Nghiên cứu động học sấy và xác định mức tiêu hao năng lượng trong quá trình sấy tôm thẻ chân trắng bằng bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC SẤY VÀ XÁC ĐỊNH MỨC TIÊU HAO
NĂNG LƯỢNG TRONG QUÁ TRÌNH SẤY TÔM THẺ CHÂN
TRẮNG BẰNG BƠM NHIỆT KẾT HỢP BỨC XẠ HỒNG NGOẠI

Giảng viên hướng dẫn : ThS. LÊ NHƯ CHÍNH
Sinh viên thực hiện
: TRỊNH ĐÌNH CƯỜNG
Mã số sinh viên
: 56130039

Khánh Hòa: 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ
BỘ MƠN KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH
---------------o0o---------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC SẤY VÀ XÁC ĐỊNH MỨC TIÊU HAO
NĂNG LƯỢNG TRONG QUÁ TRÌNH SẤY TÔM THẺ CHÂN
TRẮNG BẰNG BƠM NHIỆT KẾT HỢP BỨC XẠ HỒNG NGOẠI

: ThS. LÊ NHƯ CHÍNH

: TRỊNH ĐÌNH CƯỜNG
: 56130039

GVHD
SVTH
MSSV

Khánh Hòa, tháng 7/ 2018

i


LỜI CẢM ƠN
Sau bốn năm học tại trường Đại học Nha Trang, đến nay tôi đang ở trong học kỳ
cuối của chương trình đào tạo tại trường và hồn thành đồ án tốt nghiệp đại học.
Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự giúp đỡ vô cùng
quý giá từ Ban chủ nhiệm Khoa Cơ Khí đã tạo điều kiện hết sức thuận lợi, cùng sự chỉ
bảo, sẵn sàng giúp đỡ của các Thầy Cô trong bộ môn Kỹ thuật Nhiệt – Lạnh.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban chủ
nhiệm Khoa Cơ Khí cùng tồn thể các Thầy, Cô giáo đã tham gia giảng dạy tôi trong
suốt bốn năm qua.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành, lời biết ơn sâu sắc tới Thầy Th.s.Lê Như
Chính người trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo, đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tơi
hồn thành đồ án tốt nghiệp này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Cha, Mẹ, các Anh Chị, và tất cả những người bạn đã
giúp tôi suốt chặng đường học tập cũng như suốt thời gian làm đề tài tốt nghiệp, đã
cho tôi động lực để hồn thành khóa học và đề tài tốt nghiệp của mình.
Tơi xin chân thành cảm ơn !

Nha Trang, tháng 07 năm 2018

Sinh viên thực hiện
Trịnh Đình Cường

ii


MỤC LỤC
TRANG BÌA.....................................................................................................................i
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............. Error! Bookmark not defined.
PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI / KHÓA LUẬN TỐT
NGHIỆP......................................................................... Error! Bookmark not defined.
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ...................................................................................................................... ii
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................ix
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI .............................ix
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ............................................................................................ 3
1.1 Tổng quan về nguyên liệu tôm thẻ chân trắng ....................................................3
1.1.1 Nguồn lợi .........................................................................................................3
1.1.2 Phân loại...........................................................................................................3
1.1.3 Đặc điểm hình thái ........................................................................................... 4
1.1.4 Thành phần acid amine và acid béo của tôm thẻ chân trắng ........................... 4
1.2 Tổng quan về kỹ thuật sấy ..................................................................................5
1.2.1 Khái niệm về sấy.............................................................................................. 5
1.2.2 Phân loại các phương pháp sấy .......................................................................6
1.2.2.1 Sấy tự nhiên (phơi nắng) ...............................................................................6
1.2.2.2 Sấy nhân tạo .................................................................................................6
1.2.3 Phân loại vật liệu ẩm và các trạng thái của nước trong vật liệu ......................8
1.2.3.1 Các loại vật liệu ẩm.......................................................................................8

1.2.3.2 Các trạng thái của nước trong vật liệu .......................................................... 9
1.2.4 Cơ chế thốt ẩm khỏi vật liệu trong q trình sấy .........................................10
1.2.4.1 Khuếch tán ngoại ........................................................................................ 11
1.2.4.2 Khuếch tán nội ............................................................................................ 12
1.2.4.3 Mối quan hệ giữa khuếch tán nội và khuếch tán ngoại .............................. 13
1.2.5 Các giai đoạn trong thời gian sấy .................................................................13
1.2.5.1 Giai đoạn làm nóng vật liệu (A-B) ............................................................. 13
1.2.5.2 Giai đoạn sấy đẳng tốc (B-C) .....................................................................14
iii


1.2.5.3 Giai đoạn sấy giảm tốc (C-D) .....................................................................14
1.2.6 Biến đổi của tơm trong q trình sấy ............................................................. 14
1.2.6.1 Các biến đổi về trạng thái ...........................................................................14
1.2.6.2. Sự biến đổi hóa học....................................................................................15
1.3 Tổng quan về bức xạ hồng ngoại ......................................................................15
1.3.1 Khái niệm về bức xạ hồng ngoại ...................................................................15
1.3.2 Một số ứng dụng của bức xạ hồng ngoại .......................................................17
1.3.3 Nhiệt bức xạ hồng ngoại ................................................................................18
1.3.4 Cơ chế sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại .......................................................19
1.3.5 Ưu và nhược điểm của công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại ............................ 20
1.4 Tổng quan về sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt .......................................................21
1.4.1 Lịch sử hình thành và phát triển của bơm nhiệt.............................................21
1.4.2 Nguyên lý làm việc của bơm nhiệt ................................................................ 22
1.4.2.1 Sơ đồ nguyên lý .......................................................................................... 22
1.4.2.2 Sấy bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại..................................................22
1.4.3 Các nghiên cứu ngoài và trong nước về sấy bơm nhiệt kết hợp với hồng
ngoại ........................................................................................................................ 23
1.4.3.1 Nghiên cứu ngoài nước ...............................................................................23
1.4.3.2 Nghiên cứu trong nước ...............................................................................25

1.5 Tổng quan về phương pháp quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa ..................26
1.5.1 Xây dựng mơ hình giải tích cho đối tượng nghiên cứu .................................26
1.5.2 Phương pháp quy hoạch trực giao .................................................................28
1.5.2.1 Tính chất trực giao ......................................................................................28
1.5.2.2 Phương pháp quy hoạch trực giao cấp hai ..................................................29
1.5.2.3 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi trong Minitab ...................30
1.5.2.3.1 Phần mền Minitab ....................................................................................30
1.5.2.4 Phương pháp đáp ứng bề mặt (Response surface methodology- RSM) .....32
CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU .................................35
2.1 Thiết bị phục vụ nghiên cứu .............................................................................35
2.2 Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................41
2.2.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm ......................................................................41
2.2.1.1 Thí nghiệm thăm dị thời gian luộc tơm......................................................41
iv


2.2.1.2 Thí nghiệm thăm dị tơm bóc vỏ trước và tơm bóc vỏ trong q trình sấy 41
2.2.1.3 Thí nghiệm tìm miền tối ưu chiều dày nguyên liệu (dnl) ............................ 42
2.2.1.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng thể .................................................................43
2.2.2 Phương pháp phân tích .................................................................................45
2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu .............................................................................45
2.2.3.1 Xác định độ ẩm ban đầu của tôm ngun liệu ............................................48
2.2.3.2 Tính tốn hàm lượng ẩm biến đổi trong quá trình sấy............................... 48
2.2.3.3 Nghiên cứu khả năng hút nước phục hồi ....................................................48
2.2.3.4 Nghiên cứu hiệu suất tiêu hao năng lượng (Specific energy consumitionSEC) ........................................................................................................................ 49
2.2.4 Áp dụng phương trình tốn học .....................................................................49
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ....................................51
3.1 Nghiên cứu động học sấy..................................................................................51
3.3.1 Xây dựng đường cong sấy theo các chế độ sấy .............................................51
3.3.1.1 Biến đổi đường cong sấy theo các chế độ TN 1, 2, 3 .................................51

3.3.1.2 Biến đổi đường cong sấy theo các chế độ TN 4, 5, 6 .................................52
3.3.1.3 Biến đổi đường cong sấy theo các chế độ TN 7, 8, 9 .................................52
3.3.1.4 Biến đổi đường cong sấy theo TN 10 , 11 , 12 ...........................................53
3.3.1.5 Biến đổi đường cong sấy theo TN 13 , 14 , 15 ...........................................53
3.3.1.6 Biến đổi đường cong sấy theo TN 16 , 17 , 18 ...........................................54
3.3.1.7 Biến đổi đường cong sấy theo TN 19 , 20 , 21 ...........................................54
3.3.1.8 Biến đổi đường cong sấy theo TN 22 , 23 , 24 ...........................................55
3.3.1.9 Biến đổi đường cong sấy theo TN 25 , 26, 27 ............................................55
3.3.1.10 Biến đổi đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy qua sự so sánh chế độ
sấy tối ưu và phơi nắng. .......................................................................................... 56
3.2 Biến đổi áp suất trong quá trình sấy tôm bằng BN kết hợp BXHN ................57
3.3 Kết quả nghiên cứu công đoạn luộc ..................................................................59
3.4 Kết quả nghiên cứu độ ẩm ban đầu của tôm sau luộc.......................................59
3.5.1 Hàm mục tiêu của đối tượng nghiên cứu .......................................................59
3.5.2 Nghiên cứu xác định miền tối ưu của các thông số .......................................59
3.5.2.1 Miền tối ưu nhiệt độ sấy tTNS (oC)............................................................... 59
3.5.2.2 Miền tối ưu vận tốc gió vTNS (m/s) ............................................................. 60
v


3.5.2.3 Miền tối ưu khoảng cách bức xạ hBx (cm) ..................................................60
3.6 Miền tối ưu chiều dày nguyên liệu dnl (cm) .....................................................61
3.6.1 Miền tối ưu công suất hồng ngoại IP (W) ...................................................61
3.6.2 Tối ưu hóa bằng phần mền Minitab ............................................................... 62
3. 7 Ảnh hưởng của các chế độ sấy tối tốc độ sấy ..................................................69
3.8 Đánh giá chất lượng tôm sấy ở chế độ tối ưu so với các phương pháp sấy khác
.................................................................................................................................72
3.8.1 So sánh các chỉ tiêu của tôm khô sấy chế độ tối ưu và tôm khô phơi nắng .72
3.8.1.1 Chất lượng cảm quan ..................................................................................72
3.8.1.2 Tỷ lệ hút nước phục hồi của tôm khô theo phương pháp sấy phơi nắng và

chế độ sấy tối ưu. ....................................................................................................74
3.8.1.3 Chỉ tiêu vi sinh vật ......................................................................................75
3.9 Mức tiêu hao năng lượng trong quá trình sấy tôm thẻ chân trắng bằng bơm
nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại. ............................................................................76
3.9.1 Hiệu suất tiêu hao năng lượng giữ các phương pháp sấy .............................. 76
3.9.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và khoảng cách đến mức tiêu hao năng lượng .......76
3.9.2 Ảnh hưởng của vận tốc gió và độ dày đến mức tiêu hao năng lượng ...........77
3.9.3 Ảnh hưởng của công suất đèn hồng ngoại đến mức tiêu hao năng lượng .....78
3.10 Đề xuất quy trình sấy tơm thẻ chân trắng ở chế độ tối ưu bằng thiết bị sấy
bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại .....................................................................79
KẾT LUẬN ...................................................................................................................81
KIẾN NGHỊ ...................................................................................................................82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 83
PHỤ LỤC ......................................................................................................................85
PHỤ LỤC I:KẾT QUẢ 27 THÍ NGHIỆM ...................................................................85
PHỤ LỤC II: BẢNG ĐO ÁP SUẤT TRONG TÔM ....................................................90
PHỤ LỤC III: CÁC BIẾN ĐỔI TRỌNG LƯỢNG,ĐỘ ẨM VÀ TỐC ĐỘ SẤY
TRONG TÔM................................................................................................................94
PHỤ LỤC VI: CÁC QUY ĐỊNH VÀ CHỈ TIÊU THEO TCVN ...............................108
PHỤ LỤC V: Các hình ảnh của thiết bị sấy bơm nhiệt kết hợp hồng ngoại...............110

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Đường cong sấy ............................................................................................. 13
Hình 1.2: Đường cong tốc độ sấy ................................................................................. 16
Hình 1.3: Đường cong phân bố nhiệt độ trong thí nghiệm của Hersel ......................... 16
Hình 1.4: Sơ đồ chuyển năng lượng bức xạ hồng ngoại vào VLS ................................ 17
Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý của bơm nhiệt .....................................................................22

Hình 1.6: Sơ đồ thiết bị sấy bơm nhiệt kết hợp hồng ngoại [20] ..................................24
Hình 1.7: Sơ đồ thiết bị sấy bơm nhiệt tầng sôi kết hợp hồng ngoại [21].....................25
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý làm việc thiết bị sấy bơm nhiệt kết hợp hồng ngoại ..........35
Hình 2.2: Biểu diễn quá trình sấy trên đồ thị I-d ........................................................... 36
Hình 2.3: Thiết bị sấy bơm nhiệt kết hợp hồng ngoại ...................................................37
Hình 2.4: Nguyên lý thiết bị đo áp suất và nhiệt kế thủy ngân. ....................................38
Hình 2.5: Thiết bị đo áp suất chữ U và thiết bị đo áp kế nghiêng .................................39
Hình 2.6: Sơ đồ bố trí điểm đo theo đường kính thân tơm sấy .....................................40
Hình 2.7: Sơ đồ bố trí điểm đo áp suất các đốt trên thân tơm .......................................40
Hình 2.8: : Sơ đồ bố trí thí nghiệm thằm dị thời gian luộc...........................................41
Hình 2.9: Sơ đồ bố trí thí nghiệm thăm dị tơm bóc vỏ trước và trong q trình sấy ...41
Hình 2. 10: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tìm miền tối ưu của chiều dày ngun liệu tơm. ..42
Hình 2.11: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng thể ..................................................................43
Hình 3. 1: Đường cong sấy của các TN 1 , 2 , 3 ........................................................... 51
Hình 3. 2: Đường cong tốc độ sấy của TN 4,5,6 ........................................................... 52
Hình 3.3: Đường cong sấy của TN 7 , 8 , 9 ...................................................................52
Hình 3.4: Đường cong sấy của TN 10, 11 , 12 .............................................................. 53
Hình 3.5: Đường cong sấy của TN 13 , 14 , 15 ............................................................. 53
Hình 3.6: Đường cong sấy của TN 16 , 17 , 18 ............................................................. 54
Hình 3.7: Đường cong sấy của TN 19 , 20 , 21 ............................................................. 54
Hình 3.8: Đường cong sấy của TN 22 , 23 , 24 ............................................................. 55
Hình 3.9: Đường cong sấy của TN 25 , 26 , 27 ............................................................. 55
Hình 3. 10: Đường cong sấy của TN sấy tối ưu và sấy phơi nắng ................................ 56
Hình 3.11: Đường cong tốc độ sấy của TN sấy tối ưu và phơi nắng ........................... 56
Hình 3. 12: Biến đổi áp suất trong tơm theo thời gian sấy ............................................57
Hình 3. 13: Biến đổi áp suất trong tơm sấy theo vị trí các đốt ......................................58
vii


Hình 3. 14: Quan hệ giữa áp suất và độ ẩm...................................................................58

Hình 3.15: Kết quả nghiên cứu tốc độ sấy U theo các mức cơng suất hồng ngoại .......62
Hình 3. 16: Nhập số liệu vào vào Taguchi trong phần mền Minitab ............................ 65
Hình 3. 17 Kết quả chạy phần mềm tối ưu hóa Taguchi để có các phương trình .........65
Hình 3. 18: Kết quả chạy phần mềm tối ưu hóa Taguchi để có các phương trình SEC
Y2 ..................................................................................................................................66
Hình 3. 19: Kết quả chạy phần mềm tối ưu hóa Taguchi để có các phương trình ........67
Hình 3. 20: Hình kết quả tối ưu hóa bằng phần mền Taguchi ......................................68
Hình 3. 21: Ảnh hưởng của nhiệt độ và vận tốc gió đến tốc độ sấy.............................. 69
Hình 3.22: Ảnh hưởng của khoảng cách và cơng suất bức xạ đến tốc độ sấy .............70
Hình 3.23: Ảnh hưởng của độ dày đến tốc độ sấy ........................................................ 71
Hình 3. 24: Điểm chất lượng cảm quan của tơm sấy khơ chế độ tối ưu và phơi nắng..73
Hình 3. 25: Mẫu tơm sấy chế độ sấy tối ưu Hình 3. 26: Mẫu sấy phơi nắng ..............73
Hình 3. 27: Tỷ lệ hút nước phục hồi của mẫu tôm sấy khô chế độ tối ưu và phơi nắng
.......................................................................................................................................74
Hình 3. 28: Hiệu suất tiêu hao năng lượng SEC cho từng quá trình sấy.......................76
Hình 3. 29: Ảnh hưởng của nhiệt độ và khoảng cách đến mức tiêu hao năng lượng ...77
Hình 3. 30: Ảnh hưởng của vận tốc gió và độ dày nguyên liệu đến mức tiêu hao năng
lượng .............................................................................................................................. 77
Hình 3. 31: Ảnh hưởng của công suất hồng ngoại đến mức năng lượng tiêu hao ........78
Hình 3. 32: Sơ đồ quy trình đề xuất ..............................................................................79

viii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần acid béo của tôm thẻ chân trắng[12] ...........................................4
Bảng 1.2: Thành phần acid amin của tôm thẻ chân trắng [13] ........................................4
Bảng 1. 3: Số liệu thí nghiệm ........................................................................................ 27
Bảng 1. 4: Ma trận quy hoạch trực giao cấp hai k yếu tố ..............................................29
Bảng 2. 1: Bố trí thí nghiệm sơ bộ theo phần mền Taguchi trong phần mền Minitab ..47

Bảng 3. 1: Các mức thí nghiệm với 5 yếu tố .................................................................63
Bảng 3. 2: Kết quả thực nghiệm thể hiện ở bảng dưới ..................................................64
Bảng 3.3: So sánh giữa sấy thực tế và sấy mơ hình ......................................................68
Bảng 3.4: Kết quả kiểm tra vi sinh vật mẫu tôm sấy chế độ tối ưu và phơi nắng .........75

ix


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI
STT Ký hiệu,viết tắt Ý nghĩa tương đương
1

SEC

Năng lượng tiêu thụ trong q trình sấy

2

HNPH

Hút nước phục hồi

3

IP

Cơng suất đèn hồng ngoại

4

hBx

Khoảng cách đèn hồng ngoại

5

IP+HP

Công suất đèn hồng ngoại + Cơng suất bơm nhiệt

6

dnl

Chiều dày ngun liệu sấy

7

TN

Thí nghiệm

8

TGS

Thời gian sấy

9

Utb

Tốc độ sấy

10

HP

Công suất bơm nhiệt

11

VLS

Vật liệu sấy

12

TNS

Tác nhân sấy

13

HNPH

Hút nước phục hồi

14

BXHN

Bức xạ hồng ngoại

15

BX

Bức xạ

16

vTNS

Vận tốc gió

17

TNS

Tác nhân sấy

x


LỜI NĨI ĐẦU
Nước ta có bờ biển dài lớn hơn 3200 km. Thềm lục địa rộng lớn khoảng hơn 1
triệu km2 mang khí hậu nhiệt đới, có nhiều dịng hải lưu chảy qua nên nguồn lợi thủy
sản rất da dạng và phong phú thuận lợi cho việc khai thác, nuôi trồng chế biến xuất
nhập khẩu. Việc xuất khẩu thủy sản là ngành mang lại giá trị kinh tế hết sức to lớn,

một trong những ngành chiếm tỉ trọng lớn trong tổng kim ngạch xuất khẩu của Việt
Nam. Ngành xuất khẩu thủy sản ngày càng gia tăng về sản lượng và giá trị kinh tế.
Ước xuất khẩu thủy sản của cả nước trong tháng 3/2018 đạt 700 triệu USD, tăng 16%
so với cùng kỳ năm ngoái, đưa tổng giá trị xuất khẩu thủy sản 3 tháng đầu năm đạt gần
1,8 tỷ USD, tăng 17% so với cùng kỳ năm ngoái.
Xuất khẩu tôm trong tháng 3 ước tăng 16% đạt 300 triệu USD, tổng xuất khẩu 3
tháng đạt trên 740 triệu USD, tăng 20% so với cùng kỳ. Trong đó, tơm chân trắng đạt
510 triệu USD, tăng 29% và chiếm 70%, tôm sú giảm gần 16% đạt 153 triệu USD.
Những tháng đầu năm, thời tiết thuận lợi, người nuôi tôm thu được sản lượng cao, bên
cạnh đó nhu cầu thị trường vẫn cao hỗ trợ cho sản xuất và xuất khẩu tôm.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp sấy và mỗi phương pháp đều có ưu và nhược
điểm riêng. Khi yêu cầu chất lượng sản phẩm ngày càng cao, hiệu quả kinh tế, chúng
ta cần tìm ra phương pháp kết hợp để làm giảm khắc phục nhược điểm của các phương
pháp, từ đó làm giảm được thời gian sấy, nâng cao được chất lượng sản phẩm. Việc
nghiên cứu động học sấy giúp ta tìm hiểu được tốc độ thốt ẩm của ngun liệu ở từng
chế độ sấy khác nhau, thay đổi nhanh hay chậm và tứ đó có thể chọn được chế độ phù
hợp cho việc sấy tôm thẻ chân trắng cải tiến quy trình. Xuất phát từ yêu cầu bức thiết
của thực tế tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:
“Nghiên cứu động học sấy và xác định mức tiêu hao năng lượng trong q trình sấy tơm
thẻ chân trắng bằng bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại”
Nhằm hiện đại hóa công nghệ sấy thủy sản, tiết kiệm thời gian sấy, năng lượng,
nâng cao chất lượng sản phẩm từ đó làm tăng giá trị sử dụng, giá trị kinh tế cho sản
phẩm
Dù đã rất cố gắng nhưng đề tài vẫn không tránh khỏi sai sót mong thầy cơ thơng cảm.
Em xin chân thành cảm ơn!
1


Ý nghĩa khoa học của đề tài
Nghiên cứu động học sấy, tìm ra các yếu tố ảnh hưởng, mức tiêu hao năng lượng

trong q trình sấy tơm thẻ chân trắng bằng bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại. Từ
đó tìm ra chế độ sấy thích hợp cho q trình sấy tôm thẻ chân trắng, nâng cao tốc độ
sấy và giảm thời gian sấy giúp tiết kiệm chi phí về năng lượng, tăng hiệu quả kinh tế.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Việc nghiên cứu động học sấy nhằm xác định chế độ tối ưu cho việc sấy tôm thẻ
chân trắng bằng bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại.
Tìm ra phương pháp mới, đổi mới công nghệ theo hướng cơng nghiệp hóa, hiện
đại hóa.
Giảm thời gian sấy, tiết kiệm năng lượng, nâng cao chất lượng sản phẩm tôm
khô, cũng như sản phẩm thủy sản khô.
Nâng cao giá trị sử dụng, nâng cao giá trị kinh tế cho sản phẩm thủy sản khơ.
Giảm lượng phế phẩm trong q trình sấy khô thủy sản.
Nâng cao hiệu quả kinh tế cho ngành chế biến thủy sản việt nam.
Nội dung nghiên cứu
Thực nghiệm tìm ra các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất, tốc độ sấy và chất
lượng sản phẩm.
Xác định chế độ sấy tối ưu cho tôm thẻ chân trắng bằng bơm nhiệt kết hợp bức
xạ hồng ngoại qua thực nghiệm và tính tốn các thơng sơ.
Phân tích đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm tôm thẻ chân trắng
khô và so sánh với tôm sấy bằng một số phương pháp khác.
Mức tiêu hao năng lượng trong quá trình sấy tôm thẻ chân trắng bằng bơm nhiệt
kết hợp hồng ngoại.
Tơm có màu xanh tím hay đỏ nhạt, trên thân tơm có vằn ngang, râu có khoang
vàng nhạt, cỡ trưởng thành từ 40 ÷ 150g. Tơm chân trắng lớn rất nhanh trong giai đoạn
đầu, mỗi tuần có thể tăng trưởng 3g với mật độ 100 con/m2, sau khi đã đạt được 20g
tôm bắt đầu lớn chậm lại, khoảng 1g/tuần, tôm cái thường lớn nhanh hơn tôm đực.

2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về nguyên liệu tôm thẻ chân trắng
1.1.1 Nguồn lợi
Tôm thẻ chân trắng (Tên tiếng Anh: White Leg Shrimp)
Tơm có màu xanh tím hay đỏ nhạt, trên thân tơm có vằn ngang, râu có khoang
vàng nhạt, cỡ trưởng thành từ 40 ÷ 150g. Tơm chân trắng lớn rất nhanh trong giai đoạn
đầu, mỗi tuần có thể tăng trưởng 3g với mật độ 100 con/m2, sau khi đã đạt được 20g
tôm bắt đầu lớn chậm lại, khoảng 1g/tuần, tôm cái thường lớn nhanh hơn tôm đực.
Đặc điểm: Ít bị nhiễm bệnh tật hơn tơm sú, chu kì ni ngắn ngày, giá cả ổn định
trên thế giới.
Tơm thẻ có nhiều lồi nhưng hiện đang được ni và nhu cầu tiêu thụ nhiều nhất
là tôm thẻ chân trắng. Tơm thẻ chân trắng là lồi được các nước thế giới ưa chuộng
nhất đặc biệt là Hoa Kỳ và các nước Châu Âu. Ước xuất khẩu thủy sản của cả nước
trong tháng 3/2018 đạt 700 triệu USD, tăng 16% so với cùng kỳ năm ngoái, đưa tổng
giá trị xuất khẩu thủy sản 3 tháng đầu năm đạt gần 1,8 tỷ USD, tăng 17% so với cùng
kỳ năm ngối.
1.1.2 Phân loại
Nhóm gần bờ: Có số lượng lồi đơng nhất, tập trung ở độ sâu dưới 50m. Đặc biệt
quan trọng là các lồi tơm có giá trị đều tập trung ở nhóm này, tiêu biểu có: Penaeus
monodon, P. merguiensis, P. indicus, P. semisulcatus, Metapenaeus ensis, M. affinis…
Nhóm phân bố rộng: Phân bố từ bờ đến độ sâu 200m, chúng phân bố làm hai
nhóm phụ, nhóm phụ một phân bố từ bờ đến độ sâu 100m, tiêu biểu có P. japonicus, P.
cananiculatus, Metapenaosis palmensis, M. barbuta…; Nhóm phụ thứ hai thích nghi
với độ sâu từ 50m – 200m, như các loài Solenocera Pestinata, S. melantho, S. koelbeli,
Parapenaeus fissures, Pa. sextaberculatus…
Nhóm biển sâu: Tồn tại ở độ sâu từ 140m đến 400m nước. Đại diện có các lồi:
P. manginatus, Pa. australiensis, Metapenaeopsis provocatoria…

3

1.1.3 Đặc điểm hình thái
Như cấu tạo chung của tơm, tôm thẻ chân trắng được chia làm hai phần: Đầu
ngực (Cephalothorax) và phần bụng (Abdoment). Phần đầu ngực có 13 đốt được dính
liền với nhau, được bao bọc phía trên và 2 bên bởi giáp ngực (carapace), phía trước
của giáp đầu ngực kéo dài thành chủy đầu (Rostrum). Phía dưới chủy đầu là mắt kép
có cuống.
1.1.4 Thành phần acid amine và acid béo của tôm thẻ chân trắng
Hàm lượng acid amine và acid béo được xác định thể hiện qua bảng sau:
Bảng 1.1: Thành phần acid béo của tôm thẻ chân trắng[12]

Tên mẫu

Lipid

Tôm
thẻ
1.32
chân trắng

SFA MUFA PUFA
(%) (%)
%

HUFA
(%)

TFA TFA/
(%) Lipid(%)

0.09

0.23

0.64 48.63

0.18

0.15

Bảng 1.2: Thành phần acid amin của tôm thẻ chân trắng [13]

STT Tên acid amin
1
Alanine
2
Glycine
3
Valine
4
Leucine
5
Iso Leucine
6
Threonine
7
Serine
8
Proline
9

Asparagine
10
Methionine
11
Glutamine
12
Phenylalanine
13
Lysine
14
Histidine
15
Hly
16
Tyrosin
Tổng Amino acid

4

Tôm
liệu
0.67
0.54
0.71
1.98
0.65
0.69
0.59
0.36
1.11

0.88
1.27
0.72
0.74
0.35
0.47
0.57
12.3

nguyên


Với các thành phần acid béo và thành phần acid amin có trong bảng trên thì ta
thấy tơm thẻ chân trắng có nhiều chất dinh dưởng cần thiết bổ sung cho con người,tốt
cho sức khỏe con người.
1.2 Tổng quan về kỹ thuật sấy
1.2.1 Khái niệm về sấy
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cung cấp cho vật liệu một
năng lượng dưới dạng nhiệt nhờ vào tác nhân sấy và thiết bị sấy. Nhiệt được cung cấp
cho vật liệu bằng dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc năng lượng điện trường co tần số cao.
Mục đích của quá trình sấy là làm giảm hàm lượng nước trong vật liệu, tăng độ
bền từ đó làm tăng thời gian bảo quản, việc sấy khô giúp thuận tiện trong khâu vận
chuyển do giảm được khối lượng.
Trong quá trình sấy nước của nguyên liệu được vận chuyển từ thể lỏng sang thể
hơi nhờ vào sự chênh lệch của áp suất của hơi nước trên bề mặt với áp suất riêng phần
của hơi nước trong khơng khí ẩm. Sấy là một q trình khơng ổn định, độ ẩm của
ngun liệu thay đổi theo khơng gian và thời gian.
Q trình sấy được khảo sát về hai mặt: Tĩnh lực học và động lực học.
Trong tĩnh lực học, sẽ xác định được mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối
của vật liệu sấy và các tác nhân sấy dựa trên phương trình cân bằng vật chất – năng

lượng, từ đó xác định được trạng thái vật liệu và sản phẩm, sự tiêu hao tác nhân sấy và
tiêu hao nhiệt lượng cần thiết.
Trong động lực học, sẽ khảo sát mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm vật liệu
với thời gian và các thơng số của q trình. Ví dụ như tính chất và cấu trúc của vật
liệu, kích thước vật liệu, và các điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy… Từ đó
xác định được chế độ sấy, tốc độ sấy và thời gian sấy thích hợp.[14]

5


1.2.2 Phân loại các phương pháp sấy
1.2.2.1 Sấy tự nhiên (phơi nắng)
Sử dụng năng lượng mặt trời để tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy.
Ưu điểm: Không tốn kém về nhiên liệu, diệt trừ một số nấm mốc, côn trùng.
Nhược điểm: Không chủ động, phụ thuộc vào thời tiết. Tốn nhiều cơng lao động
và khơng cơ giới hóa được. Vật liệu sấy dễ bị nhiễm bẩn, bị ẩm khi gặp mưa. [14]
1.2.2.2 Sấy nhân tạo
Sử dụng tác nhân sấy để thực hiện quá trình sấy, tác nhân sử dụng là khơng khí
ẩm, khói lị, hơi q nhiệt … Có nhiều phương pháp sấy nhân tạo khác nhau. Dựa vào
phương pháp cung cấp nhiệt có thể chia ra các loại sau:
a) Sấy đối lưu
Nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt truyền từ môi chất sấy đến vật
liệu bằng cách truyền nhiệt đối lưu.
Sấy bằng đối lưu là phương pháp dùng khơng khí nóng hoặc hỗn hợp khơng khí
nóng với khói lị làm khơ sản phẩm.
Khơng khí sau khi được đốt nóng, đưa vào buồng sấy, trao đổi nhiệt với vật liệu
sấy, vật liệu sấy được cung cấp một nhiệt lượng cần thiết và làm cho ẩm trong vật liệu
bốc hơi.[15]
b) Sấy bức xạ
Phương pháp sấy bức xạ nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy bằng cách cho quá

trình sấy thực hiện bằng bức xạ từ một bề mặt nào đó đến vật sấy. Nguồn nhiệt bức xạ
thường dùng là đèn hồng ngoại, gốm hồng ngoại, dây, tấm hoặc thanh điện trở, dùng
nhiên liệu lỏng hay khí. Sấy bức xạ có thể tiến hành trong điều kiện tự nhiên hoặc
trong buồng kín.
Ưu điểm:
Cường độ bay hơi ẩm lớn có thể tới vài lần so với sấy đối lưu và tiếp xúc. Điều
này được giải thích là dịng nhiệt bức xạ trên một đơn vị diện tích lớn hơn đáng kể.
Thiết bị sấy gọn nhẹ, chiếm ít diện tích.

6


Thời gian sấy cho phép rút ngắn do đó tăng năng suất, chất lượng sản phẩm cao,
giá thành sản phẩm thấp.
Nhược điểm:
Sản phẩm sấy dễ bị nứt vở và cong vênh. Do vậy các vật liệu sấy như gỗ, men sứ
khơng thích hợp với sấy kiểu này.
Phương pháp sấy bức xạ khơng thích hợp với các vật liệu sấy có kích thước dày.
Vì vậy để khắc phục được hai nhược điểm trên thì điều kiện nguyên liệu sấy phải
mỏng, sự cách biệt nhiệt độ và độ ẩm trong quá trình chiếu khơng lớn, có thể dùng
phương pháp sấy gián đoạn đối với những nguyên liệu có chiều dày lớn.
ThS. Lê Như Chính [4], đã trình bày kết quả nghiên cứu xác định chế độ sấy
thích hợp khi sấy tơm thẻ chân trắng bằng phương pháp bơm nhiệt máy nén kết hợp
bức xạ hồng ngoại cho chất lượng sản phẩm tôm thẻ khô tốt nhất.
c) Sấy tiếp xúc
Phương pháp sấy tiếp xúc là phương pháp sấy mà quá trình gia nhiệt vật liệu sấy
thực hiện bằng cách trực tiếp giữa vật liệu sấy với bề mặt gia nhiệt. Quá trình truyền
nhiệt từ bề mặt gia nhiệt tới vật liệu sấy được thực hiện bằng cách dẫn nhiệt.
Sấy tiếp xúc được thực hiện khi đốt nóng sản phẩm bằng chất tải nhiệt qua thành
dẫn nhiệt. Khơng khí nóng hay khói lị, hơi nước đi qua phần dưới của buồng sấy,

ngăn cách phần trên bởi thanh đặc. Trên đó xếp vật liệu ẩm. Nhờ tiếp xúc với thành đã
đốt nóng mà sản phẩm nóng lên và được sấy khơ. [4]
d) Sấy bằng dịng điện cao tầng
Nhiệt cung cấp cho vật sấy nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần
trong vật sấy làm vật sấy nóng lên. Vật sấy được đặt giữa hai bản tụ điện có điện áp
tần số cao. Dưới tác dụng của điện trường tần số cao vật được gia nhiệt và ẩm trong
vật sẽ hóa hơi và thốt ra ngồi. [15]
Ưu điểm:
Sấy bằng điện trường có tần số cao có ưu điểm hơn các kiểu sấy khác là sự gia nhiệt
vật liệu được thực hiện nhờ trong tồn bộ thể tích vật nên nhiệt độ dễ đồng đều hơn.
Gia nhiệt bằng điện trường có tần số cao vật sẽ có nhiệt độ cao hơn nên gradient
nhiệt độ và gradient độ ẩm cùng chiều nên thuận lợi cho quá trình sấy.
7


Dễ dàng điều chỉnh được nhiệt độ của vật liệu sấy, thích hợp với các loại vật liệu dày.
Nhược điểm:
Tiêu hao năng lượng sấy lớn, chi phí đầu tư lớn.
Thiết bị phức tạp vì vậy việc vận hành bảo dưỡng địi hỏi người có trình độ
chun mơn.
e) Sấy thăng hoa
Phương pháp này được thực hiện bằng cách làm lạnh vật đồng thời hút chân
không để cho vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa của nước. Ẩm thoát ra khỏi vật liệu
sấy nhờ quá trình thăng hoa.
Ưu điểm của phương pháp sấy chân khơng thăng hoa thì nhờ thực hiện ở áp suất
chân khơng, có nhiệt độ thấp nên vật liệu sấy giữ được 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.
Nhược điểm của sấy thăng hoa là giá thành thiết bị cao, vận hành rất phức tạp,

người vận hành cần có trình độ kỹ thuật cao, tiêu hao điện năng lớn. [16]
1.2.3 Phân loại vật liệu ẩm và các trạng thái của nước trong vật liệu
1.2.3.1 Các loại vật liệu ẩm
Vật ẩm là một hệ liên kết phân tán giữa pha phân tán và môi trường phân tán.
Pha phân tán là một chất có cấu trúc mạng và khung khơng gian từ chất rắn phân tán
đều trong môi trường phân tán (là một chất khác).
Dựa theo tính chất lý học, người ta có thể chia vật ẩm ra thành ba loại:
Vật liệu keo: Đặc trưng là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt. Nước hoặc ẩm ở
dạng liên kết hấp thụ và thẩm thấu. Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy bị co lại
khá nhiều, nhưng vẫn giữ được tính dẻo. Ví dụ: gelatin, các sản phẩm từ bột nhão, tinh
bột…
Vật liệu xốp mao dẫn: Nước hoặc ẩm ở dạng liên kết cơ học do áp lực mao quản
hay còn gọi là lực mao dẫn. Vật liệu này thường dị hầu như khơng có lại và dễ dàng
làm nhỏ (vỡ vụn) sau khi làm khơ. Ví dụ: đường tinh thể, muối ăn …

8


Vật liệu keo xốp mao dẫn: Bao gồm tính chất của hai nhóm trên. Về cấu trúc tinh
chất các vật này thuộc xốp mao dẫn, nhưng về bản chất là các vật keo, có nghĩa là
thành mao dẫn của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao dẫn của chúng trương lên,
khi sấy khơ thì co lại. Loại vật liệu này chiếm phần lớn các vật liệu sấy. Ví du: thủy
sản …[16]
1.2.3.2 Các trạng thái của nước trong vật liệu
Các liên kết giữa ẩm với vật khơ có ảnh hưởng rất lớn đến q trình sấy. Nó sẽ
chi phối đến diễn biến của quá trình sấy.
Vật ẩm thường tập hợp của ba pha: Rắn, lỏng và khí hơi. Các vật rắn đem đi sấy
thường là các vật xốp mao dẫn hoặc keo xốp mao dẫn. Trong các mao dẫn có chứa ẩm
lỏng cùng với hỗn hợp hơi khí có thể tích rất lớn (thể tích xốp) nhưng tỷ lệ khối lượng
của nó so với phần rắn và phần lỏng có thể bỏ qua. Do vậy trong kỹ thuật sấy thường

coi vật thể chỉ gồm phần rắn khô và chất lỏng.
Dựa vào bản chất của liên kết người ta xếp thành ba nhóm liên kết chính: Liên
kết hóa học, liên kết hóa lý và liên kết cơ lý.
Liên kết hóa học
Liên kết hóa học giữa ẩm và vật khơ rất bền vững trong đó các phân tử nước đã
trở thành một bộ phận trong thành phần hóa học của phân tử vật ẩm.
Loại ẩm này gọi là ẩm liên kết chỉ có thể tách ra khi có phản ứng hóa học hoặc
thường phải nung nóng đến nhiệt độ cao. Sau khi tách ẩm tính chất hóa lý của vật sấy
thay đổi.

Ẩm này có thể tồn tại ở dạng liên kết phân tử như muối hydrat

MgCl2.6H2O hoặc ở dạng liên kết ion như Ca(OH)2
Trong quá trình sấy nhiệt độ (12 oC ÷ 150oC) khơng tách được ẩm liên kết hóa học.
Liên kết hóa lý
Liên kết này khơng địi hỏi nghiêm ngặt về tỷ lệ thành phần liên kết. Có hai loại:
Liên kết hấp phụ và liên kết thẩm thấu. Liên kết hấp phụ của nước có gắn liền với các
hiện tượng xảy ra trên bề mặt giới hạn của các pha (rắn hoặc lỏng). Các vật ẩm thường
là các vật keo, có cấu tạo hạt. Bán kính tương đương của hạt từ 10-9 ÷ 10-7 m. Do cấu
tạo hạt nên vật keo có bề mặt trong rất lớn, vì vậy nó có năng lượng bề mặt tự do

9


khơng đáng kể. Khi tiếp xúc với khơng khí ẩm hay trực tiếp với ẩm, ẩm sẽ xâm nhập
vào các bề mặt tự do này tạo thành liên kết hấp phụ giữa ẩm và bề mặt.
Liên kết thẩm thấu là sự liên kết hóa lý giữa nước và vật rắn khi có sự chênh lệch
nồng độ các chất hịa tan ở trong và ngoài tế bào. Khi nước ở bề mặt vật thể bay hơi thì
nồng độ của dung dịch ở đó tăng lên và nước ở sâu bên trong sẽ thấm ra ngồi. Ngược
lại thì khi ta đặt vật thể vào trong nước thì nước sẽ thấm vào trong.

Liên kết cơ lý
Đây là dạng liên kết giữa ẩm và vật liệu được tạo thành do sức căng bề mặt của
ẩm trong các mao dẫn hay trên bề mặt ngoài của vật. Liên kết cơ học bao gồm liên kết
cấu trúc, liên kết mao dẫn và liên kết dính ướt.
Liên kết cấu trúc: Là liên kết giữa ẩm và vật liệu hình thành trong quá trình hình
thành trong quá trình hình thành vật. Ví dụ: nước ở trong các tế bào động vật, do vật
đơng đặc khi nó chứa sẵn nước. Để tách ẩm trong trường hợp liên kết cấu trúc ta có thể
làm ẩm bay hơi, nén ép vật hoặc phá vỡ cấu trúc vật… Sau khi tách ẩm, vật bị biến
đổi tính chất và thậm chí thay đổi trạng thái pha.
Liên kết mao dẫn: Nhiều vật ẩm có cấu tạo mao quản. Trong các vật thể này có
vơ số các mao quản. Các vật thể này khi để trong nước, nước sẽ theo các mao quản
xâm nhập vào vật thể. Khi vật thể này để trong môi trường khơng khí ẩm thì hơi nước
sẽ ngưng tụ trên bề mặt mao quản và theo các mao quản xâm nhập vào trong vật thể.
Liên kết dính ướt: Là liên kết do nước bám dính vào bề mặt vật. Ẩm liên kết dính
ướt dễ tách khỏi vật bằng phương pháp bay hơi đồng thời có thể tách ra bằng các
phương pháp cơ học như: lau, thấm, thổi, vắt.[17]
1.2.4 Cơ chế thoát ẩm khỏi vật liệu trong quá trình sấy
Quá trình làm khơ là một q trình hết sức phức tạp. Nếu quá trình cung cấp
nhiệt ngừng lại thì quá trình làm khơ sẽ dừng lại. Do đó khi làm khơ vật liệu phải được
cung cấp một lượng nhiệt nhất định để nguyên liệu nhiệt độ cần thiết.
Nhiệt cung cấp cho vật liệu Q được đưa tới bằng ba phương thức: Bức xạ, truyền
dẫn và đối lưu.
Sự cân bằng nhiệt khi làm khô được biểu thị:
Q = q1 + q 2 + q 3

(1.1)
10


Trong đó:

Q: Nhiệt lượng cung cấp cho nguyên liệu.
q1: Nhiệt lượng làm cho các phân tử hơi và hơi nước tách ra trong nguyên liêu.
q2: Nhiệt lượng để cắt đứt các mối liên kết giữa nước và protit trong nguyên liệu.
q3: Nhiệt lượng dung làm khô các tổ chức tế bào.
Trong khi sấy khơ cịn phải tính đến nhiệt lương làm nóng dụng cụ, thiết bị q4 và
nhiệt lượng tổn thất ra mơi trường bên ngồi q5.
Trong q trình làm khơ nước ở trong vật liệu chuyển dần ra ngồi và đi vào
trong khơng khí làm cho khơng khí xung quanh ẩm lên nếu khơng khí ẩm đó đứng n
thì chỉ đến một lúc nào đó q trình làm khơ sẽ dừng lại.
Quá trình chuyển ẩm trong vật liệu sấy bao gồm hai q trình đó là q trinh
khuếch ngoại và quá trình khuếch tán nội.
1.2.4.1 Khuếch tán ngoại
Trong quá trính làm khơ sự chuyển động của hơi nước trên bề mặt nguyên liệu
chuyển dần ra ngoài và đi vào trong khơng khí gọi là q trình khuếch tán ngoại.
Lượng nước bay hơi do khuếch tán ngoại thực hiện được dưới điều kiện: Áp suất hơi
nước bão hòa trên bề mặt nguyên liệu PBH lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước
trong khơng khí PH, sự chênh lệch đó là:
∆P = (PBH – PH )

(1.2)

Lượng nước bay hơi trong tỉ lệ thuận với ∆P với bề mặt bay hơi F và thời gian
làm khô tức là:
dW = B(PBH - PH)F.d ‫ح‬

(1.3)

Trong đó:
W: Lượng nước bay hơi (kg)
F: Diện tích bay hơi (m2)

‫ح‬: Thời gian bay hơi (h)
PBH: Là áp suất hơi nước bão hòa trên bề mặt nguyên liệu (mmHg)
PH: Áp suất hơi nước riêng phần của hơi nước trong khơng khí (mmHg)
B: Hệ số bay hơi

11


Ẩm chuyển dời từ bề mặt vật liệu sấy ra môi trường sấy xung quanh cần được
đền bù bằng cách chuyển ẩm từ bên trong vật liệu sấy ra đến bề mặt của nó. [17]
1.2.4.2 Khuếch tán nội
Do sự chênh lệch độ ẩm giữa các lớp tạo nên sự chuyển động của hàm ẩm ở
trong nguyên liệu từ lớp này đến lớp khác để tạo sự cân bằng gọi là khuếch tán nội.
Động lực của quá trình khuếch tán nội xảy ra do chênh lệch độ ẩm giữa các lớp
trong và ngoài, nếu sự chênh lệch độ ẩm càng lớn, tức là gradient độ ẩm càng lớn thì
tốc độ khuếch tán nội càng nhanh. Được thực hiện nhờ lực khuếch tán, thẩm thấu, lực
mao quản,...
Ta có thể biểu thị tốc độ khuếch tán nội bằng phương trình sau:
dW
dc
 K .F .
dT
dx

(1.4)

Trong đó:
W: Lượng nước khuếch tán ra (kg)
T: Thời gian khuếch tán (h)
𝑑𝑐

𝑑𝑥

: Gradient độ ẩm

K: Hệ số khuếch tán
F: Bề mặt khuếch tán (m2)
Ngồi ra q trình khuếch tán nội còn diễn ra do sự chênh lệch nhiệt độ do sự
chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt. Qua nghiên cứu cho thấy
ẩm dịch chuyển từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Sự dịch chuyển của
nước do sự chênh lệch nhiệt độ gây nên gọi là: Sự truyền dẫn nhiệt ẩm phần. Vì vậy,
tùy thuộc vào phương pháp sấy và thiết bị sấy mà dòng dịch chuyển dưới tác dụng của
nồng độ ẩm và dòng 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 q trình thốt ẩm, rút ngắn thời gian sấy. Và ngược lại nếu hai dịng ẩm dịch
chuyển ngược chiều dễ kìm hãm sự thốt ẩm, kéo dài thời gian sấy. [12]

12


1.2.4.3 Mối quan hệ giữa khuếch tán nội và khuếch tán ngoại
Khuếch tán nội và ngoại có mối quan hệ mật thiết, tức là khuếch tán ngoại có
được tiến hành thì khuếch tán nội mới được tiếp tục và như thế độ ẩm của nguyên liệu
mới được giảm dần.
Nếu khuếch tán nội lớn hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ nhanh,
nhưng điều đó thì ít có. Khuếch tán nội của nước trong nguyên liệu thường nhỏ hơn
tốc độ bay hơi trên bề mặt. Khi khuếch tán nội nhỏ hơn khuếch tán ngoại thì quá trình
bay hơi sẽ bi gián đoạn.
Trong q trình làm khơ, ở giai đoạn đầu lượng nước trong nguyên liệu nhiều, sự
chênh lệch về độ ẩm lớn, vì vậy khuếch tán nội thường phù hợp với khuếch tán ngoại,
do đó tốc tương đối nhanh. Nhưng ở giai đoạn cuối thì lượng nước cịn lại trong

ngun liệu ít, tốc độ bay hơi mặt ngồi nhanh mà tốc độ khuếch tán nội lại chậm, vì
vậy tốc độ làm khơ ở lớp ngồi nhanh sẽ tạo thành một màng cứng làm ảnh hưởng rất
lớn cho quá trình khuếch tán nội. Do đó ảnh hưởng đến q trình làm khô của nguyên
liệu.
1.2.5 Các giai đoạn trong thời gian sấy

𝛕 (h)

Hình 1.1: Đường cong sấy

Hình 1.2: Đường cong tốc độ sấy

1.2.5.1 Giai đoạn làm nóng vật liệu (A-B)
Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật vào buồng sấy tiếp xúc với khơng khí nóng
cho tới khi đạt đến nhiệt độ bầu ướt tương ứng với nhiệt độ của khơng khí bao quanh
tiếp xúc với vật liệu sấy. Trong giai đoạn này toàn bộ vật liệu sấy được gia nhiệt. Ẩm

13


lỏng trong vật cứng cũng được gia nhiệt cho đến khi đạt nhiệt độ sôi tương ứng với
phân áp suất hơi nước trong một trường khơng khí trong buồng sấy.
Q trình tăng nhiệt độ diễn ra khơng đồng đều ở phần ngoài và phần trong vật.
Vùng trong vật đạt tới tư chậm hơn. Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy
trong giai đoạn này là một đường cong, do năng lượng liên kết nước của nước liên kết
cơ lý nhỏ vì vậy đường cong tốc độ sấy và đường cong sấy là một đường cong lồi.
1.2.5.2 Giai đoạn sấy đẳng tốc (B-C)
Là giai đoạn ẩm bay hơi ở nhiệt độ không đổi, do sự chênh lệch giữa nhiệt độ của
vật liệu sấy và nhiệt độ của môi trường không khí xung quanh khơng đổi nên tốc độ
sấy khơng đổi. Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt vật, ẩm lỏng ở bên trong vật sẽ

truyền ra ngồi bề mặt vật để hóa hơi. Ẩm thốt ra trong giai đoạn này là ẩm liên kết
cơ lý và hóa lý. Trong giai đoạn sấy tốc độ khơng đổi biến thiên của độ chứa ẩm theo
thời gian là tuyến tính. Từ đó đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy trong giai
đoạn này là một đường thẳng.
1.2.5.3 Giai đoạn sấy giảm tốc (C-D)
Ở giai đoạn cuối thì hàm lượng nước cịn lại trong ngun liệu ít và chủ yếu là
nước liên kết do đó năng lượng liên kết lớn. Vì vậy việc tách ẩm cũng khó khăn hơn
và cần năng lượng lớn hơn nên đường cong tốc độ sấy và đường cong sấy thường có
dạng cong. Tuy nhiên, hình dạng của đường cong là phụ thuộc vào dạng liên kết ẩm
trong vật liệu và tùy thuộc vào dạng vật liệu sấy. Độ ẩm của vật liệu cuối quá trình sấy
phụ thuộc vào độ ẩm của mơi trường khơng khí xung quanh.
1.2.6 Biến đổi của tơm trong q trình sấy
1.2.6.1 Các biến đổi về trạng thái
Về khối lượng: Do lượng nước mất đi trong quá trình sấy, làm cho khối lượng
tôm giảm xuống. Sự giảm khối lượng của sản phẩm đáng ra đúng bằng khối lượng của
hàm lượng nước mất đi, nhưng thực tế lại nhỏ hơn. Nguyên nhân là do q trình làm
khơ sản phẩm bị oxy hóa làm cho khối lượng tăng lên chút ít.
Về thể tích: Do nước mất đi trong q trình làm khơ, nên thể tích của nguyên liệu
co rút lại, mức độ co rút phụ thuộc vào phương pháp làm khô. Đúng ra thể tích của
nguyên liệu giảm đi bằng đúng thể tích của nước mất đi nhưng thực tế cũng nhỏ hơn.
14