Báo cáo Thực tập quá trình thiết bị CNTP HCMUTE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

.

BÁO CÁO
THỰC TẬP QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG
CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

GVHD: ThS. Hồ Thị Thu Trang
Nhóm 2:
1. Phạm Thị Thu Hà

16116122

2. Hồ Thị Trúc Linh

16116144

3. Võ Ngọc Anh Thư

16116255

4. Đào Lê Thủy Tiên

16116181

TP. Hồ Chí Minh 04/2019

MỤC LỤC
BÀI 1. THÍ NGHIỆM SẤY VẬT LIỆU ẨM..........................................................1
1. Tổng quan.........................................................................................................1
1.1 Tổng quan về sấy.........................................................................................1
1.2 Tổng quan về vật liệu ẩm...........................................................................5
1.2.1 Phân loại vật liệu ẩm............................................................................5
1.2.2 Các dạng liên kết ẩm với vật liệu.........................................................6
1.3 Tổng quan về nguyên liệu sấy....................................................................7
2. Mục đích thí nghiệm........................................................................................8
3. Dụng cụ - thiết bị..............................................................................................8
4. Tiến hành thí nghiệm.......................................................................................9
4.1 Sơ đồ tiến hành thí nghiệm.........................................................................9
4.2 Các bước tiến hành thí nghiệm..................................................................9
5. Kết quả và bàn luận.......................................................................................11
5.1 Kết quả thí nghiệm....................................................................................11
5.1.1 Kết quả phương pháp sấy hồng ngoại...............................................11
5.1.2 Sấy đối lưu...........................................................................................15
5.1.3 Sấy lạnh...............................................................................................18
5.2 Bàn luận.....................................................................................................22
5.2.1 Bàn luận về kết quả thí nghiệm.........................................................22
5.2.2 Bàn luận về tính chất cảm quan........................................................24
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................27
BÀI 2. THÍ NGHIỆM LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM.........................................28
1. Tổng quan.......................................................................................................28
1.1 Quá trình lạnh đông.................................................................................28
1.2 Các phương pháp lạnh đông....................................................................28
1.3 Tổng quan nguyên liệu lạnh đông............................................................29
1.4 Tính chất vật lí của thực phẩm................................................................30
1.6 Cơ sở khoa học của lạnh đông thực phẩm..............................................31
1.5 Tính chất vật lí và hóa học của thực phẩm.............................................34

1.7 Những biến đổi của thực phẩm khi làm đông.........................................34
1.8 Thành phần hóa học của thực phẩm ảnh hưởng đến các quá trình
truyền khi lạnh đông.......................................................................................37
1.9 Môi trường làm đông thực phẩm.............................................................38
1.10 Mạ băng sản phẩm đông lạnh................................................................38
1.10 Các phương pháp làm đông chia theo dạng sản phẩm........................40
1.11 Bảo quản sản phẩm đông lạnh:..............................................................41
1.12 Tan giá sản phẩm đông lạnh...................................................................43
2. Mục đích thí nghiệm......................................................................................45
3. Dụng cụ, thiết bị và nguyên liệu thực nghiệm..............................................46
4. Cơ sở lí thuyết.................................................................................................46
5. Tiến hành thí nghiệm.....................................................................................47
6. Kết quả và bàn luận.......................................................................................48
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................58
BÀI 3. THÍ NGHIỆM TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG............................59
1. Tổng quan.......................................................................................................59
1.1 Phương thức trao đổi nhiệt......................................................................59
1.2 Sự chuyển động của lưu chất...................................................................59
1.3 Chế độ chuyển động của của lưu chất.....................................................60
1.4 Thiết bị trao đổi nhiệt...............................................................................62
2. Mục đích thí nghiệm......................................................................................65
3. Dụng cụ và thiết bị thực hiện.........................................................................66
4. Phương pháp tiến hành thực nghiệm............................................................66
5. Kết quả và bàn luận.......................................................................................67
5.1 Kết quả.......................................................................................................67
5.1.1 Thí nghiệm truyền nhiệt ống lồng ống xuôi dòng.............................67
5.1.2 Thí nghiệm truyền nhiệt ống lồng ống ngược dòng..........................72
5.2 Bàn luận.....................................................................................................77

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................79


DANH MỤC BẢNG
Bài 1. THÍ NGIỆM SẤY VẬT LIỆU ẨM
Bảng 1.1 Bảng số liệu của phương pháp sấy hồng ngoại........................................12
Bảng 1.2 Bảng số liệu của phương pháp sấy đối lưu..............................................15
Bảng 1.3 Bảng số liệu phương pháp sấy lạnh.........................................................18
Bảng 1.4 Ưu, nhược điểm của ba phương pháp sấy sử dụng..................................22
Bảng 1.5 Đánh giá cảm quan các mẫu sấy củ cải...................................................25
Bài 2. THÍ NGHIỆM LẠNH ĐÔNG THỰC PHẦM
Bảng 2.1 Bảng số liệu về nhiệt độ lạnh đông của củ cải trắng...............................48
Bài 3. THÍ NGHIỆM TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG
Bảng 3.2 Số liệu của thí nghiệm truyền nhiệt ống lồng ống xuôi dòng...................67
Bảng 3.3. Số liệu của thí nghiệm truyền nhiệt ống lồng ống ngược dòng...............72
DANH MỤC HÌNH
Bài 1. THÍ NGIỆM SẤY VẬT LIỆU Ẩ

Hình 1.1 Tủ sấy đối lưu.............................................................................................1
Hình 1.2 Hệ thống sấy hồng ngoại............................................................................2
Hình 1.3. Hệ thống sấy lạnh......................................................................................2
Hình 1.4 Hệ thống sấy chân không nhiệt độ thấp......................................................3
Hình 1.5. Củ cải trắng..............................................................................................7
Hình 1.6 Sơ đồ thực nghiệm quá trình sấy................................................................9
Hình 1.7 Đường cong sấy W = f (τ)........................................................................10
Hình 1..8 Đường cong tốc độ sấy u = f(W).............................................................11
Hình 1.9 Đường cong sấy hồng ngoại của củ cải trắng.........................................13
Hình 1.10 Đường cong tốc độ sấy hồng ngoại của củ cải trắng............................14
Hình 1.11 Đường cong sấy đối lưu của củ cải trắng...............................................16

Hình 1.12 Đường cong tốc độ sấy đối lưu của củ cải trắng...................................17
Hình 1.13 Đường cong sấy lạnh của củ cải trắng...................................................20
Hình 1.14 Đường cong tốc độ sấy lạnh của củ cải trắng.......................................21
Hình 1.15. Mẫu củ cải trắng trước khi sấy..............................................................24
Hình 1..16 Sản phẩm củ cải trắng sấy hồng ngoạ...................................................24
Hình 1.17 Sản phẩm củ cải trắng sấy đối lưu.........................................................25
Hình 1.18 Sản phẩm củ cải trắng sấy lạnh..............................................................25
Bài 2. THÍ NGHIỆM LẠNH ĐÔNG THỰC PHẦM
Hình 2. 1 Củ cải trắng.............................................................................................29
Hình 2. 2 Hình dạng củ cải trước khi lạnh đông.....................................................30
Hình 2. 3 Quan hệ nhiệt độ môi trường lạnh với độ mất nước tương đối................36
Hình 2. 4 Quá trình lạnh đông thực phẩm..............................................................46
Hình 2. 5 Sơ đồ tiến hành thí nghiệm......................................................................47
Hình 2. 6 Đồ thị đường cong lạnh đông củ cải.......................................................53
Hình 2. 7 Củ cải trước và sau khi lạnh đông...........................................................55
Bài 3. THÍ NGHIỆM TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG
Hình 3. 1Không khí chuyển động tự nhiên..............................................................60
Hình 3. 2 Không khí chuyển động cưỡng bức.........................................................60
Hình 3. 3Mô tả các chế độ dòng chảy.....................................................................61
Hình 3. 4 Thiết bị trao đổi nhiệt cùng chiều............................................................63
Hình 3. 5 Thiết bị trao đổi nhiệt ngược chiều.........................................................63
Hình 3. 6Thiết bị trao đổi nhiệt chéo nhau..............................................................63
Hình 3. 7 Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống........................................................64
Hình 3. 8 Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống dùng trong thí nghiệm....................65


BÀI 1. THÍ NGHIỆM SẤY VẬT LIỆU ẨM
1. Tổng quan
1.1 Tổng quan về sấy

Sấy là một công đoạn sau thu hoạch để bảo quản sản phẩm, làm giảm hàm lượng
ẩm trong sản phẩm, tăng thời gian bảo quản cũng như hạn chế được sự phát triển của
hệ vi sinh vật gây hư hỏng sản phẩm.
Các phương pháp sấy
Sấy được phân thành hai loại: sấy tự nhiên và sấy nhân tạo.
Sấy tự nhiên
Sấy tự nhiên là quá trình bốc hơi nước bằng năng lượng mặt trời hay gió. Đây là
phương pháp không tiêu tốn nhiều năng lượng và chi phí cho việc sấy. Tuy nhiên năng
suất của phương pháp thấp do chúng ta không thể chủ động điều chỉnh năng lượng sấy
cũng như thời gian sấy (Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, 2004).
Sấy nhân tạo
Sấy nhân tạo là quá trình sấy được thực hiên trong các thiết bị sấy để cung cấp nhiệt
cho vật liệu sấy. Tùy vào phương pháp truyền nhiệt mà phân loại:
Sấy đối lưu: 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.

Trang 1


Hình 1.1 Tủ sấy đối lưu
Sấy tiếp xúc: là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp vật liệu
sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn (Võ
Văn Bang, Vũ Bá Minh, 2004).
Sấy bằng tia hồng ngoại: Sấy bằng tia hồng ngoại là phương pháp sấy dùng năng
lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu
(Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, 2004).

Hình 1. 2 Hệ thống sấy hồng ngoại
Sấy lạnh: là phương pháp sấy trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy
thấp hơn nhiều so với môi trường. Nhiệt độ thấp để đảm bảo đặc tính cảm quan của
thực phẩm còn ẩm thấp để tạo ra chênh lệch ẩm cho ẩm trong vật liệu được thoát ra dễ

dàng.

Trang 2


Hình 1.3. Hệ thống sấy lạnh
Sấy thăng hoa: Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm ra khỏi vật sấy bằng sự thăng hoa
của nước. Quá trình thăng hoa là quá trình chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi. Ở
điều kiện bình thường, ẩm trong thực phẩm ở dạng lỏng, nên để thăng hoa chúng cần
được chuyển sang thể rắn bằng phương pháp lạnh đông. Chính vì vậy nên phương
pháp này còn có thể gọi là phương pháp Sấy lạnh đông (Freeze Drying hay
Lyophillisation).
Sấy bằng dòng điện cao tần: là phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường có
tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu.
Sấy chân không: là phương pháp sấy những vật liệu không chịu được nhiệt độ cao
hoặc dễ bị oxy hoá.

Hình 1.4 Hệ thống sấy chân không nhiệt độ thấp
Sấy tầng sôi: dùng không khí nóng thổi từ đáy buồng, thổi bùng lớp vật liệu lên làm
vật liệu ở trạng thái lơ lửng gọi là tầng sôi.
Sấy phun: nguyên liệu được nhập vào thiết bị vào vòi phun thành các hạt sương, tác
nhân sấy sẽ trộn lẫn vào và tách ẩm ra.
Các yếu tố phân biệt các phương pháp sấy

Trang 3

Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy rất khác nhau nên có nhiều kiểu thiết bị
sấy khác nhau, vì vậy có nhiều cách phân loại phương pháp sấy.


Dựa vào tác nhân sấy: thiết bị sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấy bằng khói

lò, ngoài ra còn có các thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa, sấy
bằng tia hồng ngoại hay bằng dòng điện cao tần (Nguyễn Tấn Dũng, 2013).


Dựa vào áp suất làm việc: sấy chân không, thiết bị sấy ở áp suất thường (Võ

Văn Bang, Vũ Bá Minh, 2004).


Dựa vào phương thức làm việc: sấy liên tục hay sấy gián đoạn (Võ Văn Bang,

Vũ Bá Minh, 2004).


Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc,

hoặc thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ... (Nguyen Tan Dzung, 2012).


Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng

quay, sấy phun, sấy tầng sôi… (Nguyễn Tấn Dũng, 2013).



Dựa vào chiều chuyển động của tác nhân sấy và vật liệu sấy: cùng chiều,

nghịch chiều và giao chiều (Nguyễn Tấn Dũng, 2013).
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy
Tốc độ sấy phụ thuộc vào một số yếu tố sau (Nguyễn Tấn Dũng, 2013):


Bản chất vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm...



Hình dáng vật liệu sấy: kích thước mẫu sấy, chiều dày lớp vật liệu... Diện tích

bề mặt riêng của vật liệu càng lớn thì tốc độ sấy càng nhanh.


Độ ẩm ban đầu, độ ẩm cuối và độ ẩm tới hạn của vật liệu.



Chênh lệch giữa nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của không khí sấy, nhiệt độ cuối

cao thì nhiệt độ trung bình của không khí càng cao, do đó tốc độ sấy cũng tăng. Nhưng
nhiệt độ cuối không nên quá cao vì không sử dụng triệt để nhiệt.


Độ ẩm, nhiệt độ và tốc độ của không khí.



Tính chất của tác nhân sấy.



Tốc độ sấy còn phụ thuộc rất lớn vào cấu tạo máy sấy, phương thức và chế độ

sấy.
Tác nhân sấy
Trang 4


Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật liệu sấy.
Khi sấy, môi trường buồng sấy luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ vật liệu ẩm. Nếu
lượng ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấy sẽ tăng lên,
đến một lúc nào đó sẽ đạt được giá trị cân bằng và quá trình thoát ẩm sẽ ngưng lại. Do
đó cùng với việc cung cấp nhiệt độ cho vật liệu để hoá hơi ẩm phải đồng thời tải ẩm đã
thoát ra khỏi buồng sấy (Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, 2004).
Trong quá trình sấy tác nhân sấy thường là các chất khí như: khói, hơi quá nhiệt và
nhiều nhất là không khí vì có giá thành rẻ và cũng là nguồn tài nguyên vô tận của bầu
khí quyển. Ngoài ra, còn có thể sử dụng tác nhân sấy là chất lỏng như các loại dầu hay
một số loại muối nóng chảy (Nguyễn Tấn Dũng, 2013).
Động lực quá trình sấy
Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phức tạp
vì nó bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và bên ngoài vật liệu rắn đồng thời
với quá trình truyền nhiệt. Đây là một quá trình nối tiếp, nghĩa là quá trình chuyển
lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệu
ban đầu (Nguyen Tan Dzung, Trinh Van Dzung, Tran Duc Ba, 2012)
Động lực của quá trình sấy là sự chênh lệch độ ẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên

bề mặt vật liệu (Nguyễn Tấn Dũng, 2013). Quá trình khuếch tán chuyển pha này chỉ
xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước
trong môi trường không khí xung quanh (Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, 2004).
1.2 Tổng quan về vật liệu ẩm
1.2.1 Phân loại vật liệu ẩm
Vật liệu ẩm là những vật liệu có cấu trúc xốp và mao dẫn (do hấp phụ nước). Tuỳ
từng đặc tính của vật liệu mà tính năng liên kết hay hấp phụ nước khác nhau. Dựa vào
đặc điểm này, người ta chia vật liệu thành ba loại như sau (Nguyễn Tấn Dũng, 2016):


Vật liệu keo: Đặc tính lưu biến của loại vật liệu này có tính đàn hồi, khi hút ẩm

trương phồng nở ra và khi tách ẩm co lại. Đối với loại thực phẩm chứa hàm lượng tinh
bột và lipid nhiều thì thường có tính keo. Trong tự nhiên nhiều loại vật liệu có tính đàn
hồi lớn nên khó tách ẩm trong quá trình sấy.
Trang 5




Vật liệu xốp mao dẫn: Đặc tính lưu biến của nó là tính đàn hồi rất bé, khi hút

ẩm cũng như khi tách nước thì thể tích và kích thước của nó gần như không thay đổi,
bởi vì kích thước các lỗ xốp rất ít thay đổi khi hút ẩm. Chẳng hạn như: than, gỗ, các
loại củ, rau, quả,…


Vật liệu keo xốp mao dẫn: Đây là loại vật liệu có tính chất lưu biến rất phức

tạp, vật liệu vừa có tính keo, vừa có tính xốp mao dẫn. Trong thế giới tự nhiên, hầu hết

các loại thực phẩm gia súc, gia cầm, thuỷ hải sản thuộc nhóm vật liệu này, đặc biệt là
vật liệu thuỷ hải sản nhóm giáp xác như: tôm sú, tôm bạc và tôm thẻ.
1.2.2 Các dạng liên kết ẩm với vật liệu
Nước có trong vật liệu ẩm có thể chia làm hai nhóm: nước tự do và nước liên kết.
Nước tự do nằm ở bề mặt của vật, có áp suất riêng bằng áp suất hơi nước bão hòa ứng
với nhiệt độ hiện tại của vật ẩm. Nước tự do nằm trong vật ẩm là lượng nước tạo ra
trên bề mặt của vật ẩm hơi nước có áp suất riêng đạt giá trị bão hòa ở nhiệt độ hiện tại
của vật ẩm. Nước liên kết tạo ra trên vật ẩm hơi nước có áp suất riêng nhỏ hơn áp suất
bão hòa ứng với nhiệt độ của vật (Nguyễn Tấn Dũng, 2013).
Nước liên kết trong vật liệu thường ở hai dạng là liên kết hoá lý và liên kết cơ lý.
Trong đó liên kết hoá lý không thể khử bằng các quá trình sấy, còn liên kết cơ lý có thể
tách ẩm được nhờ sấy. Các dạng liên kết cơ lý gồm có liên kết hấp phụ, liên kết mao
dẫn và liên kết thẩm thấu (Nguyễn Tấn Dũng, 2016).
1.3 Tổng quan về nguyên liệu sấy
Để tiến hành thí nghiệm sấy vật liệu ẩm, nhóm em chọn củ cải trắng là nguyên liệu
để thu thập kết quả, xử lý số liệu, xây dựng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy.
Hình 1.5. Củ cải trắng
Củ cải trắng là cây thân thảo có màu trắng, vị cay nồng. Loại nhỏ có một vài lá dài
khoảng 13cm với rễ tròn đường kính lên đến 2,5 cm hoặc nhỏ hơn, rễ dài lên đến
7cm . Củ cải phát triển phân nhánh, lá dài rất đơn giản, lá có thùy đầu cuối to, các thùy
bên nhỏ dần.

Trang 6


Củ cải được trồng hàng năm, phát triển nhanh trong điều kiện mát mẻ. Củ cải có
chu kì thu hoạch ngắn. Sau khi thu hoạch củ cải có thể được bảo quản trong 2, 3 ngày
ở nhiệt độ phòng hoặc 2 tháng ở 00C với độ ẩm tương đối khoảng 90 – 95% mà không
làm giảm chất lượng.
Thành phần hóa học của củ cải – củ cải là một nguồn giàu carbohydrat, kali, magie,

đồng, canxi,…và đặc biệt là các chất chống oxy hóa nhờ các hợp chất phenolic,
flavonoid, vitamin và các acid folic,…Củ cải trắng chứa 92% nước, 1,5% protid, 3,7%
glucid, 1,8 cellulozo. Hàm lượng protein trong củ cải chiếm 1,5 % so với trọng lượng
khô. Lượng protein này không chỉ phụ thuộc vào quá trình phát triển của cá thể, điều
kiện sống, cách xử lí, bảo quản củ cải. Củ cải cũng được cho là nguồn giàu các nguyên
tố vi lượng với 40 ppm calci, 15ppm magie, 41ppm phospho, 242mg/100g nguyên liệu
tươi. (Bảng Thành phần thực phẩm, 2007).
2. Mục đích thí nghiệm
Khảo sát quá trình sấy bằng thực nghiệm để:
- Xây dựng đường cong sấy để mô tả động học cho quá trình sấy, trên cơ sở đó cho
phép xác lập chế độ công nghệ quá trình sấy:
W = f(τ)

(1.1)

Với: W là độ ẩm vật liệu sấy, (%);
τ là thời gian sấy, (h);
- Xây dựng đường cong tốc độ sấy:

Trang 7


u = - = f(W)

(1.2)

Với: u là tốc độ sấy, (kg/(m2.h));
G là khối lượng vật liệu sấy, (kg);
W là độ ẩm vật liệu sấy, (%);
- Xác định các thông số sấy: tốc độ sấy đẳng tốc, độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng, thời

gian sấy đẳng tốc và giảm tốc.
- Xác định được tính chất keo hay xốp của vật liệu.
- Chỉ ra ưu, nhược điểm của từng phương pháp sấy từ đó chọn lựa phương pháp sấy
sao cho phù hợp với từng loại vật liệu sấy.
3. Dụng cụ - thiết bị
-

Máy sấy đối lưu

-

Máy sấy hồng ngoại

-

Máy sấy lạnh

-

Cân 2 số

-

Bình hút ẩm

-

Nguyên liệu: củ cải trắng

4. Tiến hành thí nghiệm

4.1 Sơ đồ tiến hành thí nghiệm
Nguyên liệu sấy

Cắt, theo hình và xác định
bề dày
Xác định độ ẩm ban đầu,
sấy và xác định độ ẩm
theo thời gian
Thành phẩm

Trang 8


Hình 1.6 Sơ đồ thực nghiệm quá trình sấy
4.2 Các bước tiến hành thí nghiệm
Tiến hành sấy vật liệu với các phương pháp sấy khác nhau: sấy đối lưu, sấy hồng
ngoại và sấy lạnh. Đối với mỗi phương pháp sấy tiến hành các bước thí nghiệm như
sau:
Bước 1:

Xác định độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy W0 (%);
Xác định khối lượng ban đầu của vật liệu sấy G0 (kg)

Bước 2:

Lập bảng biến thiên để xây dựng đường cong sấy

τ
W

τ=0
W0

Bước 3:

Xác định độ ẩm của vật liệu sấy biến thiên theo thời gian sấy

τ = τ1
W1

…
…

…
…

τ = τj
Wj

G0(100 – W0) = Gj(100 – Wj)

…
…

…
…

(1.3)

Sau thời gian τ = τj, đem mẫu cân xác định Gj (kg)

Như vậy:

Wj = 100 – (100 – W0)

(1.4)

Δ τ = τj+1 – τj = (10 – 12) phút.
Tiến hành cân mẫu sau mỗi (10 – 12) phút.
Tính toán theo công thức (1.4) rồi ghi vào bảng biến thiên.
Sấy đến khi khối lượng của vật liệu sấy không đổi thì ngừng thí nghiệm.
Bước 4:

Xây dựng đường cong sấy

Xử lý số liệu thực nghiệm ở bảng biến thiên phía độ ẩm vật liệu sấy theo thời gian
sấy, để xác định được đường cong sấy và mô phỏng trên đồ thị
W = f (τ)
Phương trình (1.5) được biểu diễn trên đồ thị như sau:

Trang 9

(1.5)




Hình 1.7 Đường cong sấy W = f (τ)
Giai đoạn 1: đun nóng vật liệu sấy và làm bay hơi nước bề mặt, giai đoạn này

đường cong sấy ở dạng phi tuyến.



Giai đoạn 2: quá trình bay hơi nước do quá trình khuếch tán nội và khuếch tán

ngoại xảy ra đồng thời, giai đoạn này là sấy đẳng tốc, đường cong sấy ở dạng tuyến
tính.


Giai đoạn 3: quá trình bốc hơi ẩm còn lại cho đến khi đạt tới độ ẩm cân bằng,

quá trình này đường cong sấy ở dạng phi tuyến rất phức tạp.
Bước 5: Xây dựng đường cong tốc độ sấy

Hình 1.8 Đường cong tốc độ sấy u = f(W)
Từ phương trình W = f (τ) lấy đạo hàm 2 vế, rồi nhân tử cho G và nhân mẫu
cho F, sẽ nhận được:
u = – = f (W)

(1.6)
Trang 10


Với: F (m2) là diện tích trao đổi nhiệt của vật liệu sấy;
Sau khi có số liệu thực nghiệm, tiến hành vẽ đường cong sấy và đường cong tốc
độ sấy và so sánh với đường cong theo lý thuyết. Nêu nguyên nhân dẫn đến hiện tượng
sai số.
5. Kết quả và bàn luận
5.1 Kết quả thí nghiệm
5.1.1 Kết quả phương pháp sấy hồng ngoại
Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy Wo (%)

Wo = =
Trong đó:
m1: khối lượng của mẫu ban đầu (g)
m2: khối lượng của mẫu sau sấy (g)
mo: khối lượng của đĩa (g)
Khối lượng ban đầu của vật liệu sấy Go = 58.48 g
Kích thước mẫu ban đầu: l = 3 cm, w = 3 cm, h = 0.2 cm
Số lượng mẫu: 16 miếng
Diện tích bề mặt tiếp xúc:
Độ ẩm của vật liệu sấy biến thiên theo thời gian sấy
Go(100 – Wo) = Gj(100 – Wj)
Wj = 100 – 58.48 x (100 – 93.8)/Gj= 100 – 362.576/Gj
Bảng 1. 1 Bảng số liệu của phương pháp sấy hồng ngoại
Thời

Khối

gian (phút)
0
5
10
15
20
25
30
35

lượng (g)
58.48
51.95

47.93
43.81
40.14
36.47
32.75
29.25

W(%)

UAB

93.80
93.02
92.44
91.72
90.97
90.06
88.93
87.60

0
0.045
0.045
0.068
0.068
0.091
0.091
0.113
Trang 11

UBC

UCD


40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140

26.32
23.5
20.03

17.55
15.26
13.08
11.35
9.88
8.77
7.77
6.69
6.59
5.66
5.26
4.9
4.4
4.13
3.99
3.91
3.88
3.85

86.22
84.57
81.90
79.34
76.24
72.28
68.05
63.30
58.66
53.34
45.80

44.98
35.94
31.07
26.00
17.60
12.21
9.13
7.27
6.55
5.82

0.113
0.136
0.385
0.385
0.385
0.385
0.385
0.385
0.385
0.385
0.385
0.385
0.385
0.385
0.385
0.385
0.385
0.204
0.136

0.068
0

Wo
100.00
90.00 f(x) = - 0x^2 - 0.08x + 93.62
f(x) = - 0.98x + 134.3
80.00
70.00
60.00
50.00
40.00
30.00
20.00
10.00
0.00
0

20

40

60

80

T(phút)
f(x) = 0.02x^2 - 4.65x + 329.57
100gđ1 120
140

160

Hình 1.9 Đường cong sấy hồng ngoại của củ cải trắng
Giai đoạn 1: Phương trình tốc độ sấy uAB = x (-0,0052t + 0,0804) g/cm2.phút
Giai đoạn 2: Phương trình tốc độ sấy uBC = x 0.983 g/cm2.phút

Trang 12


Giai đoạn 3: Phương trình tốc độ sấy uCD = x (-0.0334t + 4.6502) g/cm2.phút

0.45
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0

10

20

30

40

50

60

Wo
70

80

Hình 1.10 Đường cong tốc độ sấy hồng ngoại của củ cải trắng
Nhận xét quá trình sấy hồng ngoại:


Ở giai đoạn 1 (từ t = 0 đến t = 45 phút): Qua khảo sát đo độ ẩm và đối chiếu

với đồ thị trên lý thuyết, nhóm nhận thấy ở giai đoạn này lượng nước thoát ra khỏi vật
liệu tuân theo quy luật sấy động học. Lượng ẩm giảm dần từ độ ẩm 93.8% ở t = 0
xuống 84.57% ở t = 45 phút (độ ẩm vật liệu giảm 9.23% trong 45 phút đầu).
Tuy nhiên, trong giai đoạn này, đường cong tốc độ sấy thực tế không giống với
đường cong tốc độ sấy lý thuyết, có thể là do một vài nguyên nhân sau:


Các nhóm chưa có sự thống nhất về thời gian đóng mở tủ sấy nên lúc này nhiệt

độ sấy chưa cố định.


Sai số do con người (trong quá trình cân vật liệu…).



Ở giai đoạn 2 (từ t = 45 phút đến t = 120 phút): Từ việc phân tích và so sánh

trên đồ thị đường cong sấy lý thuyết, có thể thấy lúc này lượng ẩm thực tế sụt giảm
nhanh đáng kể. Con số này giảm dần từ độ ẩm 84.57% ở t = 45 phút xuống còn
12.21% ở t = 120 phút (giảm đến 72.36% trong vòng 75 phút kế tiếp).

Trang 13

90


Ở giai đoạn 3 (từ t = 120 phút đến t = 140 phút): Đường cong sấy lúc này có
dạng phi tuyến phức tạp. Ẩm giảm dần từ t = 120 phút đến t = 140 phút (đến độ ẩm
không đổi ≈ 5.82%). => Đường cong tốc độ sấy như hình vẽ vì củ cải trắng là vật liệu
có tính xốp.
5.1.2 Sấy đối lưu
Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy Wo (%)
Wo= .100== 95.4%
m1: khối lượng của mẫu ban đầu (g)
m2: khối lượng của mẫu sau sấy (g)
mo: khối lượng của đĩa (g)
Khối lượng ban đầu của vật liệu sấy: Go= 58.85g
Kích thước mẫu: l = 3cm, w = 3cm, h = 0.2 cm
Số lượng mẫu: 16 miếng
Diện tích bề mặt tiếp xúc: 3 x 3 x 16 = 9 x 16 = 144 cm2
Độ ẩm của vật liệu sấy biến thiên theo thời gian sấy
Go(100 – Wo) = Gj(100 – Wj)
Wj = 100 – 58.85 x (100 – 95.4)/Gj = 100 – 270.71/Gj

Bảng 1. 2 Bảng số liệu của phương pháp sấy đối lưu
hời gian
(phút)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130

Khối
lượng (g)
58.85
43.53
36.87
30.52
24.14
18.78
14.34
11.54
8.39
6.46

5
3.99
3.43
3.29

W(%)

UAB

95.40
93.78
92.66
91.13
88.79
85.59
81.12
76.54
67.73
58.09
45.86
32.15
21.08
17.72

0.000
0.059
0.057

UBC

UCD

0.322
0.322
0.322
0.322
0.322
0.322
0.322
0.322
0.322
0.322
0.175
Trang 14


140
150
160

3.09
3.04
3.02

12.39
10.95
10.36

0.118
0.063

0.009

120.00
100.00
80.00

f(x) = - 0.79x + 124.06
f(x) = 0x^2 - 0.15x + 95.36

60.00
40.00
20.00
0.00
0

f(x) = 0.01x^2 -T(phút)
2.17x + 184.54
20

40

60

80

100

120

140

160

Hình 1.11 Đường cong sấy đối lưu của củ cải trắng
Giai đoạn 1: Phương trình tốc độ sấy uAB = x (-0,0004t + 0,1462) g/cm2.phút
Giai đoạn 2: Phương trình tốc độ sấy uBC = x 0.79 g/cm2.phút
Giai đoạn 3: Phương trình tốc độ sấy uCD = x (-0.0134t + 2.1664) g/cm2.phút

Trang 15

180


0.350
0.300
0.250
0.200
0.150
0.100
0.050
0.000
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Hình 1.12 Đường cong tốc độ sấy đối lưu của củ cải trắng
Nhận xét quá trình sấy đối lưu:


Ở giai đoạn 1 (từ t = 0 đến t = 20 phút): giai đoạn này độ ẩm có sụt giảm ít hơn

so với phương pháp hồng ngoại nhưng thời gian diễn tiến nhanh hơn. Cụ thể, độ ẩm
giảm từ 95.4% ở t = 0 xuống còn 92.66% ở t = 20 phút (độ ẩm vật liệu giảm 2.74%
trong 20 phút đầu).
Đường cong tốc độ sấy xảy ra một vài sai số. Do lượng nước bốc hơi bề mặt thấp
nên độ ẩm giảm nhẹ, sự thay đổi vận tốc sấy không đáng kể, ngoài ra sai số này còn có
thể do thao tác đo vật liệu, nhiệt độ tủ sấy không ổn định, thời gian sấy, trong quá trình
đem mẫu đi cân có sự hút ẩm trở lại.


Ở giai đoạn 2 (từ t = 20 phút đến t = 120 phút): lúc này độ ẩm trong mẫu củ

cải trắng có sự sụt giảm đáng kể (giảm 71.58% ẩm trong 100 phút kế tiếp). Có thể
nhận thấy, khi so sánh với giai đoạn 2 của quá trình sấy bằng phương pháp hồng ngoại,

độ ẩm của củ cải trắng giảm chậm hơn.


Ở giai đoạn 3 (từ t = 120 phút đến t = 160 phút): độ ẩm lúc này tuân theo quy

luật hàm phi tuyến phức tạp. Độ ẩm có sự sụt giảm nhẹ do lúc này nước tự do đã bay
hơi gần hết, chỉ còn lại nước liên kết trong vật liệu.

Trang 16

100


5.1.3 Sấy lạnh
Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy Wo (%)
Wo= .100== 95.4%
m1: khối lượng của mẫu ban đầu (g)
m2: khối lượng của mẫu sau sấy (g)
mo: khối lượng của đĩa (g)
Khối lượng ban đầu của vật liệu sấy Go= 59.04g
Kích thước mẫu l = 3cm, w = 3cm, h = 0.2 cm
Diện tích bề mặt tiếp xúc: 3 x 3 x 18 = 9 x 18 = 162 cm2
Độ ẩm của vật liệu sấy biến thiên theo thời gian sấy
Go(100 – Wo) = Gj(100 – Wj)
Wj = 100 – 59.04 x (100 – 95.4)/Gj = 100 – 271.584/Gj
Bảng 1. 3 Bảng số liệu phương pháp sấy lạnh
Thời

Khối

gian (phút)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210

lượng (g)
59.04
56.02
54.65
53.67
52.42

51.3
50.15
49.07
47.89
45.54
44.43
43.35
41.97
40.54
39.44
38.37
37.23
36.12
34.94
33.9
32.84
31.5

W(%)

UAB

95.40
95.15
95.03
94.94
94.82
94.71
94.58
94.47

94.33
94.04
93.89
93.74
93.53
93.30
93.11
92.92
92.71
92.48
92.23
91.99
91.73
91.38

0.000
0.004
0.004
0.005
0.005
0.005
0.005
0.006
0.006
0.006
0.007
0.007
0.007
0.007
0.008

0.008
0.008

UBC

0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
Trang 17

UCD


220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360

370
380
390
400
410
420
430
440
450
460
470
480
490
500
510
520
530
540
550
560

30.49
29.13
28.22
27.24
26.03
25.1
24.16
23.3
22.4

21.53
20.75
20
19.02
18.12
17.2
16.48
15.79
15.05
14.36
13.6
11.6
10.2
9.5
8.69
7.97
7.17
6.57
6.01
5.5
4.8
4.22
3.56
3.11
3.07
3.06

91.09
90.68
90.38

90.03
89.57
89.18
88.76
88.34
87.88
87.39
86.91
86.42
85.72
85.01
84.21
83.52
82.80
81.95
81.09
80.03
76.59
73.37
71.41
68.75
65.92
62.12
58.66
54.81
50.62
43.42
35.64
23.71
12.67

11.54
11.25

0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056

0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.056
0.035
0.005

Trang 18


f(x) =
100
90

f(x) = - 0.15x + 130.83

80
70
60
50
40
30
20
10
0
150

f(x) = 0x^2 - 4.72x + 1328.35

200

250

300

350

400

450

500

550

600

Hình 1.13 Đường cong sấy lạnh của củ cải trắng
Giai đoạn 1: Phương trình tốc độ sấy uAB = x (0.00008t + 0.0102) g/cm2.phút
Giai đoạn 2: Phương trình tốc độ sấy uBC = x 0.1544 g/cm2.phút
0.060
0.050
u =const
0.040
0.030
0.020
0.010
0.000
0

Wth
10

20

30

40

50

60

70

80

Giai đoạn 3: Phương trình tốc độ sấy uCD = x (-0.0084t + 4.7173) g/cm2.phút
Hình 1.14 Đường cong tốc độ sấy lạnh của củ cải trắng
Nhận xét quá trình sấy lạnh:
Trang 19

90

100




Ở giai đoạn 1 (từ t = 0 đến t = 160 phút): So với phương pháp sấy đối lưu và

sấy hồng ngoại, thì giai đoạn này sấy lạnh cần khá nhiều thời gian (sau 160 phút mới
đạt 92.71% ẩm).


Ở giai đoạn 2 (từ t = 160 phút đến t = 540 phút): Sau 460 phút thì độ ẩm giảm

đến giá trị 12.67%. Nhìn chung, so với hai phương pháp sấy trên thì sấy lạnh cũng mất
khá nhiều thời gian cho giai đoạn này. Với tính chất sấy ở nhiệt độ thấp nên độ ẩm có
xu hướng giảm chậm dần đều => đồ thị có độ dốc nhẹ. Điều này chưa hoàn toàn chính
xác khi đối chiếu trên đồ thị lý thuyết, nguyên nhân là do nhiệt độ của quá trình sấy
thấp, lượng nước tự do trong vật liệu không thể thoát ra ngoài một cách nhanh chóng
=> Thời gian sấy kéo dài, độ ẩm giảm khá chậm.


Ở giai đoạn 3 (từ t = 540 phút đến t = 560 phút): Lúc này, đường cong sấy ở

dạng phi tuyến, độ ẩm giảm dần từ 12.67% xuống còn 11.75%.
5.2 Bàn luận
5.2.1 Bàn luận về kết quả thí nghiệm
Nhìn chung, quá trình sấy của bất kỳ vật liệu ẩm nào cũng đều trải qua ba giai đoạn.
Giai đoạn 1: Đây được xem là giai đoạn chủ yếu làm bay hơi lượng nước trên bề
mặt của vật liệu ẩm, đồng thời thì lượng nhiệt cấp vào dùng để đốt nóng vật liệu ẩm sẽ
phục vụ cho quá trình sấy được diễn ra thuận tiện hơn. Đường cong sấy lúc này có
dạng phi tuyến, thời gian xảy ra rất ngắn.
Giai đoạn 2: Giai đoạn sấy đẳng tốc, lúc này vật liệu còn nhiều nước, tốc độ khuếch
tán của nước bên trong vật liệu lớn hơn tốc độ bay hơi ở trên bề mặt vật liệu. Vì thế
trong giai đoạn này, tốc độ sấy phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ bay hơi ẩm trên bề mặt
vật liệu, nghĩa là phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, tốc độ và độ ẩm

không khí sấy. Đường cong sấy có dạng tuyến tính.
Giai đoạn 3: Giai đoạn sấy giảm tốc, lúc này vật liệu tương đối khô, lượng nước
trong vật liệu còn ít, nên tốc độ khuếch tán nước trong vật liệu giảm xuống nhỏ hơn
tốc độ bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu. Vào cuối giai đoạn này, nhiệt độ của vật liệu
sấy tăng dần cho đến khi bằng nhiệt độ của tác nhân sấy (khi đạt đến trạng thái cân
bằng động). Vì vậy, cần phải khống chế nhiệt độ của tác nhân sấy không vượt quá
nhiệt độ cho phép của vật liệu sấy.
Trang 20