Luận văn nghiên cứu thiết kế thiết bị sấy vải quả kiểu đối lưu và bức xạ nhiệt năng suất 1tấnmẻ

luận văn

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp i

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

-


    -

HOÀNG QUANG SÁNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY VẢI QUẢ

KIỂU ðỐI LƯU VÀ BỨC XẠ NHIỆT NĂNG SUẤT 1 TẤN/MẺ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá

nông, lâm nghiệp

Mã số : 60.52.14

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

HÀ NỘI – 2010

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ii

LỜI CAM ðOAN

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

này là trung th ực và hoàn toàn chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị

nào

Tôi cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ ñể thực hiện luận văn này ñã ñược

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

Tác giả luận văn

Hoàng Quang Sáng

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp iii

LỜI CẢM ƠN

ðể hoàn thành ñề tài nghiên cứu ngoài sự cố gắng của bản thân, tôi ñã nhận ñược rất nhiều sự quan tâm giúp ñỡ nhiệt tình của thầy cô, bạn bè và người thân

Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến thầy giáo PGS-TS Trần Như Khuyên ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện

và hoàn thành ñề tài nghiên cứu

Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô Bộ môn Thiết bị bảo quản

và chế biến nông sản Khoa Cơ ñiện, Khoa sau ñại học - Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội, Ban Giám Hiệu, các Phòng, Khoa và toàn thể cán bộ, giáo viên, công nhân viên của Trường Cao ñẳng Kỹ thuật Công nghiệp, các ñồng nghiệp và người thân, bạn bè ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Hà N ội, ngày tháng năm 2010

Tác giả

Hoàng Quang Sáng

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp iv

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp v

MỤC LỤC

1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ vải quả trên thị trường 41.2 ðặc ñiểm cấu tạo và thành phần hóa học của vải quả 7

1.7 Mục ñích và nhiệm vụ nghiên cứu của ñề tài 31

Chương 2 ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

Chương 3 NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN QUY TRÌNH CÔNG

3.1 Nghiên cứu lựa chọn công nghệ sấy vải quả 39

3.1.2 Kết quả khảo sát chế ñộ sấy vải quả trong sản xuất 393.1.3 ðề xuất phương án cải tiến quy trình công nghệ sấy vải quả 413.2 Khảo sát chế ñộ sấy vải quả trong phòng thí nghiệm 433.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy x1 (oC) 433.2.2 Ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy x2 (m/s) 443.3 Hoàn thiện quy trình công nghệ sấy vải quả 463.3.1 Sơ ñồ quy trình công nghệ sản xuất vải quả 46

Chương 4 LỰA CHỌN SƠ ðỒ NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ VÀ XÁC

ðỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH SẤY 50

4.1 Lựa chọn nguyên lý thiết kế thiết bị sấy vải quả 504.2 Xác ñịnh các thông số cơ bản của quá trình sấy 52

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp vi

4.2.3 Tính toán các thông số cơ bản của quá trình sấy lý thuyết 534.2.4 Xác ñịnh các kích thước cơ bản của buồng sấy 57

Chương 5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN PHỤ TRỢ

5.1.1 Các thông số lựa chọn và tính toán ban ñầu 68

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp vii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

TB: Trung bình TL: Trọng lượng TV: Thành viên TH: Tổng hợp HTS: Hệ thống sấy TNS: Tác nhân sấy VLS: Vật liệu sấy TN: Thí nghiệm

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp viii

DANH MỤC BẢNG

1.1 Diện tích và sản lượng vải của Việt Nam 5 1.2 Sự gia tăng diện tích và sản lượng thu hoạch của cây vải 6 1.3 Thành phần hoá học của phần thịt quả vải 9 3.1 Kết quả phân tích hóa học và cảm quan mẫu sản phẩm sấy 40 3.2 Kết quả thí nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy x1 43 3.3 Ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy x2 tới hàm Yj 45 5.1 Các thông số kỹ thuật của hệ thống thiết bị sấy vải quả 81

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ix

DANH MỤC HÌNH

1.4 Sơ ñồ nguyên lý cấu tạo hệ thống sấy vải quả SVQ-1 17 1.5 Sơ ñồ hệ thống sấy gián tiếp bằng không khí nóng 20 1.6 Thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời kiểu Tuynen 21

2.5 Thiết bị phân tích các chỉ tiêu hóa học của vải quả tại Viện

3.1 Hình ảnh vải quả khô sau khi sấy bị cháy 41

3.3 ðồ thị ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy x1 ñến các hàm Yj 44 3.4 ðồ thị ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy x2 ñến các hàm Yj 45

4.2 Biểu diễn quá trình sấy lý thuyết trên ñồ thị I – d 54 4.3 Sơ ñồ bố trí các thanh treo vải quả trong buồng sấy 58 4.4 ðồ thị I – d biểu thị quá trình sấy thực tế 60 5.1 Sơ ñồ cấu tạo thiết bị trao ñổi nhiệt dạng tấm phẳng 68

Tr ường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 1

MỞ đẦU

Cây vải thuộc nhóm cây ăn quả Á nhiệt ựới, ựược trồng chủ yếu ở các tỉnh phắa Bắc nước ta như: Lục Ngạn (Bắc Giang); Chắ Linh, Thanh Hà (Hải Dương); đông Triều (Quảng Ninh),Ầđây là một trong những cây ăn quả có giá trị kinh tế cao, ựược coi là cây chủ lực trong vườn Diện tắch trồng vải ở nước ta không ngừng tăng lên Năm 1995 diện tắch trồng vải của cả nước là 13.500ha với sản lượng 27.000tấn, năm 1999 là 35.000ha với sản lượng là 50.000tấn Dự kiến ựến năm 2010 diện tắch trồng vải là 70.000ha với sản lượng là 150.000tấn

Sản phẩm vải, bao gồm vải quả tươi và sản phẩm chế biến từ vải (vải quả sấy khô, vải hộp, rượu vải,Ầ) ựược thị trường thế giới ưa chuộng Trong những năm qua, vải quả tươi và vải hộp của nước ta ựã ựược tiêu thụ với khối lượng khá lớn ở một số thị trường thế giới như: Pháp, đức, Hà Lan, Thuỵ Sĩ, Hàn Quốc, Malaysia, Úc, Nhật, Trung Quốc, Singapore, Hồng Kông, Côoét, Irăc,Ầcòn vải quả khô chủ yếu ựược xuất khẩu sang Trung Quốc, Hà Lan, Singapore, Hồng Kông,Ầ Ở thị trường trong nước, vải ựược tiêu thụ dưới dạng quả tươi là chắnh Các sản phẩm chế biến từ vải như: vải ựóng hộp, vải sấy khô, dân ta chưa quen sử dụng Vì vậy, vào mùa thu hoạch tuy sản lượng vải nước ta chưa nhiều nhưng do thời vụ thu hoạch quá ngắn (30-35ngày) ựã tạo nên áp lực tiêu thụ rất lớn Ở một số thời ựiểm (ựầu vụ hoặc cuối vụ) những thị trường xa nơi sản xuất, mặc dù có nhu cầu tiêu thụ lớn nhưng không ựáp ứng ựược Ngược lại, vào giữa vụ thu hoạch, sản phẩm nhiều gây ứ ựọng, giá bán thấp rất ựã gây nhiều thiệt hại cho nông dân Có một số vùng trồng vải như Lạng sơn, Thái nguyên, Hoà Bình,Ầnhất là các ựịa phương vùng cao ựã xuất hiện tình trạng vải quả không tiêu thụ ựược, ựể rụng thối quanh gốc cây, gây lãng phắ rất lớn

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 2

Một trong những biện pháp có hiệu quả ñể giảm thiệt hại mà những người nông dân vùng trồng vải ñã và ñang thực hiện là sấy khô quả ñể kéo dài thời hạn bảo quản, sau ñó lựa chọn thời ñiểm và thị trường thích hợp ñể tiêu thụ (chủ yếu là thị trường Trung Quốc và các tỉnh phía Nam)

ðể làm khô vải quả, người ta thường dùng ba loại hệ thống sấy: lò sấy thủ công dùng trực tiếp khói lò tạo ra từ các bếp than ñặt trong buồng sấy, thông gió tự nhiên bằng ñối lưu; hệ thống sấy gián tiếp bằng không khí nóng qua thiết bị trao ñổi nhiệt và hệ thống sấy bằng năng lượng mặt trời

Các lò sấy thủ công có ưu ñiểm là vốn ñầu tư thấp (khoảng 3,0-3,5 triệu ñồng cho một hệ thống sấy có qui mô 4-5tấn quả tươi/mẻ), cấu tạo ñơn giản,

dễ xây dựng và sử dụng nhưng nhược ñiểm là: tốc ñộ giảm ẩm thấp, thời gian sấy kéo dài, màu sắc của sản phẩm không ñẹp, sản phẩm dễ bị nhiễm bụi, hấp phụ mùi khói lò và các sản phẩm cháy của nhiên liệu (S2O, NO2,…) Mặt khác, do khó khống chế nhiệt ñộ trong buồng sấy, nên ñộ khô của sản phẩm không ñồng ñều, tốn nhiều công lao ñộng ñể ñảo quả và trong khi ñảo quả người lao ñộng phải làm việc trong môi trường có nồng ñộ thán khí cao, không ñảm bảo an toàn lao ñộng,

Các hệ thống sấy gián tiếp và sấy bằng năng lượng mặt trời có ưu ñiểm là tạo ra sản phẩm sạch, ñộ khô của sản phẩm ñồng ñều, tiết kiệm ñược lao ñộng

và nhiên liệu, ñảm bảo an toàn cho người lao ñộng do không phải tiếp xúc với khói lò Nhược ñiểm là chi phí ñầu tư thiết bị tương ñối cao, khoảng 15-17 triệu ñồng cho một lò sấy gián tiếp có qui mô 4-5tấn quả tươi/mẻ và khoảng trên 100 triệu ñồng cho một lò sấy bằng năng lượng mặt trời có qui mô 0,3-0,5tấn quả tươi/mẻ Ngoài ra, khi sấy bằng năng lượng mặt trời thì thời gian sấy kéo dài do hoạt ñộng gián ñoạn vì luôn phụ thuộc vào thời tiết

Vì vậy, hiện nay do nguồn kinh phí còn hạn hẹp, thu nhập của người trồng vải không ổn ñịnh, có nhiều năm bị thua lỗ, việc ñầu tư thiết bị sấy, ñặc biệt là

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 3

các thiết bị tiên tiến rất khó khăn nên người ta thường làm khô vải quả chủ yếu trong các lò sấy thủ công tự chế Ngoài ra, việc xác lập chế ñộ sấy vải quả hiện nay chưa ñược nghiên cứu một cách ñầy ñủ và phổ biến rộng rãi nên phần lớn các hộ nông dân tiến hành sấy vải quả theo kinh nghiệm, do ñó có nhiều mẻ sấy cho chất lượng sản phẩm rất kém

Xuất phát từ tình hình sản xuất thực tế trên, ñược sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Như Khuyên và các thầy cô trong khoa Cơ ðiện, chúng tôi thực

hiện ñề tài “Nghiên cứu thiết kế thiết bị sấy vải quả kiểu ñối lưu và bức xạ

nhiệt năng suất 1 tấn/mẻ ”

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 4

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1.Tình hình sản xuất và tiêu thụ vải quả trên thị trường

Thái Lan 8.212 ha, 14.222 tấn

Ấn ðộ 11.410 ha, 9.186 tấn

Ở Việt Nam từ xa xưa vải thiều ñã ñược coi là cây ăn quả ñặc sản ở vùng Thanh Hà ( Hải Dương) Ngày nay, ngoài giá trị ñặc sản,vải thiều còn là một loại cây ăn quả có giá trị kinh tế cao giúp nông dân xoá ñói giảm nghèo và nhiều hộ gia ñình giàu lên nhanh chóng nhờ trồng vải, ñặc biệt là vùng Lục Ngạn ( Bắc Giang) Theo số liệu thống kê, diện tích và sản lượng vải của nước ta giai ñoạn 1996- 2002 như sau:

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 5

Bảng 1.1: Diện tích và sản lượng vải của Việt Nam

diện tích(ha)

sản lượng (tấn)

diện tích(ha)

sản lượng (tấn)

diện tích (ha)

sản lượng (tấn) Trung du phía

tỉ ñồng Từ năm 2001 ñến năm 2003 Thanh Hà có diện tích vải tăng từ 3.192

Tr ường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 6

ha ựến 5.141 ha Từ vùng này cây vải ựã lan toả ra nhiều vùng khác nhau Mấy năm gần ựây phong trào làm vườn phát triển mạnh mẽ, ựã xuất hiện những khu vực trồng vải tập trung rộng hàng trăm ha như Bình Khê (đông Triều) hay Lục Ngạn ( Bắc Giang)

Bảng 1.2: Sự gia tăng diện tắch và sản lượng thu hoạch của cây vải

và Lục Ngạn là 2 vùng trồng vải chủ yếu của Việt Nam Theo số liệu thống kê năm 2004, sản lượng vải của tỉnh Bắc Giang là 120.000 tấn ( chiếm gần 50% sản lượng vải toàn quốc), Thanh Hà là 36.000 tấn ( chiếm 14,4%) Chất lượng của vải thiều Thanh Hà và Lục Ngạn nói chung gần tương ựương nhau Sản lượng vải của nước ta hiện nay chưa ựáp ứng ựủ nhu cầu tiêu dùng trong nước Tuy nhiên do thời vụ quá ngắn cho nên hàng năm vẫn có hiện tượng

Ộùn tắcỢ trong khâu tiêu thụ, ựặc biệt là lúc ựỉnh vụ, gây thiệt hại không nhỏ cho người trồng vải

1.1.2 Tình hình tiêu thụ

Việc tiêu thụ vải quả chủ yếu do các hộ gia ựình ựảm nhiệm, tiêu thụ dưới dạng quả tươi và trên thị trường nội ựịa là chắnh Mấy năm gần ựây, do sản xuất phát triển nhanh, quy mô tập trung hơn nên vấn ựề tiêu thụ ựã trở thành yêu cầu cấp bách và là mối quan tâm không chỉ của người trồng vải mà còn của các cấp, các ngành Trung Ương và ựịa phương Thị trường tiêu thụ

Tr ường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 7

cũng không chỉ bó hẹp ở trong nước mà ựã mở rộng xuất khẩu ra nước ngoài, chủ yếu là Trung Quốc

Thị trường ở các tỉnh phắa Bắc tiêu thụ khoảng 45- 55% tổng sản lượng vải tươi mỗi năm Vào chắnh vụ thu hoạch, với thị trường này cung ựã vượt quá cầu Do ựó cần có công nghệ bảo quản thắch hợp ựể kéo dài thời gian cho tiêu thụ quả vải tươi, cho chế biến

Thi trường các tỉnh miền Trung, phắa Nam mới chiếm khoảng 10- 15% sản lượng vải tươi đây là thị trường có nhu cầu cao, sản lượng yêu cầu lớn nhưng chưa ựáp ứng ựược để ựáp ứng ựược nhu cầu của thị trường này cần

có công nghệ bảo quản, bao bì, ựóng gói, vận chuyển thắch hợp

điều ựáng lưu ý là giá vải tươi chênh lệch khá lớn giữa chắnh vụ với ựầu và cuối vụ, giữa thị trường miền Bắc và phắa Nam

Hiện nay tỷ trọng xuất khẩu của vải quả chưa lớn ( khoảng 30% sản lượng) trong ựó 3/4 là xuất khẩu ở dạng vải sấy khô Thị trường xuất khẩu chủ yếu là Trung Quốc và Hồng Kông và các nước đông Nam Á Gần ựây vải

ựã bước ựầu tiếp cận ựược thị trường cao cấp như Pháp, Italia nhưng số lượng chưa ựáng kể

Hiện nay khoảng 70- 75% sản lượng vải ựược tiêu thụ dưới dạng quả tươi, 25- 30% còn lại ựược sấy khô và ựưa vào chế biến ở dạng nước quả, vải hộp Giá vải giữa vụ thu hoạch thường chỉ bằng 1/3 so với giá ựầu và cuối vụ

1.2 đặc ựiểm cấu tạo và thành phần hóa học của vải quả

1.2.1 đặc ựiểm cấu tạo

Cây vải có tên khoa học là Litchi chinenis sonm, ựược trồng nhiều ở một số nước châu Á, Nam Phi, Nam Mỹ, trong ựó Ấn độ và Trung Quốc là 2 nước có sản lượng vải lớn nhất, chiếm hơn 90% sản lượng của thế giới Nó có nguồn gốc từ phắa Nam Trung Quốc Những vùng vải dại ựã ựược biết ựến ở tỉnh Guangxi phắa Tây Nam Trung Quốc Khắ hậu của phắa Bắc Việt Nam thì

Tr ường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 8

rất phù hợp cho cây vải phát triển nên nó ựược trồng chủ yếu ở các tỉnh phắa Bắc Trồng nhiều vải nhất là các ựịa phương ven sông đáy thuộc các huyện Thanh Oai, Quốc Oai, Chương Mỹ ( Hà Tây) hoặc dọc hai bên bờ sông Hồng

từ Việt Trì trở lên Vùng Thanh Hà ( Hải Dương) cũng là một trong những trồng vải nổi tiếng Giống phổ biến là Ộ vải thiềuỢ, nó có vị ngọt và ra quả ựều Hai giống khác là Ộ vải laiỢ nó bắt nguồn từ sự ựột biến của Ộ vải thiềuỢ với ựặc tắnh chủ yếu của vải thiều Ộ Vải chuaỢ, vị chua hơn và thu hoạch sớm hơn ( từ 20/5- 5/6)

Hình 1.1 Một số hình ảnh về vải

Quả vải bao gồm các phần chủ yếu là cuống quả, vỏ quả, thịt quả và hột

- Cuống quả: Nối kết giữa quả với chùm quả Phần này thường có kết cấu xốp, mềm nên là nơi trú ngụ và xâm nhập của một số ựối tượng vi sinh vật và sâu hại

- Vỏ quả: Có cấu tạo chủ yếu là xenluloza nhằm bảo vệ quả Vỏ quả vải có bề mặt xù xì Chắnh sự cấu tạo này của vỏ quả ựã tạo ựiều kiện tốt cho các loại vi sinh vật gây hại như vi khuẩn, nấm mốc, nấm men cư trú Ầ làm biến màu và thối hỏng quả trong quá trình bảo quản

- Thịt quả: Là phần ăn ựược của quả vải Thịt quả thường mềm do trong thành phần chủ yếu là nước Trong thịt quả chứa nhiều chất dinh dưỡng, nhất

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 9

là ñường nên là môi trường tốt ñể các loại vi sinh vật phát triển, gây thối, chua

- Gluxit: Gluxit trong quả vải tồn tại dưới 2dạng:

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 10

Các loại ñường ñơn và ñường kép: saccaroza, glucoza, fructoza …tồn tại chủ yếu trong hạt và vỏ quả

Các polysacarit: tinh bột, xenluloza, … tồn tại nhiều trong hạt và vỏ quả

Vị ngọt của quả vải chủ yếu là do hàm lượng ñường có trong thịt quả tạo nên Tuy nhiên hương vị ñặc trưng của quả lại do tỷ lệ giữa hàm lượng ñường và hàm lượng axit hữu cơ trong chúng quyết ñịnh Hàm lượng ñường trong quả vải cao tạo ñiều kiện dễ dàng cho các phản ứng lên men, ñồng thời

là môi trường tốt cho hoạt ñộng của vi sinh vật khác nhau làm cho quả dễ bị

hư hỏng trong bảo quản

- Tanin và các chất màu: Nhóm chất này tồn tại chủ yếu trên vỏ quả tạo nên những sắc màu và khả năng chống chịu vi sinh vật trong bảo quản Trên vỏ quả của giống vải nào có hàm lượng tanin cao thì sự tồn tại của các loại vi sinh vật trên ñó sẽ thấp, khả năng bảo quản cao và ngược lại

Các giống vải có hàm lượng clorophil cao thì khi chín quả vẫn có màu xanh Sự biến màu vỏ quả sau thu hoạch chính là kết quả của quá trình phân huỷ các antoxian

- Vitamin và enzym trong quả vải có hàm lượng khá cao tạo nên giá trị trong sử dụng các loại quả này Tuy nhiên, vitamin ñặc biệt là vitamin C rất

dễ bị biến ñổi dưới tác dụng của oxy, ánh sáng và nhiệt ñộ, vì vậy nó thường ñược coi là một chỉ tiêu ñể ñánh giá hiệu quả của các biện pháp bảo quản và chế biến Enzym quan trọng nhất trong vải là enzym poliphenoloxydaza Loại enzym này xúc tác quá trình oxy hoá các hợp chất poliphenol làm biến màu

vỏ quả sau thu hoạch Ngoài ra enzym ascorbinaza xúc tiến quá trình oxy hoá vitamin C làm giảm chất lượng quả Hoạt ñộng của các enzym trong quả phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố môi trương như nhiệt ñộ, ñộ ẩm, …Do ñó ñiều chỉnh các yếu tố này ñể ức chế hoặc làm mất hoạt tính của enzym là nội dung quan trọng trong xử lý, bảo quản và chế biến quả vải [3]

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 11

1.3 Yêu cầu về vải quả nguyên liệu

Trong bất kỳ quá trình sấy nói chung và quá trình sấy vải quả nói riêng thì chất lượng của nguyên liệu ñưa vào sấy 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 vải quả 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 nói chung vải quả nguyên liệu phải ñáp ứng các chỉ tiêu sau ñây:

1.3.1 Chỉ tiêu về thành phần hóa học

ðể có chất lượng sản phẩm vải quả ñạt yêu cầu xuất khẩu thì thành phần hóa học của vải quả nguyên liệu phải ñạt ñược các chỉ tiêu quy ñịnh bảng 1.3 ðối với nguyên liệu vải quả dùng ñể sấy thì hàm lượng ñường có ảnh hưởng rất lớn ñến khả năng tạo màu sắc ñặc trưng cho sản phẩm vải quả sau khi sấy Nếu hàm lượng ñường quá lớn, khi sấy ở nhiệt ñộ cao và thời gian sấy kéo dài thường xảy ra quá trình caramen hóa mãnh liệt làm cho màu sắc của sản phẩm trở lên ñen sẫm Nếu hàm lượng ñường quá thấp thì ñộ ngọt sản phẩm không ñạt yêu cầu và khó tạo nên màu sắc ñặc trưng (màu cánh gián) Vì vậy ñộ ñường thích hợp nằm trong khoảng 13% ñến 20%

1.3.2 Chỉ tiêu cảm quan

Các chỉ tiêu chất lượng cảm quan của vải quả nguyên liệu bao gồm:

a Màu sắc, ñộ chín

Nguyên liệu vải quả ñưa vào chế biến phải ñạt ñộ chín kỹ thuật Trong

quá trình này bản thân vải quả có những biến ñổi như: Các axit hữu cơ, các

VTM, các chất thơm, chất màu protpectin chuyển thành pectin dưới sự xúc tác của các enzym có sẵn trong vải quả, làm cho quả trở nên có màu sắc, hương vị ñăc trưng, chất lượng hấp dẫn và thích hợp Cần phân biệt các loại

ñộ chín (hay ñộ già) khác nhau:

- ðộ chín: ðộ chín thông thường hay còn gọi là ñộ chín ăn ñược là khi

vải quả ở giai ñoạn chín thích hợp nhất cho ăn tươi, khi ñó vải quả ñã phát

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 12

triển ñầy ñủ, hạt ñã trưởng thành Có màu sắc hương vị ñặc trưng riêng và thích hợp nhất cho người sử dụng

ðối với vải quả thuộc dạng quả hô hấp không ñột biến là những loại quả không có khả năng chín tiếp sau thu hoạch thì thu hoạch ở ñộ chín thông thường như: Nếu ñể quá chín nguyên liệu sẽ mất giá trị cảm quan cũng như giá trị dinh dưỡng do sự biến ñổi các chất có trong thành phần nguyên liệu ñặc biệt là sự thay ñổi cấu trúc của tế bào làm hoà tan các chất gắn kết thành

tế bào (pectin,licnin,cutin ) do ñó làm cho quả mền, nhũn

- ðộ chín kỹ thuật: ðộ chín kỹ thuật là ñộ già chín cần phải thu hái theo yêu cầu của từng quy trình công nghệ ðộ chín kỹ thuật là một qui ñịnh rất

tương ñối, ñối với cùng một loại vải quả có thể là ngay khi vải quả hãy còn xanh, non, nhưng cũng có khi vải quả ñạt ñộ chín thu hoạch,

- ðộ chín sinh lý (xác ñịnh bằng ñộ già chín của hạt): ðộ chín sinh lý

là ñộ chín mà tại ñó hạt vải quả có thể phát triển thành một cá thể mới

Thường thu hoạch ở ñộ chín sinh lý ñể sản xuất hạt giống hoặc dùng cho sản xuất dầu béo Thịt vải quả trong trường hợp này thường là quá chín, vải

quả bắt ñầu chuyển sang thời kỳ thoái hoá chất dinh dưỡng, vải quả có thể

thối, héo hoặc rụng

b Trạng thái

Trạng thái của nguyên liệu ñược thể hiện qua các chỉ tiêu như: ðộ tươi tốt, mức ñộ nguyên vẹn, kích thước quả, ñộ sạch,

- ðộ tươi tốt: Nguyên liệu vải quả ñưa vào chế biến phải tươi tốt, không

bị dập nát vỏ ngoài, không có vết thâm dập, vỏ quả không bị vàng úa, héo, ủng, dị dạng, thời gian tồn trữ từ khi thu hái cho ñến khi ñưa vào chế biến tối

ña thường không quá 36 giờ Nếu thời gian tồn trữ dài sẽ làm giảm chất lượng của nguyên liệu do hàm lượng các chất dinh dưỡng trong nguyên liệu giảm, màu sắc và hương vị của nguyên liệu bị biến ñổi theo chiều hướng bất lợi Khi thời gian tồn trữ quá dài còn làm cho nguyên liệu bị thối hỏng

Tr ường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 13

- Mức ựộ nguyên vẹn: Một chỉ tiêu không kém phần quan trọng thường ảnh hưởng trực tiếp ựến chất lượng sản phẩm chế biến là mức ựộ nguyên vẹn của vải quả nguyên liệu Nếu trong quá trình sấy có lẫn những nguyên liệu bị

hư hỏng như bầm dập, sâu thối sẽ tạo hương vị lạ cho sản phẩm, ựồng thời tăng nguy cơ nhiễm tạp các vi sinh vật gây hư hỏng vào sản phẩm

- Kắch thước quả: Nguyên liệu vải quả cho chế biến phải ựạt kắch thước quả theo tiêu chuẩn qui ựịnh ựối với từng sản phẩm sấy

- độ sạch: Vải quả không chứa vi sinh vật, ựất cát, hoá chất bảo vệ thực vật với lượng lớn Theo tiêu chuẩn 867 của Bộ y tế thì hàm lượng các chất ựộc

tố như: nitrat, nitrit, dư lượng hoá chất bảo vệ thực vật ở dưới mức cho phép

1.4 Quy trình công nghệ làm khô vải quả

Quy trình công nghệ làm khô vải quả ựược thể hiện trên hình 1.2

Hình 1.2 Quy trình công nghệ làm khô vải quả

Lựa chọn, phân loại

Buộc chùm, treo trên giàn sấy

Sấy khô

đóng gói và bảo quản Nguyên liệu

Tr ường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 14

Nguyên li ệu: vải quả ựược thu hoạch vào thời ựiểm dịu mát trong ngày,

lúc trời khô ráo, tránh thu hoạch vào lúc trời mưa Vải ựược thu hái và xếp vào sọt một cách nhẹ nhàng, cẩn thận và tập kết ở nơi râm mát trước khi ựược vận chuyển về nơi xử lý

L ựa chọn, phân loại: sau khi thu hoạch quả vải ựược cắt tỉa, lựa chọn

và phân loại Các quả bị bầm dập cơ học, các quả có dấu hiệu sâu ựầu, các quả không ựạt tiêu chuẩn về ựộ chắn (quả xanh hoặc quá chắn), kắch thước (quá bé), các quả có khuyết tật về hình dáng cũng ựược loại bỏ

Bu ộc chùm và treo trên giàn sấy: quả vải ựược buộc thành chùm và

treo trên giàn sấy trong buồng sấy

S ấy khô: sau khi ựã xong các công ựoạn trên, ựưa vải vào sấy ở nhiệt ựộ

65oC ọ 70oC đến khi ựộ ẩm quả ựạt 15 - 18% ựược ựưa ra ựể nguội

đóng gói và bảo quản: Có nhiều cách bảo quản vải quả sấy khô Có

thể ựựng sản phẩm vào thùng tôn, bao tải,ẦNếu dùng bao bằng sợi tổng hợp phải sử dụng thêm 1 bao nilon bên ngoài ựể chống hút ẩm [1]

1.5 Tình hình nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị sấy trong và ngoài

Hình ảnh một kiểu lò sấy vải quả thủ công dược thể hiện trên hình 1.3

Loại lò này thường ựược sử dụng ựể sấy vải quả

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 15

Hình 1.3 Mô hình lò sấy vải thủ công

1- Tường gạch; 2- Tấm phên ñể nguyên liệu sấy;

3- Miếng tôn ñể chắn lửa; 4- Bếp than

ðây là công nghệ sấy trực tiếp, thông gió tự nhiên do ñối lưu Nhiên liệu ñể cấp nhiệt là than ñá, than tổ ong hoặc củi

Cấu tạo lò sấy:

Phần lớn các lò sấy ñều ñặt trong nhà cấp 4, một số ñặt ngoài trời Vật liệu ñể xây dựng lò chủ yếu gạch, cát, vôi …, phần sàn ñựng quả ñể sấy làm bằng gỗ, tre …Tuỳ theo khối lượng mỗi mẻ sấy mà lò có kích thước khác nhau Với mỗi quy mô, kiểu bếp mà ta có số bếp ñốt nhiên liệu cung cấp nhiệt cho quá trình sấy ðể ñảm bảo nhiệt ñộ sấy ñược ñồng ñều người ta thường treo trên các bếp lò 1 tấm sắt dày [2],[4]

Chuẩn bị nguyên liệu: Quả ñưa vào sấy phải thu hoạch ñúng ñộ chín,

ñể cả cuống, loại bỏ hết lá và quả sâu hỏng, bó quả thành chùm, nhúng vào dung dịch phèn chua nồng ñộ 0,5% trong thời gian 1 phút rồi ñem ra hong cho quả khô hẳn mới ñem vào sấy[8]

Chuẩn bị lò trước khi sấy: Trước khi sấy, lò ñược ñốt trước 1 thời gian

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 16

ñể ñảm bảo không còn khói bụi bay lên bám vảo quả, ảnh hưởng ñến chất lượng sản phẩm

Quá trình sấy: Khi nhiệt ñộ trên giàn sấy ñạt 50- 60oC tiến hành xếp lên trên ñó 1 lượt quả Các túm quả ñược xếp sít nhau ñể tận dụng mặt bằng sấy Nếu sấy quả rời, chiều cao lớp quả khoảng 10 - 15 cm, phủ lên trên lớp quả 1 lớp bao tải ñể giữ nhiệt Nhiệt ñộ bên trong lớp quả khi sấy duy trì ở 65-

70oC Trong quá trình sấy cứ 3 - 4 h phải ñảo quả 1 lần Khi sấy túm quả người ta xếp ñảo chiều các túm quả trong quá trình ñảo Có thể sử dụng SO2

ñể xông qủa trong quá trình sấy nhằm tạo ñộ sáng cho sản phẩm và tăng bảo quản khô Khi quả ñã rời khỏi cuống, tiếp tục sấy cho ñến khi vỏ quả chuyển màu hạt dẻ, vỏ khô, lấy tay bóp thấy rỗng bên trong, bóc vỏ thấy cùi có màu cánh gián, dẻo, dai không ướt là có thể cho ra lò, ñể nguội rồi ñóng bao bảo quản (ñộ ẩm của sản phẩm sấy khoảng 15- 18%)[16]

Những ñiểm cần chú ý trong quá trình sấy:

- Phải duy trì nhiệt ñộ vừa phải trong suốt quá trình sấy Khi nhiệt

ñộ cao quá cùi quả sẽ bị sôi, vữa, vỏ quả bị cháy, sản phẩm có thể bị cháy, sản phẩm không tiêu thu ñược

- Thường xuyên ñảo quả: ñảo quả không kịp thời dẫn tới quả bị

“om” trong ñiều kiện nhiệt ñộ, ñộ ẩm cao sẽ có màu sắc xấu, cùi dễ vữa, quả khô không ñều, khó bảo quản và tiêu thụ

b Hệ thống thiết bị sấy vải quả SVQ -1

Hệ thống thiết bị sấy vải quả SVQ-1 ñược thiết kế và chế tạo Bộ môn Thiết bị bảo quản và chế biến khoa Cơ ðiện trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội hình 1.4 ðây là hệ thống thiết bị sấy gián ñoạn, dùng trực tiếp khói lò làm tác nhân sấy có bộ phận lọc khói trước khi ñưa vào buồng sấy

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 17

Hình 1.4 Sơ ñồ nguyên lý cấu tạo hệ thống sấy vải quả SVQ-1

1- Lò ñốt than; 2- Bộ phận lọc khí; 3- Quạt; 4- ðộng cơ ñiện; 5- Ống

phân phối khí;; 6- Buồng sấy; 7- Ống thoát khí

Bộ phận lọc khí ñược xây bằng gạch, dạng hình hộp chữ nhật có hai lớp

vỏ, bên trong có các vách ngăn (phía dưới) và tấm chắn (phía trên) ñặt so le nhau ñể khi khói lò ñược quạt hút về buồng sấy sẽ thay ñổi hướng chuyển ñộng, nhờ ñó các hạt bụi trong khói lò ñược tách ra dưới tác dụng của lực li tâm Phần không gian giữa hai lớp vỏ (phía trước lò ñốt) có hai lỗ hình chữ nhật (không thể hiện trên hình vẽ) với nắp dịch chỉnh ñược ñể lấy không khí môi trường vào hoà trộn với khói lò nhằm ñiều chỉnh nhiệt ñộ khói lò trước khi ñưa vào buồng sấy Với cách kết cấu như trên, khi quạt làm việc, sẽ có một phần không khí môi trường ñược hút qua phần không gian giữa hai lớp

vỏ, lấy ñi phần nhiệt toả ra từ lớp vỏ phía trong, nhờ ñó ñã làm giảm tổn thất nhiệt ra môi trường và giảm ứng suất nhiệt ñể không gây rạn nứt tường lò Quạt lắp ñặt trong hệ thống sấy là quạt li tâm có lưu lượng 2000-2500m3/h, áp suất 60-70mmH2O Các thông số kỹ thuật của quạt ñược lựa

1100 1800

2400

3000

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 18

chọn trên cơ sở tính toán lượng nước cần bốc hơi trong quá trình sấy và trở lực của dòng khí

Kênh phân phối khí ñược lắp trên nền buồng sấy bao gồm: Ống phân phối khí lắp theo chiều ngang buồng sấy và các ống thoát khí lắp dọc theo buồng sấy Nhờ có kênh phân phối khí mà không khí nóng ñược phân bố ñều trong toàn bộ không gian của buồng sấy

Buồng sấy ñược xây bằng gạch với kích thước: dài 3,0m, rộng 2,4m, cao 2,8m Trong buồng sấy có ñặt các sào bằng tre (ñược gác lên một phần tường buồng sấy) thành từng hàng và tầng ñể treo các túm vải (không thể hiện trên hình) Khoảng cách giữa các hàng 0,30-0,35m, giữa các tầng là 0,35-0,40m Loại hệ thống sấy này ñã khắc phục ñược hoàn toàn những nhược ñiểm của lò sấy thủ công, ngoài ra nó còn có một số ưu ñiểm vượt trội như: tạo ra sản phẩm sấy có chất lượng cao, ñảm bảo ñược ñộ sạch cần thiết do khói lò ñược lọc bụi trước khi ñưa vào buồng sấy; giảm chi thời gian sấy và chi phí phí nhiên liệu do quá trình trao ñổi nhiệt- ẩm giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy tốt hơn Nhược ñiểm là phải cung cấp ñiện năng cho hoạt ñộng của quạt thông gió So với hệ thống sấy gián tiếp thì hệ thống sấy SVQ-1 có ưu ñiểm là vốn ñầu tư thấp (khoảng 7,5-8,5 triệu ñồng cho một lò sấy có qui mô từ 4-5tấn quả tươi/mẻ), hiệu suất sử dụng nhiệt cao nên tiết kiệm nhiên liệu hơn, chi phí bảo trì và sửa chữa lò ñốt rất thấp Nhược ñiểm là ñộ sạch của sản phẩm thấp hơn

do vẫn dùng khói lò làm tác nhân sấy

1.5.2 Thiết bị sấy sử dụng không khí ñót nóng gián tiếp

Sơ ñồ hệ thống sấy sử dụng không khí ñót nóng gián tiếp ñược biểu diễn trên hình 1.5 Thiết bị sấy gồm hai phần chính là phần tạo nhiệt và buồng sấy [3]

- Phần tạo nhiệt: Gồm lò ñốt và thiết bị trao ñổi nhiệt Tuỳ theo từng ñịa phương, có thể thiết kế lò ñốt sử dụng than ñá, than tổ ong hoặc củi Thiết

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 19

bị trao ñổi nhiệt kiểu ống chùm là một chùm ống, ở ñây nhiệt ñộ ñược nâng cao lên ñến mức cần thiết, rồi ñi vào buồng sấy thông qua bộ phân phối và các rãnh phân phối trong buồng sấy

- Buống sấy: Có thể xây bằng gạch hoặc ñược chế tạo bằng các vật liệu khác như gỗ, thép và có thể có lớp cách nhiệt Tuỳ theo quy mô mà buồng sấy

có các kích thước khác nhau Trong trường hợp tiết kiệm chi phí ñầu tư có thể tận dụng các lò sấy thủ công ñể làm buồng sấy

Quá trình hoạt ñộng của thiết bị sấy như sau: Vải quả ñược chuẩn bị như trong quá trình sấy thủ công, sau ñó ñưa vào sấy ở nhiệt ñộ 60 ÷ 650C ñến khi ñộ ẩm ñạt 15 ÷ 18% thì ñưa ra ñể nguội, ñóng bao bảo quản Trong trường hợp cần thiết phải ñảo quả (với lò sấy quy mô nhỏ) thì tháo quả qua cửa tháo liệu, rồi ñổ lại lên phía trên buồng sấy Khi sử dụng các buống sấy thủ công làm buồng sấy gián tiếp, lớp quả trên bề mặt sàn dày khoảng 10 ÷ 20

cm Với loại hình này nên sấy ở dạng quả rời

Lò sấy gián tiếp có ưu nhược ñiểm sau:

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 20

Hình 1.5 Sơ ñồ hệ thống sấy gián tiếp bằng không khí nóng

- ðảm bảo an toàn lao ñộng cho người lao ñộng do không phải tiếp xúc với khói lò ðảm bảo vệ sinh môi trường

- Tiết kiệm lao ñộng

* Nhược ñiểm

- Chi phí ñầu tư cao (với thiết bị có quy mô 120 ÷ 180 kg quả tươi một

mẻ cần ñầu tư 800.000 ÷ 1.000000 ñồng, với thiết bị sấy kiểu giường, tận dụng lò sấy thủ công làm buồng sấy quy mô 4 ÷ 5 tấn quả/mẻ cần ñầu tư 8 ÷

10 triệu ñồng)

1.5.3 Thiết bị sấy sử dụng năng lượng mặt trời

Cấu tạo thiết bị: Hệ thống sấy kiểu ống dài 18m, rộng 2m, trong ñó phần thu nhiệt dài 8m ñược bao kín xung quanh và bên trên bằng polyetylen hoặc kính (hình) Bề mặt chứa vải làm bằng kim loại ñược phủ bằng vật liệu hấp thụ nhiệt màu ñen Một ñầu của ñường ống sấy có gắn một nguồn pin mặt trời ñể cấp nhiệt cho không khí ( tác nhân sấy) và quay 2 quạt thổi, ñồng thời

tự ñộng ñiều chỉnh nhiệt ñộ của dòng không khí này

Nguyên lý hoạt ñộng: Khi có ánh nắng mặt trời, bộ pin mặt trời sẽ hoạt ñộng ñốt nóng không khí và làm quay quạt ñể thổi luồng không khí nóng ñi

Bộ trao ñổi nhiệt

Bơm

Lò than Không khí

Ống khói

Rãnh phân không khí nóng

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 21

qua bề mặt quả vải cần sấy ðồng thời lớp hấp thụ nhiệt bên dưới lớp quả cũng nóng lên nhờ nhiệt lượng nhận ñược từ ánh nắng mặt trời làm tăng nhanh quá trình sấy

Ưu ñiểm: Công nghệ sấy sử dụng năng lượng mặt trời cho ra sản phẩm sạch, phẩm chất cao, tiết kiệm ñược lao ñộng và nhiên liệu

Hình 1.6 Thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời kiểu Tuynen

1.6 Cơ sở lí thuyết của quá trình sấy

1.6.1 ðộng học của quá trình sấy

ðộng học quá trình sấy khảo sát sự thay ñổi các thông số ñặc trưng của vật sấy trong quá trình sấy Các thông số ñược nghiên cứu là ñộ chứa ẩm u, ñộ ẩm

W, nhiệt ñộ sấy tb, tốc ñộ sấy

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 22

a Các giai ñoạn của quá trình sấy

Nếu chế ñộ sấy tương ñối dịu, tức là nhiệt ñộ và tốc ñộ chuyển ñộng của không khí không lớn, ñồng thời vật có ñộ ẩm tương ñối cao thì quá trình sấy sẽ xảy ra theo 3 giai ñoạn: giai ñoạn làm nóng vật, giai ñoạn tốc ñộ sấy không ñổi và giai ñoạn tốc ñộ sấy giảm dần[11]

- Giai ñoạn làm nóng vật: Giai ñoạn này bắt ñầu từ khi ñưa vật vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng cho ñến khi nhiệt ñộ của vật ñạt ñến bằng nhiệt

ñộ của nhiệt kế ướt (tư) Trong quá trình này toàn bộ vật ñược gia nhiệt ẩm lỏng, trong vật cũng ñược gia nhiệt cho ñến khi ñạt nhiệt ñộ sôi ứng với phân

áp suất hơi nước trong môi trường không khí trong buồng sấy (tư) Vật ñược làm nóng nên ñộ ẩm của vật có giảm ñi chút ít do bay hơi ẩm còn nhiệt ñộ của vật thì tăng dần từ nhiệt ñộ ban ñầu cho ñến khi bằng nhiệt ñộ nhiệt kế ướt Vật tăng nhiệt ñộ trong quá trình xảy ra không ñồng ñều ở phần ngoài và phần trong vật Vùng trong vật ñạt tới tư chậm hơn ðối với những vật dễ sấy thì giai ñoạn làm nóng vật xảy ra rất nhanh[11]

- Giai ñoạn tốc ñộ sấy không ñổi: Kết thúc giai ñoạn làm nóng vật, nhiệt ñộ vật bằng nhiệt ñộ nhiệt kế ướt Tiếp tục cung cấp nhiệt, ẩm trong vật sấy sẽ hoá hơi còn nhiệt ñộ của vật giữ không ñổi nên nhiệt lượng cung cấp chỉ ñể làm hoá hơi nước Ẩm sẽ hoá hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt vật, ẩm lỏng ở bên trong vật sẽ truyền ra ngoài bề mặt vật ñể hoá hơi Do nhiệt ñộ không khí nóng không ñổi, nhiệt ñộ vật cũng không ñổi Do vậy tốc ñộ bay hơi ẩm của vật cũng không ñổi ðiều này làm cho tốc ñộ giảm của ñộ chứa ẩm của vật theo thời gian

τ

∂

∂u không ñổi, có nghĩa là tốc ñộ sấy không ñổi: u =const

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 23

ñổi chấm dứt ðồng thời cũng là chấm dứt giai ñoạn thoát ẩm tự do chuyển sang giai ñoạn sấy tốc ñộ giảm [11]

- Giai ñoạn sấy tốc ñộ giảm dần: Kết thúc giai ñoạn sấy tốc ñộ không ñổi, ẩm

tự do ñã bay hơi hết còn lại trong vật là ẩm liên kết lớn hơn so với ẩm tự do

và càng tăng lên khi ñộ ẩm của vật càng nhỏ (ẩm liên kết càng chặt)

Do vậy tốc ñộ bay hơi ẩm trong giai ñoạn này nhỏ hơn giai ñoạn sấy tốc ñộ không ñổi có nghĩa là tốc ñộ sấy trong giai ñoạn này nhỏ hơn và càng giảm ñi theo thời gian sấy Quá trình càng tiếp diễn, ñộ ẩm của vật càng giảm, tốc ñộ sấy cũng giảm cho ñến khi ñộ ẩm của vật giảm ñến bằng ñộ ẩm cân bằng ứng với ñiều kiện môi trường không khí ẩm trong buồng sấy (ucb, ωcb) thì quá trình thoát ẩm của vật ngừng lại có nghĩa là tốc ñộ sấy bằng 0 ( u =0

τ

∂

∂ ) Trong giai ñoạn sấy tốc ñộ giảm nhiệt ñộ sấy tăng lên lớn hơn nhiệt ñộ nhiệt kế ướt Nhiệt ñộ ở các lớp bên ngoài bề mặt tăng nhanh hơn còn càng sâu vào bên trong vật nhiệt ñộ tăng chậm do ñó hình thành Gradient nhiệt ñộ trong vật sấy Khi ñộ ẩm vật ñạt ñến ñộ ẩm cân bằng thì lúc này giữa vật sấy và môi trường

có sự cân bằng nhiệt ẩm Có nghĩa là không có sự trao ñổi nhiệt và chất giữa vật và môi trường (nhiệt ñộ vật bằng nhiệt ñộ môi trường, còn ñộ ẩm của vật

là ñộ ẩm cân bằng) Ở cuối quá trình sấy do tốc ñộ nhỏ nên thời gian sấy kéo dài Về lý thuyết ñể cho ñộ ẩm giảm ñến ñộ ẩm cân bằng thì thời gian sấy

∞

→

τ tức là ñường cong u= f( )τ tiệm cận với ñường thẳng ωcb =const.Tuy vậy trong thực tế người ta sấy ñến ñộ ẩm cuối u ω2( )2 lớn hơn ñộ ẩm cân bằng ðộ ẩm cân bằng phụ thuộc vào ñộ ẩm tương ñối và nhiệt ñộ không khí trong buồng sấy mà ñộ ẩm cuối của sản phẩm sấy có thể ñạt ñến sẽ khác nhau Cần chú ý tới ñiều kiện trên khi chọn nhiệt ñộ và ñộ ẩm của không khí tiếp xúc với vật liệu sấy ở giai ñoạn cuối quá trình sấy [13]

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 24

b Một số quy luật cơ bản của quá trình sấy

Các quy luật thay ñổi các ñặc tính cơ bản của quá trình sấy là những quy luật nhận ñược qua nghiên cứu thực nghiệm Trong ñó quan trọng nhất là các quy luật thay ñổi của ñộ ẩm theo thời gian sấy, quy luật thay ñổi của nhiệt

ñộ vật sấy và quy luật thay ñổi của tốc ñộ sấy Các quy luật này biểu thị dưới dạng ñồ thị tương ứng là các ñường cong sấy, ñường cong tốc ñộ sấy và ñường cong nhiệt ñộ sấy

- ðường cong sấy: ðường cong sấy biểu diễn quan hệ giữa ñộ chứa ẩm

và nhiệt ñộ vật sấy theo thời gian: u= (τ), tv= (τ) Ba giai ñoạn của quá trình sấy biểu diễn trên ñồ thị tương ứng bằng các ñoạn OA, AB và BC (hình 1.6)

Trong giai ñoạn sấy tốc ñộ không ñổi ñộ ẩm và nhiệt ñộ có quan hệ tuyến tính với thời gian Còn trong giai ñoạn gia nhiệt và giai ñoạn sấy tốc ñộ giảm quan hệ này có dạng ñường cong ðường cong thay ñổi nhiệt ñộ của vật trong giai ñoạn làm nóng vật và giai ñoạn sấy tốc ñộ giảm không trùng nhau ñối với các lớp bên trong vật (a', b') và các lớp trên bề mặt vật (a, b) [2]

Hình 1.7 ðường cong sấy

- ðường cong tốc ñộ sấy: ðường cong tốc ñộ sấy biểu thị quan hệ giữa tốc ñộ sấy

τ

∂

∂u và thời gian sấy τ (hình 1.6) ðường cong sấy có thể nhận ñược bằng cách ñạo hàm hàm số u= (τ) Tốc ñộ sấy tại mỗi thời ñiểm ñược biểu thị bằng ñộ dốc của ñường cong u= (τ) tại thời ñiểm ñó Trong quá trình sấy ñộ

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 25

ẩm của vật giảm dần nên chiều diễn biến của ñường cong tốc ñộ sấy là từ phải sang trái Trong giai ñoạn làm nóng vật tốc ñộ sấy tăng nhanh từ 0 ñến trị số

N sau ñó giữ không ñổi trong suốt giai ñoạn sấy ñầu cho tới khi ñộ ẩm giảm ñến trị số ωK1 Trong giai ñoạn sấy tốc ñộ giảm, tốc ñộ sấy sẽ giảm từ trị số N tới 0 ứng với ñộ ẩm cân bằng của vật ωcb Trong giai ñoạn này, ñường cong tốc ñộ sấy có dạng khác nhau tuỳ thuộc vào cấu trúc, kích thước và bản chất vật sấy [2]

Hình 1.8 ðường cong tốc ñộ sấy

- ðường cong nhiệt ñộ sấy: ðường cong nhiệt ñộ sấy tv = f(u) nói chung có dạng như (hình 1.8) Trong quá trình sấy ñộ chứa ẩm của vật giảm dần nên quá trình sấy trên ñồ thị này diễn biến theo chiều u giảm (từ phải sang trái)

Vật ở trạng thái ñầu u0, t0 ñược gia nhiệt tăng nhiệt ñộ cho ñến tư Trong giai ñoạn sấy tốc ñộ không ñổi nhiệt ñộ vật bằng tư Trong giai ñoạn sấy tốc

ñộ giảm nhiệt ñộ vật (tv) tăng dần và khi ñạt ñến trạng thái cân bằng giữa vật sấy và môi trường (trong buồng sấy) thì tv = tf (tf là nhiệt ñộ của môi chất sấy); còn ñộ chứa ẩm của vật là ucb Trong giai ñoạn làm nóng vật nhiệt ñộ tâm vật và bề mặt vật khác nhau, nhiệt ñộ bề mặt vật thay ñổi nhanh hơn còn

ở tâm vật thay ñổi chậm hơn nhưng cuối cùng khi ñã ñạt ñến trạng thái cân bằng nhiệt thì chúng ñều bằng nhau và bằng với nhiệt ñộ môi chất sấy tf [2]

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 26

Hình 1.9 ðường cong nhiệt ñộ sấy

c Phân tích quá trình sấy

- Giai ñoạn tốc ñộ sấy không ñổi: Nhiệt lượng cung cấp trong quá trình này dùng ñể nâng cao nhiệt ñộ của vật tới nhiệt ñộ hoá hơi của nước và làm hoá hơi ẩm lỏng Phương trình cân bằng nhiệt trong giai ñoạn này có dạng:

dQ = (CkGk + CnGn)dtv + [(r + Cph).(th - tbh)]dGn (1.1)

Trong ñó:

dQ - nhiệt cấp cho vật trong khoảng thời gian τ

Ck, Cn - nhiệt dung riêng của vật khô và của nước

Gk, Gn - khối lượng riêng của vật khô và nước trong vật

dtv - biến thiên nhiệt ñộ trung bình của vật trong thời gian dτ

r - nhiệt hoá hơi của nước ở áp suất xảy ra quá trình

Cph - nhiệt dung riêng ñẳng áp của hơi nước

th - nhiệt ñộ của hơi nước thoát ra khỏi vật

dGn - lượng ẩm bay ra khỏi vật trong thời gian dτ

Nhiệt lượng cung cấp cho vật sẽ lấy từ môi chất sấy trong khoảng thời gian dτ thông qua quá trình truyền nhiệt, vậy ta có:

τ

−α

= F(t t d

Trong ñó:

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 27

α - hệ số TðN ñối lưu từ môi chất sấy ñến bề mặt vật (W/m2K)

F - diện tích bề mặt tiếp xúc giữa vật sấy và môi chất sấy (m2)

tf - nhiệt ñộ của môi chất sấy (0C)

tbh - nhiệt ñộ của vật sấy (0C)

Từ (1.1) và (1.2) ta có thể xác ñịnh ñược tốc ñộ sấy

) (

t

t ) (

)

bh h ph

v n n k k bh f n

dGCGCt

t(Fd

dGZ

0 F(tf tbh)d (C G C G )d (1.4) Nếu t0 > tbh thì không cần quá trình làm nóng và ngay từ ban ñầu ẩm trong vật ñã hoá hơi và nhiệt ñộ vật sẽ giảm tới nhiệt ñộ bão hoà t0 → tbh

Trong thời kỳ sấy tốc ñộ không ñổi ẩm bốc hơi chủ yếu từ bề mặt vật, hơi ẩm thoát ra là hơi bão hòa có nhiệt ñộ là tbh (hay tư) Như vậy trong giai ñoạn này, biểu thức xác ñịnh tốc ñộ sấy là:

τ

−α

=τ

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 28

sấy tốc ñộ không ñổi lớn hơn khoảng 20% so với nước tự do Nếu tác nhân sấy có nhiệt ñộ cao, tốc ñộ sấy trong giai ñoạn ñầu vẫn không ñổi nhưng nhiệt ñộ vật sấy tăng liên tục và lớn hơn nhiều so với nhiệt ñộ nhiệt kế ướt [4]

- Giai ñoạn sấy tốc ñộ giảm: Trong giai ñoạn sấy tốc ñộ giảm bề mặt bay hơi lùi dần vào trong lòng vật sấy, nhiệt ñộ bề mặt vật sấy tăng cao hơn trị

số nhiệt ñộ nhiệt kế ướt (tư) và sẽ tiến tới bằng nhiệt ñộ môi chất sấy (tf) Trong giai ñoạn này cường ñộ trao ñổi nhiệt giảm dần do ñó nhiệt ñộ môi chất sấy cung cấp cho vật cũng giảm dần ðồng thời hơi ẩm thoát ra khỏi vật là hơi quá nhiệt chứ không phải hơi bão hoà như ở giai ñoạn 1 Nhiệt lượng môi chất sấy cung cấp cho vật trong giai ñoạn này không chỉ ñể làm bay hơi ẩm như giai ñoạn 1 mà còn dùng ñể quá nhiệt cho hơi ẩm bay ra, dùng ñể gia nhiệt cho vật sấy ñể cho nhiệt ñộ sấy tăng lên Vì vậy tốc ñộ sấy trong giai ñoạn này nhỏ hơn giai ñoạn ñầu và tốc ñộ sấy cũng giảm liên tục do nhiệt truyền từ môi chất sấy ñến vật giảm liên tục (tv tăng liên tục); do ẩm liên kết càng chặt chẽ càng cần năng lượng hoá hơi cao; do phải chi phí nhiệt nhiều hơn ñể quá nhiệt hơi ẩm thoát ra với nhiệt ñộ ngày càng cao và do chi phí nhiệt ñể gia nhiệt cho vật sấy càng tăng lên Quá trình sẽ ñứng lại khi vật và môi chất sấy ñạt ñến trạng thái cân bằng nhiệt và ẩm, lúc này nhiệt truyền từ môi chất tới vật bằng 0 và tốc ñộ sấy cũng bằng 0

1.6.2 Trao ñổi nhiệt bằng bức xạ

Trao ñổi nhiệt bằng bức xạ là một dạng trao ñổi cơ bản mà không cần

có sự tiếp xúc trực tiếp (như ñối lưu, dẫn nhiệt) giữa các vật tham gia trao ñổi nhiệt và có ý nghĩa rất lớn trong kỹ thụât, ñặc biệt trong kỹ thuật nhiệt ñộ cao Mọi vật thể có nhiệt ñộ lớn hơn 0 0K ñều có khả năng bức xạ năng lượng do quá trình dao ñộng ñiện từ ở bên trong các nguyên tử, phân tử vật chất Các dao ñộng ñiện từ ñược truyền trong không gian theo mọi hướng dưới dạng các sóng ñiện từ Trong kỹ thuật người ta chỉ khảo sát những tia mà

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 29

nhiệt ñộ thương gặp trong kỹ thuật chúng có hiệu ứng nhiệt cao nhất (vật có thể hấp thụ và biến thành nhiệt năng)- ñó là những tia hồng ngoại và tia sáng trắng hay còn gọi là tia nhiệt (λ=0,4−400µm), các tia nhiệt này truyền ñi trong không gian và ñập vào một vật khác, chúng bị hấp thụ một phần hay toàn bộ biến thành năng lượng nhiệt Như vậy quá trình trao ñổi nhiệt bức xạ gồm hai lần biến ñổi dạng năng lượng: biến ñổi nội năng thành sóng ñiện từ ở vật phát và quá trình biến ñổi ngược lại ở vật thu Hiệu quả của quá trình trao ñổi nhiệt bức xạ, như sau này sẽ thấy, không chỉ phụ thuộc vào hiệu số nhiệt

ñộ mà còn phụ thuộc vào bản chất, trạng thái bề mặt, hình dạng, kích thước,v.v của vật phát và vật thu

Lượng nhiệt bức xạ phát ra từ vật với mọi bước sóng, trong một ñơn vị thời gian ñược gọi là dòng bức xạ Q(W) Nếu bức xạ chỉ ứng với một khoảng rất hẹp chiều dài bước sóng λ:λ+dλ thì ñược gọi là dòng bức xạ ñơn

Năng suất bức xạ là dòng nhiệt bức xạ phát ra trên một ñơn vị diện tích bề

mặt bức xạ, ký hiệu là E, ñơn vị ño là W/m2;

E = , W/m2

dF

dQ (1.6)

Khả năng bức xạ bằng tổng của bức xạ bản thân (bức xạ riêng E) và bức xạ

ER (phần phản xạ của bức xạ tia tới Et) ñối với vật xám ñược tính:

EHD = ER + E = E+(1-A)Et (1.7) Trong ñó: Phần bức xạ môi trường xung quanh ñến vật mà ta ñang xét Bức xạ hiệu quả là lượng nhiệt vật trao ñổi với môi trường xung quanh tính trên 1 m2 bề mặt q(W/m2)

Khi vật ta khảo sát có nhiệt ñộ nhỏ hơn nhiệt dộ của môi trường (vật nhận nhiệt), thì:

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 30

q = EA – E =A.Et - E (1.8) Nếu vật toả nhiệt vào môi trường :

q= E – EA = E –A.Et (1.9) Thay Et từ (1.8) hoặc (1.9) vào (1.7) ta có:

E (1.10)

Dấu “+” úng vói trường hợp vật nhận nhiệt từ môi trường ; dấu “-“ ứng với trường hợp vậy toả nhiệt ra môi trường

1.6.3 Các yếu tố ảnh hưởng ñến thời gian sấy

Thời gian sấy là một ñại lượng ñặc trưng tổng hợp của quá trình sấy, nó

có ý nghĩa ñặc biệt quan trọng trong quá trình thiết kế và vận hành thiết bị sấy Thời gian sấy phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhưng có thể phân thành hai nhóm chính:

Nhóm ñặc trưng cho vật liệu sấy: hình dáng, kích thước, ñộ ẩm ban ñầu

và ñộ ẩm sản phẩm sau khi sấy,

Nhóm ñặc trưng cho thiết bị sấy: phương pháp sấy, chế ñộ sấy, cách bố trí vật liệu trong thiết bị sấy,

Việc xác ñịnh một cách chính xác thời gian sấy là một việc làm rất khó khăn và cần ñược xem xét ñánh giá một cách tỉ mỉ và chính xác các tác ñộng của các yếu tố ảnh hưởng ñến thời gian sấy Do ñó việc xác ñịnh thời gian sấy bằng giải tích gặp nhiều khó khăn nên trong tính toán thực tế ta thường xác ñịnh thời gian sấy bằng các công thức thực nghiệm hoặc theo kinh nghiệm vận hành Dưới ñây giới thiệu một số yếu tố có ảnh hưởng nhiều ñến thời gian sấy:

- Ảnh hưởng của khối lượng riêng: Thông thường vật liệu có khối lượng riêng càng lớn thì tốc ñộ thoát ẩm càng chậm, do vậy thời gian sấy càng

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 31

kéo dài Khối lượng riêng của vật liệu là một chỉ tiêu ñặc trưng cho từng loại vật liệu và trong kỹ thuật sấy, khối lượng riêng của vật liệu cũng là một chỉ tiêu quan trọng làm cơ sở cho việc phân nhóm vật liệu sấy, và do ñó có ảnh hưởng ñáng kể ñến thời gian sấy [7]

- Ảnh hưởng của nhiệt ñộ: Nhiệt ñộ càng cao sẽ làm tăng tốc ñộ dẫn ẩm

và bay hơi của nước (ẩm) và do ñó vật liệu sấy càng nhanh khô Tuy nhiên, ñể

có ñược chất lượng vật liệu sấy tốt, tuỳ theo từng loại vật liệu, cần cân nhắc lựa chọn một nhiệt ñộ sấy thích hợp vừa ñảm bảo khô nhanh mà không ảnh hưởng ñáng kể ñến chất lượng vật liệu sau khi sấy [7]

- Ảnh hưởng của tốc ñộ tuần hoàn của môi trường sấy: Về cơ bản tốc ñộ tuần hoàn của môi trường sấy càng tăng sẽ có tác dụng rút ngắn thời gian sấy Tuy nhiên, ở ñây cũng cần cân nhắc thêm về mặt kinh tế sao cho có lợi nhất [7]

- Ảnh hưởng của ñộ ẩm: Vật liệu sấy càng ướt và mức ñộ giảm ẩm yêu cầu càng thấp thì thời gian sấy càng dài Nghĩa là thời gian sấy phụ thuộc vào

1.7.2 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Xác ñịnh một số tính chất cơ lý hóa của vải quả có liên quan ñến quá trình sấy

- Nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ sấy vải quả

- Lựa chọn sơ ñồ nguyên lý và tính toán xác ñịnh các thông số cơ bản của quá trình sấy

- Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị sấy vải quả năng suất 1,0 tấn/mẻ