Thực Hành Thiết Kế Máy Thực Phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM
--------

Môn: Thực Hành Thiết Kế Máy Thực Phẩm
Đề Tài:
Thiết Kế Thiết Bị Sấy Chân Không

GVHD: Nguyễn Ngọc Thuần
Nhóm TH: Nhóm 3
Lớp: DHTP12A (sáng thứ 5)
STT

Họ và tên

MSSV

1

Ngô Thị Hà Lan

16021381

2

Nguyễn Thị Kim Dung

16037381

3

Trần Thị Thu Ngân

16020011

Tp.HCM, tháng 11 năm 2018


Mục lục
I.

Tổng quan về thiết bị sấy...........................................................................................4
1.

Khái niệm.............................................................................................................4

2.

Phân loại...............................................................................................................4

II.

2.1.

Phương pháp sấy nóng...................................................................................4

2.2.

Phương pháp sấy lạnh....................................................................................7

Tổng quan về thiết bị sấy chân không........................................................................9

1.

Khái niệm.............................................................................................................9

2.

Phân loại.............................................................................................................10
2.1.

Thiết bị sấy chân không kiểu gián đoạn.......................................................10

2.2.

Thiết bị sấy chân không liên tục...................................................................11

3.

Nguyên lý làm việc.............................................................................................14

4.

Đặc trưng của quá trình sấy................................................................................18

5.

Các yếu tố ảnh hưởng, các thông số sấy.............................................................18

6.

Ứng dụng............................................................................................................19

7.

Ưu và nhược điểm của tiết bị..............................................................................20

III.

Cấu tạo chi tiết từng bộ phận của máy...................................................................22

1.

Buồng sấy...........................................................................................................22

2.

Bộ phận ngưng tụ ẩm..........................................................................................22

3.

Bơm chân không.................................................................................................22

IV.

Bản vẽ chi tiết........................................................................................................24


LỜI MỞ ĐẦU
Để bảo quản tốt các sản phẩm trong thời gian dài, nhân loại đã ứng dụng rất nhiều
phương pháp. Trong số những phương pháp được ứng dụng, con người đã biết ứng dụng
những điều cơ bản về kỹ thuật sấy là đem phơi nắng sản phẩm, đó là kỹ thuật sấy ứng

dụng tia bức xạ của ánh nắng mặt trời. Qua nhiều giai đoạn phát triển, các loại thiết bị sấy
hoàn toàn tự động được các nhà nghiên cứu chế tạo ra, đó là một bước ngoặt lớn trong
công nghiệp và đời sống. Các thiết bị sấy hiện đại đã giúp đáp ứng các nhu cầu: thời gian
sấy, sản phẩm sấy xong được bảo quản lâu dài, có thể giữ nguyên được màu sắc mùi vị
của sản phẩm trước cũng như sau khi sấy.
Các nhà khoa học đã đưa ra rất nhiều phương pháp sấy: sấy bức xạ, tiếp xúc, đối lưu,…
Gọi chung là kỹ thuật sấy, để đáp ứng nhu cầu của con người. Cũng từ nhu cầu đó, thiết
bị sấy chân không ra đời đã đáp ứng tốt về nhu cầu bảo quản là nâng cao thời gian bảo
quản, sản phẩm sau khi sấy được giữ nguyên về màu sắc mùi vị, thời gian sấy nhanh. Sự
thành công của thiết bị này đã đem lại rất nhiều lợi ích cho nền công nghiệp nói chung và
ngành công nghệ thực phẩm nói riêng. Chính vì vậy, nhóm đã tìm hiểu và cải tiến thiết bị
sấy chân không, để tiện cho việc việc sử dụng chúng sau này.


I.

Tổng quan về thiết bị sấy

1. Khái niệm
Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu rắn hay lỏng. Với
mục đích làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền vật liệu, bảo quản tốt trong thời gian
dài, nhất đối với lương thực thực phẩm.
Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha của
pha lỏng trong vật liệu thành hơi. Hầu hết các vật liệu trong quá trình sản xuất đều chứa
pha lỏng là nước và thường được gọi là ẩm. Vậy trong thực tế có thể xem sấy là quá trình
tách ẩm bằng phương pháp nhiệt.
2. Phân loại
Dựa vào tác nhân sấy hay cách tạo ra động lực quá trình dịch chuyển ẩm mà chúng ta có
hai phương pháp sấy: phương pháp sấy nóng và phương pháp sấy lạnh.
2.1.

Phương pháp sấy nóng

Trong phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy và vật liệu sấy được đốt nóng. Do tác nhân
sấy được đốt nóng nên độ ẩm tương đối φ giảm dẫn đến phân áp suất hơi nước pam trong
tác nhân sấy giảm. Mặt khác do nhiệt độ của vật liệu sấy tăng lên nên mật độ hơi trong
các mao quản tăng và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật cũng tăng theo công thức:


Như vậy, trong hệ thống sấy nóng có hai cách để tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước
giữa vật liệu sấy và môi trường. Cách thứ nhất là giảm phân áp suất của tác nhân sấy
bằng cách đốt nóng nó và cách thứ hai là tăng phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy.
Như vậy, nhờ đốt nóng cả tác nhân sấy và vật liệu sấy hay chỉ đốt nóng vật liệu sấy mà
hiệu phân áp giữa hơi nước trên bề mặt vật (pab) và phân áp của hơi nước tác nhân sấy
(pam) tăng dần đến làm tăng quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề
mặt và đi vào môi trường.
Dựa vào phương thức cấp nhiệt cho vật liệu sấy người ta phân ra phương pháp sấy nóng
ra các loại như sau:
2.1.1. Hệ thống sấy bức xạ
Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy bức xạ, gia nhiệt cho vật ẩm bằng trao đổi nhiệt
bức xạ. Người ta thường dùng đèn hồng ngoại hay các bề mặt rắn có nhiệt độ cao hơn để
bức xạ nhiệt tới vật ẩm, trường hợp này môi chất sấy không làm nhiệm vụ gia nhiệt cho
vật ẩm.
2.1.2. Hệ thống sấy đối lưu
Trong hệ thống sấy đối lưu, vật liệu sấy nhận nhiệt bằng đối lưu từ một dịch thể nóng mà
thông thường là không khí nóng hoặc khói lò. Các tác nhân sấy được đốt nóng rồi vận
chuyển đến trao đổi nhiệt với vật sấy. Hệ thống sấy đối lưu như vậy có nhiều phương
pháp để thực hiện: sấy buồng, sấy hầm, sấy khí động, sấy thùng quay,....
2.1.3. Hệ thống sấy tiếp xúc
Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy tiếp xúc, cấp nhiệt cho vật liệu bằng dẫn nhiệt do

vật sấy tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao hơn. Thiết bị này thường gồm 2 kiểu: thiết bị
sấy tiếp xúc với bề mặt nóng kiểu tang quay hay lô quay và thiết bị sấy tiếp xúc trong
chất lỏng.
Nguyên lý: vật liệu sấy nhận nhiệt trực tiếp bằng dẫn nhiệt từ bề mặt nóng và có đảo trộn
vật sấy hoặc không. Năng lượng cấp cho bề mặt nóng từ ngọn lửa, điện, hơi nước nóng,
nước nóng,..


2.1.4. Hệ thống sấy dùng điện trường cao tần
Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy bằng điện trường cao tần. Dùng điện áp có tần số
cao, hay còn gọi là vi sóng đặt vào 2 bản tụ điện, vật liệu sấy ở giữa sẽ được gia nhiệt,
làm ẩm trong đó bay hơi và thoát ra ngoài.
2.1.5. Thiết bị sấy phun
 Phương pháp sấy phun: là một công nghệ phổ biến dùng trong kỹ thuật chiết tách
chất lỏng và trong công nghiệp sấy. Công nghệ sấy này rất thích hợp cho sản xuất
ra bột, hạt nhỏ mịn từ nguyên liệu dạng dung dịch, nhũ dịch, nhuyễn dịch có thể
bơm được. Bột sấy phun được ứng dụng trong các sản phẩm của ngành dược
phẩm, thực phẩm, hóa mỹ phẩm như: trà, cà phê hòa tan, tinh bột trái cây, sữa bột,
xà phòng bột...
 Nguyên lý hoạt động: các nguyên liệu sấy dạng dung dịch hay huyền phù sẽ được
cô đặc lại (chỉ còn khoảng 40 – 60% độ ẩm) được phun thành những tia, hoặc giọt
mịn vào dòng không khí nóng (khoảng 150 – 300 độ C) chuyển động cùng chuyền
hoặc ngược chiều trong một buồng sấy lớn. Kết quả của quá trình sấy này là hơi
nước được thoát đi nhanh chóng, các hạt sản phẩm thu được sẽ được tách ra ngoài
nhờ một bộ phận thu hồi riêng biệt.
 Ưu điểm
 Thời gian sấy nhanh
 Sản phẩm có thể được điều chỉnh tỷ trọng theo yêu cầu
 Thành phẩm chất lượng cao, có độ hòa tan gần 100%, độ ẩm thấp (3 – 4%)
 Hoạt động liên tục, tự động hóa hoàn toàn

 Chi phí nhân công thấp
 Vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng
 Thiết kế đa dạng, phù hợp với nhiều loại sản phẩm
 Sản phẩm không tiếp xúc với bề mặt của thiết bị
 Nhược điểm
 Chi phí đầu tư cao
 Yêu cầu độ ẩm ban đầu cao, để có thể tạo giọt lỏng
 Tốn năng lượng
 Các chất dễ bay hơi sẽ bị thất thoát trong quá trình sấy khô.


* Ưu điểm của phương pháp sấy ở nhiệt độ cao
+ Thời gian sấy bằng các phương pháp sấy nóng ngắn hơn so với phương pháp sấy lạnh.
+ Năng suất cao và chi phí ban đầu thấp.
+ Nguồn năng lượng sử dụng cho phương pháp sấy nóng có thể là khói thải, hơi nước
nóng, hay các nguồn nhiệt từ dầu mỏ, than đá, rác thải,... cho đến điện năng.
+ Thời gian làm việc của hệ thống cũng rất cao.
* Nhược điểm của hệ thống sấy ở nhiệt độ cao
+ Các vật sấy không cần có các yêu cầu đặc biệt về nhiệt độ.
+ Sản phẩm sấy thường hay bị biến màu và chất lượng không cao.
2.2.

Phương pháp sấy lạnh

Khác với phương pháp sấy nóng, để tạo ra sự chênh lệch áp suất hơi nước giữa vật liệu
sấy và tác nhân sấy, người ta giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy bằng cách
giảm dung ẩm trong tác nhân sấy và độ ẩm tương đối (φ).
Theo công thức:

pa=

Trong đó:
Pa: là phân áp suất hơi nước (kN/m2)
B: là áp suất khí trời (kN/m2)
d: dung ẩm trong không khí
Phân áp suất của môi trường không khí bên ngoài giảm xuống, độ chênh áp suất của ẩm
trong vật sấy vào môi trường xung quanh tăng lên. Ẩm chuyển dịch từ trong vật ra bề mặt
sẽ chuyển vào môi trường. Nhiệt độ môi trường của sấy lạnh thường thấp (có thể thấp
hơn nhiệt độ của môi trường bên ngoài, có khi nhỏ hơn 0oC).


2.2.1. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 0
Với những hệ thống sấy mà nhiệt độ vật liệu sấy cũng như nhiệt độ tác nhân sấy xấp xỉ
nhiệt độ môi trường, tác nhân sấy thường là không khí được khử ẩm bằng phương pháp
làm lạnh hoặc bằng các máy khử ẩm hấp phụ, sau đó nó được đốt nóng hoặc làm lạnh đến
các nhiệt độ yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu sấy. Khi đó do phân áp suất hơi nước trong
tác nhân sấy bé hơn phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy mà ẩm từ dạng lỏng
bay hơi đi vào tác nhân sấy. Như vậy, quy luật dịch chuyển ẩm trong lòng vật và từ bề
mặt vật vào môi trường trong các hệ thống sấy lạnh loại này hoàn toàn giống như trong
các hệ thống sấy nóng. Điều khác nhau ở đây là cách giảm pam bằng cách đốt nóng tác
nhân sấy (d = const) để tăng áp suất bão hoà dẫn đến giảm độ ẩm tương đối φ. Trong khi
đó, với các hệ thống sấy lạnh có nhiệt độ tác nhân sấy bằng nhiệt độ môi trường thì ta sẽ
tìm cách giảm phân áp suất hơi nước của tác nhân sấy pam bằng cách giảm lượng chứa
ẩm d kết hợp với quá trình làm lạnh (sau khử ẩm bằng hấp phụ) hoặc đốt nóng (sau khử
ẩm bằng lạnh).
2.2.2. Hệ thống sấy thăng hoa
Phương pháp sấy thăng hoa được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp. Chế độ
làm việc thấp hơn điểm ba thể của nước (t = 0,0098oC, p = 4,58mmHg). Quá trình sấy
được thực hiện trong một buồng sấy kín. Giai đoạn đầu là giai đoạn làm lạnh sản phẩm,
trong giai đoạn này do hút chân không làm áp suất trong buồng sấy giảm, ẩm thoát ra

chiếm khoảng 10÷15%. Việc bay hơi ẩm làm cho nhiệt độ vật liệu sấy giảm xuống dưới
điểm ba thể, có thể làm lạnh vật liệu trong buồng làm lạnh riêng. Giai đoạn tiếp theo là
giai đoạn thăng hoa, lúc này, nhiệt độ trong buồng sấy đã ở chế độ thăng hoa. Ẩm trong
vật dưới dạng rắn sẽ thăng hoa thành hơi và thoát ra khỏi vật. Hơi ẩm này sẽ đến bình
ngưng và ngưng lại thành lỏng sau đó thành băng bám trên bề mặt ống. Trong giai đoạn
này nhiệt độ vật không đổi. Giai đoạn sau cùng là giai đoạn bay hơi ẩm còn lại. Trong
giai đoạn này nhiệt độ của vật tăng lên, ẩm trong vật là ẩm liên kết và ở trạng thái lỏng.
Quá trình sấy ở giai đoạn này giống như quá trình sấy ở các thiết bị sấy chân không thông
thường. Nhiệt độ môi chất trong lúc này cũng cao hơn giai đoạn thăng hoa.


Ưu điểm của phương pháp sấy thăng hoa là nhờ sấy ở nhiệt độ thấp nên giữ được các tính
chất tươi sống của sản phẩm, nếu dùng để 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 ẩm
thấp. Tuy nhiên phương pháp này 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., số lượng sản
phẩm cần sấy bị giới hạn , không thể tăng năng suất vì kích thước buồng sấy quá lớn, các
thiết bị cho buồng chân không cũng cần được kín. Dầu bôi trơn cho các máy móc hoạt
động cũng là loại đặc biệt, đắt tiền và khó kiếm để thay thế, bổ sung.
2.2.3. Hệ thống sấy chân không thông thường
Hệ thống sấy chân không gồm có buồng sấy, thiết bị ngưng tụ và bơm chân không. Vật
sấy được cho vào trong một buồng kín, sau đó buồng này được hút chân không (ở áp suất
lớn hơn 4,56 mmHg). Lượng ẩm trong vật được tách ra khỏi vật và được hút ra ngoài.
Nhiệt độ trong buồng sấy dao động xung quanh nhiệt độ ngoài trời. Phương pháp này
phức tạp bởi khả năng giữ buồng chân không, thể tích luôn giới hạn đến mức độ nào đó.
Chính vì vậy phương pháp này không được sử dụng phổ biến như các phương pháp khác
mà chỉ được sử dụng để sấy các vật liệu, dược liệu quý hiếm, với số lượng nhỏ.
Do buồng sấy có chân không nên không thể dùng cấp nhiệt bằng đối lưu, việc cấp nhiệt
cho vật ẩm bằng bức xạ hay dẫn nhiệt.

II.

Tổng quan về thiết bị sấy chân không

1.

Khái niệm

Sấy chân không là quá trình sấy dưới áp suất chân không, lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu
được bơm chân không hút ra khỏi buồng sấy.
2.

Phân loại

2.1.
 Tủ sấy

Thiết bị sấy chân không kiểu gián đoạn


Tủ sấy chân không là một thiết bị sấy đơn giản nhất, có dạng hình trụ hoặc hình hộp chữ
nhật, được cấp nhiệt bằng hơi nước, nước nóng hoặc sợi đốt điện trở. Vật liệu được xếp
vào khay và cho vào tủ sấy đặt trực tiếp lên nguồn nhiệt hoặc được cấp nhiệt bằng bức
xạ. Trong thời gian làm việc tủ được đóng kín và được nối với hệ thống tạo chân không
(thiết bị ngưng tụ và bơm chân không). Việc cho liệu vào và lấy liệu ra được thực hiện
bằng tay. Tủ sấy chân không có năng suất nhỏ và hiệu quả thấp nên nó được sử dụng chủ
yếu trong phòng thí nghiệm
 Thùng sấy có cánh đảo

Hình 1: Thùng sấy chân không cánh đảo

1-Thùng sấy
2-Áo nhiệt
3-Cánh đảo
4-Cửa tiếp liệu
5- Ống đảo phụ
6- Cửa tháo sản phẩm
7- Ống nối với thiết bi ngưng tụ
Để tăng khả năng truyền nhiệt chuyển khối, sản phẩm trong thùng sấy được đảo trộn nhờ
trục gắn cánh đảo 3.


Thùng sấy hình trụ dài có hai lớp để chứa và tải chất tải nhiệt (hơi nước hoặc nước nóng).
Trục và cánh đảo có thể đổi chiều quay theo định kỳ (58 phút) để tăng sự đảo trộn đều
đặn và chống bết dính theo chiều quay. Ngoài các cánh đảo còn có các ống đảo phụ 5 để
phá vỡ sự vón cục và đảo đều theo chiều dọc thùng sấy. Năng suất thùng sấy phụ thuộc
vào tính chất, độ ẩm ban đầu của vật liệu, nhiệt độ của chất tải nhiệt và độ chân không. Ở
các thùng sấy này, tiếp liệu và tháo sản phẩm phần lớn đã được cơ giới hóa. Hơi thứ bốc
từ sản phẩm được dẫn qua bộ lọc tới thiết bị ngưng tụ. Đối với hơi nước thường dùng
thiết bị ngưng tụ dạng phun tia, còn với nhũng loại hơi cần thu hồi thì dùng thiết bị ngưng
tụ bề mặt. Để hút khí không ngưng người ta thường dùng bơm chân không vòng nước.
Nguyên liệu cho vào thùng sấy tốt nhất khoảng 80% thể tích thùng.
2.2.

Thiết bị sấy chân không liên tục

Quá trình sấy chân không liên tục có thể được thực hiện theo các nguyên lý:
 Thùng quay, băng tải, tháp cho các vật liệu dạng hạt.
- Với những vật liệu dạng hạt thường sấy trong các tháp sấy chân không
- Đối với vật liệu rời, có thể sấy liên tục bằng thiết bị sấy chân không băng tải.

Hình 2: Sơ đồ thiết bị sấy chân không băng tải
1. Phểu tiếp liệu

7. Băng tải

2. Tang cấp liệu

8. Con lăn


3. Bộ dẫn động băng tải

9. Con lăn đỡ

4. Cửa quan sát

10. Cửa rút chân không

5. Dàn cấp nhiệt.

11. Vít tháo sản phẩm

6. Ống dẫn hơi cấp nhiệt.

12. Thùng tháo sản phẩm

 Lô cuốn cho các vật liệu dạng dịch nhão.
- Với loại vật liệu lỏng có độ dính ướt cao, có thể sử dụng thiết bị sấy chân không lô
cuốn. Lô cuốn quay quanh trục nằm ngang được đốt nóng từ bên trong bằng hơi nước.
Lô quay được một vòng thì vật liệu cũng được sấy khô và được tay gạt gạt khỏi lô cán

và tải vào vít tải hay tang tháo liệu liên tục mà vẫn đảm bảo độ chân không.
- Với nhưng vật liệu dạng bột nhão người ta sử dụng thiết bị sấy chân không hai lô
cán. Bột nhão được cấp vào khe của hai lô cán ngược quay chiều nhau, bị cuốn và cán
mỏng lên bề mặt hai lô cán, bên trong gia nhiệt bằng hơi nước. Vật liệu trên lô quay
gần được một vòng thì khô và được dao gạt vào vít tải và tải ra ngoài.

3.
4.

Hình 3: Thiết bị sấy chân không một lô cán
1. Ống dẫn liệu vào

4.Cửa quan sát

2. Lô sấy

5. Dao gạt

3. Buồng chân không

6. Vít tháo và sấy bổ sung sản phẩm.

 Sấy phun chân không đối với các vật liệu lỏng có độ nhớt không cao


Hình 4: Sơ đồ hệ thống sấy phun chân không
1. Thùng chứa

6. Thiết bị gia nhiệt

2. Bơm

7. Buồng sấy phun

3. Bộ lọc

8. Vít tháo sản phẩm

4. Thùng trung gian

9. Bơm chân không

5. Bơm
Trong hệ thống sấy phun chân không này, dịch lỏng được gia nhiệt sơ bộ ở thùng chứa
được bơm bơm qua bộ lọc 2, sang thùng trung gian 4, sau đó được bơm cao áp 5 đẩy qua
thiết bị trao đổi nhiệt 6 và phun vào buồng chân không 7. Ở đấy ẩm được bốc hơi trong
điều kiện chân không, sản phẩm được làm khô hoặc kết tinh rơi xuống và được vít tải 8
tải ra ngoài. Những hạt vật liệu khô nhỏ bị cuốn theo hơi ẩm được tách bằng xyclon 10,
còn hơi ẩm được hút qua thiết bị ngưng tụ và bơm chân không ra ngoài.
Một số dịch lỏng có độ nhớt không cao được sấy liên tục dưới dạng màng mỏng trong
chân không.


Hình 5: Sơ đồ thiết bị sấy chân không màng phun
1. Vòi phun

3. Bộ dẫn động và cấp dịch

2. Dao gạt
Trong thiết bị này, dịch được vòi phun phun lên bề mặt thiết bị hình trụ tạo thành màng

mỏng và được cấp nhiệt bằng áo nhiệt từ phía bên ngoài vào. Vòi phun quay quanh trục
tạo màng liên tục. Màng được sấy khô và được dao gạt 2 gạt khỏi bề mặt dồn xuống đáy
và tháo ra ngoài qua các cơ cấu tháo liệu liên tục và kín. Bề mặt thiết bị vừa giải phóng
được phun tiếp màng mới và tiếp tục chu trình trên. Thời gian sấy có thể hiệu chỉnh bằng
số vòng quay và góc lệch giữa vòi phun và dao gạt
3. Nguyên lý làm việc
Nguyên lý hoạt động cả hệ thống sấy ứng dụng công nghệ chân không chính là sử dụng
nguyên lý phụ thuộc vào áp suất điểm sôi của nước. Nếu làm giảm (hạ thấp) áp suất trong
một thiết bị chân không xuống đến áp suất mà ở đấy nước trong vật bắt đầu sôi và bốc
hơi sẽ tạo nên một dòng chênh lệch áp suất đáng kể dọc theo bề mặt vật, làm hình thành
nên một dòng ẩm chuyển động trong vật liệu theo hướng từ trong ra bề mặt vật. Điều này
có nghĩa là ở một áp suất nhất định nước sẽ có một điểm sôi nhất định, do vậy khi hút
chân không sẽ làm cho áp suất trong vật giảm đi và đến mức nhiệt độ vật (cũng là nhiệt
độ của nước trong vật) đạt đến nhiệt độ sôi của nước ở áp suất đấy, nước trong vật sẽ hóa


hơi và làm tăng áp suất trong vật và tạo nên một chênh lệch áp suất hơi p = (pbh- ph)
giữa áp suất bão hòa hơi nước trên bề mặt vật và phân áp suất hơi nước trong môi trường
đặt vật sấy, đây chính là nguồn động lực chính tạo điều kiện thúc đẩy quá trình di chuyển
ẩm từ bên trong vật ra ngoài bề mặt bay hơi của quá trình sấy chân không.

Hình 1: Cấu tạo chính máy sấy chân không
Sau khi cho nguyên liệu cần sấy vào buồng sấy, bật máy, quá trình sấy bắt đầu. Áp suất
trong buồng sấy sẽ giảm dần do hệ thống bơm hút tạo ra, khi áp suất giảm gần tới ngưỡng
yêu cầu, hệ thống nhiệt bắt đầu cấp nhiệt cho buồng sấy. Tại thời điểm này, áp suất trong
buồng sấy thấp nên chỉ cần cấp nhiệt trong phạm vi 30-50ºC là nước đã sôi, do vậy nước
trong sản phẩm sẽ nhanh chóng hóa hơi khuếch tán ra ngoài. Khi nước thoát ra ngoài sản
phẩm sấy, áp suất trong buồng sấy tăng lên, lúc này hệ thống điều khiển cấp tín hiệu cho
bơm hút chân không làm việc.
Không khí trong buồng sấy mang nhiều hơi nước được hút ra ngoài và cần đưa vào

buồng ngưng tụ hơi nước để ngưng tụ hoàn toàn hơi nước trước khi không khí đi vào
máy hút chân không. Quá trình hút diễn ra liên tục, khi hơi nước trong sản phẩm thoát ra


ngoài sẽ bị hút khỏi buồng sấy ngay nên sản phẩm rất nhanh khô và đảm bảo màu sắc đẹp
bởi nhiệt độ sấy thấp.
Đó chính là nguyên lý sấy chân không của các máy sấy nói chung và của công nghệ sấy
chân không thực phẩm nói riêng. Các máy sấy ứng dụng chân không thường được dùng
trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như công nghiệp thực phẩm, chế tạo dược liệu,
sản xuât gỗ quý và nhiều ngành công nghiệp khác.
 Chế độ sấy: tùy thuộc vào đặc tính, tính chất của từng loại vật liệu sấy sẽ ảnh
hưởng đến tốc độ sấy mà ta cần quan tâm xem xét để chọn các thông số áp suất,
nhiệt độ thích hợp cho từng loại vật liệu sấy.
Bảng 1: Mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ hóa hơi của nước
mmH
g
o
C

76
0
10
0

149,
4
60

92,5
1

50

55,3
2
40

31,8
2
30

17,5
4
20

9,2
1
10

6,5
4
5

Hình 2: Quan hệ giữa nhiệt độ điểm sôi của nước và áp suất

6,1
0
4

5,6
9

3

5,2
9
2

4,9
3
1

4,5
8
0


Hình 3: Sơ đồ trạng thái của nước
Dựa vào biểu đồ trạng thái của nước ở biểu đồ hình 3, cho thấy: Trên biểu đồ, đường
cong OA là đường cân bằng lỏng - hơi, OB là đường cân bằng lỏng- rắn, và OC là đường
cân bằng rắn- khí. Từ điểm ba thể của nước (p = 4,56 mmHg, t = 0,098 oC) cho thấy: Nếu
sấy ở điều kiện áp suất trong buồng sấy lớn hơn 4,56 mmHg thì xảy ra quá trình sấy chân
không, do đó chỉ cần sấy ở nhiệt độ sấy thấp, có thể thấp hơn cả nhiệt độ môi trường
cũng đủ xảy ra quá trình chuyển lỏng sang trạng thái hơi.
 Phương pháp cấp nhiệt: trong buồng sấy chân không, đối tượng sấy thường được
gia nhiệt bằng phương pháp tiếp xúc hoặc bức xạ. Với phương pháp cấp nhiệt
bằng tiếp xúc, đối tượng sấy được đặt trực tiếp lên nguồn nhiệt hoặc tiếp xúc với
nguồn nhiệt qua những tấm vật liệu dẫn nhiệt tốt. Nguồn năng lượng nhiệt có thể
là điện năng hoặc hơi nước nóng. Để nâng cao hiệu quả truyền nhiệt cần tạo điều
kiện tiếp xúc tốt giữa đối tượng sấy và bề mặt dẫn nhiệt. Cấp nhiệt bằng bức xạ là
phương thức cấp nhiệt cho đối tượng sấy có hiệu quả cao, đang được sử dụng rộng
rãi. Bởi bức xạ không chỉ tạo được một dòng cấp nhiệt lớn trên bề mặt vật (khoảng

20 100 lần so với dòng nhiệt cấp do đối lưu), mà còn xuyên sâu vào lòng đối
tượng một lớp nhất định (phụ thuộc vào đặc tính quang học của nguồn và đối
tượng).


4. Đặc trưng của quá trình sấy
Quá trình sấy diễn ra rất phức tạp, đặc trưng cho tính không thuận nghịch và không ổn
định. Nó diễn ra đồng thời 4 quá trình:
Truyền nhiệt cho vật liệu
Dẫn ẩm trong dòng vật liệu
Chuyển pha
Tách ẩm vào môi trường xung quanh
5. Các yếu tố ảnh hưởng, các thông số sấy
 Các yếu tố ảnh hưởng
Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí
Trong cùng điều kiện về độ ẩm không khí, tốc độ gió,...nếu nâng cao nhiệt độ làm khô thì
tốc độ làm khô càng nhanh. Nhưng tăng nhiệt độ cũng chỉ trong giới hạn cho phép vì
nhiệt độ làm khô cao quá sẽ dễ tạo nên màng cứng ở bề mặt nguyên liệu làm cản trở sự
thoát hơi nước từ nguyên liệu ra ngoài. Nhiệt độ làm khô thấp quá cũng không tốt, vì như
thế tốc độ làm khô chậm, làm giảm năng suất của thiết bị. Nhiệt độ làm khô thích hợp
được xác định dựa vào bản chất của từng nguyên liệu.
Sự ảnh hưởng bởi tốc độ chuyển động của không khí
Đây là nhân tố có ảnh hưởng lớn đến quá trình làm khô. Tốc độ gió quá lớn hoặc quá nhỏ
đều ảnh hưởng không tốt đến quá trình làm khô. Bởi vì tốc độ chuyển động của không
khí quá lớn sẽ khó giữ được nhiệt lượng trên nguyên liệu sấy, còn tốc độ chuyển động
của không khí quá nhỏ sẽ làm chậm lại quá trình làm khô, dẫn đến hư hỏng sản phẩm như
lên mốc, thối rửa.
Sự ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí
Khả năng làm khô của không khí phụ thuộc nhiều vào độ ẩm của nó. Độ ẩm của không
khí càng thấp thì khả năng hút ẩm càng cao và khả năng làm khô càng lớn.

Trong quá trình sấy, độ ẩm của không khí sẽ tăng lên do tiếp xúc và lấy đi ẩm của nguyên
liệu. Các nhà khoa học cho rằng: Độ ẩm tương đối của không khí lớn hơn 65% thì tốc độ
làm khô chậm lại rõ rệt, còn độ ẩm tương đối là 80% thì không những quá trình làm khô
ngừng lại mà còn xảy ra quá trình ngược lại tức là nguyên liệu sẽ hút ẩm của không khí.
 Các thông số sấy
+

Nhiệt độ sấy: đây là thông số quan trọng trong quá trình sấy, nhiệt độ buồng sấy

quyết định khả năng hóa hơi của nước, quyết định màu sắc của sản phẩm, quyết định chất
lượng của sản phẩm sau sấy.
+

Áp suất trong buồng sấy: trong quá trình sấy lượng hơi nước và không khí trong

buồng sấy liên tục được hút ra ngoài nhờ hệ thống bơm hút chân không. Áp suất sấy
trong quá trình sấy có giá trị nằm khoảng 0 – 1 bar, giá trị 0 là áp suất chân không tuyệt
đối, giá trị 1 là áp suất khí quyển tức là áp suất bình thường khi không hút. Áp suất trong
buồng sấy càng thấp, càng gần giá trị 0 càng tốt vì khi đó nhiệt độ hóa hơi của nước càng
giảm.
+

Độ ẩm của sản phẩm: đây là giá trị đo độ ẩm trong buồng sấy trong quá trình sấy

khô sản phẩm. Thông số này cho biết sản phẩm sấy đã đạt đã đạt độ khô đến mức nào.
+

Thời gian sấy: đây là thông số cần cài đặt rong quá trình sấy để mẻ sấy kết thúc

theo đúng yêu cầu mong muốn.
Ngoài ra còn một số thông số khác, có thể phải điều chỉnh nhưng đó thuộc về phần mặc
định của máy đã được cài đặt sẵn.
6. Ứng dụng
Sấy khô bằng công nghệ chân không thường được dùng cho những vật liệu có đặc trưng
như nhiều tinh dầu, có mùi hương, các loại dược phẩm và các loại nông sản, dược phẩm
yêu cầu phải sấy ở nhiệt độ thấp để không làm biến đổi các tính chất đặc biệt của nguyên
liệu trước khi sấy.


Bảng: Ứng dụng của máy sấy chân không vào các sản phẩm.

7. Ưu và nhược điểm của thiết bị
 Ưu điểm:
•

Hầu như không làm biến đổi tính chất vật sấy: ưu điểm lớn nhất của sấy chân

không khiến nó là lựa chọn duy nhất của nhiều ngành công nghiệp là hầu như không làm
biến đổi tính chất của sản phẩm trước và sau khi sấy, giữ được màu sắc sản phẩm tự
nhiên, không mất hương vị, giữ nguyên chất dinh dưỡng hay hoạt chất trong sản phẩm
sấy. Ví dụ như ngành công nghệ gỗ quý như trầm hương. Đây là một loại gỗ đặc biệt khó
sấy, và yêu cầu nhiệt độ sấy phải thấp hơn nhiệt độ môi trường nhiều lần để đảm bảo giữ
nguyên tính chất của trầm.
•

Phù hợp với việc sấy khô các sản phẩm như là sấy khô hoa quả, thực phẩm, nông

sản, dược liệu.

•
nhỏ.

Phù hợp với nhiều quy mô sản xuất, đặc biệt phù hợp với quy mô sản xuất vừa và


•

Sản phẩm khô rất nhanh vì hơi nước trong buồng sấy liên tục được hút ra, tránh

được trang thái bão hòa hơi nước.
•

Tiến hành sấy ở nhiệt độ thấp khoảng 20-50ºC (có thể thấp hơn nhiệt độ môi

trường), công suất cấp nhiệt nhỏ, tiết kiệm chi phí.
•

Máy sấy chân không hoạt động theo chương trình được lập trình sãn, thao tác dễ

dàng, thực hiện nhanh.
•

Các sản phẩm sấy khô bằng công nghệ chân không có thời gian bảo quản rất lâu:

Thời gian bao quản thường dài hơn hẳn các sản phẩm sấy công nghiệp khác. Sản phẩm
sau sấy chân không ít bị tác động từ những điều kiện của môi trường xung quanh.
•

Chất lượng của sản phẩm sấy cũng khá cao: Đáp ứng được nhiều yêu cầu khắt khe

và đảm bảo được các tiêu chuẩn kép của nước ngoài.
•

Giá máy sấy chân không đa dạng: Tùy theo quy mô sản xuất của doanh nghiệp

khiến giá thành của sản phẩm cho ra rất có tính cạnh tranh.
•

Thời gian sấy khô sản phẩm của các máy sấy này ngắn hơn nhiều so với các hệ

thống sấy hơi nước, hay các máy sấy ứng dụng các công nghệ khác, thời gian sấy chỉ
bằng 1/3 các loại mấy sấy thông thường, tiết kiểm thời gian sủ dụng.
 Nhược điểm:
•

Máy sấy chân không có kích thước lớn hơn so với so với các dòng máy thông

thường, do máy kèm theo các bộ phận như bơm hút chân không, bộ phận ngưng tụ hơi
nước, thành máy dãy lớn, cứng vững hơn.
•

Khối lượng máy nặng hơn khá nhiều so với các loại máy sấy thông thường.

•

Không phù hợp với các sản phẩm cần phải sấy ở nhiệt độ cao.

•

Không phù hợp với quy mô sản xuất gia đình bởi máy có kích thước lớn, khối

lượng lớn.
•

Giá thành của máy sấy cao, thường gấp 3-5 máy sấy thông thường.


III.

Cấu tạo chi tiết từng bộ phận của máy

Một hệ thống sấy chân không hoàn chỉnh thường bao gồm 3 bộ phận chính và nhiều các
chi tiết nhỏ cấu thành. 3 bộ phận chính của máy chuyên dụng cho sấy chân không cơ bản
chính là:
1. Buồng sấy
Bao gồm nhiều chi tiết nhỏ cấu thành như: công tắc, đồng hồ rơ- le nhiệt, chốt cửa tủ sấy,
khay sấy, điện trở, van xả khí, van hút chân không, đồng hồ đo áp suất, và cảm biến nhiệt.
Đây là nơi sản phẩm cần sấy được chứa bên trong khi sấy, buồng sấy của máy sấy chân
không phải đảm bảo cứng vững, đủ độ dày của thành máy, đảm bảo độ kín khít để có thể
chịu áp suất nén lớn. Buồng sấy thường hình trụ để cho áp suất chân không được phân bố
đều.
2. Bộ phận ngưng tụ ẩm
Ngưng tụ hơi ẩm có trong vật liệu, biến hơi ẩm này thành nước. Các chi tiết của bộ phận
ngưng tụ ẩm bao gồm: thiết bị ngưng tụ ẩm, ống xoắn bằng đồng. Giữa thiết bị sấy và
thiết bị ngưng tụ ẩm là một ống dẫn phía trên có gắn khóa chân không. Đây là bộ phận
cần lắp đặt trước cổng vào của máy hút chân không, bởi vì lượng hơi nước thoát ra là rất
nhiều nên cần phải lọc hết hơi nước trước khi luồng khí được hút vào bơm hút chân
không.
3. Bơm chân không

Bộ phận bơm chân không được mắc nối tiếp thiết bị ngưng tụ ẩm bằng một ống dẫn, trên
ống dẫn có gắn một phin có chức năng lọc bụi, lọc ẩm. Bơm hút chân không có tác dụng
hút toàn bộ lượng vật chất dạng khí như oxy, CO2, hơi nước ra khỏi buồng sấy.
 Phân loại
 Bơm piston, bơm rotor, bơm trục vít, bơm li tâm…
 Bơm một cấp, bơm hai hay nhiều cấp.
 Bơm chân không vòng dầu hay vòng nước.
=> Sử dụng bơm chân không vòng dầu.


 Nguyên lý hoạt động
Các cánh bơm được thiết kế đặt trong rotor. Rotor được đặt lệch tâm so với buồng bơm.
Khi rotor quay lực ly tâm sẽ làm cánh bơm văng ra ma sát với buồng bơm lấy không khí
xả ra ngoài để tạo chân không. Không khí trộn lẫn với dầu nên đầu ra của bơm có hệ
thống lọc tách dầu, tại đây dầu giữ lại và cho vào buồng chứa dầu, dầu từ buồng chứa trở
lại buồng làm việc để tiếp tục quá trình.
Cổng hút được trang bị bộ lọc khí nhằm giảm các chất bẩn và lượng hơi nước lẫn vào dầu
nhằm tăng hiệu suất làm việc của bơm.
Các loại máy sấy chân không kiểu tủ thường sẽ xuất hiện thêm một vài bộ phận khác,
một số loại khác lại bớt một vài bộ phận để đáp ứng đặc trưng của từng sản phẩm hoặc
yêu cầu riêng của người dùng máy sấy.


 PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN THIẾT BỊ SẤY CHÂN KHÔNG
¯

Thêm khay sấy, điện trở

Ÿ

Tăng năng suất của thiết bị sấy.

Ÿ

Giảm thời gian sấy nguyên liệu.

¯

Thêm quạt trong buồng sấy

Ÿ

Điều hòa nhiệt độ, áp suất trong buồng sấy

Ÿ

Tăng hiệu suất tách ẩm ra từ nguyên

IV.

Bản vẽ chi tiết


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tập thể tác giả (2012), “sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 2”.
NXB khoa học và kỹ thuật.
2. Tập thể tác giả (2017), “giáo trình thực hành các quá trình và thiết bị trong công
nghệ hóa học”. NXB Đại học Công nghiệp Tp. HCM.
3. Giáo trình Kỹ thuật sấy nông sản, tr 91- 98. NXB Đại học Nông nghiêp 1.
4. Các quá trình công nghệ cơ bản trong sản xuất thực phẩm_ TS. Lê Ngọc Thuy.