đồ án tốt nghiệp nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm máy sấy lạnh vi sóng

Tuy nhiên, mặt hàng thủy hải khô xuất khẩu hiện nay vẫn còn sử dụng phương pháp sấy nóng và phơi nắng truyền thống nên chất lượng sản phẩm không cao, điều kiện vệ sinh an toàn thực phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Sinh viên thực hiện : LÊ NGỌC LINH Lớp: 47 NL

Nha Trang, 2009

LỜI CẢM ƠN

Sau 4 năm trôi qua, được các Thầy, các Cô trong trường đại học Nha Trang tận tình giảng dạy, trang bị cho tôi những hành trang tri thức quý báu trước khi tôi bước vào ngưỡng cửa của cuộc đời Và cuối khóa học này tôi đã hoàn thành bản đồ

án tốt nghiệp

Để hoàn thành được đề tài này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Th.S Khổng Trung Thắng, người đã tận tình hướng dẫn tôi trong thời gian qua Đồng thời xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, các cô trong khoa Chế Biến, bộ môn Kỹ Thuật Lạnh, cùng các thầy tại phòng thí nghiệm, thực hành Công Nghệ Nhiệt Lạnh đã nhiệt tình tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi

Tuy nhiên với thời gian tương đối ngắn, khối lượng công việc lại không nhỏ nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình tính hoàn thành đồ án

Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do khả năng có hạn cũng như kinh nghiệm còn thiếu nên tôi rất mong được các thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến chỉ bảo thêm

Nha Trang, ngày 1 tháng 7 năm 2009

Lê Ngọc Linh

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY VÀ SỬ DỤNG SÓNG

VI SÓNG 3

1.1 Tổng quan về kỹ thuật sấy .3

1.1.1 Tìm hiểu về quá trình sấy và các phương pháp sấy 3

1.1.1.1 Khái niệm 3

1.1.1.2 Mục đích của quá trình sấy 3

1.1.1.3 Các phương pháp tách ẩm ra khỏi nguyên liệu khác .3

1.1.1.4 Phân loại các phương pháp sấy 4

1.1.1.5 Các ứng dụng của sấy lạnh 7

1.2 Quá trình truyền ẩm trong vật thể sấy: 8

1.3 Tổng quan về tình hình sử dụng sóng vi sóng 10

1.3.1 Sử dụng sóng vi sóng trong lò vi sóng 10

1.3.1.1 Lịch sử ra đời 10

1.2.1.2 Tại sao lò vi sóng đốt nóng được thức ăn 11

1.3.2 Sử dụng sóng vi sóng để sấy phân bón 12

1.3.3 Sử dụng sóng vi sóng để sấy nệm cao su 13

1.3.4 Máy sấy chân không vi sóng 14

1.3.5 Sử dụng sóng vi sóng để sấy gỗ tươi 16

Chương 2:TÍNH TOÁN CÁC QUÁ TRÌNH TRONG HỆ THỐNG SẤY 17

2.1 Nhiệm vụ thiết kế và phương án thiết kế 17

2.1.1 Nhiệm vụ thiết kế 17

2.1.1 Phương án thiết kế 17

2.2 Tính toán thông số của vật liệu sấy 18

2.2.1 Tính khối lượng VLS vào và ra 18

2.2.2 Lượng ẩm cần bốc hơi 18

2.3 Xây dựng quá trình sấy lý thuyết 19

2.3.1 Xác định các thông số không khí trong quá trình sấy 19

2.3.1.1 Quá trình sấy trên đồ thị I-d 19

2.3.1.2 Xác định thông số các điểm trên đồ thị I-d 20

2.3.2 Lượng không khí lý thuyết 22

2.3.3 Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy lý thuyết 22

2.4 Tính tổn thất nhiệt 23

Chương 3:TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ 26

3.1 Tính chọn thiết bị cho buồng lạnh 26

3.1.1 Tính chọn máy lạnh 26

3.1.2 Tính kiểm tra cách nhiệt buồng lạnh 27

3.2 Tính chọn thiết bị cho buồng gia nhiệt không khí 28

3.2.1 Tính chọn điện trở 28

3.2.2 Tính kiểm tra cách nhiệt buồng gia nhiệt không khí 28

3.2.3 Tính chọn quạt buồng gia nhiệt 30

3.3 Năng Lượng Vi Sóng 34

Chương 4:TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG SẤY 35

4.1 Tự động hóa hệ thống làm lạnh 35

4.2 Tự động hóa cho buồng gia nhiệt không khí 35

4.3 Tự động điều chỉnh cấp vi sóng 35

Chương 5:SẤY THỬ NGHIỆM MỘT SỐ SẢN PHẨM VÀ SO SÁNH VỚI PHƯƠNG PHÁP SẤY LẠNH 37

5.1 Sấy tôm thẻ chân trắng (Penaeus Vannamel) 37

5.1.1 Sấy lạnh kết hợp phát vi sóng 37

5.1.2 Sấy tôm bằng phương pháp sấy lạnh 40

5.2 Sấy mực ống Trung Hoa (loligo chinensis ) 42

5.2.1 Sấy mực với phương pháp sấy lạnh kết hợp vi sóng 42

5.2.2 Sấy Mực với phương pháp sấy lạnh 45

KẾT LUẬN VÀ Ý KIẾN ĐỀ XUẤT 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Thông số cơ bản của một số máy sấy chân không vi sóng 15

Bảng 2.1 Thông số các điểm trong quá trình sấy lý thuyết: 22

Bảng 2.2 Thông số các điểm trên đồ thị I-d của quá trình sấy thực : 24

Bảng 3.1 Tổng hợp các thiết bị được sử dụng trong hệ thống sấy 34

Bảng 5.1 Bảng thông số kết quả TN25 39

Bảng 5.2 Bảng thông số kết quả TN26 40

Bảng 5.3 Bảng thông số kết quả TN27 44

Bảng 5.4 Bảng thông số kết quả TN28 45

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Lò vi sóng 10

Hình 1.2 Cấu tạo phân tử nước 11

Hình 1.3 Máy sấy chân không vi sóng 14

Hình 2.1 Đồ thị I-d của quá trình sấy lý thuyết 19

Hình 2.2 Quá trình sấy thực tế trên đồ thị I-d 25

Hình 5.1 Hình mẫu thí nghiệm phương pháp sấy lạnh kết hợp vi sóng 41

Hình 5.2 Hình mẫu với thí nghiệm sấy lạnh 41

Hình 5.3 Đồ thị đường cong sấy của mẫu TN25 và mẫu TN26 42

Hinh 5.4 Hình mẫu thí nghiệm với phương pháp sấy lạnh kết hợp vi sóng 46

Hình 5.5 Hình mẫu với thí nghiệm sấy lạnh 46

Hình 5.6 Đồ thị đường cong sấy của TN27 và TN28 47

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nhiều năm trở lại đây, ngành thủy sản nước ta liên tục phát triển mạnh

và đóng góp đáng kể vào sự phát triển của đất nước Việt Nam trở thành một trong những nước xuất khẩu thủy sản hàng đầu thế giới chiếm lĩnh nhiều thị trường lớn

Trước những điều kiện thuận lợi và tiềm năng cho thấy xuất khẩu thủy sản sẽ ngày càng tăng mạnh về số lượng, chất lượng cũng như lợi nhuận thu được Vì lẽ đó mà ngành thủy sản cũng ngày càng được ưu tiên và quan tâm

Trong các mặt hàng thủy sản xuất khẩu thì tỷ lệ sản phẩm khô chiếm tỷ trọng khá lớn Tuy nhiên, mặt hàng thủy hải khô xuất khẩu hiện nay vẫn còn sử dụng phương pháp sấy nóng và phơi nắng truyền thống nên chất lượng sản phẩm không cao, điều kiện vệ sinh an toàn thực phẩm không được đảm bảo làm giảm giá trị kinh

tế, không phù hợp xuất khẩu vào các thị trường lớn và khó tính Sự biến đổi chất lượng như trên là do ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ và thời gian sấy Do đó, việc nghiên cứu các phương pháp sấy mới đi đôi với việc thiết kế thiết bị sấy mới cho các mặt hàng khô nói chung và mực nói riêng để áp dụng vào sản xuất là vấn đề

rất cần thiết cấp bách hiện nay

Phần lớn người ta dùng phương pháp sấy nóng để sấy các VLS nhưng có một

số vật liệu hay nông thủy sản thực phẩm sấy nóng thì không phù hợp Khi phương pháp sấy lạnh ra đời thì chất lượng và giá trị cao hơn phương pháp sấy nóng rất

nhiều Nhưng trên thực tế thì phương pháp sấy lạnh vẫn chưa được ứng dụng vào thực tiễn sâu rộng, lý do chủ yếu là thiết bị này thời gian sấy vẫn còn dài và chi phí điện cao làm tăng chi phí sản xuất Như vậy để phát huy ưu điểm của công nghệ sấy

nhiệt độ thấp (sấy lạnh) chúng ta nên tìm cách giảm thời gian sấy và giảm chi phí sản xuất Để có thể có được sản phẩm chất lượng cao mà chi phí sản xuất ở mức chấp nhận được

Trước thực tế trên đòi hỏi phải ra đời những phương pháp sấy mới với công nghệ hiện đại để có chất lượng sản phẩm tốt hơn Qua nghiên cứu, tôi thấy rằng có một số những phương pháp rất ngắn, thời gian gia nhiệt cho vật liệu sấy như sử dụng sóng viba, làm nóng vật liệu, cho kết quả tốt, với thời gian sấy rất ngắn, chi

phí chấp nhận được Tôi thấy rằng chúng ta có thể tiếp tục phát triển kỹ thuật này

để cho ra đời những sản phẩm có chất lượng và giá trị kinh tế cao

Được sự chấp thuận của khoa Chế biến – Trường Đại học Nha Trang và sự hướng dẫn của Thầy giáo – ThS Khổng Trung Thắng, tôi thực hiện đồ án tốt

nghiệp: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm máy sấy lạnh vi sóng” nhằm

hướng tới một công nghệ sấy nhiệt độ thấp (sấy lạnh) có thời gian sấy ngắn hơn và giảm chi phí sản xuất

Người thực hiện

Lê Ngọc Linh

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY VÀ SỬ DỤNG SÓNG VI SÓNG 1.1 Tổng quan về kỹ thuật sấy

1.1.1 Tìm hiểu về quá trình sấy và các phương pháp sấy

1.1.1.1 Khái niệm

 Quá trình sấy là quá trình làm khô các vật thể, các vật liệu, các sản phẩm

bằng phương pháp bay hơi Như vậy muốn sấy khô một vật ta phải tiến hành các biện pháp kỹ thuật sau :

 Gia nhiệt cho vật để đưa nhiệt độ của nó lên tới nhiệt độ bão hòa ứng với phân áp suất của hơi nước trên bề mặt vật

 Cấp nhiệt để làm bay hơi ẩm trong vật thể

 Vận chuyển hơi ẩm đã thoát từ vật thể ra môi trường bên ngoài

Có nhiều cách gia nhiệt vật thể và cũng có nhiều cách vận chuyển ẩm từ bề mặt vật thể ra môi trường Tương ứng sẽ có nhiều phương pháp sấy khác nhau

1.1.1.2 Mục đích của quá trình sấy

Sấy là một khâu quan trọng trong dây chuyền công nghệ được sử dụng trong nhiều ngành chế biến nông lâm thủy hải sản Quá trình sấy không phải là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu sấy một cách thuần túy mà là một quá trình công nghệ phức tạp Sản phẩm sau khi sấy phải đảm bảo chất lượng theo một chỉ tiêu nào đó với chi phí năng lượng ở mức tối thiểu

Sấy nhằm mục đích vận chuyển và bảo quản sản phẩm được dễ dàng hơn

1.1.1.3 Các phương pháp tách ẩm ra khỏi nguyên liệu khác

Có một số quá trình làm giảm ẩm trong vật liệu, nguyên liệu nhưng không phải là quá trình sấy khô :

- Phương pháp cơ học: vắt ly tâm, ép lực cơ học Phương pháp này chỉ làm cho ẩm tự do thoát ra

- Dùng các chất hút ẩm: Silicagel, Reolet Phương pháp này dùng khi lượng

ẩm đó rất nhỏ và sau một thời gian sử dụng các hạt này sẽ bão hòa ẩm mất khả năng hút thêm ẩm vào

 Các phương pháp này tốn kém và không hiệu quả Trong thực tế tùy tình huống cụ thể mà có thể kết hợp các phương pháp tách ẩm này với phương pháp sấy

1.1.1.4 Phân loại các phương pháp sấy

Phương pháp sấy được chia ra làm hai loại lớn cơ bản là:

xa xưa tới hiện nay vẫn còn được sử dụng Phương pháp này có một ưu điểm lớn là tận dụng được nguồn năng lượng bức xạ từ mặt trời tới vật có mật độ lớn (tới 1000

) và gió lưu thông tự nhiên nên chi phí sản xuất thấp hầu như không đáng kể

Nhưng quá trình làm khô không được liên tục vì chỉ phơi được ban ngày, khó và có thể nói là không thể điều chỉnh được các thông số cho quá trình sấy (nhiệt

độ sấy và độ ẩm) Hơn nữa phương pháp sấy này còn có những nhược điểm rất đáng ngại là: cần diện tích sân bãi lớn, vệ sinh thực phẩm kém, ô nhiễm môi trường lớn

Quá trình làm khô không liên tục thì đối với các nguyên liệu nông sản không ảnh hưởng nhiều lắm nhưng đối với nguyên liệu thủy sản thì ảnh hưởng rất lớn

 Các giải pháp khắc phục :

- Ban đêm đưa vào hệ thống sấy để sấy cho đến khi sản phẩm đạt yêu cầu

- Đưa vào kho lạnh để bảo quản (Cá cơm khô, mực khô, ruốc khô thường

sử dụng phương pháp này)

b Sấy nhân tạo

Có nhiều phương pháp sấy nhân tạo khác nhau, các phương pháp sấy nhân tạo được thực hiện trong các thiết bị sấy Các thông số của quá trình sấy được kiểm soát nghiêm ngặt và chính xác bằng cách tác động trực tiếp vào tác nhân sấy

- Tác nhân sấy: tác nhân sấy thường dùng là không khí ẩm, khói nóng , hơi quá nhiệt Chất lỏng cũng được sử dụng làm tác nhân sấy như các loại dầu, một số loại muối nóng chảy Trong quá trình sấy môi trường buồng sấy luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ vật sấy Nếu như lượng ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấy tăng lên, đến một lúc nào đó sẽ đạt đến sự cân bằng giữa vật sấy và môi trường trong buồng sấy và quá trình thoát ẩm từ vật sấy sẽ ngừng lại, lúc này phân áp suất hơi nước thoát ra từ vật sấy bằng với phân áp suất của hơi nước trong buồng sấy Do vậy cùng với việc cung cấp nhiệt cho vật để hóa hơi ẩm lỏng đồng thời phải tải ẩm đã thoát ra khỏi vật ra khỏi buồng sấy Trong một số quá trình sấy tác nhân sấy còn làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật liệu sấy ví dụ như quá trình sấy đối lưu tác nhân sấy vừa làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật liệu sấy vừa làm nhiệm vụ tải ẩm Ở một số quá trình sấy như sấy bức xạ tác nhân sấy còn có nhiệm

vụ bảo vệ sản phẩm sấy khỏi bị quá nhiệt

+ Tác nhân sấy là không khí ẩm : không độc hại, ít cháy nổ, vệ sinh tốt, dễ biến đổi trạng thái, dễ kiếm, rẻ tiền

+ Khói lò: vệ sinh kém, dễ cháy nổ, gây các phản ứng phụ cho nguyên liệu

Nhưng có ưu điểm tận dụng được nguồn nhiệt thừa nên giảm chi phí sản suất

+ Hơi quá nhiệt: tốn kém nhưng sản phẩm ít bị oxi hóa

- Phương pháp sấy nhân tạo được chia làm hai mảng chính dựa theo

phương pháp tạo ra động lực quá trình sấy:

* Phương pháp sấy nóng: Sấy nóng, TNS và vật liệu sấy được đốt nóng và

nhờ độ chênh phân áp suất hơi trên bề mặt VLS và TNS làm ẩm bay hơi và độ ẩm VLS giảm như vậy đã thực hiện quá trình sấy

* Phương pháp sấy lạnh: Sấy ở nhiệt độ thấp là quá trình tách ẩm ra khỏi

VLS bằng cách làm bay hơi nước, tức người ta tạo ra độ chênh phân áp suất giữa

VLS và TNS nhờ giảm lượng ẩm trong TNS bằng cách cho TNS sau quá trình sấy qua thiết bị tách ẩm thường là dàn lạnh hoặc vật liệu hút ẩm

 Ưu và nhược điểm của phương pháp sấy nóng:

Ưu điểm:

 Phương pháp sấy nóng phổ biến và TBS đa dạng, áp dụng cho nhiều loại VLS

 Dải nhiệt độ nóng rộng dễ điều chỉnh cho mỗi loại VLS

 Nguồn nhiệt cung cấp phong phú

 Chi phí đầu tư thiết bị không cao

Nhược điểm:

 Không thích hợp cho một số loại vật liệu

 Chất lượng sản phẩm không cao, màu sắc sản phẩm dễ biến đổi

 Ưu điểm và hạn chế của sấy lạnh :

 Chất lượng sản phẩm tốt hơn với các lịch trình kiểm soát nhiệt độ tốt để

thỏa mãn các yêu cầu sản xuất cụ thể

 Hiệu suất năng lượng cao hơn cùng với sự thu hồi nhiệt được cải thiện dẫn

đến tiêu thụ năng lượng ít hơn cho mỗi đơn vị nước bay hơi

 Có thể phát ra một khoảng rộng các chế độ sấy, tiêu biểu là nhiệt độ từ

(với hệ thống tạo ẩm)

 Chi phí điện năng giảm 50% so với phương pháp sấy nóng

 Không phụ thuộc vào môi trường xung quanh

Nhược điểm:

 Chi phí đầu tư ban đầu cao

 Đòi hỏi kiểm tra bảo dưỡng thường xuyên cho hệ thống máy lạnh (máy nén, môi chất, dầu v.v…)

 Rò rỉ môi chất lạnh ra môi trường

1.1.1.5 Các ứng dụng của sấy lạnh

Các nhà khoa học tại Phân viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã nghiên cứu công nghệ sấy lạnh và đã ứng dụng sấy một số sản phẩm nông sản như sấy mít, sấy nhãn …kết quả khi thực hiện quá trình sấy lạnh thì thời gian sấy giảm đi rất nhiều, chỉ bằng một nửa thời gian sấy nóng, nhưng sản phẩm vẫn thỏa mãn yêu cầu về độ ẩm Xí nghiệp chế biến xuất khẩu thủy sản Bình thuận (Thaimex) chuyên sản xuất mực sấy khô để xuất vào thị trường Nhật Bản và thị trường Châu Âu và cơ sở sản xuất long nhãn Tân phú (Đồng Nai) là hai đơn vị đã được Phân viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch chuyển giao công nghệ sấy thành công Hiện nay hai cơ sở này đang tiếp tục sản xuất theo công nghệ mới này Có thể so sánh trực tiếp chất lượng của một số sản phẩm như sau:

 Đối với sản phẩm là mít: Khi sấy lạnh có màu vàng tươi, khi sấy nóng có màu vàng nâu

 Đối với sản phẩm là mực: Khi sấy lạnh có màu trắng, khi sấy nóng có màu vàng

Phạm Văn Tùy, cùng các nhà khoa học đã nghiên cứu thành công công nghệ sấy lạnh (sấy bằng bơm nhiệt) và đã ứng dụng sấy một số sản phẩm như: Cà rốt, củ cải, hành lá… Kết quả thu được là các sản phẩm sau khi sấy vẫn giữ được màu sắc

tự nhiên dù đã sấy rất khô, hàm lượng vitamin C cao hơn hẳn so với các sản phẩm

rau quả sấy bằng các phương pháp khác như sấy bằng không khí nóng và sấy bằng hồng ngoại

Công nghệ sấy này đã được Viện KH-CN Nhiệt Lạnh đại học Bách Khoa Hà Nội chuyển giao cho nhà máy chế biến thực phẩm Việt Trì, công ty bánh kẹo Hải Hà

để sấy kẹo Jelly, viện công nghệ thực phẩm, bệnh viện Y học cổ truyền dân tộc…Sau một thời gian vận hành thiết bị công ty Hải Hà nhận thấy chi phí điện năng bằng 42%

chi phí điện năng cho hệ thống sấy nóng nhưng chất lượng của kẹo vẫn đáp ứng được yêu cầu

Trần Đại Tiến và các cộng sự (2004), đã nghiên cứu cộng nghệ sấy lạnh cho sản phẩm mực ống lột da Kết quả là chất lượng của sản phẩm rất tốt, màu sắc mực trắng trong đồng thời rút ngắn được thời gian sấy