theo quá trình này gọi là quá trình sấy khí ñộng

Cho dòng khí chuyển ñộng qua lớp vật liệu theo hướng từ dưới lên trong ống thẳng ñứng tạo nên sự chênh lệch áp suất tại hai phía của lớp vật liệu Ta tăng dần tốc ñộ thổi của dòng khí, khi lực ñẩy của dòng khí ñủ lớn, ñộ chênh lệch áp suất ñủ lớn thắng lực trọng trường do trọng lượng bản thân của vật liệu gây nên thì trong khối vật liệu bắt ñầu xảy ra hiện tượng nâng lên và

có xu hướng bị kéo ñi theo phương chuyển ñộng của dòng khí

a Vận tốc cân bằng của dòng khí

Khi tăng tốc ñộ chuyển ñộng của dòng khí ñạt tới vận tốc làm cho hạt vật liệu ở trạng thái lơ lửng mà không rơi ta gọi hạt ñạt ở trạng thái thăng bằng Vận tốc dòng khí ñạt ñược ở trạng thái này ñược gọi là vận tốc cân bằng, ký hiệu là vc Lúc này lực ñẩy của dòng khí cân bằng với trọng lượng của hạt vật liệu

Xét sự chuyển ñộng của hạt vật liệu có khối lượng mh khi nó ở trạng thái thăng bằng Giả thiết hạt hình cầu trong dòng khí chuyển ñộng chịu tác dụng bởi các lực, mô tả như trên hình 2.8

Hình 2.8 Sơ ñồ chịu lực của hạt vật liệu

GAd

Lực ñẩy của dòng khí:

2 2 2

4 c k c c k

ρ ξ ρ

c c

ρ

ρ ξ

lượng hạt) Tốc ñộ này gọi là tốc ñộ cân bằng vc Tốc ñộ cân bằng là tốc ñộ dòng khí thổi thẳng ñứng từ dưới lên sao cho giữ hạt ñứng yên lơ lửng trong không gian

Vậy nếu:

vk > vc : hạt sẽ ñược thổi bay lên

vk = vc : hạt lơ lửng

vk < vc : hạt sẽ lắng xuống

vk - tốc ñộ dòng khí sấy thổi vào ống sấy, m/s

Tốc ñộ cân bằng phụ thuộc vào ñường kính hạt, khối lượng riêng của hạt, khối lượng riêng của khí

Xác ñịnh tốc ñộ cân bằng theo (3-1) rất khó khăn vì hệ số trở lực ξc phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Trong thực tế tốc ñộ cân bằng xác ñịnh theo phương pháp ñồng dạng từ các phương trình tiêu chuẩn sau:[7]

Re = f1 (Fe)

Ar = f2 (Re)

Ly = f3 (Ar) Trong ñó: Re - tiêu chuẩn Râynôn

Ar - tiêu chuẩn Acsimet

k k

k h

d Ar

γ υ

γ γ

2

3

) ( −

h k

k c

γ υ

4

k k

k h td

g d Fe

γ υ

k k

k h td c

g d

v

γ υ

γ

( 18

d v

γ

γ

.67,2

Trong ñó: dtd - ñường kính tương ñương của hạt, m

γk,γh - trọng lượng riêng của khí và hạt, kG/m3

υk- ñộ nhớt ñộng của khí, m2/s

Kích thước, dung trọng và vận tốc cân bằng của một số loại bột ghi trong bảng 2.5

Bảng 2.5 Kích thước, dung trọng và vận tốc cân bằng của một số loại bột

Sản phẩm Kích thước phân tử (ñường

kính tương ñương) (mm)

Dung trọng (kg/m3)

Vận tốc cân bằng (m/s) Bột nghiền thô 0,2-0,3 500-520 1,8-3,6

Hệ số lưu khối và hệ số lưu lượng của dòng lưu ñộng khí-bột là µ, µ’ ñược xác ñịnh như sau:[7],[10],[17]

S v

m G

m

k k

S v

m V

V

k h

S - diện tích tiết diện ngang của ống dẫn (buồng sấy), m2

Nồng ñộ khối lượng, nồng ñộ thể tích thực là x, x’ ñược tính như sau:

S v

m V

m x

h '=

S v

m V

V x

h h

ρ

=

= '

µ ' = (2−15)

h

k k h

v

v x

x= ' ρ = µρ (2−16) Τrong quá trình vận chuyển hạt khi sấy thì µ ≤1 (kg vật liệu/kg không khí)

Hình dạng và kích thước của hạt có ảnh hưởng ñến chuyển ñộng của dòng hạt Khi các hạt là hình cầu thì kích thước hạt là ñường kính d của hình cầu

Tỷ số giữa bề mặt cầu có ñường kính dvà diện tích bề mặt thực của hạt gọi là hệ số ϕ :

h h

h

c

F

V F

83 , 4

=

=

ϕ (2-17) Trong ñó: FC - diện tích mặt cầu có d, m2

Fh - diện tích bề mặt hạt, m2

Hệ số hình dạng của hạt là φ ñược tính như sau:

φ = af.l Trong ñó: af - bề mặt riêng theo thể tích của hạt, m2/m3

l - chiều dài của hạt, m

φ

Giá trị của hệ số φ ñược xác ñịnh bằng thực nghiệm, nó phụ thuộc vào hình dạng của vật liệu

Hệ số trở lực chính diện của dòng lưu ñộng khí-bột ñược ký hiệu là ξc,

nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: hình dạng và kích thước các hạt, các ñiều kiện chuyển ñộng của dòng khí - bột, chuyển khối giữa các hạt và khí (tác nhân sấy)

)

Re

30

46 , 0 (

K1- hệ số tính ñến các ñiều kiện dày ñặc của các hạt ñang chuyển ñộng

và tác dụng tương hỗ giữa chúng với nhau

K3 - hệ số kể ñến sự ảnh hưởng của hình dạng các hạt:

K3 = 11 − 10 ϕ (2−22)

ϕ - ñược xác ñịnh từ ñiều kiện (2-18)

Hệ số trở lực tính từ ñiều kiện (2-19) áp dụng cho các hạt dạng cầu và bầu dục ðối với các hạt dạng trụ, dạng ñĩa, miếng mỏng thì hệ số trở lực chính diện ñược tính như sau:

=

Re

6 18 , 1 2

1K K

=

Re

20 19 , 1 2

1K K

c

ξ với Re = 2.105 ÷ 2.106 (2-23b)

ðặc tính chủ yếu của dòng lưu ñộng khí-bột là vận tốc lắng của các hạt,

là vận tốc của dòng khí ñạt ñược khi các hạt ở trạng thái lắng

Khi Re < 1 thì vận tốc lắng của hạt là vk.l ñược tính theo phương trình của Stockes:

k

k h k

td l

k

d g v

ρ

ρ ρ υ

) (

18

ma sát giữa các hạt với nhau, lực ma sát với thành ống

Xét một hạt bột M ñược dòng khí ñẩy ñi trong ống (hình 2.9)

Hình 2.9 Sơ ñồ chuyển ñộng của hạt bột trong ống thẳng ñứng

G M A

Lúc này lực ñẩy của dòng khí sẽ là:

2 ) ( k h

v

g m

mv

d h

−

= ) (

hay:

g v v v

g d

dv

h k c

g v v v

dv

c c h k

h

2 2 2 )

Phương trình (2-27) là phương trình vi phân ñặc trưng cho quá trình chuyển ñộng của hạt bột trong ống sấy Giải phương trình này ta sẽ xác ñịnh ñược vận tốc chuyển ñộng của hạt trong dòng khí:

) (

) (

) )(

(

) )(

( )

(

/ 2

/ 2

c o k

c o k v g

c o k c k

c o k c k v g

c k h

v v v

v v v e

v v v v v

v v v v v e

v v v

c c

∆Pk- trở lực của dòng khí (tác nhân sấy) bao gồm:

- tổn thất trở lực do ma sát