Tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy chân không với năng suất 2 kg nguyên liệu mẻ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.2 MB, 91 trang )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT NHIỆT

.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
HỆ THỐNG SẤY CHÂN KHƠNG
VỚI NĂNG SUẤT 2KG MÍT/MẺ
GVHD: TH.S NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN
SVTH : LÊ HOÀNG LINH

MSSV: 15147105

TRẦN VƯƠNG THÀNH PHÚ

15147115

NGUYỄN VĂN TIẾN

15147130

HỒ TRUNG TRỰC

15147138

NGUYỄN HỒNG PHI

11247003

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT NHIỆT

.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
HỆ THỐNG SẤY CHÂN KHƠNG
VỚI NĂNG SUẤT 2KG MÍT/MẺ
GVHD: TH.S NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN
SVTH :LÊ HOÀNG LINH

MSSV: 15147105

TRẦN VƯƠNG THÀNH PHÚ

15147115

NGUYỄN VĂN TIẾN

15147130

HỒ TRUNG TRỰC

15147138

NGUYỄN HỒNG PHI

11247003

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2019

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***---Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:
1. LÊ HOÀNG LINH
2. TRẦN VƯƠNG THÀNH PHÚ
3. NGUYỄN VĂN TIẾN
4. HỒ TRUNG TRỰC
5. NGUYỄN HỒNG PHI
Lớp: 151470A

MSSV:
15147105
15147115
15147130

15147138
11247003
Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật Nhiệt

1.Tên đề tài: Tính tốn, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy chân không với

năng suất 2 kg nguyên liệu/mẻ.
2.Nhiệm vụ của đề tài:
- Tính tốn, thiết kế và chế tạo máy sấy chân không với năng suất 2 kg
nguyên liệu/mẻ.
- Khảo nghiệm đánh giá khả năng hoạt động của máy.
3.Ngày giao nhiệm vụ khóa luận:
4.Ngày hồn thành khóa luận:
5.Giáo viên hướng dẫn: TH.S NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN
Phần hướng dẫn: Tồn bộ khóa luận.
Nội dung và u cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bởi Trưởng Bộ môn
Công nghệ kỹ thuật Nhiệt.
Trưởng Bộ môn

Người hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên:
1. LÊ HOÀNG LINH
2. TRẦN VƯƠNG THÀNH PHÚ
3. NGUYỄN VĂN TIẾN
4. HỒ TRUNG TRỰC
5. NGUYỄN HỒNG PHI
Lớp: 151470A

MSSV:
15147105
15147115
15147130
15147138
11247003
Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật Nhiệt

Tên đề tài: Nghiên cứu tính tốn, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy chân không với
năng suất 2 kg nguyên liệu/mẻ.
Giáo viên hướng dẫn: TH.S NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

5. NGUYỄN HỒNG PHI
Lớp: 151470A

MSSV:
15147105
15147115
15147130
15147138
11247003
Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật Nhiệt

Tên đề tài: Nghiên cứu tính tốn, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy chân không với
năng suất 2 kg nguyên liệu/mẻ.
Giáo viên phản biện:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

2. Ưu điểm:
.................................................................................................................................

.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay khơng?
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ:......................................................)
.................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019
Giáo viên phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, chúng tôi xin gửi đến quý Thầy, Cô ở Khoa
Công nghệ kỹ thuật Nhiệt – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí
Minh đã truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng tôi trong suốt thời gian học tại
trường.

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Nhiệt với đề tài: Nghiên
cứu tính tốn, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy chân không với năng suất 2 kg
nguyên liệu/mẻ là kết quả của quá trình cố gắng của nhóm và sự giúp đỡ động viên
khích lệ của các thầy, cô. Thông qua bài viết này nhóm chúng tơi xin gửi lời cảm ơn
đến các thầy, cô trong Bộ môn Công nghệ kỹ thuật Nhiệt.
Đặc biệt, chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Lê Hồng Sơn đã
nhiệt tình giúp đỡ và hỗ trợ chúng tôi trong suốt thời gian thực hiện đồ án; dành rất
nhiều tâm huyết và theo dõi sát sao tiến độ hồn thành đồ án tốt nghiệp của nhóm
chúng tơi.
Đồng thời do trình độ và kinh nghiệm thực tiễn cịn hạn chế nên bài luận văn
không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng tơi rất mong nhận được ý kiến đóng
góp từ phía thầy, cơ để chúng tơi rút kinh nghiệm và hồn thành tốt hơn.
Chúng tơi xin chân thành cảm ơn!

8

MỤC LỤC

9

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
VLS – Vật liệu sấy
TNS – Tác nhân sấy
a – Hệ số khuếch tán nhiệt, m2/s
cp – Nhiệt dung riêng đẳng áp, kJ/Kg độ
C1 – Hằng số Planck thứ 1, 0,374.10-5W/m2
C2 – Hằng số Planck thứ 2, 1,4388.10-2moK
d – Đường kính, m

D – Hệ số khuyết tán, m2/s
F – Diện tích, m2
g – Gia tốc trọng trường, m/s2
G – Lưu lượng khối lượng, Kg/s
i – Entanpi, kJ/Kg
I – Cường độ dòng điện, A
h – Giờ,
k – Hệ số truyền nhiệt, W/m2oK
L – Độ dài, m
n – Số ống
p – Áp suất, N/m2
q – Mật độ dòng nhiệt, W/m2
Q – Dòng nhiệt, J
t – Nhiệt độ Celcius, oC
T – Nhiệt độ Kelvin, K
U – Điện áp, V
v – Thể tích riêng, m3/Kg
V – Lưu lượng thể tích, m3/s
10

W – Công, J

ρ
β

δ
λ

- Khối lượng riêng, Kg/m3

- Hệ số giãn nở nhiệt, 1/oK
- Chiều dày, m
- Hệ số dẫn nhiệt, W/moK

Fr – Tiêu chuẩn Prandtl, v/a
Gr – Tiêu chuẩn Grashof,
Nu – Tiêu chuẩn Nusselt,
Pe – Tiêu chuẩn Peclet,

g β L3∆t / v 2

αL / λ

ωL / a

Pr – Tiêu chuẩn Prandtl, v/a
Re – Tiêu chuẩn Reynolds,

ωL / v

Ra – Tiêu chuẩn Rayleigh, Gr.Pr

11

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Ưu và nhược điểm của phương pháp sấy tự nhiên……………………....19
Bảng 1.2 Ưu và nhược điểm của phương pháp sấy bằng thiết bị………………….19
Bảng 1.3 Ưu và nhược điểm của phương pháp sấy bơm nhiệt…………………….23
Bảng 1.4 Phân loại khoa học của mít……………………….……………………...29

Bảng 1.6 Thành phần dinh dưỡng trong 100g phần ăn được của múi mít tươi...….32
Bảng 1.6 Thơng số kỹ thuật tủ sấy chân khơng hình trụ ngang YZG-600 Φ×L…...34
Bảng 1.7 Thơng số kỹ thuật máy sấy chân không kiểu tủ hộp vuông FZG-15…….35
Bảng 1.8 Thông số kỹ thuật máy sấychân khơng vi sóng WHZ-0………………...36
Bảng 3.1 Các thông số trạng thái tại các điểm nút của chu trình…………………..62
Bảng 4.1 Bảng thơng số của thiết bị đo độ ẩm GM610……………………………78
Bảng 4.2 Bảng thông số sấy chân không…………………………………………..81
Bảng 4.3 Thông số hệ thống lạnh của máy sấy chân không……………………….82
Bảng 4.4 Đặc tính kỹ thuật của hệ thống sấy chân không………………………....84
Bảng 4.5 Bảng so sánh kinh tế giữa sấy chân không và sấy đối lưu………………85

12

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý hệ thống sấy thăng hoa DS-7…………….…………….20
Hình 1.2 Hệ thống sấy chân khơng…………….…………………………………..21
Hình 1.3 Sơ đồ ngun lý sấy bơm nhiệt…………….…………………………….22
Hình 1.4 Sơ đồ sấy bằng khơng khí…………….……………………….………....25
Hình 1.5 Đường cong sấy…………….……………………….…………….…......27
Hình 1.6 Đường cong tốc độ sấy sấy giảm tốc…………….……………………....27
Hình 1.7 Một số hình ảnh về mít…………….
……………………………………..29
Hình 1.8 Máy sấy chân khơng trụ trịn YZG-600.…………….…………………..34
Hình 1.9 Máy sấy chân khơng kiểu tủ FZG-15…………….………………………35
Hình 1.10 Máy sấy chân khơng vi sóng WHZ-0…………….…………………….36
Hình 1.11 Thùng sấy chân khơng cánh đảo…………….………………………….36
Hình 1.12 Máy sấy chân khơng trụ trịn (Trung tâm năng lượng)…………….…..37
Hình 1.13 Sơ đồ thiết bị sấy chân khơng băng tải.…………….…………………..37
Hình 2.1 Hệ thống sấy chân khơng…………….…………………………………..40

Hình 2.2 Sơ đồ ngun lý của hệ thống sấy…………….………………………….43
Hình 3.1 Đồ thị T-s…………….…………………………………………………..61
Hình 3.2 Đồ thị lgP-h…………….………………………………………………..61
Hình 3.3 Sơ đồ mạch điện của tủ điện…………….……………………………….68
Hình 3.4 Hệ thống sấy chân khơng…………….…………………………………..68
Hình 3.5 Bình chứa gas cao áp…………….……………………………………….68
Hình 3.6 Máy nén…………….……………………….…………….……………...69
Hình 3.7 Van chặn…………….……………………….…………….……………..69
Hình 3.8 Phin lọc…………….……………………….…………….………………
69
Hình 3.9 Cơng cụ kiểm sốt áp suất…………….……………………….…………69
13

Hình 3.10 Thiết bị ngưng tụ - đóng băng………….…………………………….....70
Hình 3.11 Bơm chân khơng………….……………………….…………….……...70
Hình 3.12 Bình tách lỏng………….……………………….…………….………...70
Hình 3.13 Van điện từ………..….……………………….…………….………….70
Hình 3.14 Dàn nóng…………….………………………………………………….71
Hình 3.15 Màn hình điều khiển…………….……………………….
……………...71
Hình 3.16 Mặt trong buồng sấy…………….………………………………………
71
Hình 3.17 Van tiết lưu…………….………………………………………………..71
Hình 4.1 Thiết bị đo độ ẩm GM610 76…………….………………………………77
Hình 4.2 Một số loại Ampe kìm…………….……………………………………...77
Hình 4.3 Cách sử dụng Ampe kìm…………….…………………………………...78
Hình 4.4 Hình ảnh mít trước khi sấy…………….…………………………………82
Hình 4.5 Hình ảnh mít sau khi sấy ở nhiệt độ 60oC và thời gian 12h……………...83
Hình 4.6 Hình ảnh mít trước khi sấy…………….…………………………………83

Hình 4.7 Hình ảnh mít sau khi sấy ở nhiệt độ 55oC và thời gian 12h……………...84
Bảng 4.8 Bảng so sánh kinh tế giữa sấy chân không và sấy đối lưu………………
85

14

TĨM TẮT KHĨA LUẬN
Trong nghiên cứu này, chúng tơi đã tính tốn, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy
chân khơng năng suất 2kg ngun liệu mít/mẻ. Các thơng số ban đầu được sử dụng
cho q trình tính tốn: độ ẩm ban đầu và độ ẩm cuối của nguyên liệu mít lần lượt
là 73% và 7%, khối lượng riêng của mít là 1035 kg/m 3, nhiệt độ sấy: 40oC; thời gian
sấy giả định: 14 giờ; áp suất chân không trong buồng sấy 3mmHg, thơng số của
khơng khí tại Thành phố Hồ Chí Minh: tmt = 30oC; =74%; ư=25oC; s=23oC; ; .
Hệ thống sấy chân không được chế tạo bao gồm: buồng sấy dạng hình hộp chữ
nhật có kích thước 480mm x 320mm x 350mm, gồm 3 tấm tạo nhiệt và 3 khay sấy,
vách buồng sấy là inox SUS304 dày 2mm, vách ngoài làm bằng inox 201 dày 1mm,
ở giữa là lớp cách nhiệt Polyurethane foam dày 50mm, gân chịu lực là inox 201 có
chiều dài 480mm (ứng với hai mặt trên dưới của buồng sấy) và 350mm (ứng với hai
mặt bên hông của buồng sấy), dày 3mm, cao 25mm; bộ phận cấp nhiệt là điện trở
tấm, có tất cả 3 tấm tạo nhiệt và 1 tấm điện trở trên 1 tấm tạo nhiệt, công suất mỗi
tấm điện trở là 540W; bơm chân khơng có cơng suất 1HP; thiết bị ngưng ẩm dạng
hình trụ, đường kính là 0,2m, chiều dài là 0,5m; máy nén lạnh có cơng suất điện
1HP; dàn nóng có cơng suất 1/4HP.
Tồn bộ hệ thống được điều khiển bằng tay. Sau chế tạo, chúng tôi tiến hành sấy
mẫu nguyên liệu mít để kiểm tra và hiệu chỉnh thiết bị, mẫu được sấy đến độ ẩm
mong muốn, không bị thâm đen, đảm bảo được tính chất cảm quan, giữ được hình
dạng, màu sắc và hương thơm đặt trưng.
Kết quả: Thơng qua q trình khảo sát thực nghiệm chúng tơi đưa ra thơng số
vận hành hệ thống như sau:

TÊN THƠNG SỐ

Giới hạn trên

Giới hạn dưới

Khuyên dùng

Nhiệt độ sấy

55oC

48oC

50oC

Áp suất sấy

13mmHg

13mmHg

13mmHg

2 kg

0.8 kg

1.4 kg

Năng suất nhập

15

Chương 1
TỔNG QUAN
1.1 Mở đầu
1.1.1 Đặt vấn đề
Sấy là một trong những phương pháp làm khô thực phẩm xuất hiện từ lâu
đời, nhằm giữ thực phẩm được lâu mà không ảnh hưởng đến chất lượng. Sản phẩm
sấy được sử dụng phổ biến, đủ các loại thực phẩm, nguyên liệu đều có thể được
đem sấy. Tuy nhiên, tùy mỗi loại nguyên liệu, với các đặc tính khác nhau mà người
ta áp dụng những phương pháp sấy khác nhau. Sấy hiện nay có thể chia ra thành 2
loại phổ biến: sấy khơ tự nhiên bằng sức nóng mặt trời và sấy khơ bằng các phương
pháp sấy hiện đại - ở phương pháp này sẽ được chia thành hai loại là sấy nóng và
sấy lạnh. Trong đó phương pháp sấy chân khơng ở thuộc sấy lạnh là một trong
những phương pháp sấy có nhiều ưu điểm vượt trội.
Sấy chân khơng thì miền áp suất và nhiệt độ để thực hiện quá trình sấy tiếp
giáp với miền sấy thăng hoa và có thể bị giao thoa, tuy nhiên đối với công nghệ này
sản phẩm không cần lạnh đông, nhiệt độ môi trường sấy luôn nằm trong khoảng (25
– 55oC), áp suất môi trường thấp lân cận với 4,58mmHg. Chính vì thế, sấy chân
khơng có những ưu điểm như sau: do quá trình sấy tiến hành sấy ở nhiệt độ thấp và
áp suất thấp do đó sản phẩm sấy chân khơng giữ được hầu như đầy đủ các tính chất
đặc trưng ban đầu của vật liệu: tính chất sinh học, hương vị, màu sắc, hình dáng,
cấu trúc xốp và khả năng hoàn nguyên rất tốt, sản phẩm bảo quản lâu và ít bị tác
động bởi điều kiện ngồi.
Chính vì những lý do đó, nhóm chúng tơi quyết định thực hiện đề tài “Tính
tốn, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy chân không năng suất 2kg nguyên liệu
mít/mẻ”, nhằm tạo ra hệ thống sấy chân khơng có ứng dụng thực tiễn cho các

trường Đại học phục vụ quá trình học tập và nghiên cứu của sinh viên.
1.1.2 Mục tiêu
Nghiên cứu việc tính tốn, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy chân không phù
hợp với điều kiện phịng thí nghiệm phục vụ cho q trình học tập và nghiên cứu
của sinh viên.
Hệ thống sấy chân không được ứng dụng cho nhiều loại nguyên liệu khác
nhau: mít, chuối, cà rốt, xồi,… Ngun liệu sau q trình sấy giữ được màu sắc
tốt, mùi hương không bị biến đổi nhiều, các hợp chất sinh học quý không bị mất đi.

16

1.1.3 Đối tượng nghiên cứu
Hệ thống sấy chân không làm việc liên tục năng suất 2kg mít nguyên
liệu/mẻ.
1.1.4 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu về thiết bị sấy chân không với quy mơ phịng thí nghiệm.
1.1.5 Nội dung đồ án
Tổng quan phân tích, tổng hợp tài liệu để xác định các thơng số nhiệt vật lý
cần thiết cho q trình tính tốn thiết kế.
Nghiên cứu cơng nghệ và sơ đồ ngun lý của hệ thống sấy chân làm việc
liên tục.
Tính tốn, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy chân không năng suất 2kg ngun
liệu mít/mẻ với quy mơ phịng thí nghiệm.
Khảo nghiệm đánh giá khả năng hoạt động của máy và đồng thời xác định
chế độ sấy mít thích hợp trên máy.
1.1.6 Ý nghĩa khoa học
Làm cơ sở khoa học trong việc thực nghiệm khảo sát các tính chất nhiệt - vật
lý của nguyên liệu sấy ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt.
Kiểm chứng lại các cơ sở lý thuyết khoa học.

Khẳng định ý nghĩa lớn lao, đóng góp của khoa học kỹ thuật vào đời sống xã
hội.
Góp phần thúc đẩy khoa học kỹ thuật phát triển.
1.1.7 Ý nghĩa thực tiễn
Ứng dụng trong sản xuất thực phẩm, tạo nên sản phẩm có chất lượng tốt,
đảm bảo các tính chất cảm quan, dinh dưỡng.
Hệ thống sấy chân không năng suất 2kg ngun liệu mít/mẻ có thể được sử
dụng cho cơng tác nghiên cứu, giảng dạy ở các trường đại học và viện nghiên cứu.
Hệ thống sấy làm cơ sở cho việc thiết kế hệ thống có cơng suất lớn, hiên đại
hơn phục vụ cho sản xuất vừa và nhỏ.
Giúp sinh viên có cơ hội tiếp xúc với sản phẩm thực tế, có điều kiện học tập
vận hành máy móc, thiết bị.

17

1.1.8 Bố cục
Đề tài nghiên cứu này được trình bày trong… trang, gồm 4 chương:
Chương 1. Tổng quan
Chương 2. Phương pháp tính tốn, thiết kế, chế tạo
Chương 3.Tính tốn, thiết kế, chế tạo
Chương 4. Khảo nghiệm thực tế, hiệu chỉnh hệ thống sấy và thảo luận
Ngồi ra cịn có phần tóm tắt khóa luận, mở đầu, tài liệu tham khảo, danh
sách bảng biểu và danh sách hình ảnh, danh mục chữ viết tắt, kết luận và kiến nghị,
tài liệu tham khảo và phụ lục.
1.2 Cơ sở khoa học về sấy vật liệu ẩm
1.2.1 Định nghĩa quá trình sấy
Quá trình sấy là quá trình chất lỏng hoặc hơi của vật liệu sấy chủ yếu là nước
và hơi nước nhận được năng lượng để dịch chuyển từ trong lòng vật liệu ra bề mặt
và nhờ tác nhân mang thải ra ngồi mơi trường. Sấy là một q trình khơng ổn định,

độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian.
Sấy là một quá trình tách nước ra khỏi vật liệu ẩm bằng phương pháp nhiệt
tại một nhiệt độ và áp suất xác định. Nhiệt được cung cấp cho vật liệu ẩm bằng dẫn
nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc bằng năng lượng điện trường có tần số cao. Mục đích
của q trình sấy là giảm khối lượng, giảm cơng chun chở vận chuyển, giảm hoạt
độ của nước, làm cho thực phẩm và vật liệu mất môi trường sống của sinh vật và
kéo dài thời gian sử dụng; tăng độ bền cho sản phẩm bởi vì khi tách nước làm thay
đổi các tính chất lưu biến về độ cứng, độ dẻo, độ dai, độ đàn hồi,... Thay đổi giá trị
cảm quan của thực phẩm và làm tăng giá trị cảm quan thực phẩm. Quá trình sấy
diễn ra gồm quá trình trao đổi nhiệt và quá trình trao đổi chất. Bản chất của quá
trình sấy là khuếch tán.
Khi nghiên cứu quá trình sấy thì cần phải nghiên cứu tĩnh học và động học
của quá trình sấy. Tĩnh học quá trình sấy sẽ xác định được mối quan hệ giữa các
thông số đầu và thông số cuối của vật liệu sấy và tác nhân sấy dựa trên phương trình
cân bằng vật chất – năng lượng, từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác
nhân sấy và lượng nhiệt cần thiết. Động học quá trình sấy 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, 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.
1.2.2 Phân loại
•

Sấy tự nhiên

Sấy tự nhiên là một phương pháp sử dụng nhiệt bức xạ từ mặt trời để nung
nóng khơng khí và ẩm trong vật liệu thốt ra ngồi mơi trường.
18

Ưu điểm
− - Cơng nghệ đơn giản, chi phí
đầu tư và vận hành thấp.
− - Khơng địi hỏi cung cấp năng
lượng lớn và nhân cơng lành
nghề.
− - Có thể sấy lượng lớn vụ mùa
với chi phí thấp.

Nhược điểm
− - Kiểm soát điều kiện sấy rất
kém.
− - Tốc độ sấy chậm hơn nhiều so
với sấy bằng thiết bị, do đó chất
lượng sản phẩm kém.
− - Tốn nhiều nhân công.

Bảng 1.1 Ưu và nhược điểm của phương pháp sấy tự nhiên
•
−
−
−
−

Sấy bằng thiết bị
Ưu điểm
- Kiểm soát được nhiệt độ.
- Tốc độ sấy nhanh hơn phơi
nắng.
- Tốn ít nhân cơng.

- Sản phẩm giữ được màu sắc
và mùi vị như ban đầu, đảm bảo
vệ sinh.

Nhược điểm
− - Chi phí đầu tư cao so với
phương pháp phơi nắng.
− - Không sấy được với số lượng
lớn.
−

Bảng 1.2 Ưu và nhược điểm của phương pháp sấy bằng thiết bị
- Sấy đối lưu
Định nghĩa
Sấy đối lưu được thực hiện nhờ vào sự chuyển động của luồng không khí dùng
làm tác nhân sấy. Khơng khí nóng được tạo ra chuyển động tuần hoàn trong buồng
sấy, tiếp xúc với bề mặt vật cần sấy và làm cho hơi ẩm có trong vật bốc hơi, rồi
chuyển động ra ngồi theo chính đường khơng khí nóng. Luồng khí nóng này có thể
chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc vng góc với chiều chuyển động của
sản phẩm trong buồng sấy. Sấy đối lưu có thể được thực hiện từng phần hoặc thực
hiện liên tục tùy vào nhu cầu sử dụng. Do đó, các thành phẩm sau sấy cũng có thể
được chuyển ra khỏi buồng sấy theo từng đợt (mẻ), hoặc liên tục đưa vào bằng hệ
thống băng chuyền chuyển động liên tục.
Thiết bị sấy đối lưu gồm
+ Phòng sấy
+ Hầm sấy
+ Thiết bị sấy thùng quay
+ Thiết bị sấy phun
- Sấy thăng hoa
19

Sấy thăng hoa là quá trình tách nước ra khỏi sản phẩm từ thể rắn (lạnh đông)
sang thể hơi trong điều kiện và áp suất, dưới điểm ba thể O (0,0098 oC; 4,58mmHg),
tức là nhiệt độ dưới điểm kết tinh của độ ẩm trong sản phẩm (T k < 0oC, áp suất dưới
4,58mmHg). Nhờ vậy, sản phẩm sau khi sấy gần như vẫn giữ nguyên được chất
lượng tự nhiên ban đầu của ngun liệu: protein khơng bị biến tính và thủy phân,
glucid khơng bị hồ hóa, lipid khơng bị oxi hóa, vitamin và các hoạt chất sinh học
khơng bị phá hủy, màu sắc và mùi vị không thay đổi, các chất xơ và chất khống
được bảo tồn,… Sản phẩm có cấu trúc xốp, đặc biệt khi ngâm vào nước sẽ hoàn
nguyên trở lại trạng thái ban đầu, điều mà các phương pháp khác không thể thực
hiện được.
Hệ thống sấy thăng hoa
Mỗi hệ thống sấy thăng hoa gồm có 4 bộ phận chính sau:
+ Buồng sấy thăng hoa cũng là buồng cấp đông sản phẩm (nếu hệ thống tự cấp
đông), nếu năng suất lớn thì phải có hệ thống lạnh đơng sản phẩm riêng.
+ Hệ thống lạnh chạy cho buồng hóa đá và buồng cấp đông sản phẩm.
+ Hệ chân không kết nối với buồng hóa đá và buồng sấy.
+ Hệ thống do lường và điều khiển quá trình sấy thăng hoa.
Để hệ thống sấy thăng hoa làm việc ổn định, đạt chất lượng tốt và thương
mại được, đòi hỏi nhà chế tạo phải tính tốn, thiết kế chính xác, từ diện tích bề mặt
truyền nhiệt trong giai đoạn lạnh đơng, giai đoạn sấy thăng hoa đến công suất các
thiết bị trong hệ thống.

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thăng hoa DS-7
Do hệ thống sấy thăng hoa luôn địi hỏi nhiệt độ mơi trường lạnh đơng sản
phẩm từ -50oC đến -40oC, nhiệt độ mơi trường hóa đá -50 oC đến -40oC (dưới -50oC
là càng tốt). Vì thế, hệ thống lạnh phải dùng hai cấp trở lên, còn một cấp với các
20

môi chất lạnh hiện nay là không đảm bảo được các thơng số kỹ thuật (trừ trường
hợp có mơi chất lạnh mới).
Ưu và nhược điểm
+ Ưu điểm: Sấy thăng hoa có ưu điểm rất lớn so với các phương pháp sấy khác
đó là: sản phẩm có chất lượng cao (giữ ngun màu sắc, cấu trúc, hương vị,
tính thủy hóa), giữ gìn hoạt tính sinh học, khơng làm mất các vitamin. Tiêu
hao năng lượng để làm bay hơi hàm ẩm thấp.
+ Nhược điểm: Giá thành thiết bị cao, vận hành cần có trình độ kỹ thuật cao;
tiêu thụ điện năng lớn, khó làm buồng kín chân khơng.
- Sấy chân khơng
Định nghĩa: Sấy chân khơng là q trình sấy mà trong đó ẩm tách khỏi vật
liệu sấy được thực hiện trong môi trường chân không. Sấy chân không gồm hai loại:
Sấy chân không nhiệt độ thường và sấy chân không.
Nguyên lý sấy chân khơng

Hình 1.2 Hệ thống sấy chân khơng
Trong các thiết bị sấy chân không, ẩm tách khỏi vật liệu sấy khơng phải do
đốt nóng vật mà do tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa bề mặt vật với phân
áp suất hơi nước trong tác nhân sấy và do đó cũng tạo ra độ chênh lệch phân áp suất
giữa tâm với bề mặt. Việc định mức cho một áp suất chân không trong khi sấy tùy
21

thuộc vào loại sản phẩm, nhiệt độ sấy. Để chọn độ chân không cho thiết bị với một
sản phẩm sấy ta căn cứ vào nhiệt độ sấy của sản phẩm để khi đó với áp suất đã chọn
nước trong vật liệu sấy sẽ sôi.
Nguyên lý cơ bản của phương pháp sấy chân không là sự phụ thuộc nhiệt độ
sôi của nước vào áp suất mặt thoáng. Nếu làm giảm áp suất môi trường trong thiết
bị sấy xuống đến một áp suất mà ở đó nước trong vật liệu cần sấy bắt đầu sôi, sẽ tạo

ra một chênh lệch áp suất rất lớn trong lịng vật liệu sấy và qua đó hình thành dịng
ẩm chuyển động từ trong lịng vật liệu sấy ra ngoài bề mặt. Ở điều kiện áp suất này,
nước trong vật liệu sẽ sôi. Khi nước trong vật liệu sấy sơi, hóa hơi và làm tăng áp
suất trong vật liệu, thúc đẩy quá trình di chuyển ẩm từ trong ra ngịai bề mặt vật liệu
sấy. Chính vì vậy, ở điều kiện chân không vật liệu sẽ khô rất nhanh rút ngắn thời
gian sấy và cải thiện được chất lượng sấy.
Nhờ q trình hút chân khơng mà nhiệt độ sấy thấp hơn rất nhiều so với các
phương pháp sấy khác. Vì vậy, sản phẩm sau khi sấy có thể giữ được màu sắc, mùi
vị, cấu trúc vật liệu thay đổi đồng đều nhờ q trình nước sơi từ bên trong.
Ưu và nhược điểm
+ Ưu điểm: Phương pháp sấy chân khơng có khả năng tiến hành sấy do đó
sản phẩm sấy chân không giữ được hầu như đầy đủ các tính chất đặc trưng ban đầu
của vật liệu: tính chất sinh học, hương vị, màu sắc, hình dáng. Sản phẩm bảo quản
lâu và ít bị tác động bởi điều kiện ngồi.
+ Nhược điểm: Tuy có nhiều ưu điểm nhưng phương pháp sấy chân khơng
vẫn cịn chưa được sử dụng phổ biến trong công nghệ sấy nước nhà. Do giá thành
thiết bị cao, vận hành phức tạp, rất khó đảm bảo độ kín cho một hệ thống chân
khơng lớn. Do đó phương pháp sấy này chỉ được áp dụng với quy mô nhỏ, dùng sấy
những loại vật liệu quý hiếm, khô chậm, khó sấy và có yêu cầu cao về chất lượng.
- Sấy bơm nhiệt

22

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý sấy bơm nhiệt
Sấy bơm nhiệt là quá trình sấy được tiến hành ở áp suất khí quyển, tác nhân
sấy là khơng khí được đưa vào thiết bị bay hơi của hệ thống lạnh (bơm nhiệt) để hạ
nhiệt độ xuống dưới điểm đọng sương. Hơi nước trong khơng khí bị ngưng tụ tách
ra làm cho khơng khí có độ chứa hơi giảm về 0, áp suất riêng phần hơi nước trong
khơng khí giảm về 0 (nhưng không thể bằng 0) và được dẫn qua thiết bị ngưng tụ

của hệ thống lạnh (bơm nhiệt) để đốt nóng, nhiệt độ khơng khí tăng lên đến nhiệt độ
ngưng tụ môi chất lạnh ở thiết bị ngưng tụ. Sau đó, chúng được dẫn vào buồng sấy
chứa sản phẩm. Dưới sự chênh lệch áp suất riêng của hơi nước trên bề mặt sản
phẩm với áp suất riêng của hơi nước trong khơng khí (tác nhân sấy), hơi nước ở sản
phẩm tự bốc hơi và làm khô sản phẩm. Do nhiệt độ môi trường sấy thấp, cao nhất
khoảng 35 45 oC, nên chất lượng sản phẩm ít bị ảnh hưởng so với ban đầu, đảm bảo
giá trị kinh tế cao.
Nguyên lý sấy bơm nhiệt
Theo hình 1.6, khơng khí được đưa qua dàn lạnh. Tại đây, ẩm trong khơng khí
được ngưng tụ trên dàn lạnh. Do vậy, dung ẩm trong khơng khí giảm xuống và nhiệt
độ của nó cũng giảm nên độ ẩm tương đối cao. Sau đó dịng khơng khí lại tiếp tục
được đưa qua dàn nóng. Tại đây, dịng khơng khí được sấy nóng bằng dung ẩm làm
cho độ ẩm tương đối giảm xuống.
Ưu, nhược điểm – phạm vi áp dụng

23

Ưu điểm
- Các chỉ tiêu về chất lượng như
màu cảm quan, mùi vị, khả năng
bảo quản các chất dinh dưỡng
cao.
− - Thích hợp sấy các loại vật liệu
sấy yêu cầu chất lượng cao.
− - Năng lượng của dàn nóng và
dàn lạnh đều được tân dụng
triệt để.
−

Nhược điểm
- Nhiệt độ sấy gần bằng nhiệt độ
môi trường nên không thể sấy
các loại vật liệu dễ bị vi khuẩn
làm hư hỏng ở nhiệt độ môi
trường.
− - Cấu tạo thiết bị phức tạp.
−

Bảng 1.3 Ưu và nhược điểm của phương pháp sấy bơm nhiệt
- Sấy bức xạ hồng ngoại
Sấy bức xạ hồng ngoại là phương pháp sấy vật liệu ẩm sử dụng nguồn phát
ra tia hồng ngoại là tác nhân chính để làm bay hơi nước có trong thực phẩm.
Cơ chế sấy khơ vật liệu ẩm bằng bức xạ hồng ngoại
Hầu hết các loại vật liệu ẩm đều được cấu tạo từ nước và các hợp chất hữu
cơ. Bên cạnh đó tại cùng một điều kiện giống nhau thì nước và các loại hợp chất
hữu cơ này hấp thụ năng lượng cực đại của bức xạ hồng ngoại do nguồn phát phát
ra, ở những bước sóng khác nhau. Đây là một đặc điểm quan trọng để điều chỉnh
năng lượng bức xạ về bước sóng thích hợp mà tại đó nước ở trong vật liệu ẩm bay
hơi càng nhiều càng tốt.
Khi cấp điện cho bóng đèn hồng ngoại thì đèn sẽ phát sáng và sản sinh ra các
tia hồng ngoại chiếu tới vật liệu ẩm trong phịng sấy. Do đó khi nhận được nguồn
năng lượng bức xạ mà đèn hồng ngoại chiếu tới, nội năng của nước trong vật liệu
ẩm sẽ tăng lên nhanh chóng, vì thế ma sát giữa các phân tử nước sẽ tăng lên dẫn đến
nhiệt độ của nước tăng lên dần tới nhiệt độ sôi, cắt đứt các liên kết giữa các phân tử
nước với phân tử nước, giữa các phân tử nước với các cấu trúc hữu cơ. Kết quả
nước sẽ chuyển pha từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi và bốc hơi theo chiều ly
tâm bên trong vật liệu ẩm ra ngồi mơi trường sấy. Trong khi đó các hợp chất hữu
cơ cấu thành nên các vật liệu ẩm đó giống như những vật trong suốt và hấp thụ
khơng đáng kể bức xạ hồng ngoại chiếu tới. Vì thế, nếu các hợp chất hữu cơ cấu tạo

nên vật liệu ẩm đó là các loại thực phẩm thì chúng cũng khơng bị ảnh hưởng của
bước sóng hồng ngoại.
Bên cạnh khả năng làm bay hơi nước tự do bằng bước sóng thì nhiệt độ cũng
đóng vai trị quan trọng vào q trình làm khơ vật liệu ẩm, do tính chất nhiệt mà tia
hồng ngoại sinh ra. Vậy chúng ta có thể thấy rõ ràng là có hai tác nhân chính để làm
khơ vật liệu ẩm đó là: bước sóng và nhiệt độ do tia hồng ngoại phát ra. Đây là đặc
điểm quan trọng làm tăng tốc độ quá trình sấy từ đó làm giảm đáng kể thời gian sấy,
góp phần tăng hiệu quả của quá trình sấy.
24

Ưu nhược điểm của phương pháp
Sấy bức xạ hồng ngoại có ưu điểm là sấy các vật liệu mỏng (bánh tráng, các
loại củ được xắt lát,...) rất nhanh, thiết bị gọn, dễ điều chỉnh nhiệt độ và tổn thất
nhiệt ít. Nhược điểm của phương pháp này là tiêu tốn nhiều năng lượng, vật liệu
được đốt nóng khơng đều do sấy nhanh trên bề mặt, nhiệt truyền sâu vào trong vật
liệu chậm hơn, không tiện để sấy các loại vật liệu dày.
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 lị,
ngồi ra cịn có các thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa hay
bằng dòng điện cao tần,…
+ Dựa vào áp suất làm việc: sấy chân không, thiết bị sấy ở áp suất thường.
+ Dựa vào phương thức làm việc: sấy liên tục hay sấy gián đoạn.
+ 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,...
+ Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng
quay, sấy phun, sấy tầng sôi,...
+Dựa vào chiều chuyển động của tác nhân sấy và vật liệu sấy: cùng chiều, nghịch
chiều và giao chiều.

 Lựa chọn phương pháp sấy: sau khi nghiên cứu tổng quan về đối tượng sấy

và phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp sấy nêu trên, chúng tôi
thấy rằng các phương pháp sấy bơm nhiệt, sấy thăng hoa và sấy chân không
đảm bảo điều kiện sấy như: điều kiện vệ sinh, thời gian sấy ngắn, bảo toàn
hầu hết các giá trị chất dinh dưỡng, cũng như các giá trị cấu trúc, màu sắc và
hương vị do vật liệu được sấy ở nhiệt độ thấp. Nên với đồ án này sau khi cân
nhắc về tổng các chi phí, chúng tơi lựa chọn phương pháp sấy là sấy chân
khơng để tính tốn, thiết kế, chế tạo và khảo sát thực nghiệm.
1.2.3 Tĩnh học của q trình sấy
• Sơ đồ nguyên lý chung của hệ thống sấy
Trong quá trình sấy, nếu dùng chất tải nhiệt là khơng khí thì gọi là sấy bằng
khơng khí. Khi sấy khơng khí nóng có hàm ẩm thấp tiếp xúc với bề mặt vật liệu ẩm
và cung cấp năng lượng để bốc hơi trong vật liệu ẩm và dịng khí, hỗn hợp khơng
khí ẩm sẽ tăng hàm ẩm và đi ra ngoài. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy
bằng không khí được mơ tả như sau:

25

Tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy chân không với năng suất 2 kg nguyên liệu mẻ

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về