ĐỀ TÀI TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA SẢN PHẨM TỔ YẾN NĂNG SUẤT 200KG SẢN PHẨMME

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN MƠN HỌC

Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI:

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA SẢN
PHẨM TỔ YẾN NĂNG SUẤT 200KG SẢN PHẨM/MẺ

GVHD: TS. Nguyễn Tấn
Dũng

SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

MSSV: 14116085
i


Tp. Hồ Chí Minh, 12/2017

ii


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

i


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU............................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN...............................................................................................4
1.1. Cơ sở khoa học của cơng nghệ sấy thăng hoa........................................................4
1.1.1.

Các q trình chuyển pha của nước.............................................................4

1.1.2.

Các giai đoạn của quá trình sấy thăng hoa...................................................4

1.1.3.

Cơ sở khoa học của q trình lạnh đơng......................................................5

1.1.4.

Đồ thị động học của quá trình sấy thăng hoa...............................................6

1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước về sấy thăng hoa tổ yến....................................9
1.3. Tình hình nghiên cứu ngồi nước về sấy thăng hoa tổ yến....................................9
1.4. Nguyên liệu...........................................................................................................9
1.4.1.

Tổ yến.......................................................................................................... 9

1.4.3.

Thành phần dinh dưỡng.............................................................................12

1.4.4.

Công dụng.................................................................................................13

1.5. Công nghệ về sấy thăng hoa................................................................................14
1.6. Thiết bị hệ thống sấy thăng hoa...........................................................................14
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN.................................19
2.1. Quy hoạch mặt bằng xây dựng nhà xưởng lắp đặt hệ thống................................19
2.1.1.

Nguyên tắc chọn địa điểm xây dựng nhà máy...........................................19

2.1.2.

Các yếu tố ảnh hưởng quyết định đến việc xây dựng nhà máy..................19

2.1.3.

Sơ đồ mặt bằng nhà máy...........................................................................19

2.2. Đối tượng nghiên cứu và tính tốn......................................................................20
2.3. Sơ đồ nghiên cứu và tính tốn.............................................................................20
2.3.1.

Quy trình thực hiện sấy thăng hoa tổ yến..................................................21
i


2.3.2.

Sơ đồ nghiên cứu và tính tốn...................................................................22

2.4. Các bước tính tốn, thiết kế.................................................................................23
CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA...............25
3.1. Những thông số ban đầu cần thiết cho tính tốn..................................................25
3.2. Cân bằng vật chất................................................................................................25
3.3. Tính tốn hệ thống thiết bị sấy thăng hoa............................................................25
3.3.1.

Tính tốn, thiết kế hệ thống lạnh đơng sản phẩm ngay trong buồng thăng

hoa

...................................................................................................................25

3.3.2.

Tính toán thiết kế các thiết bị trao đổi nhiệt của hệ thống lạnh đơng sản

phẩm

...................................................................................................................54

3.3.3.

Tính tốn thiết kế hệ thống sấy thăng hoa.................................................74

3.3.4.

Tính tốn hệ bơm chân khơng...................................................................84

3.3.5.

Xác định thời gian xả băng........................................................................86

3.3.6.

Kiểm tra tính bền cho thiết bị buồng sấy thăng hoa và thiết bị ngưng tụ

đóng băng..................................................................................................................87
KẾT LUẬN...................................................................................................................... 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................94

ii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. Đờ thị giản đờ P-t của nước...................................................................................4

Hình 2. Biễu diễn quá trình sấy thăng hoa..........................................................................5
Hình 3. Q trình lạnh đơng nước.......................................................................................6
Hình 4. Đồ thị làm việc của buồng sấy thăng hoa...............................................................7
Hình 5. Hút ́n.............................................................................................................11
Hình 6. Hờng yến..............................................................................................................11
Hình 7. Bạch yến..............................................................................................................12
Hình 8. Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa tự lạnh đơng DS-7................................................15
Hình 9. Sơ đồ nhà máy.....................................................................................................20
Hình 10. Quy trình sấy thăng hoa tổ yến...........................................................................21
Hình 11. Sơ đồ nghiên cứu, tính tốn................................................................................23
Hình 12. Hai nắp chỏm cầu của buồng sấy thăng hoa.......................................................37
Hình 13. cấu tạo lớp vỏ ba lớp của buồng thăng hoa........................................................38
Hình 14. Chu trình lạnh hai cấp nén, bình trung gian có ống xoắn, làm mát hồn tồn, có
hai lần tiết lưu...................................................................................................................41
Hình 15. Đồ thị nhiệt động chu trình lạnh hai cấp nén......................................................43
Hình 16. Phân tích q trình q tuyết trên giản đồ ba pha của nước...............................45
Hình 17. Sự biến thiên nhiệt độ theo diện tích trao đổi nhiệt............................................55
Hình 18. Đồ thị biến thiên nhiệt độ theo diện tích trao đổi nhiệt của bình trung gian.......69
Hình 19. Sơ đồ ngun lí cấu tạo thiết bị ngưng tụ – đóng băng......................................82

iii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Thành phần dinh dưỡng của tổ yến......................................................................12
Bảng 2.Thành phần acid amine trong tổ yến.....................................................................13
Bảng 3. Giải thích quy trình cơng nghệ sấy thăng hoa sản phẩm tổ yến...........................21
Bảng 4. Thành phần hóa học của tổ yến nguyên liệu........................................................25
Bảng 5. Các thông số trạng thái của chu trình hệ thống lạnh cần thiết kế, chế tạo............42
Bảng 6. Kết quả tính tốn kích thước buồng sấy (lạnh đơng)...........................................92

Bảng 7. Kết quả tính tốn thiết kế thiết bị ngưng tụ - đóng băng......................................92

iv


Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sản phẩm/mẻ
MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề
Hiện nay, công nghệ khoa học-kỹ thuật ngày càng phát triển, đời sống của con người
ngày một nâng cao, nền kinh tế nước ta đã có những chuyển biến đáng kể. Trước sức ép
cạnh tranh lớn và những yêu cầu về chất lượng sản phẩm rất khắt khe một khi đã hòa
nhập với thế giới thì các ngành công nghiệp sản xuất nói chung và ngành công nghiệp sản
xuất thực phẩm nói riêng buộc phải đầu tư thay đổi công nghệ sản xuất để nâng cao chất
lượng sản phẩm, đáp ứng nhu cầu ngày một càng cao của người tiêu dùng và xuất khẩu.
Tổ yến là một trong những sản phẩm thực phẩm mà hiện nay nhiều người tiêu dùng
chú ý đến vì các lợi ích của tổ yến mang lại cho sức khỏe hay làm đẹp… Người tiêu dùng
càng chú ý đến sản phẩm thì yêu cầu về chất lượng của tổ yến ngày càng đòi hỏi khắt khe
hơn, đặc biệt là việc giữ màu sắc, mùi vị và thành phần dinh dưỡng sau quá trình chế biến
hay bảo quản. Vì vậy, việc tìm và đưa ra phương pháp chế biến thích hợp để bảo tồn chất
lượng của tổ yến ít bị thay đổi nhất là một vấn đề vô cùng quan trọng.
Các phương pháp sấy thông thường ở nhiệt độ cao, một số phương pháp sấy ở nhiệt
độ thấp, sản phẩm sẽ tiếp xúc với khơng khí có thể phá hủy các chất có hoạt tính sinh học
như: màu sắc, mùi vị, vitamin và protein…. Vì thế, sấy thăng hoa là phương pháp có thể
đáp ứng được các yêu cầu khắc khe về chất lượng sản phẩm sau khi sấy gần như giữ được
các tính chất ban đầu tự nhiên của chúng, cho ra sản phẩm sấy với chất lượng cao nhất so
với các phương pháp sấy khác.
Phương pháp thăng hoa có các ưu điểm là sấy ở nhiệt độ thấp nên giữ được các tính
chất tươi sống của sản phẩm, khi sấy thực phẩm sẽ giữ được chất lượng và hương vị của
sản phẩm, không bị mất các vitamin; tiêu hao năng lượng để bay hơi sản phẩm thấp. Tuy
vậy, sấy thăng hoa có nhược điểm là giá thành thiết bị cao, vận hành phức tạp, người vận

hành cần có trình độ kỹ thuật cao, tiêu hao điện năng lớn.
Dựa vào các ưu điểm trên nên tôi đã tiến hành nghiên cứu tính tốn, thiết kế hệ thống
sấy thăng hoa sản phẩm tổ yến.
Đối tượng và giới hạn nghiên cứu của đề tài
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

1


Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sản phẩm/mẻ
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống sấy thăng hoa sản phẩm tổ yến, năng suất
200 kg sản phẩm/mẻ.
Đề tài nghiên cứu tính tốn và thiết kế hệ thống sấy thăng hoa sản phẩm tổ yến, năng
suất 200 kg sản phẩm/mẻ chỉ tính trên lý thuyết mà không áp dụng được trong thực tế bởi
vì chi phí để thiết kế lắp đặt hệ thống sấy thăng hoa và chi phí cho nguyên liệu rất cao.
Mục tiêu của đề tài
Tìm hiểu được các kết quả nghiên cứu và ứng dụng hệ thống sấy thăng hoa.
Khẳng định tính chất hạn chế sự biến đổi chất lượng của sản phẩm tổ yến sau khi sấy
thăng hoa.
Khẳng định kỹ thuật sấy thăng hoa là một trong những kỹ thuật sấy tối ưu nhất và
được sử dụng cho các nguyên liệu có thành phần dinh dưỡng dễ biến đổi.
Nghiên cứu tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa sản phẩm tổ yến, năng suất 200
kg sản phẩm/mẻ.
Nội dung của đề tài
Trình bày tổng quan về cơ sở khoa học của quá trình sấy thăng hoa, vật liệu sấy, các
kết quả nghiên cứu và ứng dụng hệ thống sấy thăng hoa.
Phương pháp nghiên cứu và tính tốn hệ thống sấy thăng hoa.
Tính tốn và thiết kế hệ thống sấy thăng hoa sản phẩm tổ yến, năng suất 200 kg sản
phẩm/mẻ.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

 Ý nghĩa khoa học:
Đề tài có thể được dùng làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu sâu hơn và rộng
hơn về hệ thống sấy thăng hoa sau này.
Làm nền tảng cho việc nghiên cứu, tính tốn, thiết kế mơ hình hệ thống sấy thăng hoa
khác.
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

2


Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sản phẩm/mẻ
 Ý nghĩa thực tiễn:
Hệ thống sấy thăng hoa giúp giải quyết được các vấn đề đảm bảo chất lượng sản
phẩm tổ yến sau khi sấy ít bị biến đổi về màu sắc, mùi vị cũng như về chất lượng, đồng
thời kéo dài thời gian bảo quản.
Đề tài mang tính ứng dụng cao có thể thiết kế và lắp đặt cho nhà máy sản xuất và bảo
quản tổ yến.
Ngoài ra, khi thực hiện đề tài này sinh viên còn được trang bị thêm những kiến thức
về các môn học chuyên ngành, tin học và các kỹ năng làm việc khác.

SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

3


Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sản phẩm/mẻ
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

Cơ sở khoa học của công nghệ sấy thăng hoa.

1.1.1. Các quá trình chuyển pha của nước.
Nước trong thực phẩm tự nhiên ln có thể tồn tại ở ba thể, thể rắn-lỏng-khí. Sấy
thực phẩm là làm cách nào đó để lấy lượng nước trong thực phẩm ra khỏi nguyên liệu để
làm tăng độ khô, giảm độ ẩm kéo dài thời gian sử dụng. Theo ngun tắc này có hai
phương pháp sấy.[9], [10]

Hình 1. Đồ thị giản đồ P-t của nước. [10]
 Phương pháp 1: chuyển nước ở thể lỏng trực tiếp sang thể hơi, phương pháp
này là sấy nhiệt bình thường làm thay đổi rất nhiều đến đặc tính dinh dưỡng của
thực phẩm.[9]
 Phương pháp 2: chuyển nước ở thể lỏng sang thể rắn sau đó tạo điều kiện cho
thể rắn thăng hoa. Phương pháp này là sấy thăng hoa ở nhiệt độ thấp, đây là
một trong những phương pháp tiên tiến nhất hiện nay vì nó giữ lại tồn bộ đặc
tính tự nhiên cũng như về phẩm chất dinh dưỡng của thực phẩm. [9]
1.1.2. Các giai đoạn của quá trình sấy thăng hoa.
Công nghệ sấy thăng hoa luôn trải qua ba giai đoạn.
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

4


Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sản phẩm/mẻ
+ Giai đoạn 1: cấp đông sản phẩm, chuyển ẩm từ thể lỏng sang thể rắn.
+ Giai đoạn 2: sấy thăng hoa thực phẩm, chuyển ẩm từ thể rắn sang thể khí, kết thúc
giai đoạn này khi nhiệt độ nguyên liệu đạt 0OC và ẩm tự do bay hơi hoàn toàn.
+ Giai đoạn 3: sấy chân không thực phẩm, giai đoạn này chủ yếu là làm mất ẩm liên
kết hóa lý ở trong nó, kết thúc giai đoạn này khi xảy ra sự cân bằng nhiệt độ, nhiệt
độ nguyên liệu đạt tới nhiệt độ môi trường sấy và nhiệt độ tấm bức xạ, độ ẩm cuối
cùng của sản phẩm từ (2÷4)% rất khơ.[9],[10]

Hình 2. Biễu diễn quá trình sấy thăng hoa. [9]
1.1.3. Cơ sở khoa học của q trình lạnh đơng
Lạnh đơng là một q trình bảo quản thực phẩm và vật liệu sinh học khác một cách
có hiệu quả vì sự biến đổi của nước từ trạng thái lỏng thành tinh thể đá làm giảm hoạt
động của nhiều enzyme và vi sinh vật

[6]

. Vì vậy q trình lạnh đơng sẽ làm chậm lại sự

hư hỏng của thực phẩm.
Lạnh đơng là tiến trình chuyển đổi hầu hết lượng nước trong sản phẩm thành nước
đá. Nước trong sản phẩm nói chung thường tồn tại ở dạng chất hịa tan và dạng keo. Điểm
lạnh đơng hạ xuống dưới 0OC. Điểm lạnh đông phụ thuộc vào nồng độ chất hịa tan trong
dung dịch.
Đối với sấy thăng hoa thì địi hỏi q trình lạnh đơng ẩm trong vật liệu phải kết
tinh hoàn toàn.
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

5


Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sản phẩm/mẻ

Hình 3. Quá trình lạnh đơng nước
Q trình lạnh đơng trải qua 3 giai đoạn như hình 3:
Giai đoạn 1: Giai đoạn A - B là giai đoạn làm lạnh, nhiệt độ sản phẩm sẽ hạ từ
nhiệt độ phòng 25OC xuống nhiệt độ dưới điểm kết tinh, nhưng ẩm trong sản phẩm vẫn
chưa kết tinh.

Giai đoạn 2: Đây là giai đoạn quá lạnh và kết tinh ẩm trong sản phẩm (giai đoạn B
– D).
-

Giai đoạn B – C: là giai đoạn quá lạnh. Hiện tượng quá lạnh phụ thuộc vào nồng
độ chất tan, cấu trúc màng tế bào, tốc độ làm lạnh đông. Nhiệt độ quá lạnh sẽ ảnh
hưởng đến chất lượng quá trình lạnh đông.

-

Giai đoạn từ C – D: là giai đoạn kết tinh nhiệt độ kết tinh (nếu Tkt = const).
Giai đoạn 3: Giai đoạn D – E là giai đoạn cân bằng nhiệt. Sau khi kết tinh xong

nhiệt sẽ giảm đến nhiệt độ cuối cùng theo yêu cầu công nghệ đặt ra.
1.1.4. Đồ thị động học của quá trình sấy thăng hoa
Khác với phương pháp sấy thông thường, sấy thăng hoa là một trong những
phương pháp tiến hành trên hệ thống thiết bị khá phức tạp. Để hiểu rõ các quá trình tĩnh,
động học của từng giai đoạn trong sấy thăng hoa, xem xét Hình 4.
Giai đoạn 1: Giai đoạn làm lạnh đông
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

6


Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sản phẩm/mẻ
Nguyên liệu sau khi chuẩn bị xong được tiến hành lạnh đông để ẩm trong vật liệu
sấy kết tinh. Sản phẩm được làm lạnh đông từ nhiệt độ của sản phẩm thực phẩm từ
(20÷25)OC xuống đến nhiệt độ từ (-35÷-30)OC, ở nhiệt độ này nước trong thực phẩm đóng
băng gần như hồn tồn. Để đảm bảo cho sự kết tinh của nước bên trong sản phẩm phải
đạt 100%, có các loại sản phẩm nhiệt độ cuối cùng của giai đoạn lạnh đơng chỉ khoảng từ

(-22÷-20)OC thì nước đã kết tinh hồn tồn. Từ Hình 4 cho ta thấy, đường (3) là nhiệt độ
của thực phẩm sấy, đồng thời trong giai đoạn này áp suất trong buồng sấy thăng hoa
(đường (6)) cũng như buồng lạnh đông sản phẩm hầu như khơng thay đổi, bằng áp suất
khí quyển, thực tế nó có xê dịch một chút, xem như khơng đáng kể, bởi vì q trình làm
lạnh nhiệt độ khơng khí giảm dẫn đến áp suất giảm (thể tích buồng sấy thăng hoa khơng
thay đổi và kín), ở giai đoạn này lượng ẩm thốt ra rất ít, chủ yếu là sự bay hơi và thăng
hoa nước trên bề mặt thực phẩm. Sự thoát ẩm là do sự chênh lệch áp suất riêng phần của
hơi nước trong môi trường sấy thăng hoa và lớp khơng khí sát bề mặt thực phẩm. Ngoài
ra, sự chênh lệch nhiệt độ thực phẩm lạnh đông với nhiệt độ môi trường lạnh đông cũng là
nguyên nhân làm bay hơi ẩm để có xu hướng đạt tới trạng thái cân bằng nhiệt.

Hình 4. Đồ thị làm việc của buồng sấy thăng hoa. [10]
Sử dụng nguồn nhiệt bức xạ, nhiệt độ lạnh đơng (-35 ÷ -30)ºC
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

7


Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sản phẩm/mẻ
1- Nhiệt độ tấm gia nhiệt
2- Nhiệt độ môi trường sấy thăng hoa
3- Nhiệt độ thực phẩm sấy
4- Nhiệt độ ở lối ra buồng thăng hoa
5- Độ ẩm của thực phẩm sấy
6- Áp suất trong buồng sấy thăng hoa
Giai đoạn 2: Giai đoạn thăng hoa
Sau khi sản phẩm đạt tới nhiệt độ lạnh đơng thích hợp, ngừng quá trình làm lạnh
sản phẩm và kết thúc giai đoạn lạnh đông chuyển qua giai đoạn sấy thăng hoa. Giai đoạn
này được tiến hành trong mơi trường có nhiệt độ và áp suất thấp, dưới điểm ba thể O
(0,0098OC, 4,58 mmHg) đối với nước đá, còn dưới điểm ( Tkt; 4,58 mmHg) đối với ẩm kết

tinh trong vật liệu sấy.
Giai đoạn sấy thăng hoa có thể xem là giai đoạn sấy đẳng tốc, phần nhiệt lượng
bức xạ mà sản phẩm sấy nhận được trong giai đoạn này dùng để biến thành nhiệt ẩn thăng
hoa; do đó, nhiệt độ sản phẩm sấy hầu như không thay đổi. Thực tế thì nhiệt độ sản phẩm
sấy có tăng nhưng tăng rất chậm, ở thời gian cuối của giai đoạn này nhiệt độ sản phẩm
sấy tăng dần từ (-30 ÷ -25) OC đến 0,0098OC, tại đây kết thúc quá trình thăng hoa. Để sản
phẩm sau khi sấy có chất lượng tốt thì kết thúc giai đoạn ẩm kết tinh đã thăng hoa hết, độ
ẩm sản phẩm đạt yêu cầu và nhiệt độ sản phẩm vượt qua nhiệt độ kết tinh của ẩm trong
sản phẩm (Tkt), khi đó ẩm cịn lại trong sản phẩm rất ít, chủ yếu là ẩm liên kết chỉ tồn tại ở
pha lỏng. Như vậy, quá trình sấy thăng hoa sẽ khơng có giai đoạn 3.
Giai đoạn 3: Giai đoạn sấy chân khơng (nếu có)
Cuối q trình thăng hoa, nhiệt độ thực phẩm sấy đạt tới Tkt (OC), áp suất môi
trường sấy chân không không làm thay đổi, dao động trong khoảng từ (0,001÷1) mmHg,
nhưng áp suất riêng phần ẩm còn lại trong sản phẩm lớn hơn 4,58 mmHg (áp suất của
điểm ba). Vì vậy, ẩm trong sản phẩm trở về trạng thái lỏng. Giai đoạn này cũng là giai
đoạn chủ yếu làm mất ẩm liên kết hóa lý có trong sản phẩm, kết thúc giai đoạn này khi
xảy ra sự cân bằng nhiệt độ môi trường sấy và nhiệt độ tấm bức xạ, độ ẩm cuối cùng của
sản phẩm từ 2 - 4% rất khô. Do áp suất mơi trường sấy là áp suất chân khơng (0,001÷1)
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

8


Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sản phẩm/mẻ
mmHg được duy trì bởi bơm chân không và sản phẩm sấy vẫn tiếp tục gia nhiệt bằng bức
xạ nhiệt nên ẩm không ngừng biến đổi pha từ dạng lỏng sang dạng hơi rồi khuếch tán, bay
hơi vào mơi trường sấy trước khi về bình ngưng tụ - đóng băng. Như vậy, giai đoạn làm
bay hơi lượng ẩm cịn lại chính là giai đoạn sấy chân khơng nhiệt độ thấp, động lực của
q trình bay hơi – khuếch tán vẫn là sự chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước và
nhiệt độ giữa sản phẩm và môi trường sấy. Kết thúc giai đoạn này khi độ ẩm sản phẩm đạt

yêu cầu hoặc nhiệt độ giữa các tấm gia nhiệt bức xạ, nhiệt độ môi trường sấy và nhiệt độ
sản phẩm bằng nhau.
1.2.

Tình hình nghiên cứu trong nước về sấy thăng hoa tổ yến
Ở Việt Nam, công nghệ sấy thăng hoa chỉ được quan tâm từ năm 1999 trở lại đây.

Nhìn chung, vấn đề nghiên cứu ứng dụng sấy thăng hoa trong bảo quản các sản phẩm
dược, thực phẩm, chế phẩm sinh học,… trong đó có tổ yến vẫn cịn rất hạn chế. Ngun
nhân là do hệ thống sấy thăng hoa rất đắt, vốn đầu tư lớn nên khơng có khả năng đầu tư
thiết bị.
Hiện nay, ở Việt Nam, sản phẩm tổ yến chủ yếu được chế biến bằng phương pháp
sấy đối lưu thơng thường.
1.3.

Tình hình nghiên cứu ngồi nước về sấy thăng hoa tổ yến
Trên thế giới, sấy thăng hoa đã được sử dụng trong công nghệ chế biến tổ yến

trong vài năm trở lại đây. Công nghệ này góp phần làm giảm chi phí và người tiêu dùng
có thể mua một sản phẩm dinh dưỡng có giá trị với mức giá thấp hơn.
1.4.

Nguyên liệu

1.4.1. Tổ yến
Tổ yến là một trong những sản phẩm thực phẩm có giá trị cao nhất ở vùng Đông
Nam Á. Tổ yến được tạo thành từ nước bọt của loài chim yến. Có hơn 24 loài chim yến
nhưng chỉ một số ít có khả năng tạo ra tổ yến có thể ăn được. Phần lớn các sản phẩm
thương mại hiện nay được sản xuất từ White-nest (Aerodramus fuciphagus) và Black-nest
(Aerodramus maximus). Chúng chủ yếu sống ở quần đảo Nicobar Ấn Độ Dương và các

hang động biển ở các vung ven biển của Thái Lan, Việt Nam, Indonesia, Borneo và quần
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

9


Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sản phẩm/mẻ
đảo Palawan ở Philippines. Tổ yến đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ ở Trung Quốc. Nó
được sử dụng như một loại thực phẩm có giá trị y học. [1]
1.4.2. Phân loại
a. Phân loại theo ng̀n gớc
 Yến đảo
Do tính chất nguy hiểm của việc lấy tổ yến trong hang động nên loại tổ yến này
thường có giá cao nhất so với các loại tổ yến khác trên thị trường. Tổ yến trong động, với
những điều kiện tự nhiên trong hang động, thường có hình dạng giống như một cái chén,
thân dày và chân chứng. Hình dạng tổ giống như chén sẽ giúp bảo vệ trứng hoặc yến non
không bị các loài vật khác ăn mất và ảnh hưởng thời tiết. Chân tổ yến cần cứng để có thể
gắn chặt vào tường vì các hang động thường có độ ẩm cao. Tổ yến loại này được tìm thấy
ở Việt Nam, Thái Lan, Malaysia và Indonesia. [19]
 Yến nhà
Việc ni Yến địi hỏi vốn đầu tư rất lớn (xây nhà cho chim yến làm tổ, đẻ trứng, nuôi
con và ngủ đêm), thời gian dụ yến lâu dài và đặc biệt là không thể cho chim yến ăn bằng
thức ăn nhân tạo do bản chất chim yến hoang dã và chỉ có thể bắt và ăn cơn trùng bay
trong thiên nhiên, chỉ có thiên nhiên là nơi cung cấp thức ăn cho chim yến. Tùy theo màu
sắc tổ yến, tổ yến trong nhà thường màu trắng ngà, tổ yến chất lượng phụ thuộc theo khu
vực có thức ăn nhiều cho chim tìm mồi. [19]
b. Phân loại theo màu sắc
 Huyết Yến (Blood Nest)
Ðây là loại tổ yến có màu đỏ tươi và là loại có giá cao nhất trong số các màu vì hiếm
hoi và có nhu cầu tiêu thụ cao. Không phải cơ sở sản xuất nào cũng có loại tổ yến này. Và

nếu có đi chăng nữa thì loại huyết yến cũng chỉ có thể thu hoạch 1-2 lần trong năm với tỉ
lệ rất nhỏ mà thôi. Số lượng Huyết Yến và Hồng Yến chiếm chưa đầy 10% tổng sản
lượng tổ yến trên thị trường thế giới. [19]

SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

10


Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sản phẩm/mẻ

Hình 5. Huyết yến.
 Hồng Yến (Pink Nest)
Giống như Huyết Yến về giá cả và sự hiếm hoi, Hồng yến có màu cam nhưng màu
sắc có thể thay đổi từ màu vỏ quýt đến màu vàng lịng đỏ trứng gà. Màu càng đậm thì giá
càng cao. [19]

Hình 6. Hờng ́n.
 Bạch Yến (White Nest)
Bạch Yến là loại tổ yến thông dụng nhất trên thị trường. Mỗi năm có thể thu hoạch 34 lần. Số lượng Bạch Yến (bao gồm cả 3 loài yến kể trên) bán trên thị trường thế giới
chiếm khoảng 90% tổng số lượng tổ yến trên thị trường. [19]

SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

11


Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sản phẩm/mẻ

Hình 7. Bạch yến.

c. Phân loại theo cách chế biến
 Tổ yến thô
Là loại tổ yến ngun chất, vẫn cịn lơng yến bám vào, chưa qua q trình chế biến
nào. Tổ yến thơ được thu hoạch trực tiếp từ nơi nuôi yến và bán ra thị trường.
 Tổ yến sơ chế
Tổ yến đã qua quá trình rút lơng làm sạch.
 Tổ yến tinh chế
Khi khai thác tổ yến, rất dễ làm tổ yến bị vỡ, vụn. Những tổ yến vỡ này sẽ qua quá
trình ngâm nở, làm sạch lông và chế biến thành tổ yến tinh chế.
1.4.3. Thành phần dinh dưỡng
Tổ yến là một nguyên liệu giàu dinh dưỡng.
Bảng 1. Thành phần dinh dưỡng của tổ yến.[2], [3], [4]
Thành phần

Hàm lượng (%)

Độ ẩm

7.5-12.9

Tro

2.1-7.3

Chất béo

0.14-1.28

Protein

42-63

Carbohydrate

10.63-27.26

Ngoài ra, tổ yến còn được xem là một nguồn nguyên liệu mà trong đó có chứa
nhiều acid amine thiết yếu. Thành phần acid amine có trong tổ yến được liệt kê trong
bảng sau.
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

12


Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sản phẩm/mẻ

Bảng 2.Thành phần acid amine trong tổ yến. [4], [5]
Thành phần

Hàm lượng (molar percent basis)

Aspartic + asparagines

2.8-10.0

Threonine

2.7-5.3

Serine

2.8-15.9

Glutamic + glutamine

2.9-7.0

Glycine

1.2-5.9

Alanine

0.6-4.7

Valine

1.9-11.1

Methionine

0-0.8

Isoleucine

1.2-10.7

Leucine

2.6-3.8

Tyrosine

2.0-10.1

Phenylalanine

1.8-6.8

Lysine

1.4-3.5

Histidine

1.0-3.3

Arginine

1.4-6.1

Tryptophan

0.02-0.08

Cysteine

2.44

Proline

2.0-3.5

Ngồi ra trong tổ yến cịn chứa một số acid béo (palmitic acid, steric acid, linoleic
acid và linolenic aicd), vitamin (A, D, C) và một số thành phần khống (Na, Ca, K, Mg,
…).[4]
1.4.4. Cơng dụng
Tở ́n đã được người Trung Quốc sử dụng như một loại thực phẩm hay dược
phẩm kể từ triều đại nhà Đường (năm 618 sau Cơng ngun) vì giá trị dinh dưỡng của nó.

SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

13


Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sản phẩm/mẻ
Do có chứa các protein hịa tan, carbohydrate, sắt, muối vơ cơ và chất xơ, tổ yến được
đánh giá là món ăn có giá trị dinh dưỡng quan trọng.[4]
Bên cạnh đó, tổ yến cũng được cho là có giá trị chữa bệnh cao, bao gồm việc sử
dụng nó trong chống lão hóa, chống ung thư, tăng cường miễn dịch, trị ho, chữa bệnh lao,
suy nhược cơ thể, giúp phục hồi sức khỏe sau phẫu thuật, tăng cường trao đổi chất và
năng lượng,…[4]
1.5.

Công nghệ về sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa (freeze drying) là một kỹ thuật cịn được gọi là “làm khơ

lạnh”(lyophilisation) hay cịn gọi là kỹ thuật khử nước (dehydration), thường được sử
dụng để bảo quản các loại vật liệu nói chung và thực phẩm nói riêng, giúp thuận tiện hơn
cho vận tải, cũng như giữ được các phẩm chất của sản phẩm ban đầu. Freeze drying hoạt

động bằng cách cấp đông nhanh các nguyên liệu và sau đó giảm áp suất mơi trường để
cho phép các tinh thể đá đơng (ẩm đóng băng) trong ngun liệu có thể thăng hoa trực
tiếp từ pha rắn sang pha khí.
1.6.

Thiết bị hệ thớng sấy thăng hoa
Thông thường một hệ thống sấy thăng hoa nhất thiết phải có các thiết bị chính sau

đây:
- Buồng sấy thăng hoa (cịn được gọi là bình thăng hoa). Nếu hệ thống sấy thăng hoa
tự lạnh đơng thì buồng sấy thăng hoa cũng chính là buồng lạnh đơng thực phẩm sấy.
-Thiết bị ngưng tụ-đóng băng, hay cịn gọi là thiết bị hóa đá.
- Hệ bơm chân khơng.
- Hệ thống điều khiển.
Ngồi ra, hệ thống sấy thăng hoa cịn có hệ thống cấp lạnh cho thiết bị ngưng tụ đóng băng, hệ thống làm lạnh đông thực phẩm.
Các hệ thống sấy thăng hoa:
- Hệ thống sấy thăng hoa cấp đông riêng: Hệ thống cấp đông sản phẩm bằng một
hệ thống lạnh độc lập, sau khi lạnh đông xong sản phẩm đưa vào buồng thăng hoa để thực
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

14


Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sản phẩm/mẻ
hiên quá trình sấy. Như vậy, hệ thống lạnh trong hệ thống sấy thăng hoa chỉ thực hiện
nhiệm vụ là ngưng ẩm thoát ra từ sản phẩm trước khi bơm chân không hút thải ra ngồi.
[10]

`
- Hệ thống lạnh tự cấp đơng: Hệ thống này thực hiện q trình lạnh đơng sản phẩm

ngay tại buồng sấy thăng hoa. Như vậy, hệ thống lạnh trong hệ thống sấy thăng hoa thực
hiện hai nhiệm vụ: một là lạnh đông sản phẩm ở giai đoạn 1, hai là ngưng ẩm thoát ra từ
sản phẩm trước khi bơm chân khơng hút thải ra ngồi ở giai đoạn 2 sấy thăng hoa và giai
đoạn 3 sấy chân không nhiệt độ thấp (nếu có). [10]
- Hệ thống sấy thăng hoa liên tục: hệ thống này lạnh đông sản phẩm liên tục. Như
vậy, hệ thống lạnh trong hệ thống sấy thăng hoa liên tục cũng chỉ thực hiện nhiệm vụ là
ngưng ẩm thốt ra từ sản phẩm trước khi bơm chân khơng hút thải ra ngồi.[10]
Vì mục đích tiết kiệm vốn đầu, tiết kiệm diện tích phân xưởng sản xuất, giảm giá
thành cho việc thiết kế hệ thống… từ việc dựa vào nhiệm vụ của hệ thống sấy thăng hoa
sản phẩm nên bước đầu tơi chọn tính tốn và thiết kế hệ thống lạnh đông sản phẩm ngay
trong buồng thăng hoa của hệ thống sấy thăng hoa.
Thiết kế dựa trên hệ thống sấy thăng hoa tự lạnh động DS-7

Hình 8. Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa tự lạnh đông DS-7.
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

15


Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sản phẩm/mẻ

SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

16


Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sản phẩm/mẻ

-

1-Máy nén cấp 2

11-Bình trung gian

2-Bình tách dầu

12-Thiết bị hóa đá

3-Thiết bị ngưng tụ

13-Bơm hút chân khơng

4-Bình chứa cao áp

14-Buồng thăng hoa

5-Phin lọc

15-Tấm truyền nhiệt

6-Mắt gas

16-Đường xả nước ngưng

7-Van điện từ

Pk- Áp kế cao áp

8-Van tiết lưu

Po- Áp kế thấp áp

9-Bình tách lỏng

PTG- Áp kế trung gian

10-Máy nén cấp 1

Pck- Áp kế chân không

Buồng sấy thăng hoa: trong hệ thống này cũng chính là buồng lạnh đông sản phẩm.
Thông thường, buồng thăng hoa được cấu tạo bởi hai dạng cơ bản: dạng hình trụ và

dạng hình hộp. Đối với dạng hình trụ thì khả năng chịu lực của nó tốt hơn, cường độ bay
hơi tốt hơn so với hình hộp. Nhược điểm của thiết kế hình trụ lad mật độ khơng gian chứa
thực phẩm sấy nhỏ, gia cơng thiết bị khó hơn so với hình hộp. [10]
Trong nội dung đồ án, tôi tiến hành thiết kế buồng có dạng hình trụ với cửa nhập liệu
mở ngang, có các tấm truyền nhiệt bố trí song song; có một kính quan sát sản phẩm; các
van và phụ kiện phục vụ cơng nghệ.
-

Thiết bị ngưng tụ-đóng băng: đây là thiết bị quan trọng trong hệ thống sấy thăng
hoa.
Hơi ẩm bốc ra từ sản phẩm được làm lạnh để hóa tuyết trước khi bơm chân khơng hút

ra ngồi. Nó đảm bảo cho bơm chân không làm việc ổn định, không gây va đập thủy lực
dẫn đến làm bơm bị hư hỏng. Ngồi ra cịn làm nhiệt độ bơm chân khơng ổn định, cường
độ bay hơi trong q trình sấy tăng ổn định, bởi vì nhiệt độ ngưng tụ - đóng băng ln ổn
định.[10]

SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

17


Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sản phẩm/mẻ
Ở đây tôi chọn thiết kế thiết bị ngưng tụ - đóng băng khơng có bộ phận cào nạo tuyết.
Ưu điểm của thiết bị có cấu tạo đơn giản, gia công dễ, dễ vận hành cũng như sửa chữa
bảo dưỡng, tiết kiệm năng lượng tuy nhiên nhược điểm là tuyết bám trên bề mặt dàn lạnh
sẽ làm giảm khả năng truyền nhiệt [10]. Thiết bị ngưng tụ - đóng băng được thiết kế ở dạng
ống chùm, hơi ẩm và khơng khí đi bên ngồi, cịn môi chất lạnh đi bên trong.
-

Bơm chân không: Vấn đề tạo môi trường chân không của hệ thống sấy thăng hoa rất
quan trọng.
Về độ chân không của môi trường sấy có hai yêu cầu cơ bản sau:
 Áp suất chân không của môi trường sấy phải nhỏ hơn áp suất điểm ba (P o=
4,58mmHg). Nhưng để rút ngắn thời gian thăng hoa, rút ngắn thời gian sấy sản
phẩm thì phải tăng cường độ bay hơi và thực nghiệm cho thấy cường độ bay
hơi lớn nhất khi áp suất môi trường sấy nằm trong khoảng (0,001-1,0) mmHg.
[10]

 Thời gian hút khí trong mơi trường sấy từ áp suất khí quyển đến áp suất chân
không (0,001-1,0) mmHg phải đủ nhỏ. Đây là yêu cầu rất quan trọng trong
công nghệ sấy thăng hoa, bởi vì nó giữ cho nhiệt độ sản phẩm khơng bị dao
động tăng lên trong thời gian tạo môi trường chân không, thông thường thời
gian này phải nằm trong khoảng từ 30 giây đến 2,5 phút. [10]
-

Hệ thống lạnh: bao gồm máy nén tạo lạnh để ngưng và sinh nhiệt để cấp cho buồng

sấy làm lạnh sản phẩm, cũng như để ngưng ẩm thoát ra từ sản phẩm trong quá trình
sấy.

-

Đường ống chân khơng: liên kết buồng sấy với buồng ngưng, van cách ly hai buồng.

 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lạnh trong hệ thống sấy thăng hoa:
Sau khi đặt vật liệu sấy vào buồng sấy, đầu tiên tiến hành lạnh đông sản phẩm. Hệ
thống lạnh làm việc, mơi chất lạnh từ bình chứa cao áp (4) đi qua ống xoắn trong bình
trung gian (11) để làm quá lạnh, sau đó ra khỏi bình trung gian chia làm hai nhánh: nhánh
thứ nhất đi về buồng lạnh đông (hay buồng sấy thăng hoa); nhánh thứ hai đi về thiết bị
ngưng tụ - đóng băng (hay thiết bị hóa đá). Thiết bị ngưng tụ - đóng băng và buồng lạnh
đơng làm việc không đồng thời cùng một lúc. Khi lạnh đông sản phẩm ở buồng thăng hoa
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

18