Nghiên Cứu, Tính Toán, Thiết Kế Và Chế Tạo Máy Sấy Thăng Hoa Năng Suất 1,5Kg.mẻ.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM K THUT
THNH PH H CH MINH

.+ẽ$/81771*+,3
1*ơ1+&é1*1*+.7+871+,7

1*+,ầ1&87ậ1+72ẩ17+,7.9ơ&+72
0ẩ<6<7+1*+2$11*687.*0

*9+' 76 /ầ0,1+1+7
7K61*8<17+ơ1+/8ặ1
697+1*8<17+,ầ1ặ1
751/ầ+8<
1*8<13+ề&/,ầ0
/ầ7+ẩ,61
/ặ01*&78<1
/&+ậ7ễ1*

SKL 0 0 7 9 8 3

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chun ngành: Cơng nghệ kỹ thuật nhiệt
TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ
TẠO MÁY SẤY THĂNG HOA NĂNG SUẤT 1,5
KG/MẺ
SINH VIÊN THỰC HIỆN & MSSV:
1.
2.
3.
4.
5.
6.

NGUYỄN THIÊN ÂN
TRẦN LÊ HUY
NGUYỄN PHÚC LIÊM
LÊ THÁI SƠN
LÂM NGỌC TUYỀN
LỮ CHÍ TÙNG

15147070
15147093
15147104
15147123
15147139
15147140

GVHD: TS. LÊ MINH NHỰT
ThS. NGUYỄN THÀNH LUÂN
Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chun ngành: Cơng nghệ kỹ thuật nhiệt
TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ
TẠO MÁY SẤY THĂNG HOA NĂNG SUẤT 1,5
KG/MẺ
SINH VIÊN THỰC HIỆN & MSSV:
1.
2.
3.
4.
5.
6.

NGUYỄN THIÊN ÂN
TRẦN LÊ HUY
NGUYỄN PHÚC LIÊM
LÊ THÁI SƠN
LÂM NGỌC TUYỀN
LỮ CHÍ TÙNG

15147070
15147093
15147104
15147123
15147139

15147140

GVHD: TS. LÊ MINH NHỰT
ThS. NGUYỄN THÀNH LUÂN
Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2019


TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TP. HỒ CHÍ MINH

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
TP. Hồ Chí Minh, ngày ….. tháng 7 năm 2019
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

1. Nguyễn Thiên Ân

MSSV: 15147070

2. Trần Lê Huy

15147093

3. Nguyễn Phúc Liêm

15147104

4. Lê Thái Sơn

15147123

5. Lâm Ngọc Tuyền

15147139

6. Lữ Chí Tùng

15147140

Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật Nhiệt

Mã ngành: 52510206

Hệ đào tạo: Chính quy
Khóa: 2015 - 2020

Lớp: 159470A, 151470A

1. Tên đề tài:
Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế và chế tạo máy sấy thăng hoa năng suất 1,5 kg/mẻ.
2. Nhiệm vụ đề tài
(1) Nghiên cứu cơ sở lý thuyết sấy thăng hoa
(2) Tính tốn thiết kế máy sấy thăng hoa.
(3) Chế tạo, vận hành máy sấy thăng hoa.
(3) Thu thập, xử lý, đánh giá và nhận xét số liệu thu được sau khi vận hành để từ đó

điều chỉnh phù hợp và rút ra kết luận, kiến nghị.
3. Sản phẩm của đề tài
- Mơ hình thực tế
- Báo cáo đồ án tốt nghiệp
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 22/03/2019
5. Ngày hồn thành nhiệm vụ: 20/07/2019
TRƯỞNG BỘ MƠN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN


TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TP. HỒ CHÍ MINH

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
TP. Hồ Chí Minh, ngày ….. tháng 7 năm 2019

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên SV: 1. Nguyễn Thiên Ân

MSSV: 15147070

2. Trần Lê Huy

15147093

3. Nguyễn Phúc Liêm

15147104

4. Lê Thái Sơn

15147123

5. Lâm Ngọc Tuyền

15147139

6. Lữ Chí Tùng

15147140

Tên đề tài: Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế và chế tạo máy sấy thăng hoa năng suất
1,5 kg/mẻ.
Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt
Họ và tên giảng viên hướng dẫn: TS. Lê Minh Nhựt
ThS. Nguyễn Thành Luân
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
2. Nhận xét về kết quả thực hiện của đồ án tốt nghiệp

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
2.1.

Kết cấu, cách thức trình bày đồ án tốt nghiệp


..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
2.2.

Nội dung đồ án (cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng
của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
2.3.

Kết quả đạt được

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

2.4.

Những tồn tại, nội dung cần chỉnh sửa

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


3. Đánh giá
Điểm tối
đa

Mục đánh giá

STT

Hình thức và kết cấu đồ án tốt nghiệp
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội
dung của các mục
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài

30

Tính cấp thiết của đề tài

10
50

3

Nội dung đồ án tốt nghiệp
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa
học và kỹ thuật khoa học, khoa học xã hội…
Khả năng thực hiện/ phân tích/ tổng hợp/ đánh
giá
Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành
phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra
với những ràng buộc thực tế
Khả năng cải tiến và phát triển
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm
chuyên ngành…
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

4

Sản phẩm cụ thể của đồ án tốt nghiệp

10

1

2

Tổng điểm

Điểm đạt
được

10
10

5
10
15
15
5
10
100

Đánh giá cá nhân (theo thang điểm 10):
STT

Họ va tên

MSSV

1

Nguyễn Thiên Ân

15147070

2

Trần Lê Huy

15147093

3

Nguyễn Phúc Liêm

15147104

4

Lê Thái Sơn

15147123

5

Lâm Ngọc Tuyền

15147139

6

Lữ Chí Tùng

15147140

Điểm đánh giá

Ghi chú


4. Kết luận

Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP. HCM, ngày tháng 7 năm 2019
Giảng viên hướng dẫn
(ký và ghi rõ họ tên)


PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên SV: 1. Nguyễn Thiên Ân

MSSV: 15147070

2. Trần Lê Huy

15147093

3. Nguyễn Phúc Liêm

15147104

4. Lê Thái Sơn

15147123

5. Lâm Ngọc Tuyền

15147139

6. Lữ Chí Tùng

15147140

Tên đề tài: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy sấy thăng hoa năng suất
1,5kg/mẻ.
Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt
Họ và tên giảng viên phản biện: .........................................................................................
Mã giảng viên phản biện: ...................................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày đồ án tốt nghiệp
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
2. Nội dung đồ án (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án,
các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
3. Kết quả thu được
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
4. Những thiếu sót và tồn tại của đồ án tốt nghiệp
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
5. Câu hỏi
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
6. Đánh giá
STT

Mục đánh giá

Điểm tối
đa

Hình thức và kết cấu đồ án tốt nghiệp
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội
dung của các mục
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài

30

Tính cấp thiết của đề tài

10
50

3

Nội dung đồ án tốt nghiệp
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa
học và kỹ thuật khoa học, khoa học xã hội…
Khả năng thực hiện/ phân tích/ tổng hợp/ đánh
giá
Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành
phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra
với những ràng buộc thực tế
Khả năng cải tiến và phát triển
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm
chuyên ngành…
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

4

Sản phẩm cụ thể của đồ án tốt nghiệp

10

1

2

Tổng điểm

10
10

5
10
15
15
5
10
100

Điểm đạt
được


Đánh giá cá nhân (theo thang điểm 10):
STT

Họ va tên

MSSV

1

Nguyễn Thiên Ân

15147070

2

Trần Lê Huy

15147093

3

Nguyễn Phúc Liêm

15147104

4

Lê Thái Sơn

15147123

5

Lâm Ngọc Tuyền

15147139

6

Lữ Chí Tùng

15147140

Điểm đánh giá

Ghi chú

7. Kết luận
Được phép bảo vệ
Khơng được phép bảo vệ
TP. HCM, ngày tháng 7 năm 2019
Giảng viên phản biện
(ký và ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài: Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế và chế tạo máy sấy thăng hoa năng suất
1,5kg/mẻ.
Họ và tên SV: 1. Nguyễn Thiên Ân

MSSV: 15147070

2. Trần Lê Huy

15147093

3. Nguyễn Phúc Liêm

15147104

4. Lê Thái Sơn

15147123

5. Lâm Ngọc Tuyền

15147139

6. Lữ Chí Tùng

15147140

Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Nhiệt
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản
biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ. Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh
đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức.
Chủ tịch Hội đồng:

___________________

_______________________

Giảng viên hướng dẫn: ___________________

_______________________

Giảng viên phản biện: ___________________

_______________________

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 7 năm 2019

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập tại trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ
Chí Minh, chúng em đã nhận đƣợc rất nhiều sự tận tình giúp đỡ của quý Thầy Cô, đặc
biệt là quý Thầy Cô trong ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt thuộc khoa Cơ khí động
lực.
Trƣớc hết chúng em xin cảm ơn quý Thầy Cô trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ
thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã dạy dỗ, giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian học
tập tại trƣờng. Trong đó, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô
thuộc Bộ môn Công nghệ Nhiệt – Điện lạnh đã tận tình chỉ dạy chúng em những kiến
thức chuyên ngành bổ ích và những kinh nghiệm chun mơn giúp chúng em có hành
trang chuyên ngành vững chắc.
Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy TS Lê Minh
Nhựt và thầy ThS Nguyễn Thành Luân. Những sự quan tâm, giúp đỡ và chỉ dạy kịp
thời của q Thầy đã giúp chúng em có thể hồn thành tốt Đồ án tốt nghiệp. Hơn thế
nữa, niềm đam mê nghiên cứu và sự yêu nghề của quý Thầy đã giúp chúng em tự tin
theo đuổi đam mê với ngành nghề mà chúng em đã chọn.
Ngoài ra, chúng em cũng cảm ơn sự giúp đỡ, động viên của gia đình, bạn bè
và ngƣời thân để chúng em có thể hồn thành tốt thời gian học tập tại trƣờng.
Trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp, chúng em sẽ không thể tránh khỏi
những thiếu sót. Kính mong q Thầy Cơ tận tình chỉ bảo để Đồ án có thể hồn thiện
hơn.

i


TÓM TẮT
Do nhu cầu bảo quản, nâng cao chất lƣợng sản phẩm nói chung và sấy nói riêng
đang tăng lên đáng kể trong thời gian vừa qua. Đặc biệt là công nghệ sấy thăng hoa,

đang đƣợc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng rộng rãi trong việc sấy những thực
phẩm, dƣợc liệu quý nhờ những ƣu điểm vƣợt trội. Ở nƣớc ta, hiện tại đa số máy sấy
thăng hoa trên thị trƣờng có nguồn gốc nƣớc ngồi, bên cạnh đó là một số sản phẩm
chế tạo thành công trong nƣớc. Tuy nhiên, tựu chung lại các sản phẩm này có công
suất lớn, giá thành cao, vận hành tƣơng đối phức tạp, chỉ thích hợp sử dụng cho quy
mơ cơng nghiệp.
Với mong muốn tạo ra một thiết bị sấy thăng hoa năng suất nhỏ, giá thành thấp,
nhỏ gọn, có thể sử dụng đƣợc trong gia đình, cũng nhƣ hệ thống, củng cố lại những
kiến thức đã học về kỹ thuật lạnh, kỹ thuật sấy, điện… Nhóm đã tiến hành nghiên cứu,
thiết kế, chế tạo máy sấy thăng hoa mini qua đề tài này.
Ngoài phần mở đầu và tài liệu tham khảo, đề tài gồm có các nội dung sau:
Chƣơng 1: Trình bày tổng quan về phƣơng pháp sấy thăng hoa và vật liệu sấy chuối
Chƣơng 2: Tính tốn nhiệt cho q trình sấy & hệ thống sấy
Chƣơng 3: Tính tốn chọn thiết bị cho hệ thống sấy
Chƣơng 4: Mơ hình, mục đích và quy trình thí nghiệm
Chƣơng 5: Đánh giá kết quả thí nghiệm và bàn luận
Chƣơng 6: Kết luận và kiến nghị

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i
TĨM TẮT....................................................................................................................... ii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... viii
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................................... 1
1.1. Tổng quan về sấy thăng hoa ..................................................................................1
1.1.1. Các phƣơng pháp sấy ......................................................................................1
1.1.2. Lý thuyết sấy thăng hoa ..................................................................................2

1.2. Tổng quan vật liệu sấy .......................................................................................... 7
1.3. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 10
1.4. Mục đích của đề tài ............................................................................................. 11
1.5. Đối tƣợng nghiên cứu ......................................................................................... 11
1.6. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 11
1.7. Phƣơng pháp nghiên cứu.....................................................................................11
1.8. Tình hình nghiên cứu .......................................................................................... 12
1.8.1. Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc .................................................................12
1.8.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc .................................................................13
CHƢƠNG 2: TÍNH TỐN Q TRÌNH SẤY ........................................................... 16
2.1. Tính tốn sơ bộ ....................................................................................................16
2.2. Tính tốn kích thƣớc buồng sấy ..........................................................................18
2.3. Tính tải nhiệt cho q trình cấp đơng .................................................................20
2.3.1. Tổn thất nhiệt cho q trình cấp đơng .......................................................... 20
2.3.2. Nhiệt tổn thất do làm lạnh vỏ buồng sấy và khay ........................................21
2.3.3. Nhiệt tổn thất do làm lạnh khơng khí trong buồng sấy ................................ 22
2.3.4. Nhiệt tổn thất ra mơi trƣờng .........................................................................23
2.4. Tính tải nhiệt cho quá trình sấy thăng hoa .......................................................... 25
CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ .........................................................................26
3.1. Chọn thơng số làm việc của chu trình lạnh ......................................................... 26
3.2. Tính tốn chu trình lạnh ...................................................................................... 27
3.3. Tính chọn thiết bị chu trình lạnh .........................................................................28
3.3.1. Tính chọn máy nén ....................................................................................... 28
iii


3.3.2. Tính chọn thiết bị ngƣng tụ ..........................................................................30
3.3.3. Tính tốn chế tạo thiết bị bay hơi .................................................................31
3.3.4. Tính chọn thiết bị phụ ...................................................................................34
3.4. Tính chọn bơm chân khơng .................................................................................34

3.5. Tính chọn điện trở sấy......................................................................................... 35
CHƢƠNG 4: HỆ THỐNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ..................................................36
4.1. Hệ thống thí nghiệm ............................................................................................ 36
4.2. Thơng số thực tế thiết bị...................................................................................... 40
4.3. Hệ thống điều khiển. ........................................................................................... 46
4.4. Nội dung và mục đích thí nghiệm. ......................................................................49
4.5. Quy trình sấy chuối ............................................................................................. 51
CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN ..........................................53
5.1. Kết quả thí nghiệm và nhận xét ..........................................................................53
5.2. Bàn luận và đánh giá thí nghiệm .........................................................................69
CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 70
6.1. Kết luận ...............................................................................................................70
6.2. Kiến nghị .............................................................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 72

iv


DANH MỤC HÌNH ẢNH
CHƢƠNG 1
Hình 1.1: Giản đồ trạng thái pha của nước ....................................................................3
Hình 1.2: Quan hệ giữa áp suất với nhiệt độ thăng hoa của nước đá ............................ 4
Hình 1.3: Đường cong sấy .............................................................................................. 6
Hình 1.5: Chuối sứ ..........................................................................................................8
Hình 1.6 Chuối sấy dẻo .................................................................................................10
CHƢƠNG 2
Hình 2.1: Khay sấy ........................................................................................................18
Hình 2.2: Kích thước khay sấy và buồng ......................................................................19
Hình 2.3: Kết cấu thân và đáy buồng sấy .....................................................................23
CHƢƠNG 3

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý chu trình quá lạnh - quá nhiệt ............................................27
Hình 3.2: Đồ thị lgp-h của chu trình quá lạnh - q nhiệt ...........................................27
Hình 3.3: Sơ đồ dịng lưu chất trao đổi nhiệt tại dàn nóng ..........................................30
Hình 3.4: Sơ đồ dòng lưu chất trao đổi nhiệt tại dàn lạnh ...........................................32
CHƢƠNG 4
Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống thống sấy thăng hoa .............................................37
Hình 4.2: Mơ hình máy sấy thăng hoa ..........................................................................39
Hình 4.3: Thơng số kỹ thuật buồng sấy .........................................................................40
Hình 4.4: Thơng số kỹ thuật khay chứa vật liệu sấy .....................................................41
Hình 4.5: Thơng số kỹ thuật máy nén ............................................................................41
Hình 4.6: Thơng số kỹ thuật thiết bị ngưng tụ ............................................................... 42
Hình 4.7: Thơng số kỹ thuật dàn lạnh ...........................................................................42
Hình 4.8: Thơng số kỹ thuật bơm chân khơng ............................................................... 43
Hình 4.9: Thơng số kỹ thuật điện trở sấy ......................................................................43
Hình 4.10: Thơng số kỹ thuật van tiết lưu .....................................................................44
Hình 4.11: Thơng số kỹ thuật bình tách lỏng ................................................................ 45
Hình 4.12: Thơng số kỹ thuật bình chứa cao áp ........................................................... 45
v


Hình 4.13: Thơng số kỹ thuật van điện từ .....................................................................46
Hình 4.14: Mạch động lực............................................................................................. 47
Hình 4.15: Mạch điều khiển .......................................................................................... 48
Hình 4. 16: Thể hiện sự bố trí các thiết bị điện bên ngồi tủ điện. ............................... 49
Hình 4.17: Quy trình sấy chuối .....................................................................................51
CHƢƠNG 5
Hình 5.1: Vật liệu trước quá trình thí nghiệm............................................................... 53
Hình 5.2: Thành phẩm sau q trình thí nghiệm mẻ sấy 15h .......................................53
Hình 5.3: Thành phẩm sau q trình thí nghiệm mẻ sấy 17h .......................................54
Hình 5.4: Thành phẩm sau q trình thí nghiệm mẻ sấy 19h .......................................54

Hình 5.5: Thành phẩm sau q trình thí nghiệm mẻ sấy 21h .......................................55
Hình 5.6: Thành phẩm sau q trình thí nghiệm mẻ sấy 23h .......................................55
Hình 5.7: Đồ thị thể hiện tương quan giữa thời gian sấy với độ ẩm cuối quá trình và
điện năng tiêu thụ ..........................................................................................................56
Hình 5.8: Đồ thị thể hiện tương quan giữa thời gian sấy, thời gian chạy điện trở, thời
gian chạy bơm và độ ẩm cuối quá trình sấy ..................................................................57
Hình 5.9: Đồ thị thể hiện tương quan giữa thời gian sấy, điện năng tiêu thụ trung bình
trên giờ và điện năng tiêu thụ trên 1kg vật liệu sấy ...................................................... 58
Hình 5.10: Đồ thị thể hiện tương quan giữa áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất
chân khơng theo thời gian trong mẻ 15 giờ...................................................................59
Hình 5.11: Đồ thị thể hiện tương quan giữa áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất
chân không theo thời gian trong mẻ 17 giờ...................................................................60
Hình 5.12: Đồ thị thể hiện tương quan giữa áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất
chân không theo thời gian trong mẻ 19 giờ...................................................................61
Hình 5.13: Đồ thị thể hiện tương quan giữa áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất
chân không theo thời gian trong mẻ 21 giờ...................................................................62
Hình 5.14: Đồ thị thể hiện tương quan giữa áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất
chân không theo thời gian trong mẻ 23 giờ...................................................................63
Hình 5.15: Đồ thị thể hiện tương quan giữa nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt
độ môi trường và nhiệt độ buồng theo thời gian trong mẻ 15 giờ ................................ 64
Hình 5.16: Đồ thị thể hiện tương quan giữa nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt
độ môi trường và nhiệt độ buồng theo thời gian trong mẻ 17 giờ ................................ 65
Hình 5.17: Đồ thị thể hiện tương quan giữa nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt
độ môi trường và nhiệt độ buồng theo thời gian trong mẻ 19 giờ ................................ 66
vi


Hình 5.18: Đồ thị thể hiện tương quan giữa nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt
độ môi trường và nhiệt độ buồng theo thời gian trong mẻ 21 giờ ................................ 67
Hình 5.19: Đồ thị thể hiện tương quan giữa nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt

độ môi trường và nhiệt độ buồng theo thời gian trong mẻ 23 giờ ................................ 68

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
CHƢƠNG 1
Bảng 1.1: Quan hệ giữa áp suất (Pth) với nhiệt độ (Tth) thăng hoa của nước đá ...........4
Bảng 1.2: Thống kê sản lượng của một số loại trái cây chính trên thế giới.[33] ...........7
CHƢƠNG 3
Bảng 3.1: Thơng số các điểm nút chu trình q lạnh - quá nhiệt .................................28
Bảng 3.2: Thông số các điểm nút chu trình quá lạnh - quá nhiệt tiêu chuẩn ...............29
Bảng 3.3: Thơng số các thiết bị phụ trong chu trình lạnh ............................................34
CHƢƠNG 4
Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật các thiết bị trong hệ thống ..............................................36
Bảng 4.2: Thông số đường ống .....................................................................................44
Bảng 4.3: Thời gian thực hiện các mẻ sấy ....................................................................50

viii


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về sấy thăng hoa
1.1.1. Các phƣơng pháp sấy
Sấy là quá trình tách ẩm (chủ yếu là nƣớc và hơi nƣớc) ra khỏi vật liệu nhằm
tránh hƣ hỏng trong quá trình bảo quản, tăng độ bền cho sản phẩm, giảm trọng lƣợng,
giảm chi phí chuyên chở và đồng thời nó cũng làm tăng giá trị cảm quan cho sản
phẩm. Có nhiều phƣơng pháp sấy, đƣợc phân loại dựa trên những cách khác nhau.
Dựa vào phƣơng thức cấp nhiệt cho vật liệu sấy, ngƣời ta phân ra các loại:
- Sấy đối lƣu: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ quá trình truyền nhiệt đối lƣu nhờ lƣu

chất mang nhiệt độ cao thổi qua, thông thƣờng là không khí nóng hoặc khói. Các kiểu
sấy đối lƣu nhƣ: sấy buồng, sấy hầm, sấy thùng quay,…
- Sấy tiếp xúc: Vật liệu sấy đƣợc trao đổi nhiệt với một bề mặt đƣợc đốt nóng. Bề
mặt tiếp xúc có thể là vật rắn hay vật lỏng. Các kiểu sấy tiếp xúc: sấy lô quay, sấy
dầu,…
- Sấy bức xạ: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ nguồn nhiệt bức xạ. Nguồn bức xạ
thƣờng dùng là đèn hồng ngoại, thanh điện trở…
- Sấy dùng điện cao tần: Sử dụng năng lƣợng điện có tầng số cao để làm nóng vật
sấy. Vật sấy đƣợc đặt trong từ trƣờng điện từ do vậy trong vật xuất hiện dịng điện và
dịng điện này nung nóng vật.
Dựa vào nhiệt độ sấy mà chúng ta có hai phƣơng pháp sấy chính: sấy ở nhiệt độ
cao và sấy ở nhiệt độ thấp.
- Sấy ở nhiệt độ cao: Tác nhân sấy đƣợc gia nhiệt lên nhiệt độ cao hơn nhiều so
với nhiệt độ môi trƣờng. Các phƣơng thức gia nhiệt nhƣ đã kể ở trên.
- Sấy ở nhiệt độ thấp: Quá trình sấy đƣợc diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn các phƣơng
pháp sấy thông thƣờng đã kể trên. Tác nhân sấy đƣợc làm lạnh để tách ẩm (sấy lạnh)
hoặc quá trình tách ẩm đƣợc diễn ra ở môi trƣờng chân không (sấy chân không, sấy
thăng hoa).

1


Trong đó, sấy thăng hoa là một trong những phƣơng pháp sấy tiên tiến nhất hiện
nay. Quá trình sấy đƣợc thực hiện ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp, thấp hơn điểm
o

ba thể của nƣớc (t = 0,0098 C; p = 4,58 mmHg), diễn ra trong một buồng sấy kín.
Đầu tiên sản phẩm đƣợc làm lạnh để đóng băng hoàn toàn lƣợng nƣớc chứa bên trong,
tiếp theo buồng sấy đƣợc hút chân không, trạng thái của nƣớc xuống dƣới điểm ba thể.
Sau đó, q trình cấp nhiệt ở chân khơng đƣợc tiến hành, q trình thăng hoa diễn ra,

ẩm trong vật dƣới dạng rắn sẽ hóa hơi và thốt ra, nhiệt độ vật lúc này khơng đổi. Sau
cùng là q trình bay hơi ẩm cịn lại, nhiệt độ vật tăng lên, ẩm trong vật ở trạng thái
lỏng, quá trình sấy lúc này giống nhƣ sấy chân khơng thơng thƣờng.
Ƣu điểm của phƣơng pháp sấy thăng hoa là nhờ sấy ở nhiệt độ thấp và diễn ra sự
thăng hoa nên giữ đƣợc các tính chất tƣơi sống của sản phẩm, giữ đƣợc chất lƣợng và
hƣơng vị, không bị mất các vitamin. Tuy nhiên phƣơng pháp này có nhƣợc điểm là giá
thành thiết bị cao, vận hành phức tạp, ngƣời vận hành cần có trình độ kỹ thuật cao, tiêu
hao điện năng lớn.
1.1.2. Lý thuyết sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng sự thăng hoa của nƣớc.
Quá trình thăng hoa là quá trình chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi. Ở điều kiện
bình thƣờng, ẩm trong thực phẩm ở dạng lỏng, nên để thăng hoa chúng cần đƣợc
chuyển sang thể rắn bằng phƣơng pháp lạnh đơng. Chính vì vậy nên cịn gọi là phƣơng
pháp sấy lạnh đơng (Freeze Drying hay Lyophillisation).
Quá trình sấy thăng hoa trải qua 3 giai đoạn chính : giai đoạn làm lạnh, giai đoạn
thăng hoa và giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại.
Nếu ẩm trong vật liệu sấy có trạng thái đóng băng đƣợc gia nhiệt đẳng áp đến
nhiệt độ nhất định thì nƣớc ở thể rắn sẽ thực hiện quá trình thăng hoa. Từ giản đồ cho
thấy áp suất càng thấp thì nhiệt độ thăng hoa của nƣớc càng giảm do đó khi cấp nhiệt
cho vật liệu sấy ở áp suất càng thấp thì độ chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nhiệt và vật
liệu sấy càng tăng.

2


Hình 1.1: Giản đồ trạng thái pha của nước
Giai đoạn làm lạnh (giai đoạn lạnh đông):
Trong giai đoạn này, vật liệu sấy đƣợc làm lạnh từ nhiệt độ môi trƣờng khoảng
(20 0C ÷ 30 0C) xuống nhiệt độ (-10 0C ÷ -15 0C), ở nhiệt độ này nƣớc trong thực
phẩm đóng băng hầu nhƣ hồn tồn. Mỗi thực phẩm khác nhau sẽ có nhiệt độ lạnh

đơng khác nhau, nhƣng phải đảm bảo cho sự đông kết của nƣớc bên trong nó phải đạt
gần 100%. Ở giai đoạn này, lƣợng ẩm thốt ra rất ít, chủ yếu là sự bay hơi và thăng
hoa nƣớc trên bề mặt thực phẩm. Sự thoát ẩm này là do chênh lệch áp suất riêng phần
của hơi nƣớc trong khơng khí khơng gian sấy và lớp khơng khí sát bề mặt thực phẩm.
Ngồi ra cịn sự chênh lệch nhiệt độ thực phẩm lạnh đông với nhiệt độ môi
trƣờng lạnh đông. Đây cũng là nguyên nhân làm bay hơi ẩm để có xu hƣớng đạt tới
trạng thái cân bằng nhiệt. Lƣợng ẩm thoát ra trong giai đoạn này khoảng (4% ÷ 10%).
Tuy nhiên trong giai đoạn này nếu có hút chân khơng thì chênh lệch áp suất riêng phần
hơi nƣớc ở thực phẩm và môi trƣờng sấy lớn. [8]
Có hai cách làm lạnh đơng vật liệu đƣợc tiến hành trong sấy thăng hoa :
- Cách thứ nhất sử dụng thiết bị làm lạnh để làm lạnh đông sản phẩm bên ngồi
buồng sấy thăng hoa, sau đó đƣa vào buồng để tiến hành hút chân không.

3


- Cách thứ hai là vật sấy đƣợc lạnh đông ngay trong buồng sấy thăng hoa. Tùy
theo kiểu truyền nhiệt mà q trình hút chân khơng có thể diễn ra ngay sau khi q
trình lạnh đơng kết thúc hoặc diễn ra song song với q trình cấp đơng (lúc này do môi
trƣờng chân không, nên cấp đông phải thực hiện theo kiểu trao đổi nhiệt tiếp xúc trực
tiếp).
Trong giai đoạn này sản phẩm cần đƣợc làm lạnh đông rất nhanh để hình thành
các tinh thể băng nhỏ ít gây hƣ hại đến cấu trúc tế bào của sản phẩm. Đối với sản
phẩm dạng lỏng, phƣơng pháp làm lạnh đông chậm đƣợc sử dụng để băng tạo thành
từng lớp, các lớp này tạo nên các kênh giúp cho hơi nƣớc dịch chuyển dễ dàng.
Bảng 1.1: Quan hệ giữa áp suất (Pth) với nhiệt độ (Tth) thăng hoa của nước đá
Tth, oC

0,0098

-1,7

Pth, mmHg

4,58

4,00 3,00 2,00

-5,1

-9,8

-17,5 -26,6 -39,3 -45,4 -57,6 -66,7
1,00

0,40

0,10

0,05

0,01

0,001

Hình 1.2: Quan hệ giữa áp suất với nhiệt độ thăng hoa của nước đá
Giai đoạn thăng hoa:
Giai đoạn này là giai đoạn tách ẩm chính của phƣơng pháp sấy thăng hoa. Khi
nhiệt độ sản phẩm đạt nhiệt độ cấp đông, ngừng quá trình cấp đơng, lúc này bơm chân
khơng bắt đầu hoạt động làm áp suất buồng sấy hạ xuống rất nhanh tạo mơi trƣờng

chân khơng, có áp suất ít thay đổi (0,1 mmHg ÷ 1 mmHg). Do sự chênh lệch áp suất
riêng phần hơi nƣớc ở thực phẩm và áp suất hơi nƣớc trong môi trƣờng sấy quá lớn.
4


Đồng thời dòng nhiệt bức xạ từ các tấm kim loại phát ra để đốt nóng là cho sự chênh
lệch nhiệt độ giữa môi trƣờng và thực phẩm khá lớn. Do đó nƣớc trong thực phẩm
đơng lạnh bắt đầu thăng hoa mãnh liệt. Hơi nƣớc tiếp tục đƣợc tách ra khỏi sản phẩm
bằng cách giữ cho áp suất trong buồng sấy thăng hoa thấp hơn áp suất hơi nƣớc trên bề
mặt của băng, đồng thời tách hơi nƣớc bằng máy bơm chân khơng và ngƣng tụ nó
bằng các ống xoắn ruột gà lạnh, các bản dẹt lạnh hoặc bằng hoá chất. Khi quá trình sấy
tiếp diễn, bề mặt thăng hoa di chuyển vào bên trong sản phẩm đông lạnh, làm sản
phẩm đƣợc sấy khô. Nhiệt lƣợng cần thiết để dịch chuyển bề mặt thăng hoa (ẩn nhiệt
thăng hoa) đƣợc truyền đến sản phẩm do truyền nhiệt bức xạ hoặc tiếp xúc trực tiếp
qua khay. Hơi nƣớc di chuyển ra khỏi sản phẩm qua các kênh và đến bình ngƣng, sau
đó thành băng bám trên bề mặt ống. Độ ẩm giảm nhanh và gần nhƣ tuyến tính, có thể
xem là giai đoạn có tốc độ sấy khơng đổi. Ở thời gian cuối của giai đoạn nhiệt độ sản
phẩm sấy tăng dần từ (-30 0C ÷ -25 0C) đến 0 0C (chính xác 0,00098 0C), tại đây kết
thúc giai đoạn thăng hoa.
Trong giai đoạn thăng hoa, nhiệt độ môi trƣờng ở lối ra buồng thăng hoa hầu nhƣ
không đổi, dẫn đến nhiệt độ ở thiết bị ngƣng tụ - đóng băng hầu nhƣ củng khơng đổi
trong suốt q trình thăng hoa. Nhiệt độ tấm gia nhiệt và nhiệt độ môi trƣờng giữa các
tấm gia nhiệt hầu nhƣ không đổi trong suốt quá trình thăng hoa và sấy nhiệt. Trong lúc
đó, nhiệt độ tấm gia nhiệt phải duy trì trong khoảng tử (38 0C ÷ 40C) để nhiệt độ giữa
các các tấm bức xạ gia nhiệt hay nhiệt độ môi trƣờng sấy dao động trong khoảng
(300C ÷ 40 0C) là thích hợp. [8]

5