SẤY HÀNH lá BẰNG PHƯƠNG PHÁP sấy bơm NHIỆT TẦNG sôi

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

1

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY
1.1

Khái niệm quá trình sấy
1.1.1 Khái niệm

1.1.2 Phân loại phương pháp sấy
1.1.3 Mục đích của quá trình sấy
1.1.4 Những biến đổi cơ bản của quá trình sấy

GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

2

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

1.1.4.1 Các dòng dịch chuyển và thế dịch chuyển ẩm trong vật keo
1.1.4.2 Các dòng dịch chuyển và thế dịch chuyển ẩm trong vật xốp mao
dẫn
1.1.4.3 Các dòng dịch chuyển ẩm trong vật keo xốp mao dẫn
1.1.4.4 Dịch chuyển ẩm đối lưu trong vật liệu sấy
1.2 Cơ chết thoát ẩm ra khỏi vật liệu sấy
1.2.1 Qua trình khuếch tán ngoại
1.2.2Quá trình khuếch tán nội
1.2.3 Mối quan hệ giữa quá trình khuếch tán ngoại và quá trình khuếch tàn
nội
1.3 Các giai đoạn trong quá trình sấy
1.3.1 Giai đoạn nung nóng vật liệu
1.3.2 Giai đoạn sấy đẳng tốc
1.3.3 Giai đoạn sấy giảm tốc
1.4 Các phương pháp và thiết bị sấy

1.4.1 Các phương pháp sấy
1.4.2 Thiết bị sấy
1.5 Tổng quan về sấy ở nhiệt độ thấp
1.5.1

Giới thiệu các phương pháp sấy lanh

1.5.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy lạnh
GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

3

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

1.6 Các thiết bị trong hệ thống sấy lạnh
1.7 Một số kết quả nghiên cứu về sấy lạnh của các tác giả trong và ngoài nước
1.7.1 Các tác giả trong nước
1.7.2 Các tác giả nước ngoài
1.8 So sánh phương pháp sấy lạnh với phương pháp sấy nóng ở nhà máy
1.9 Đánh giá và kết luận
CHƯƠNG II : TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ SẤY HÀNH LÁ
2.1 Vật liệu sấy và tính lý hòa của vật liệu sấy
2.1.1 Sơ đồ công nghệ sấy rau quả
2.1.2 Ảnh hưởng của quá trình sấy đến chất lượng sản phẩm
2.3 Các đặc tính hóa lý của một số rau quả giàu vitamin ứng dụng phương pháp

sấy lạnh
2.4 Lý thuyết sấy rau quả
2.5 Một số phương pháp sấy rau quả
2.6 Lựa chọn phương pháp sấy lạnh theo hướng nghiên cứu của đề tài
CHƯƠNG III : KHẢO SÁT THỰC TRẠNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG
PHÁP SẤY
3.1 Khảo sát máy sấy tại nhà máy
3.2 Nhiệm vụ thiết kế
3.3 Chọn phương án thiết kế
GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

4

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

3.4 Chon tác nhân sấy và năng suất sấy
CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY SẤY LẠNH SỬ
DỤNG BƠM NHIỆT
4.1 Giới thiệu bài toán thiết kế và mô hình thiết kế
4.2 Xây dưng quy trình công nghệ sấy hành
4.2.1. Giới thiệu vật liệu sấy
4.2.1. Xây dựng quy trình công nghệ sấy Hành
4.3 Xác định các thông số đầu vào của vật liệu
4.4 Tính toán lý thuyết chế độ sấy hồi lưu hoàn toàn
4.4.1 Xác đinh các điểm nút trên đồ thị sấy

4.4.2 Tính toán tốc độ sấy và thời gian sấy
4.4.3 Tính toán nhiệt quá trình
4.5 Tính toán lý thuyết chế độ sấy thải bỏ tác nhân
4.5.1. Xác định các thông số điểm nút trên đồ thị sấy
4.5.2. Tính toán nhiệt quá trình
4.6. Xác định kích thước buồng sấy
4.7. Cân bằng nhiệt cho quá trình
4.8. Tính toán quá trình sấy thực chế độ hồi lưu hoàn toàn
4.9. Tính toán quá trình sấy thực chế độ thải bỏ tác nhân
4.10. Kết luận về chế độ sấy
GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

5

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

4.11. Tính toán thiết kế và lựa chọn thiết bị phụ trợ
4.11.1. Các thông số nhiệt của môi chất lạnh
4.11.2. Tính toán chu trình bơm nhiệt
4.11.3. Tính toán thiết kế các thiết bị trao đổi nhiệt
4.11.3.1. Dàn ngưng
4.11.3.2. Dàn bay hơi
4.11.4. Tính chọn máy nén
4.11.5. Tính chọn đường ống dẫn môi chất
4.11.5.1. Đường ống đẩy

4.11.5.2. Đường ống hút
4.11.6. Thiết bị hồi nhiệt
4.11.7. Tính toán trở lực và chọn quạt
CHƯƠNG V : TRANG BỊ TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG SẤY VÀ TÍNH
TOÁN GIÁ THÀNH
5.1 Trang bị điện
5.2 Tính giá thành sản phẩm
5.2.1 Chi phí nguyên liệu, nhiên liệu
5.2.2 Chi phí lao động
5.2.3 Chi phí khấu hao
5.3 So sánh chất lượng và giá thành hành lá sấy nóng và sấy lạnh
GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

6

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG VI : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
6.1 Kết luận
6.2 Đề nghị
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Lời cảm ơn
Học tập là một quá trình lâu dài, mỗi giai đoạn đóng một vai trò quan trọng
trong việc hình thành nhân cách, đạo đức của mỗi con người. Từ những ngày

bước chân vào giảng đường đại học cho đến lúc hoàn thành luận văn này, em đã
nhận được sự quan tâm chỉ dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy cô. Qua quá
trình thực hiện luận văn tốt nghiệp em xin bày tỏ long biết ơn chân thành đến:
•

Ban giám hiệu trường Đại học Nha Trang.

GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

7

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

•

Tập thể giảng viên Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh trường Đại học Nha

•

Trang.
Quý thầy cô đã tận tình chỉ dạy chúng tôi trong thời gian học tập tại

•

trường.

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn Th.s Lê Như Chính đã trực tiếp theo
dõi, tận tình hướng dẫn em trong thời gian thực hiện đề tài.

Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian thực hiện, đề tài không tránh khỏi những
thiếu sót. Mong nhận được sự chỉ bảo của quý thầy cô và góp ý của các bạn.
Nha Trang, tháng 3, năm 2012
Sinh viên thực hiện đề tài
Bùi Văn Vĩnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Độc Lập- Tự Do- Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên:
MSSV:
Ngành: Công Nghệ Nhiệt – Lạnh
Niên Khóa: 2008-2012
Tên đề tài: Khảo sát và tính thiết kế máy sấy bơm nhiệt tầng sôi đế sấy hành
lá xuất khẩu năng suất 100kg/mẻ.
I/ Thông tin thực hiện đề tài:

GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

8

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh
1-

Đồ án tốt nghiệp

Số liệu choo trước: Mô hình sấy lạnh của khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh
Trường Đại Học Nha Trang và khảo sát thực tế hệ thống sấy nóng tại
Công Ty thủy sản Bạc liêu ( KCN. Suối Dầu )

II/ Nội dung đề tài:
1-

Tìm hiểu công nghệ sấy lạnh, phương pháp sấy, các thiết bị trong hệ
thống sấy lạnh.

2- Tìm hiểu kỹ thuật sấy lạnh trên một số thực phẩm và rau quả trong nước
và thế giới.
3- Trình bày các kết quả nghiên cứu về sấy lạnh trong nước và thế giới từ
trước đến nay.
4- Lựa chọn vật liệu sấy lạnh, xây dựng quy trình công nghệ và xử lý vật liệu
trước sấy và sau sấy lạnh.
5- Lý thuyết về sấy rau quả và thực phẩm.
6- Tính toán thiết kế mô hình máy sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt.
6.1 Giải quyết bài toán sấy lạnh lý thuyết và sấy thực theo chế độ thải bỏ
tác nhân.
6.2 Giải quyết bài toán sấy lạnh lý thuyết và sấy thực theo chế độ hồi lưu
hoàn toàn khí thải.

7- Tính toán thiết kế và lựa chọn các thiết bị phụ trợ cho hệ thống sấy.
8- Khảo nghiệm mô hình máy sấy lạnh xác định lại các thông số kỹ thuật
của mô hình.
9- Xác định một số yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sấy
lạnh ở hai chế độ sấy
10- So sánh chất lượng của sấy lạnh và sấy nóng tại nhà máy
11- Kết luận rút ra từ thực nghiệm.
12- Hiệu quả kinh tế
Xây dựng giá thành 1kg rau sấy
13- Các bản vẽ thiết kế
III/ Ngày giao nhiệm vụ: 01/03/2012
IV/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/06/201
Nha Trang, tháng 3 năm 2012
GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

9

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn
THS. Lê Như Chính

Lời mở đầu
Việt Nam là một nước nhiệt đới có nhiều điều kiện để phát triển ngành trồng
trọt và chế biến rau quả. Tuy nhiên, tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch là rất lớn 25-30%

[20]. Nguyên nhân chính là do công nghệ chế biến và bảo quản của chúng ta còn
lạc hậu nên đã làm cho rau quả của Việt Nam có giá trị thấp trong thị trường trong
nước cũng như xuất khẩu, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của người
nông dân, vì vậy việc nghiên cứu đưa ra các quy trình công nghệ cũng như ứng
dụng triển khai chuyển giao các kết quả nghiên cứu, các quy trình công nghệ bảo
quản, chế biến rau quả, đóng vai trò hết sức quan trọng trong chiến lức phát triển
ngành rau quả.
Rau quả hiện nay chủ yếu được sử dụng ở dạng tươi, như đã biết rau quả là
loại sản phẩm có tính thời vụ, thời gian thu hoạch ngắn, khả năng vận chuyển và
bảo quản hạn chế, trong khi kỹ thuật bảo quản rau quả tươi vẫn chỉ dựa vào các
kinh nghiện cổ truyền, mang tính thủ công chấp vá. Công nghệ sấy ứng dụng
trong chế biến rau quả khô được tiến hành từ khá lâu nhưng cho đến nay vẫn bộc
lộ nhiều hạn chế về công nghệ chưa khắc phục được chất lượng đầu ra của sản
phẩm, chưa đáp ứng được các yêu cầu về đặc tính hóa lý, mùi, màu, thành phần
GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

10

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

dinh dưỡng nên khó đáp ứng cho nhu cầu tiêu thụ và xuất khẩu trong và ngoài
nước. Việc đầu tư nghiên cứu một quy trình công nghệ mới giải quyết những vấn
đề này là thực sự cần thiết. Công nghệ sấy lạnh được xem là một công nghệ mới,
ra đời từ yêu cầu cấp thiết đó.
Ưu điểm của công nghệ sấy lạnh là có thể xây dựng được từng quy trình công

nghệ sấy hợp lý đối với từng loại rau, củ, quả. Sản phẩm sấy giữ được nguyên
màu sắc, mùi vị, hạn chế tối đa thất thoát dinh dưỡng (khoảng 5%) [20], đạt tiêu
chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm của Việt Nam và các chỉ tiêu kỹ thuật, chất
lượng sản phẩm tương đương một số nước khác trên thế giới.
Việc phát triển công nghệ sấy lạnh đã có nhiều thành tựu. Tuy nhiên, để có một
quy trình công nghệ hoàn chỉnh, tối ưu với các thông số phù hợp nhất đòi hỏi
chúng ta phải tiến hành nghiên cứu sâu rộng hơn. Được sự phân công đề tài
“Khảo sát và tính thiết kế máy sấy bơm nhiệt tầng sôi đế sấy hành lá xuất khẩu
năng suất 100kg/mẻ” thực hiện dựa trên cơ sở tìm hiểu những nguyên lý chung
nhất của công nghệ sấy lạnh từ đó có thể xây dựng nên quy trình sấy đối với từng
loại rau quả khác nhau. Để giải quyết những vấn đề đó, đề tài nghiên cứu những
nội dung chính sau:


Tìm hiểu về công nghệ sấy lạnh, phương pháp sấy và các thiết bị trong hệ



thống sấy lạnh.
Tìm hiểu kỹ thuật sấy lạnh trên một số loại rau quả giàu vitamin, xây



dựng quy trình sấy lạnh đối với Hành lá cắt nhỏ.
Tính toán thiết kế mô hình máy sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt ở chế độ sấy





hồi lưu hoàn toàn và chế độ thải bỏ tác nhân.
Tính toán thiết kế máy sấy lạnh và lựa chọn các thiết bị phụ trợ.
Thực nghiệm nghiên cứu trên mô hình thực tế.
So sánh hiệu quả của hệ thống sấy lạnh với sấy nóng ở nhà máy.

Với những đặc tính ưu việt, công nghệ sấy lạnh hứa hẹn sẽ là một công nghệ
tiên tiến, cho lĩnh vực sấy thực phẩm giàu vitamin, có thể áp dụng rộng rãi với
quy mô lớn đáp ứng cả về vấn đề lợi ích kinh tế và bảo vệ môi trường.
GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

11

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY
1.1 Khái niệm quá trình sấy
1.1.1 Khái niệm
Sấy là quá trình tách ẩm (hơi nước và nước) ra khỏi VLS, trong đó VLS
nhận năng lượng để ẩm từ trong lòng VLS dịch chuyển ra bề mặt và đi vào môi
trường tác nhân sấy (TNS). Quá trình sấy là quá trình truyền nhiệt, truyền chất
xẩy ra đồng thời. Trong lòng VLS là quá trình dẫn nhiệt và khuếch tán ẩm hỗn
hợp. Trao đổi nhiệt - ẩm giữa bề mặt VLS với TNS là quá trình trao đổi nhiệt và
trao đổi ẩm đối lưu liên hợp. Quá trình bên trong VLS chủ yếu chịu ảnh hưởng
của dạng liên kết ẩm với cốt khô của vật liệu, quá trình ở bề mặt VLS chủ yếu

chịu ảnh hưởng của cơ cấu trao đổi nhiệt ẩm và các thông số của TNS cũng như
VLS.
1.1.2 Phân loại phương pháp sấy
Người ta phân biệt 2 phương pháp sây :
-

Sấy tự nhiên : Sấy bằng không khí không dược đốt nóng, phương pháp này
thời gian sấy dài, khó điều chỉnh quá trình và độ ẩm cuối của vật liệu còn

-

khá lớn nhất là ở những quốc gia có khí hậu nhiệt đới như nước ta.
Sấy nhân tạo : Là quá trình sấy có sự cấp nhiệt từ bên ngoài, nghĩa là phải
dùng đến tác nhân sấy được gia nhiệt như khói nóng, không khí nóng hoặc
hơi…

GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

12

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

1.1.3 Mục đích của quá trình sấy
Sấy không chỉ là quá trình công nghệ, trong đó các tính chất công nghệ
luôn luôn thay đổi. Tính chất công nghệ của vật liệu gồm: tính chất hoá lý, tính

chất cơ kết cấu, tính chất sinh hoá….
Quá trình sấy nhằm tăng cường một số đặc tính công nghệ để phục vụ
nhiều mục đích khác nhau. Khi sấy sản phẩm gốm thì nhằm mục đích làm độ bền
của nó tăng lên để tiếp tục gia công; sấy hạt giống thì phải làm tỷ lệ và khả năng
nảy mầm cao lên; sấy nông sản thực phẩm thì giữ được hương vị, màu sắc,
nguyên tố vi lượng mà tăng được thời gian bảo quản, giảm được giá thành vận
chuyển, giảm được thể tích kho bảo quản….
1.1.4 Những biến đổi cơ bản của quá trình sấy
Để nghiên cứu về công nghệ sấy, trước hết cần nghiên cứu về các dạng liên
kết ẩm, các dòng dịch chuyển ẩm và thể dịch chuyển ẩm trong VLS nhằm hiểu rõ
cơ chế dịch chuyển ẩm và định hướng phương pháp tác động để tăng cường hoặc
hạn chế dòng dịch chuyển ẩm phục vụ các yêu cầu công nghệ. Theo dạng liên kết
ẩm với cốt khô của vật, VLS chia thành 3 nhóm : vật keo, vật xốp mao dẫn và vật
keo xốp mao dẫn.
1.1.4.1 Các dòng dịch chuyển và thế dịch chuyển trong vật keo
Liên kết ẩm trong vật keo là lực hấp thụ và lực khuếch tán thẩm thấu.

GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

13

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

Do đó, mật độ dòng ẩm lỏng j2k tỷ lệ thuận với gradient áp suất thẩm thấu

∇p tt

.

Với độ chứa ẩm thông thường của vật trương nở giới hạn, áp suất thẩm thấu
( trương nở ) là hàm của độ chứa ẩm M. Do đó ta có :

j2 k = −D p 2 ∇p tt = − D p 2 ( ∂p tt / ∂M ) ∇M = −a 2 k ρ 0 ∇M
(1.1)
Vật keo là vật có cấu trúc mao mạch phân tử ở quá trình không đẳng nhiệt dịch
chuyển ẩm lỏng dạng màng có dạng : gradient
j2 m = −k 2 m ρo∇M + k 2t m ρ0∇t

(1.2)

Dòng ẩm lỏng dịch chuyển sẽ bằng :
j2 = j2 k + j2 m = −( a 2 k + k 2 m ) ρo∇M + k 2t mρ0∇t

(1.3)

Dịch chuyển ẩm dạng hơi được xác định gần đúng bởi quá trình khuếch tán phân

tử. Mật độ dòng phân tử j 1 tỷ lệ nghịc với gradient của

(p / T )
1

. Với p1 là áp suất

của hơi ẩm. Trong quá trình đoạn nhiệt p 1 là hàm của độ chứa ẩm và nhiệt độ nên

dòng j1 sẽ bằng :

j1 = a 1ct ρ0∇M − a 1t ct ρ0∇t

(1.4)

Dòng dịch chuyển ẩm tổng ( lỏng và hơi ) xác định theo

∇M

và

∇t

trong vật keo

sẽ bằng :
t
j = j1 + j2 = a mk ρ 0∇M − a mk
ρ 0 ∇t

(1.5)

Trong đó :
GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

14

SVTH: Bùi Văn Vĩnh

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

a mk = a 1ct + a 2 k + k 2 m

(1.6)

t
a mk
= a 1t ct + k 2t m

(1.7)

1.1.4.2 Các dòng dịch chuyển và thế dịch chuyển ẩm trong vật xốp mao dẫn
Dịch chuyển lỏng mao dẫn (Khuếch tán mao dẫn) trong vật xốp mao dẫn,
có các mạch lớn (r > 10-5), gắn liền với liên kết cơ lý. Trong vật xốp cấu trúc đa
mao mạch , dòng ẩm lỏng tỷ lệ thuận với gradient thế mao dẫn

ψ:

j2md = k ψ ∇ψ

(1.8)
Thế mao dẫn

ψ

trong trường hợp đẳng nhiệt tỷ lệ thuận với độ chứa ẩm M.

Trong điều kiện không đẳng nhiệt, dòng ẩm lỏng khếch tán mao dẫn j2md được xác
định :

j2 md = k ψ ∇ψ = −a 2 md ρ 0 ∇M − a 2t md ρ 0∇t

a2md và

a 2t md

(1.9)

là hệ số khếch tán lỏng mao dẫn và hệ số khếch tán nhiệt của lỏng

mao dẫn. Gía trị của chúng phụ thuộc vào sức căng bề mặt, góc dính ướt, độ nhớt
của lỏng , bán kính mao dẫn.
Khi ẩm của vật vượt giá trị hút ẩm cực đại thì trong các mao mạch lớn của
vật xốp chưa đầy nước , dịch chuyển lỏng lúc này là do chênh lệch thế mao dẫn.
Khác với trường hợp thấm lỏng mao dẫn xẩy ra do vật tiếp xúc trực tiếp với chất
lỏng (do áp suất thủy tĩnh), thế mao dẫn
GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

ψ

15

là không đồng nhất, lượng lỏng được
SVTH: Bùi Văn Vĩnh

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

hút vào có giới hạn vì lỏng không thể điền đầy toàn bộ vật do bị hạn chế bởi phần
cốt khô của vật. Thế mao dẫn
ψ=

ψ

với phân tố mao mạch bằng :

2δ  1 1 
 − 
ρ 2  r1 r2 

(1.10)
Như vậy điều kiện có thể dịch chuyển lỏng mao dẫn, gắn với sự bay hơi và ngưng
tụ lỏng, là sự khác biệt bán kính của mao mạch, r1

≠

r2.

Với sự tồn tại của quá trình bay hơi, dịch chuyển hơi ẩm trong các mao
mạch lớn (r > 10-5), được xác định theo quy luật khếch tán phân tử. Còn với các
mao mạch nhỏ quá trình này xảy ra theo quy luật chảy tràn. Ngoài ra, với quá
trình bay hơi lỏng trong vật xốp, còn tồn tại dịch chuyển ẩm đối lưu vĩ mô được
gọi là khếch tán trượt (hay là khếch tán thủy động). Khi đó dòng hơi tổng ứng với
áp suất tổng p=const sẽ gồm dòng khếch tán phân tử j1pt, dòng khếch tán đối lưu

j1dl =

ρ1 .v k

và dòng chảy tràn j1ct. Áp suất bay hơi p1 là hàm của độ chứa ẩm và

nhiệt độ, p1=f(M,t). Vậy nên, dòng dịch chuyển ẩm có thể thể hiện bằng quan hệ :
j1 = j1pt + j1dl + j1ct = −a 1md ρ 0 ∇M − a 1t md ρ 0 ∇t

(1.11)
Vậy dòng ẩm tổng dịch chuyển trong xốp mao dẫn là :
t
j = j1 + j2 = −a Mmdρ0∇M − a Mmd
ρ 0 ∇t

(1.12)

GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

16

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Trong đó :

a Mmd

và

t
a Mmd

Đồ án tốt nghiệp

là hệ số khếch tán ẩm và hệ số khếch tán nhiệt của ẩm

mao dẫn, với :
a Mmd = a 1md + a 2 md

(1.13)
t
a Mmd
= a1t md + a 2t md

(1.14)
Ngoài ra, còn có dịch chuyển ẩm lỏng và hới do lực thấm mao dẫn (được nghiên
cứu trong lý thuyết thấm). Giả thiết dòng thấm lỏng và hơi độc lập nhau, có thể
viết :
ji = ρi v i = −

k i (ω)
∇p i
γi

i=1,2

(1.15)

1.1.4.3 Các dòng dịch chuyển ẩm trong vật keo xốp mao dẫn
Qúa trình dịch chuyển ẩm trong vật keo xốp mao dẫn được xác định bằng
các hiện tượng dịch chuyển khác nhau và được phân tích trong vật keo và vật mao
dẫn ở trên.
Nếu bỏ qua ảnh hưởng của lực trọng trường thì sự chuyển ẩm trong VLS
do các lực nhiệt động khác nhau và các lực nhiệt động này đều là hàm của độ
chứa ẩm M và nhiệt độ t, do đó chúng có thể biểu diễn qua

∇M , ∇t

.

Dịch chuyển ẩm qua vật keo xốp mao dẫn được xác định bằng công thức :

GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

17

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

j = −a M ρ 0 ∇M − a Mt ρ 0 ∇t = −a M ρ 0 (∇M + δ∇t )

(1.16)
Trong đó :

aM

và

t
aM

là hệ số khếch tán và hệ số khếch tán nhiệt của ẩm,

số khếch tán nhiệt tương đối,

t
δ = aM / aM

δ

là hệ

.

a M = a Mmd + a mk
a tM = a tMmd + a tmk
δ=

δ md a Mmd + δ k a mk
a Mmd + a mk

(1.17)
Các hệ số khếch tán ẩm aM và

δ

đề là hàm của độ chứa ẩm và nhiệt độ.

Đặc trưng cho sự thay đổi của hệ số aM với độ chứa ẩm khác nhau được xác định
theo dạng liên kết ẩm và dạng dịch chuyển ẩm (lỏng và hơi). Với vật xốp mao
dẫn điển hình , hệ số aM tăng khi độ chứa ẩm tăng, và với độ chứa ẩm lớn thi hệ
số aM không đổi. Nếu quá trình là dịch chuyển ẩm lỏng thì hệ số aM sẽ tăng hoặc
không đổi phụ thuộc vào đường cong phân bố hang xốp theo đường kính. Hệ số
aM của các vật liệu được xác định bằng thực nghiệm dưới dạng bảng số hoặc công
thức.
1.1.4.4 Dịch chuyển ẩm đối lưu trong vật liệu sấy
Trong quá trình sấy cường độ cao, nếu nhiệt độ của vật liệu sấy lớn hơn
100OC thì phân áp suất hơi nước bão hòa p1 sẽ lớn hơn áp suất không khí của

GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

18

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

TNS. Khi đó, dòng dịch chuyển ẩm do khếch tán trong vật xốp được thay thế bởi
dòng dịch chuyển ẩm đối lưu.

(∇p)

Gradient áp suất tổng

xuất hiện khi nhiệt độ của vật liệu sấy lớn hơn

100OC, tuy nhiên nếu quá trình được thực hiện bằng việc đốt nóng bên trong (ví

(∇p)
dụ sấy cao tần) thì

xuất hiện ngay cả khi nhiệt độ bé hơn 100OC

(∇p)
Sự tồn tại của

gây nên dòng dịch chuyển ẩm đối lưu của hổn hợp khí

– hơi trong môi trường xốp , nên khi tính dòng nhiệt dịch chuyển ẩm ( lỏng, hơi )
tổng quát cần bổ sung dòng dịch chuyển này. Mật độ dòng hơi dịch chuyển bởi
dòng này là :
j1 = ρ1 v = −kρ10 ∇p = −k p ∇p

(1.18)
Với

ρ10 = ρ1 / ρ

là nồng độ tương đối của hơi nước , kp là hệ số dòng nồng độ phân

tử [17] :

k p = kρ10 = kd /(1 + d)
(1.19)
Với d là dung ẩm của không khí.
Dòng ẩm tồn tại gradient áp suất tổng bằng :

j = −a M ρ 0∇M − a Mt ρ 0∇t − k p ∇p
(1.20)
GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

19

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

Biểu thức (1.20) chưa kể đến dịch chuyển lỏng dưới tác dụng của lực trong
trường và gradient áp suất thủy tĩnh ( dòng lỏng qua môi trường xốp ). Cường độ
của dòng dịch chuyển ẩm thấm đối lưu lớn hơn nhiều lần dòng dịch chuyển ẩm
dưới tác động của lực mao dẫn và khếch tán. Qúa trình này thương được nghiên
cứu độc lập với quá trình dịch chuyển ẩm trong VLS.
1.2 Cơ chết thoát ẩm ra khỏi vật liệu sấy
Muốn làm khô phải đặt nguyên liệu trong môi trường không khí để ẩm,
nước dịch chuyển vào môi trường không khí, có sự chênh lệch vật chất ( thế vật
chất ). Hoạt độ của nước trong nguyên liệu phải đảm bảo dưới hoạt động của vi
sinh vật hoạt động.
Khi làm khô xảy ra quá trình nước tách ra khỏi vật liệu : nước từ bề mặt
nguyên liệu dịch chuyển vào môi trường khô. Đậy là điều kiện kiên quyết để quá

trình làm khô xảy ra. Ngoài ra làm khô phải có quá trình dịch chuyển ẩm từ các
lớp phía trong đi ra các lớp bề mặt. sự dịch chuyển ẩm từ trong ra ngoài hình
thành khi ẩm và nước từ trung tâm nguyên liệu dịch chuyển ra bề mặt và lớp xung
quanh đảm bảo độ ẩm ở lớp trung tâm bằng các lớp xung quanh.
Quá trình thoát ẩm ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy được chia làm 2 giai
đoạn :
1.2.1 Qua trình khuếch tán ngoại
Là quá trình dịch chuyển ẩm từ lớp bề mặt của vật liệu sấy vào môi trường
không khí xung quanh. Động lực của quá trình này là do chênh lệch áp suất hơi
trên bề mặt của vật ẩm và áp suất riêng phần hơi nước trong môi trường không
khí.
Lượng nước bay hơi :
GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

20

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

Hoặc
Trong đó :

(1.21)
Ps : Áp suất riêng phần hơi nước trên bề mặt
Ph : Áp suất riêng phần không khí
k : Hệ số bay hơi

F : Diện tích bề mặt bay hơi
: Gradient độ ẩm

Lượng bay hơi trên một đơn vị diện tích tỷ lệ thuận với gradient chênh lệch
ẩm giữa nguyên liệu và môi trường xung quanh.
Sự chênh lệch xảy ra : nước từ bề mặt dịch chuyển vào môi trường xung
quanh làm độ ẩm lớp không khí tăng lên, đồng thời làm lượng ẩm trên bề mặt
VLS giảm đi.
Gradient độ ẩm giảm , quá trình bay hơi chậm lại. Nếu độ ẩm bề mặt cân
bằng với môi trường không khí thì quá trình ngừng bay hơi, nhưng độ ẩm của hai
lớp không khí kế tiếp chênh lệch nên hầm ẩm của không khí thứ nhất khếch tán
sang lớp thứ hai và ẩm từ trong VLS khếch tán sang lớp không khí thứ nhất.
Gradient độ ẩm phụ thuộc vào tính chất của môi trường làm khô : nhiệt độ,
áp suất , sự luân chuyển của không khí … và phụ thuộc vào bề mặt nguyên liệu :
độ nhẵn, hình dạng, kích thước bề mặt.
1.2.2 Quá trình khuếch tán nội
Là quá trình dịch chuyển ẩm từ lớp bên trong ra lớp bề mặt của vật ẩm.
Động lực của quá trình này là do chênh lệch nồng độ ẩm giữa các lớp bên trong
GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

21

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

và các lớp bề mặt, ngoài ra quá trình khếch tán nội còn xảy ra do chênh lệch nhiệt

độ giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt.
(1.22)
Trong đó :

D : Hệ số khếch tán nội
F : Diện tích khếch tán
: Gradient độ ẩm

Hệ số khếch tán nội (D) phụ thuộc chủ yếu và thành phần, tính chất nguyên
liệu, gián tiếp phụ thuộc vào yếu tố môi trường.
Qua nghiên cứu ta thấy rằng ẩm dịch chuyển từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi
có nhiệt độ thấp. Vì vậy, tùy theo phương pháp sấy và thiết bị sấy mà dòng ẩm
dịch chuyển dưới tác dụng của nồng độ ẩm và dòng ẩm dịch chuyển dưới tác
dụng của nhiệt độ có thể cùng chiều hoặc ngược chiều với nhau.
Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển cùng chiều với nhau sẽ làm thúc đẩy quá
trình thoát ẩm , rút ngắn thời gian sấy. Nếu 2 dòng ẩm dịch chuyển ngược chiều
nhau sẽ kìm hãm sự thoát ẩm, kéo dài thời gian sấy.
1.2.3 Mối quan hệ giữa quá trình khuếch tán ngoại và quá trình khuếch tàn nội
Khếch tán nội và khếch tán ngoại có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, quá
trình khếch tán ngoại là quá trình khởi đầu và quyết định đến giai đoạn đầu của
quá trình sấy và quá trình khếch tán nôi là động lực của quá trình khếch tán ngoại.
Tức là quá trình khếch tán ngoại được tiến hành thì quá trình khếch tán nội mới
được tiếp tục và như thế độ ẩm của nguyên liệu mới được giảm dần. Tuy nhiên
trong quá trình sấy ta phải làm cho 2 quá trình này cân bằng với nhau, tránh
trường hợp khếch tán ngoại lớn hơn quá trình khếch tán nội. Vì khi đó sẽ làm cho
sự bay hơi ở trên bề mặt xảy ra mãnh liệt làm cho khô bề mặt, hạn chế sự thoát
GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

22

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

ẩm, khi xảy ra hiện tượng đó phải khắc phục bằng cách ủ ẩm ( sấy gián đoạn )
mục đích là thúc đẩy quá trình khếch tán nội.
1.3 Các giai đoạn trong quá trình sấy
Đặc điểm của quá trình sấy đối với vật thể có độ ẩm tương đối cao, nhiệt
độ sấy và tốc độ chuyển động của không khí không quá lớn xảy ra theo ba giai
đoạn đó là giai đoạn làm nóng vật, giai đoạn sấy tốc độ không đổi, giai đoạn tốc
độ sấy giảm dần. Đối với các trường hợp sấy với điều kiện khác thì quá trình sấy
cũng xảy ra ba giai đoạn nhưng các giai đoạn có thể đan xen khó phân biệt hơn.
1.3.1 Giai đoạn nung nóng vật liệu
Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật vào buồng sấy tiếp xúc với không khí
nóng cho tới khi nhiệt độ vật đạt được bằng nhiệt độ kế ước. Trong quá trình sấy
này toàn bộ vật được gia nhiệt. Ẩm lỏng trong vật được gia nhiệt cho đến khi đạt
được nhiệt độ sôi ứng với phân áp suất hơi nước trong môi trường không khí
trong buồng sấy. Do được làm nóng nên độ ẩm của vật có giảm chút ít do bay hơi
ẩm còn nhiệt độ của vật thì tăng dần cho đến khi bằng nhiệt độ kế ước. Tuy vậy,
sự tăng nhiệt độ trong quá trình xảy ra không đều ở phần ngoài và phần trong vật.
Vùng trong vật đạt đến nhiệt độ kế ước chậm hơn. Đối với vật dễ sấy thì giai
đoạn làm nóng vật xảy ra nhanh.
1.3.2 Giai đoạn sấy đẳng tốc
Kết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ vật bằng nhiệt độ kế ước. Tiếp tục
cung cấp nhiệt, ẩm trong vật sẽ hóa hơi còn nhiệt độ của vật giữ không đổi nên
nhiệt cung cấp chỉ để làm hóa hơi nước. Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt
vật, ẩm lỏng ở bên trong vật sẽ truyền ra ngoài bề mặt vật để hóa hơi. Do nhiệt độ

không khí nóng không đổi, nhiệt độ vật cũng không đổi nên chênh lệch nhiệt độ
giữa vật và môi trường cũng không đổi. Điều này làm cho tốc độ giảm của độ
GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

23

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

chứa ẩm vật theo thời gian cũng không đổi, có nghĩa là tốc độ sấy không đổi.
Trong giai đoạn này biến thiên của độ chứa ẩm theo thời gian là tuyến tính.
Ẩm được thoát ra trong giai đoạn này là ẩm tự do. Khi độ ẩm của vật đạt đến trị
số tới hạn Uk = Ucbmax thì giai đoạn sấy tốc độ không đổi chấm dứt. Đồng thời
cũng là chấm dứt giai đoạn thoát ẩm tự do chuyển sang giai đoạn sấy tốc độ giảm.
1.3.3 Giai đoạn sấy giảm tốc
Kết thúc giai đoạn sấy tốc độ không đổi ẩm tự do đã bay hơi hết, còn lại
trong vật là ẩm liên kết. Năng lượng để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn ẩm tự do và
càng tăng lên khi độ ẩm của vật càng nhỏ. Do vậy tốc độ bay hơi ẩm trong giai
đoạn này nhỏ hơn giai đoạn sấy tốc độ không đổi có nghĩa là tốc độ sấy trong giai
đoạn này nhỏ hơn và càng giảm đi theo thời gian sấy. Quá trình sấy càng tiếp
diễn, độ ẩm của vật càng giảm, tốc độ sấy cũng giảm cho đến khi độ ẩm của vật
giảm đến bằng độ ẩm cân bằng với điều kiện môi trường không khí ẩm trong
buồng sấy thì quá trình thoát ẩm của vật ngưng lại, có nghĩa tốc độ sấy bằng
không.
1.4 Các phương pháp và thiết bị sấy
Sấy có thể được chia ra hai loại: sấy tự nhiên và sấy nhân tạo.

- Sấy tự nhiên: quá trình phơi vật liệu ngoài trời, không có sử dụng thiết bị.
- Sấy nhân tạo: các phương pháp sấy nhân tạo thực hiện trong các thiết bị
sấy.
Có nhiều phương pháp sấy nhân tạo khác nhau. Căn cứ vào phương pháp
cung cấp nhiệt có thể chia ra các loại: sấy đối lưu, sấy bức xạ, sấy tiếp xúc, sấy
thăng hoa, sấy bằng điện trường dòng cao tần, sấy điện trở…
1.4.1 Các phương pháp sấy

GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

24

SVTH: Bùi Văn Vĩnh


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án tốt nghiệp

1.4.1.1 Phơi và sấy bằng năng lượng mặt trời
Sấy bằng cách phơi nắng (không có sử dụng thiết bị sấy) được sử dụng rộng
rãi nhất trong chế biến nông sản…
Trong các phương pháp phức tạp hơn (sấy bằng năng lượng mặt trời), năng
lượng mặt trời được thu nhận để gia nhiệt tác nhân sấy hoặc sử dụng năng lượng
mặt trời sấy trực tiếp.
1.4.1.2 Sấy đối lưu
Nguyên lý hoạt động :
Không khí nóng hoặc khói lò được dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ, độ
ẩm, tốc độ phù hợp, chuyển động chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy
bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy.

Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang
dòng chuyển động của sản phẩm. Sấy đối lưu có thể thực hiện theo mẻ (gián
đoạn) hay liên tục. Trên hình vẽ dưới là sơ đồ nguyên lý sấy đối lưu bằng không
khí nóng.

1 – Quạt; 2 – Caloriphe; 3 – Buồng sấy
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống sấy đối lưu.
Sản phẩm sấy có thể lấy ra khỏi buồng sấy theo mẻ hoặc liên tục tương ứng
GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính

25

SVTH: Bùi Văn Vĩnh