(TIỂU LUẬN) 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 PHAM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HOC VÀ THỰC PHẨM

ĐỒỒ̀ ÁN MƠN HỌC

Q TRÌNH VÀỒ̀ THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆỆ̣ THỰỆ̣C PHẨẨ̉M

ĐỀ TÀI:

TÍNH TOAN VÀ THIÊT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA SẢN
PHẨM TỔ YÊN NĂNG SUẤT 200KG SẢẨ̉N PHẨẨ̉M/ME

GVHD: TS. Nguyễn Tấn
Dũng

SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

MSSV: 14116085
i


Tp. Hồ Chí Minh, 12/2017

ii


NHẬỆ̣N XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

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

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

i


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU............................................................................................................................
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN...............................................................................................

1.1.Cơ sở khoa học của cơng nghệ sấy thăng hoa.........
1.1.1.
1.1.2.
1.1.3.
1.1.4.
1.2.Tình hình nghiên cứu trong nước về sấy thăng hoa

1.3.Tình hình nghiên cứu ngồi nước về sấy thăng hoa

1.4.Nguyên liệu..............................................................
1.4.1.
1.4.3.
1.4.4.

1.5.Công nghệ về sấy thăng hoa....................................

1.6.Thiêt bi hê thống sây thăng hoa...............................
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN.................................

2.1.Quy hoạch mặt bằng xây dựng nha xương lắp đặt h
2.1.1.
2.1.2.
2.1.3.

2.2.Đớố́i tượng nghiên cứu và tính tốn..........................

2.3.Sơ đồ nghiên cứu và tính tốn..................................
2.3.1.


2.3.2.
2.4.

Các bước tính tốn, thiết kế.....................................

CHƯƠNG 3. TÍố́NH TOÁố́N VÀÀ̀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA...............
3.1.

Những thông sốố́ ban đầu cần thiết cho tính tốn......

3.2.

Cân bằÀ̀ng vật chất.....................................................

3.3.

Tính tốn hệ thớố́ng thiết bị sấy thăng hoa................

3.3.1.
hoa
3.3.2.
phẩm
3.3.3.
3.3.4.
3.3.5.
3.3.6.
đóng băng..................................................................................................................
KẾT LUẬN......................................................................................................................
TÀÀ̀I LIỆU THAM KHẢO................................................................................................

ii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. Đơ thi giản đơ P-t cua nươc...................................................................................4
Hình 2. Biễu diễn qua trinh sây thăng hoa..........................................................................5
Hình 3. Q trình lạạ̣nh đơng nước......................................................................................6
Hình 4. Đồ thị làm việc của buồng sấy thăng hoa..............................................................7
Hình 5. Huyêt yên............................................................................................................. 11
Hình 6. Hơng n............................................................................................................. 11
Hình 7. Bạch n.............................................................................................................. 12
Hình 8. Sơ đồ hệ thớố́ng sấy thăng hoa tựạ̣ lạạ̣nh 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 nắố́p chỏm cầu của buồng sấy thăng hoa...................................................... 37
Hình 13. cấu tạạ̣o lớp vỏ ba lớp của buồng thăng hoa........................................................ 38
Hình 14. Chu trình lạạ̣nh hai cấp nén, bình trung gian có ớố́ng xoắố́n, làm mát hồn tồn, có
hai lần tiết lưu................................................................................................................... 41
Hình 15. Đồ thị nhiệt động chu trình lạạ̣nh hai cấp nén..................................................... 43
Hình 16. Phân tích q trình q tuyết trên giảả̉n đồ ba pha của nước............................... 45
Hình 17. Sựạ̣ 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 tạạ̣o thiết bị ngưng tụ – đóng băng......................................82

iii


DANH MỤC BẢẨ̉NG
Bảả̉ng 1. Thành phần dinh dưỡng của tổ yến...................................................................... 12
Bảả̉ng 2.Thành phần acid amine trong tổ yến..................................................................... 13
Bảả̉ng 3. Giảả̉i thích quy trình cơng nghệ sấy thăng hoa sảả̉n phẩm tổ yến...........................21
Bảả̉ng 4. Thành phần hóa học của tổ yến nguyên liệu........................................................ 25
Bảả̉ng 5. Các thông sốố́ trạạ̣ng thái của chu trình hệ thớố́ng lạạ̣nh cần thiết kế, chế tạạ̣o............42
Bảả̉ng 6. Kết quảả̉ tính tốn kích thước buồng sấy (lạạ̣nh đơng)........................................... 92
Bảả̉ng 7. Kết quảả̉ tính tốn thiết kế thiết bị ngưng tụ - đóng băng...................................... 92

iv


Tính tốn, thiết kế hệ thớố́ng sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sảả̉n phẩm/mẻ
MỞ ĐẦU
Đặt vân đê
Hiên nay, công nghê khoa hoc-kỹ thuât ngay cang phat triên, đơi sống cua con ngươi

ngay môt nâng cao, nên kinh tê nươc ta đã co nhưng chuyên biên đang kê. Trươc sưc ep
cạnh tranh lơn va nhưng yêu câu vê chât lương sản phâm rât khắt khe môt khi đã hòa
nhâp vơi thê giơi thi cac nganh công nghiêp sản xuât noi chung va nganh công nghiêp sản
xuât thực phâm noi riêng buôc phải đâu tư thay đôi công nghê sản xuât đê nâng cao chât
lương sản phâm, đap ưng nhu câu ngay môt cang cao cua ngươi tiêu dùng va xuât khâu.
Tổ yến là một trong những sảả̉n phẩm thựạ̣c phẩm mà hiện nay nhiều ngươi tiêu dùÀ̀ng
chú ý đến vì các lợi ích của tổ yến mang lạạ̣i cho sức khỏe hay làm đẹp… Người tiêu dùÀ̀ng
càng chú ý đến sảả̉n phẩm thì yêu cầu về chất lượng của tổ yến ngày càng đòÀ̀i hỏi khắố́t khe
hơn, đặạ̣c biệt là việc giữ màu sắố́c, mùÀ̀i vị và thành phần dinh dưỡng sau quá trình chế biến
hay bảả̉o quảả̉n. Vì vậy, việc tìm và đưa ra phương pháp chế biến thích hợp để bảả̉o tồn chất
lượng của tổ yến ít bị thay đổi nhất là một vấn đề vô cùÀ̀ng quan trọng.
Các phương pháp sấy thông thường ở nhiệt độ cao, một sốố́ phương pháp sấy ở nhiệt
độ thấp, sảả̉n phẩm sẽ tiếp xúc với khơng khí có thể phá hủy các chất có hoạạ̣t tính sinh học
như: màu sắố́c, mùÀ̀i vị, vitamin và protein…. Vì thế, sấy thăng hoa là phương pháp có thể
đáp ứng được các yêu cầu khắố́c khe về chất lượng sảả̉n phẩm sau khi sấy gần như giữ được
các tính chất ban đầu tựạ̣ nhiên của chúng, cho ra sảả̉n 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 sớố́ng của sảả̉n phẩm, khi sấy thựạ̣c phẩm sẽ giữ được chất lượng và hương vị của
sảả̉n phẩm, không bị mất các vitamin; tiêu hao năng lượng để bay hơi sảả̉n phẩm thấp. Tuy
vậy, sấy thăng hoa có nhược điểm là giá thành thiết bị cao, vận hành phức tạạ̣p, người vận
hành cần có trình độ kỹỹ̃ thuật cao, tiêu hao điện năng lớn.
Dựạ̣a vào các ưu điểm trên nên tôi đãỹ̃ tiến hành nghiên cứu tính tốn, thiết kế hệ thớố́ng
sấy thăng hoa sảả̉n phẩm tổ yến.
Đối tượng và giới hạn nghiên cứu của đêỒ̀ tài
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh


Tính tốn, thiết kế hệ thớố́ng sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sảả̉n phẩm/mẻ
Đốố́i tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thốố́ng sấy thăng hoa sảả̉n phẩm tổ yến, năng suất

200 kg sảả̉n phẩm/mẻ.
Đề tài nghiên cứu tính tốn và thiết kế hệ thớố́ng sấy thăng hoa sảả̉n phẩm tổ yến, năng
suất 200 kg sảả̉n phẩm/mẻ chỉ tinh trên lý thuyết mà không áp dụng đươc trong thựạ̣c tế bởi
vì chi phí để thiết kế lắố́p đặạ̣t hệ thớố́ng sấy thăng hoa và chi phí cho ngun liệu rất cao.
Mục tiêu của đêỒ̀ tài
Tìm hiểu được các kết quảả̉ nghiên cứu và ứng dụng hệ thốố́ng sấy thăng hoa.
Khẳng định tính chất hạạ̣n chế sựạ̣ biến đổi chất lượng của sảả̉n phẩm tổ yến sau khi sấy
thăng hoa.
Khẳng định kỹỹ̃ thuật sấy thăng hoa là một trong những kỹỹ̃ thuật sấy tốố́i ưu nhất và
được sử dụng cho các nguyên liệu có thành phần dinh dưỡng dễỹ̃ biến đổi.
Nghiên cứu tính tốn, thiết kế hệ thớố́ng sấy thăng hoa sảả̉n phẩm tổ yến, năng suất 200
kg sảả̉n phẩm/mẻ.
Nội dung của đêỒ̀ tài
Trình bày tổng quan về cơ sở khoa học của quá trình sấy thăng hoa, vật liệu sấy, các
kết quảả̉ nghiên cứu và ứng dụng hệ thớố́ng sấy thăng hoa.
Phương pháp nghiên cứu và tính tốn hệ thớố́ng sấy thăng hoa.
Tính tốn và thiết kế hệ thốố́ng sấy thăng hoa sảả̉n phẩm tổ yến, năng suất 200 kg sảả̉n
phẩm/mẻ.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đêỒ̀ tài


Ý nghĩa khoa học:

Đề tài có thể được dùÀ̀ng làm tài liệu tham khảả̉o cho các nghiên cứu sâu hơn và rộng
hơn về hệ thốố́ng sấy thăng hoa sau này.
Làm nền tảả̉ng cho việc nghiên cứu, tính tốn, thiết kế mơ hình hệ thớố́ng sấy thăng hoa
khác.
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

Tính tốn, thiết kế hệ thớố́ng sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sảả̉n phẩm/mẻ


Ý nghĩa thực tiễn:

Hệ thốố́ng sấy thăng hoa giúp giảả̉i quyết được các vấn đề đảả̉m bảả̉o chất lượng sảả̉n
phẩm tổ yến sau khi sấy ít bị biến đổi về màu sắố́c, mùÀ̀i vị cũng như về chất lượng, đồng
thời kéo dài thời gian bảả̉o quảả̉n.
Đề tài mang tính ứng dụng cao có thể thiết kế và lắố́p đặạ̣t cho nhà máy sảả̉n xuất và bảả̉o
quảả̉n tổ yến.
Ngoài ra, khi thựạ̣c hiện đề tài này sinh viên còÀ̀n được trang bị thêm những kiến thức
về các môn học chuyên ngành, tin học và các kỹỹ̃ năng làm việc khác.

SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

3


Tính tốn, thiết kế hệ thớố́ng sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sảả̉n phẩm/mẻ
CHƯƠNG 1. TỔẨ̉NG 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 thựạ̣c phẩm tựạ̣ nhiên ln có thể tồn tạạ̣i ở ba thể, thể rắố́n-lỏng-khí. Sấy
thựạ̣c phẩm là làm cách nào đó để lấy lượng nước trong thựạ̣c phẩm ra khỏi nguyên liệu để
làm tăng độ khô, giảả̉m độ ẩm kéo dài thời gian sử dụng. Theo ngun tắố́c này có hai
phương pháp sấy.[9], [10]

Hình 1. Đô thi giản đô P-t cua nươc. [10]


Phương pháp 1: chuyển nước ở thể lỏng trựạ̣c tiếp sang thể hơi, phương

pháp này là sấy nhiệt bình thường làm thay đổi rất nhiều đến đặạ̣c tính dinh
dưỡng của thựạ̣c phẩm.[9]


Phương pháp 2: chuyển nước ở thể lỏng sang thể rắố́n sau đó tạạ̣o điều

kiện cho thể rắố́n 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 lạạ̣i tồn
bộ đặạ̣c
tính tựạ̣ nhiên cũng như về phẩm chất dinh dưỡng của thựạ̣c phẩm. [9]
1.1.2. Cac giai đoan cua qua trinh sây thăng hoa.
Công nghệ sấy thăng hoa luôn trảả̉i qua ba giai đoạạ̣n.
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh


Tính tốn, thiết kế hệ thớố́ng sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sảả̉n phẩm/mẻ
+ Giai đoạạ̣n 1: cấp đông sảả̉n phẩm, chuyển ẩm từ thể lỏng sang thể rắố́n.
+ Giai đoạạ̣n 2: sấy thăng hoa thựạ̣c phẩm, chuyển ẩm từ thể rắố́n sang thể khí, kết
thúc giai đoạạ̣n này khi nhiệt độ nguyên liệu đạạ̣t 0OC và ẩm tựạ̣ do bay hơi hoàn toàn.
+ Giai đoạạ̣n 3: sấy chân không thựạ̣c phẩm, giai đoạạ̣n này chủ yếu là làm mất ẩm
liên kết hóa lý ở trong nó, kết thúc giai đoạạ̣n này khi xảả̉y ra sựạ̣ cân bằÀ̀ng nhiệt độ,
nhiệt độ nguyên liệu đạạ̣t tới nhiệt độ môi trường sấy và nhiệt độ tấm bức xạạ̣, độ ẩm
cuốố́i cùÀ̀ng của sảả̉n phẩm từ (2÷4)% rất khơ.[9],[10]

Hình 2. Biêu diên qua trinh sây thăng hoa. [9]

1.1.3. Cơ sở khoa học của q trình lạnh đơng
Lạạ̣nh đơng là một q trình bảả̉o quảả̉n thựạ̣c phẩm và vật liệu sinh học khác một cách
có hiệu quảả̉ vì sựạ̣ biến đổi của nước từ trạạ̣ng thái lỏng thành tinh thể đá làm giảả̉m hoạạ̣t
động của nhiều enzyme và vi sinh vật

[6]

. Vì vậy q trình lạạ̣nh đơng sẽ làm chậm lạạ̣i sựạ̣

hư hỏng của thựạ̣c phẩm.
Lạạ̣nh đơng là tiến trình chuyển đổi hầu hết lượng nước trong sảả̉n phẩm thành nước
đá. Nước trong sảả̉n phẩm nói chung thường tồn tạạ̣i ở dạạ̣ng chất hòÀ̀a tan và dạạ̣ng keo. Điểm
lạạ̣nh đông hạạ̣ xuốố́ng dưới 0OC. Điểm lạạ̣nh đông phụ thuộc vào nồng độ chất hòÀ̀a tan trong
dung dịch.
Đớố́i với sấy thăng hoa thì đòÀ̀i hỏi q trình lạạ̣nh đơng ẩm trong vật liệu phảả̉i kết
tinh hoàn toàn.
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh


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

Hình 3. Quá trình lạnh đơng nước
Q trình lạạ̣nh đơng trảả̉i qua 3 giai đoạạ̣n như hình 3:
Giai đoạn 1: Giai đoạạ̣n A - B là giai đoạạ̣n làm lạạ̣nh, nhiệt độ sảả̉n phẩm sẽ hạạ̣ từ
nhiệt độ phòÀ̀ng 25OC xuốố́ng nhiệt độ dưới điểm kết tinh, nhưng ẩm trong sảả̉n phẩm vẫn
chưa kết tinh.
Giai đoạn 2: Đây là giai đoạạ̣n quá lạạ̣nh và kết tinh ẩm trong sảả̉n phẩm (giai đoạạ̣n B
– D).
-

Giai đoạạ̣n B – C: là giai đoạạ̣n quá lạạ̣nh. Hiện tượng quá lạạ̣nh phụ thuộc vào

nồng độ chất tan, cấu trúc màng tế bào, tốố́c độ làm lạạ̣nh đông. Nhiệt độ quá lạạ̣nh sẽ
ảả̉nh hưởng đến chất lượng quá trình lạạ̣nh đông.
-

Giai đoạạ̣n từ C – D: là giai đoạạ̣n kết tinh nhiệt độ kết tinh (nếu T kt = const).

Giai đoạn 3: Giai đoạạ̣n D – E là giai đoạạ̣n cân bằÀ̀ng nhiệt. Sau khi kết tinh xong
nhiệt sẽ giảả̉m đến nhiệt độ cuốố́i cùÀ̀ng theo yêu cầu công nghệ đặạ̣t 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 thốố́ng thiết bị khá phức tạạ̣p. Để hiểu rõ các quá trình tĩnh,
động học của từng giai đoạạ̣n trong sấy thăng hoa, xem xét Hình 4.
Giai đoạn 1: Giai đoạn làm lạnh đông
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh


Tính tốn, thiết kế hệ thớố́ng sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sảả̉n phẩm/mẻ
Nguyên liệu sau khi chuẩn bị xong được tiến hành lạạ̣nh đông để ẩm trong vật liệu sấy
kết tinh. Sảả̉n phẩm được làm lạạ̣nh đông từ nhiệt độ của sảả̉n phẩm thựạ̣c phẩm từ (20÷25) OC
x́ố́ng đến nhiệt độ từ (-35÷-30)OC, ở nhiệt độ này nước trong thựạ̣c phẩm đóng băng gần như
hồn tồn. Để đảả̉m bảả̉o cho sựạ̣ kết tinh của nước bên trong sảả̉n phẩm phảả̉i đạạ̣t 100%, có các
loạạ̣i sảả̉n phẩm nhiệt độ cuốố́i cùÀ̀ng của giai đoạạ̣n lạạ̣nh đông chỉả̉ khoảả̉ng từ (-22÷-20) OC thì
nước đãỹ̃ kết tinh hồn tồn. Từ Hình 4 cho ta thấy, đường (3) là nhiệt độ của thựạ̣c phẩm sấy,
đồng thời trong giai đoạạ̣n này áp suất trong buồng sấy thăng hoa (đường (6)) cũng như buồng
lạạ̣nh đông sảả̉n phẩm hầu như không thay đổi, bằÀ̀ng áp suất khí quyển, thựạ̣c tế nó có xê dịch
một chút, xem như khơng đáng kể, bởi vì q trình làm lạạ̣nh nhiệt độ khơng khí giảả̉m dẫn đến
áp suất giảả̉m (thể tích buồng sấy thăng hoa khơng thay đổi và kín), ở giai đoạạ̣n này lượng ẩm
thốt ra rất ít, chủ yếu là sựạ̣ bay hơi và thăng hoa nước trên bề mặạ̣t thựạ̣c phẩm. Sựạ̣ thoát ẩm là

do sựạ̣ chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước trong mơi trường sấy thăng hoa và lớp
khơng khí sát bề mặạ̣t thựạ̣c phẩm. Ngoài ra, sựạ̣ chênh lệch nhiệt độ thựạ̣c phẩm lạạ̣nh đông với
nhiệt độ môi trường lạạ̣nh đông cũng là nguyên nhân làm bay hơi ẩm để có xu hướng đạạ̣t tới
trạạ̣ng thái cân bằÀ̀ng nhiệt.

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

7


Tính tốn, thiết kế hệ thớố́ng sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sảả̉n phẩm/mẻ
1- Nhiệt độ tấm gia nhiệt
2- Nhiệt độ môi trường sấy thăng hoa
3- Nhiệt độ thựạ̣c phẩm sấy
4- Nhiệt độ ở lốố́i ra buồng thăng hoa
5- Độ ẩm của thựạ̣c phẩm sấy
6- Áp suất trong buồng sấy thăng hoa
Giai đoạn 2: Giai đoạn thăng hoa
Sau khi sảả̉n phẩm đạạ̣t tới nhiệt độ lạạ̣nh đơng thích hợp, ngừng quá trình làm lạạ̣nh
sảả̉n phẩm và kết thúc giai đoạạ̣n lạạ̣nh đông chuyển qua giai đoạạ̣n sấy thăng hoa. Giai đoạạ̣n
này được tiến hành trong mơi trường có nhiệt độ và áp suất thấp, dưới điểm ba thể O
(0,0098OC, 4,58 mmHg) đốố́i với nước đá, còÀ̀n dưới điểm ( Tkt; 4,58 mmHg) đốố́i với ẩm kết
tinh trong vật liệu sấy.
Giai đoạạ̣n sấy thăng hoa có thể xem là giai đoạạ̣n sấy đẳng tốố́c, phần nhiệt lượng
bức xạạ̣ mà sảả̉n phẩm sấy nhận được trong giai đoạạ̣n này dùÀ̀ng để biến thành nhiệt ẩn thăng
hoa; do đó, nhiệt độ sảả̉n phẩm sấy hầu như không thay đổi. Thựạ̣c tế thì nhiệt độ sảả̉n phẩm
sấy có tăng nhưng tăng rất chậm, ở thời gian cuốố́i của giai đoạạ̣n này nhiệt độ sảả̉n phẩm
sấy tăng dần từ (-30 ÷ -25)OC đến 0,0098OC, tạạ̣i đây kết thúc quá trình thăng hoa. Để sảả̉n

phẩm sau khi sấy có chất lượng tớố́t thì kết thúc giai đoạạ̣n ẩm kết tinh đãỹ̃ thăng hoa hết, độ
ẩm sảả̉n phẩm đạạ̣t yêu cầu và nhiệt độ sảả̉n phẩm vượt qua nhiệt độ kết tinh của ẩm trong
sảả̉n phẩm (Tkt), khi đó ẩm còÀ̀n lạạ̣i trong sảả̉n phẩm rất ít, chủ yếu là ẩm liên kết chỉả̉ tồn tạạ̣i ở
pha lỏng. Như vậy, quá trình sấy thăng hoa sẽ khơng có giai đoạạ̣n 3.
Giai đoạn 3: Giai đoạn sấy chân khơng (nếu có)
Ćố́i q trình thăng hoa, nhiệt độ thựạ̣c phẩm sấy đạạ̣t tới T kt (OC), áp suất môi
trường sấy chân không không làm thay đổi, dao động trong khoảả̉ng từ (0,001÷1) mmHg,
nhưng áp suất riêng phần ẩm còÀ̀n lạạ̣i trong sảả̉n phẩm lớn hơn 4,58 mmHg (áp suất của
điểm ba). Vì vậy, ẩm trong sảả̉n phẩm trở về trạạ̣ng thái lỏng. Giai đoạạ̣n này cũng là giai
đoạạ̣n chủ yếu làm mất ẩm liên kết hóa lý có trong sảả̉n phẩm, kết thúc giai đoạạ̣n này khi
xảả̉y ra sựạ̣ cân bằÀ̀ng nhiệt độ môi trường sấy và nhiệt độ tấm bức xạạ̣, độ ẩm cuốố́i cùÀ̀ng của
sảả̉n 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


Tính tốn, thiết kế hệ thớố́ng sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sảả̉n phẩm/mẻ
mmHg được duy trì bởi bơm chân không và sảả̉n phẩm sấy vẫn tiếp tục gia nhiệt bằÀ̀ng bức
xạạ̣ nhiệt nên ẩm không ngừng biến đổi pha từ dạạ̣ng lỏng sang dạạ̣ng hơi rồi khuếch tán, bay
hơi vào mơi trường sấy trước khi về bình ngưng tụ - đóng băng. Như vậy, giai đoạạ̣n làm
bay hơi lượng ẩm còÀ̀n lạạ̣i chính là giai đoạạ̣n sấy chân khơng nhiệt độ thấp, động lựạ̣c của
q trình bay hơi – khuếch tán vẫn là sựạ̣ chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước và
nhiệt độ giữa sảả̉n phẩm và môi trường sấy. Kết thúc giai đoạạ̣n này khi độ ẩm sảả̉n phẩm đạạ̣t
yêu cầu hoặạ̣c nhiệt độ giữa các tấm gia nhiệt bức xạạ̣, nhiệt độ môi trường sấy và nhiệt độ
sảả̉n phẩm bằÀ̀ng nhau.
1.2.

Tình hình nghiên cứu trong nước vêỒ̀ sấy thăng hoa tổ yến

Ở

Việt Nam, công nghệ sấy thăng hoa chỉả̉ được quan tâm từ năm 1999 trở lạạ̣i đây.

Nhìn chung, vấn đề nghiên cứu ứng dụng sấy thăng hoa trong bảả̉o quảả̉n các sảả̉n phẩm
dược, thựạ̣c phẩm, chế phẩm sinh học,… trong đó có tổ yến vẫn còÀ̀n rất hạạ̣n chế. Nguyên
nhân là do hệ thốố́ng sấy thăng hoa rất đắố́t, vốố́n đầu tư lớn nên khơng có khảả̉ năng đầu tư
thiết bị.
Hiện nay, ở Việt Nam, sảả̉n phẩm tổ yến chủ yếu được chế biến bằÀ̀ng phương pháp
sấy đớố́i lưu thơng thường.
1.3.

Tình hình nghiên cứu ngoài nước vêỒ̀ sấy thăng hoa tổ yến

Trên thê giơi, sây thăng hoa đã đươc sư dung trong công nghê chê biên tô yên
trong vai năm trơ lại đây. Công nghê nay gop phân lam giảm chi phi va ngươi tiêu dùng
co thê mua môt sản phâm dinh dương co gia tri vơi mưc gia thâp hơn.
1.4.

Nguyên liệu

1.4.1. Tô yên
Tô yên la môt trong nhưng sản phâm thực phâm co gia tri cao nhât ơ vùng Đông
Nam Á. Tô yên đươc tạo thanh tư nươc bot cua loai chim yên. Co hơn 24 loai chim yên
nhưng chỉ môt số it co khả năng tạo ra tô yên co thê ăn đươc. Phân lơn cac sản phâm
thương mại hiên nay đươc sản xuât tư White-nest (Aerodramus fuciphagus) va Black-nest
(Aerodramus maximus). Chung chu yêu sống ơ quân đảo Nicobar Ân Đô Dương va cac
hang đông biên ơ cac vung ven biên cua Thai Lan, Viêt Nam, Indonesia, Borneo va quân
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh


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

đảo Palawan ơ Philippines. Tô yên đã đươc sư dung trong nhiêu thê kỷ ơ Trung Quốc. No
đươc sư dung như môt loại thực phâm co gia tri y hoc.

[1]

1.4.2. Phân loai
a. Phân loai theo ngn
gơc  Yến đảẨ̉o
Do tính chất nguy hiểm của việc lấy tổ yến trong hang động nên loạạ̣i tổ yến này
thường có giá cao nhất so với các loạạ̣i tổ yến khác trên thị trường. Tổ yến trong động, với
những điều kiện tựạ̣ nhiên trong hang động, thường có hình dạạ̣ng giốố́ng như một cái chén,
thân dày và chân chứng. Hình dạạ̣ng tổ giớố́ng như chén sẽ giúp bảả̉o vệ trứng hoặạ̣c yến non
khơng bị các lồi vật khác ăn mất và ảả̉nh hưởng thời tiết. Chân tổ yến cần cứng để có thể
gắố́n chặạ̣t vào tường vì các hang động thường có độ ẩm cao. Tổ yến loạạ̣i này được tìm thấy
ở Việt Nam, Thái Lan, Malaysia và Indonesia. [19]
 Yến nhà
Việc nuôi Yến đòÀ̀i hỏi vốố́n 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 đặạ̣c biệt là không thể cho chim yến ăn bằÀ̀ng
thức ăn nhân tạạ̣o do bảả̉n chất chim yến hoang dãỹ̃ và chỉả̉ có thể bắố́t va ăn cơn trùÀ̀ng bay
trong thiên nhiên, chỉả̉ có thiên nhiên là nơi cung cấp thức ăn cho chim yến. TùÀ̀y theo màu
sắố́c tổ yến, tổ yến trong nhà thường màu trắố́ng ngà, tổ yến chất lượng phụ thuộc theo khu
vựạ̣c có thức ăn nhiều cho chim tìm mồi. [19]
b. Phân loai theo mau sắc
 Huyết Yến (Blood Nest)
Ðây là loạạ̣i tổ yến có màu đỏ tươi và là loạạ̣i có giá cao nhất trong sớố́ các màu vì hiếm
hoi và có nhu cầu tiêu thụ cao. Không phảả̉i cơ sở sảả̉n xuất nào cũng có loạạ̣i tổ yến này. Và
nếu có đi chăng nữa thì loạạ̣i huyết yến cũng chỉả̉ có thể thu hoạạ̣ch 1-2 lần trong năm với tỉả̉
lệ rất nhỏ mà thôi. Sốố́ lượng Huyết Yến và Hồng Yến chiếm chưa đầy 10% tổng sảả̉n
lượng tổ yến trên thị trường thế giới. [19]

SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

10


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

Hình 5. Huyêt yên.
 Hồng Yến (Pink Nest)
Giốố́ng như Huyết Yến về giá cảả̉ và sựạ̣ hiếm hoi, Hồng yến có màu cam nhưng màu
sắố́c có thể thay đổi từ màu vỏ quýt đến màu vàng lòÀ̀ng đỏ trứng gà. Màu càng đậm thì giá
càng cao. [19]

Hình 6. Hơng n.
 Bạch Yến (White Nest)
Bạạ̣ch Yến là loạạ̣i tổ yến thông dụng nhất trên thị trường. Mỗi năm có thể thu hoạạ̣ch 34 lần. Sớố́ lượng Bạạ̣ch Yến (bao gồm cảả̉ 3 loài yến kể trên) bán trên thị trường thế giới
chiếm khoảả̉ng 90% tổng sốố́ lượng tổ yến trên thị trường. [19]

SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

11


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

Hình 7. Bach yên.
c. Phân loai theo cach chê
biên  Tổ yến thô
Là loạạ̣i tổ yến nguyên chất, vẫn còÀ̀n lông yến bám vào, chưa qua q trình chế biến
nào. Tổ yến thơ được thu hoạạ̣ch trựạ̣c tiếp từ nơi nuôi yến và bán ra thị trường.

 Tổ yến sơ chế
Tổ yến đãỹ̃ qua quá trình rút lơng làm sạạ̣ch.
 Tổ yến tinh chế
Khi khai thác tổ yến, rất dễỹ̃ làm tổ yến bị vỡ, vụn. Những tổ yến vỡ này sẽ qua quá
trình ngâm nở, làm sạạ̣ch 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.
BảẨ̉ng 1. Thành phần dinh dưỡng của tổ yến.[2], [3], [4]

Ngoài ra, tổ yến còÀ̀n 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
bảả̉ng sau.
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh


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

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

Ngoài ra trong tổ yến còÀ̀n chứa một sốố́ acid béo (palmitic acid, steric acid, linoleic
acid và linolenic aicd), vitamin (A, D, C) và một sốố́ thành phần khống (Na, Ca, K, Mg,

…).[4]
1.4.4. Cơng dụng
Tơ n đãỹ̃ được người Trung Quốố́c sử dụng như một loạạ̣i thựạ̣c phẩm hay dược
phẩm kể từ triều đạạ̣i 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 thớố́ng sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sảả̉n phẩm/mẻ
Do có chứa các protein hòÀ̀a tan, carbohydrate, sắố́t, muốố́i vô cơ và chất xơ, tổ yến được
đánh giá là món ăn có giá trị dinh dưỡng quan trọng.[4]
Bên cạạ̣nh đó, tổ yến cũng được cho là có giá trị chữa bệnh cao, bao gồm việc sử
dụng nó trong chớố́ng lãỹ̃o hóa, chớố́ng ung thư, tăng cường miễỹ̃n 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 vêỒ̀ sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa (freeze drying) là một kỹỹ̃ thuật còÀ̀n được gọi là “làm khô

lạạ̣nh”(lyophilisation) hay còÀ̀n gọi là kỹỹ̃ thuật khử nước (dehydration), thường được sử
dụng để bảả̉o quảả̉n các loạạ̣i vật liệu nói chung và thựạ̣c phẩm nói riêng, giúp thuận tiện hơn
cho vận tảả̉i, cũng như giữ được các phẩm chất của sảả̉n phẩm ban đầu. Freeze drying hoạạ̣t
động bằÀ̀ng cách cấp đông nhanh các nguyên liệu và sau đó giảả̉m áp suất mơi trường để
cho phép các tinh thể đá đơng (ẩm đóng băng) trong nguyên liệu có thể thăng hoa trựạ̣c
tiếp từ pha rắố́n sang pha khí.
1.6.

Thiêt bi hê thơng sây thăng hoa
Thơng thường một hệ thớố́ng sấy thăng hoa nhất thiết phảả̉i có các thiết bị chính sau

đây:
-

Buồng sấy thăng hoa (còÀ̀n được gọi là bình thăng hoa). Nếu hệ thớố́ng sấy thăng hoa

tựạ̣ lạạ̣nh đơng thì buồng sấy thăng hoa cũng chính là buồng lạạ̣nh đơng thựạ̣c phẩm sấy.
-Thiết bị ngưng tụ-đóng băng, hay còÀ̀n gọi là thiết bị hóa đá.
-

Hệ bơm chân khơng.

-

Hệ thớố́ng điều khiển.

Ngồi ra, hệ thớố́ng sấy thăng hoa còÀ̀n có hệ thớố́ng cấp lạạ̣nh cho thiết bị ngưng tụ đóng băng, hệ thớố́ng làm lạạ̣nh đơng thựạ̣c phẩm.
Các hệ thốố́ng sấy thăng hoa:
-

Hệ thống sấy thăng hoa cấp đông riêng: Hệ thốố́ng cấp đông sảả̉n phẩm bằÀ̀ng một

hệ thốố́ng lạạ̣nh độc lập, sau khi lạạ̣nh đông xong sảả̉n phẩm đưa vào buồng thăng hoa để thựạ̣c
SVTH: Trần Thị Ngọc Linh


Tính tốn, thiết kế hệ thớố́ng sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sảả̉n phẩm/mẻ
hiên quá trình sấy. Như vậy, hệ thốố́ng lạạ̣nh trong hệ thốố́ng sấy thăng hoa chỉả̉ thựạ̣c hiện
nhiệm vụ là ngưng ẩm thoát ra từ sảả̉n phẩm trước khi bơm chân không hút thảả̉i ra ngồi.
[10]

`
-

Hệ thống lạnh tự cấp đơng: Hệ thớố́ng này thựạ̣c hiện q trình lạạ̣nh đơng sảả̉n phẩm

ngay tạạ̣i buồng sấy thăng hoa. Như vậy, hệ thốố́ng lạạ̣nh trong hệ thốố́ng sấy thăng hoa thựạ̣c
hiện hai nhiệm vụ: một là lạạ̣nh đông sảả̉n phẩm ở giai đoạạ̣n 1, hai là ngưng ẩm thốt ra từ
sảả̉n phẩm trước khi bơm chân khơng hút thảả̉i ra ngoài ở giai đoạạ̣n 2 sấy thăng hoa và giai
đoạạ̣n 3 sấy chân không nhiệt độ thấp (nếu có).
-

[10]

Hệ thống sấy thăng hoa liên tục: hệ thớố́ng này lạạ̣nh đông sảả̉n phẩm liên tục. Như

vậy, hệ thốố́ng lạạ̣nh trong hệ thốố́ng sấy thăng hoa liên tục cũng chỉả̉ thựạ̣c hiện nhiệm vụ là
ngưng ẩm thoát ra từ sảả̉n phẩm trước khi bơm chân không hút thảả̉i ra ngồi.[10]
Vì mục đích tiết kiệm vớố́n đầu, tiết kiệm diện tích phân xưởng sảả̉n xuất, giảả̉m giá
thành cho việc thiết kế hệ thốố́ng… từ việc dựạ̣a vào nhiệm vụ của hệ thốố́ng sấy thăng hoa
sảả̉n phẩm nên bước đầu tôi chọn tính tốn và thiết kế hệ thớố́ng lạạ̣nh đơng sảả̉n phẩm ngay
trong buồng thăng hoa của hệ thốố́ng sấy thăng hoa.
Thiết kế dựạ̣a trên hệ thốố́ng sấy thăng hoa tựạ̣ lạạ̣nh động DS-7

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


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

SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

16


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

1-Máy nén cấp 2
2-Bình tách dầu
3-Thiết bị ngưng tụ
4-Bình chứa cao áp
5-Phin lọc
6-Mắố́t gas
7-Van điện từ
8-Van tiết lưu
9-Bình tách lỏng
10-Máy nén cấp 1
-Buồng sấy thăng hoa: trong hệ thớố́ng này cũng chính là buồng lạạ̣nh đông sảả̉n phẩm.
Thông thường, buồng thăng hoa được cấu tạạ̣o bởi hai dạạ̣ng cơ bảả̉n: dạạ̣ng hình trụ và
dạạ̣ng hình hộp. Đớố́i với dạạ̣ng hình trụ thì khảả̉ năng chịu lựạ̣c của nó tớố́t hơn, cường độ bay
hơi tớố́t hơn so với hình hộp. Nhược điểm của thiết kế hình trụ lad mật độ không gian chứa
thựạ̣c 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 dạạ̣ng hình trụ với cửa nhập liệu
mở ngang, có các tấm truyền nhiệt bớố́ trí song song; có một kính quan sát sảả̉n phẩm; các
van và phụ kiện phục vụ cơng nghệ.
-Thiết bị ngưng tụ-đóng băng: đây là thiết bị quan trọng trong hệ thốố́ng sấy thăng
hoa.
Hơi ẩm bốố́c ra từ sảả̉n phẩm được làm lạạ̣nh để hóa tuyết trước khi bơm chân khơng hút
ra ngồi. Nó đảả̉m bảả̉o cho bơm chân không làm việc ổn định, không gây va đập thủy lựạ̣c
dẫn đến làm bơm bị hư hỏng. Ngồi ra còÀ̀n làm nhiệt độ bơm chân khơng ổn định, cường
độ bay hơi trong quá trình sấy tăng ổn định, bởi vì nhiệt độ ngưng tụ - đóng băng luôn ổn
định.[10]

SVTH: Trần Thị Ngọc Linh

17


Tính tốn, thiết kế hệ thớố́ng sấy thăng hoa tổ yến năng suất 200kg sảả̉n phẩm/mẻ
Ở

đây tôi chọn thiết kế thiết bị ngưng tụ - đóng băng khơng có bộ phận cào nạạ̣o tuyết.

Ưu điểm của thiết bị có cấu tạạ̣o đơn giảả̉n, gia công dễỹ̃, dễỹ̃ vận hành cũng như sửa chữa
bảả̉o dưỡng, tiết kiệm năng lượng tuy nhiên nhược điểm là tuyết bám trên bề mặạ̣t dàn lạạ̣nh
sẽ làm giảả̉m khảả̉ năng truyền nhiệt

[10]

. Thiết bị ngưng tụ - đóng băng được thiết kế ở dạạ̣ng

ớố́ng chùÀ̀m, hơi ẩm và khơng khí đi bên ngồi, còÀ̀n mơi chất lạạ̣nh đi bên trong.
-Bơm chân không: Vấn đề tạạ̣o môi trường chân không của hệ thốố́ng sấy thăng hoa rất
quan trọng.
Về độ chân khơng của mơi trường sấy có hai yêu cầu cơ bảả̉n sau:


Áố́p suất chân không của môi trường sấy phảả̉i nhỏ hơn áp suất điểm ba

(Po= 4,58mmHg). Nhưng để rút ngắố́n thời gian thăng hoa, rút ngắố́n thời gian
sấy sảả̉n phẩm thì phảả̉i tăng cường độ bay hơi và thựạ̣c nghiệm cho thấy cường
độ bay
hơi lớn nhất khi áp suất môi trường sấy nằÀ̀m trong khoảả̉ng (0,001-1,0) mmHg.
[10]



Thời gian hút khí trong mơi trường sấy từ áp suất khí quyển đến áp suất

chân khơng (0,001-1,0) mmHg phảả̉i đủ nhỏ. Đây là yêu cầu rất quan trọng
trong công nghệ sấy thăng hoa, bởi vì nó giữ cho nhiệt độ sảả̉n phẩm không bị
dao động tăng lên trong thời gian tạạ̣o môi trường chân không, thông thường
thời gian này phảả̉i nằÀ̀m trong khoảả̉ng từ 30 giây đến 2,5 phút.

[10]

-Hệ thống lạnh: bao gồm máy nén tạạ̣o lạạ̣nh để ngưng và sinh nhiệt để cấp cho buồng
sấy làm lạạ̣nh sảả̉n phẩm, cũng như để ngưng ẩm thoát ra từ sảả̉n phẩm trong q 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 đặạ̣t vật liệu sấy vào buồng sấy, đầu tiên tiến hành lạạ̣nh đông sảả̉n phẩm. Hệ
thốố́ng lạạ̣nh làm việc, mơi chất lạạ̣nh từ bình chứa cao áp (4) đi qua ớố́ng xoắố́n trong bình
trung gian (11) để làm q lạạ̣nh, sau đó ra khỏi bình trung gian chia làm hai nhánh: nhánh
thứ nhất đi về buồng lạạ̣nh 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 lạạ̣nh
đông làm việc không đồng thời cùÀ̀ng một lúc. Khi lạạ̣nh đông sảả̉n phẩm ở buồng thăng hoa