Lời mở đầu Việt Nam là một nước nhiệt đới có nhiều điều kiện để phát triển ngành trồng trọt và chế biến rau quả. Tuy nhiên, tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch là rất lớn 25-30% [20]. Nguyên nhân chính là do công nghệ chế biến và bảo quản của chúng ta còn lạc hậu nên đã làm cho rau quả của Việt Nam có giá trị thấp trong thị trường trong nước cũng như xuất khẩu, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của người nông dân, vì vậy việc nghiên cứu đưa ra các quy trình công nghệ cũng như ứng dụng triển khai chuyển giao các kết quả nghiên cứu, các quy trình công nghệ bảo quản, chế biến rau quả, đóng vai trò hết sức quan trọng trong chiến lức phát triển ngành rau quả. Rau quả hiện nay chủ yếu được sử dụng ở dạng tươi, như đã biết rau quả là loại sản phẩm có tính thời vụ, thời gian thu hoạch ngắn, khả năng vận chuyển và bảo quản hạn chế, trong khi kỹ thuật bảo quản rau quả tươi vẫn chỉ dựa vào các kinh nghiện cổ truyền, mang tính thủ công chấp vá.
Công nghệ sấy ứng dụng trong chế biến rau quả khô được tiến hành từ khá lâu nhưng cho đến nay vẫn bộc lộ nhiều hạn chế về công nghệ chưa khắc phục được chất lượng đầu ra của sản phẩm, chưa đáp ứng được các yêu cầu về đặc tính hóa lý, mùi, màu, thành phần dinh dưỡng nên khó đáp ứng cho nhu cầu tiêu thụ và xuất khẩu trong và ngoài nước. Việc đầu tư nghiên cứu một quy trình công nghệ mới giải quyết những vấn đề này là thực sự cần thiết. Công nghệ sấy lạnh được xem là một công nghệ mới, ra đời từ yêu cầu cấp thiết đó. Ưu điểm của công nghệ sấy lạnh là có thể xây dựng được từng quy trình công nghệ sấy hợp lý đối với từng loại rau, củ, quả.
Sản phẩm sấy giữ được nguyên màu sắc, mùi vị, hạn chế tối đa thất thoát dinh dưỡng (khoảng 5%) [20], đạt tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm của Việt Nam và các chỉ tiêu kỹ thuật, chất lượng sản phẩm tương đương một số nước khác trên thế giới. Lê Nhữ Chính 11 SVTH: Bùi Văn Vĩnh Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp Việc phát triển công nghệ sấy lạnh đã có nhiều thành tựu. Tuy nhiên, để có một quy trình công nghệ hoàn chỉnh, tối ưu với các thông số phù hợp nhất đòi hỏi chúng ta phải tiến hành nghiên cứu sâu rộng hơn. Được sự phân công đề tài “Khảo sát và t nh thiết kế máy s y bơm nhiệt tầng sôi đế s y hành lá xu t kh u năng su t 100kg/mẻ” thực hiện dựa trên cơ sở tìm hiểu những nguyên lý chung nhất của công nghệ sấy lạnh từ đó có thể xây dựng nên quy trình sấy đối với từng loại rau quả khác nhau.
Để giải quyết những vấn đề đó, đề tài nghiên cứu những nội dung chính sau: Tìm hiểu về công nghệ sấy lạnh, phương pháp sấy và các thiết bị trong hệ thống sấy lạnh. Tìm hiểu kỹ thuật sấy lạnh trên một số loại rau quả giàu vitamin, xây dựng quy trình sấy lạnh đối với Hành lá cắt nhỏ. Tính toán thiết kế mô hình máy sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt ở chế độ sấy hồi lưu hoàn toàn và chế độ thải bỏ tác nhân. Tính toán thiết kế máy sấy lạnh và lựa chọn các thiết bị phụ trợ.
Thực nghiệm nghiên cứu trên mô hình thực tế. So sánh hiệu quả của hệ thống sấy lạnh với sấy nóng ở nhà máy. Với những đặc tính ưu việt, công nghệ sấy lạnh hứa hẹn sẽ là một công nghệ tiên tiến, cho lĩnh vực sấy thực phẩm giàu vitamin, có thể áp dụng rộng rãi với quy mô lớn đáp ứng cả về vấn đề lợi ích kinh tế và bảo vệ môi trường. Lê Nhữ Chính 12 SVTH: Bùi Văn Vĩnh Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY 1.1 Khái niệm quá trình sấy 1.1 Khái niệm Sấy là quá trình tách ẩm (hơi nước và nước) ra khỏi VLS, trong đó VLS nhận năng lượng để ẩm từ trong lòng VLS dịch chuyển ra bề mặt và đi vào môi trường tác nhân sấy (TNS).
Quá trình sấy là quá trình truyền nhiệt, truyền chất xẩy ra đồng thời. Trong lòng VLS là quá trình dẫn nhiệt và khuếch tán ẩm hỗn hợp. Trao đổi nhiệt - ẩm giữa bề mặt VLS với TNS là quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi ẩm đối lưu liên hợp. Quá trình bên trong VLS chủ yếu chịu ảnh hưởng của dạng liên kết ẩm với cốt khô của vật liệu, quá trình ở bề mặt VLS chủ yếu chịu ảnh hưởng của cơ cấu trao đổi nhiệt ẩm và các thông số của TNS cũng như VLS.2 Phân loại phương pháp sấy Người ta phân biệt 2 phương pháp sây : - Sấy tự nhiên : Sấy bằng không khí không dược đốt nóng, phương pháp này thời gian sấy dài, khó điều chỉnh quá trình và độ ẩm cuối của vật liệu còn khá lớn nhất là ở những quốc gia có khí hậu nhiệt đới như nước ta.
- Sấy nhân tạo : Là quá trình sấy có sự cấp nhiệt từ bên ngoài, nghĩa là phải dùng đến tác nhân sấy được gia nhiệt như khói nóng, không khí nóng hoặc hơi… GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính 13 SVTH: Bùi Văn Vĩnh Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp 1.3 Mục đích của quá trình sấy Sấy không chỉ là quá trình công nghệ, trong đó các tính chất công nghệ luôn luôn thay đổi. Tính chất công nghệ của vật liệu gồm: tính chất hoá lý, tính chất cơ kết cấu, tính chất sinh hoá…. Quá trình sấy nhằm tăng cường một số đặc tính công nghệ để phục vụ nhiều mục đích khác nhau.
Khi sấy sản phẩm gốm thì nhằm mục đích làm độ bền của nó tăng lên để tiếp tục gia công; sấy hạt giống thì phải làm tỷ lệ và khả năng nảy mầm cao lên; sấy nông sản thực phẩm thì giữ được hương vị, màu sắc, nguyên tố vi lượng mà tăng được thời gian bảo quản, giảm được giá thành vận chuyển, giảm được thể tích kho bảo quản….4 Những biến đổi cơ bản của quá trình sấy Để nghiên cứu về công nghệ sấy, trước hết cần nghiên cứu về các dạng liên kết ẩm, các dòng dịch chuyển ẩm và thể dịch chuyển ẩm trong VLS nhằm hiểu rõ cơ chế dịch chuyển ẩm và định hướng phương pháp tác động để tăng cường hoặc hạn chế dòng dịch chuyển ẩm phục vụ các yêu cầu công nghệ. Theo dạng liên kết ẩm với cốt khô của vật, VLS chia thành 3 nhóm : vật keo, vật xốp mao dẫn và vật keo xốp mao dẫn.1 Các dòng dịch chuyển và thế dịch chuyển trong vật keo Liên kết ẩm trong vật keo là lực hấp thụ và lực khuếch tán thẩm thấu. Do đó, mật độ dòng ẩm lỏng j2k tỷ lệ thuận với gradient áp suất thẩm thấu p tt. Với độ chứa ẩm thông thường của vật trương nở giới hạn, áp suất thẩm thấu ( trương nở ) là hàm của độ chứa ẩm M.
Do đó ta có : j2k Dp 2p tt Dp 2 p tt / MM a 2 k 0M (1. Lê Nhữ Chính 14 SVTH: Bùi Văn Vĩnh Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp Vật keo là vật có cấu trúc mao mạch phân tử ở quá trình không đẳng nhiệt dịch chuyển ẩm lỏng dạng màng có dạng : gradient j2 m k 2 m o M k 2t m 0t (1.2) Dòng ẩm lỏng dịch chuyển sẽ bằng : j2 j2 k j2 m a 2 k k 2 m oM k 2t m0t (1.3) Dịch chuyển ẩm dạng hơi được xác định gần đúng bởi quá trình khuếch tán phân tử. Mật độ dòng phân tử j1 tỷ lệ nghịc với gradient của p1 / T. Với p1 là áp suất của hơi ẩm.
Trong quá trình đoạn nhiệt p1 là hàm của độ chứa ẩm và nhiệt độ nên dòng j1 sẽ bằng : j1 a1ct0M a1t ct0t (1.4) Dòng dịch chuyển ẩm tổng ( lỏng và hơi ) xác định theo M và t trong vật keo sẽ bằng : j j1 j2 a mk0M a mk t 0t (1.5) Trong đó : a mk a1ct a 2 k k 2 m (1.2 Các dòng dịch chuyển và thế dịch chuyển ẩm trong vật xốp mao dẫn Dịch chuyển lỏng mao dẫn (Khuếch tán mao dẫn) trong vật xốp mao dẫn, có các mạch lớn (r > 10-5), gắn liền với liên kết cơ lý. Trong vật xốp cấu trúc đa mao mạch , dòng ẩm lỏng tỷ lệ thuận với gradient thế mao dẫn : GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính 15 SVTH: Bùi Văn Vĩnh Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp j2md k (1.8) Thế mao dẫn trong trường hợp đẳng nhiệt tỷ lệ thuận với độ chứa ẩm M. Trong điều kiện không đẳng nhiệt, dòng ẩm lỏng khếch tán mao dẫn j2md được xác định : j2md k a 2 md0M a 2t md0t (1.9) a2md và a 2t md là hệ số khếch tán lỏng mao dẫn và hệ số khếch tán nhiệt của lỏng mao dẫn.
Gía trị của chúng phụ thuộc vào sức căng bề mặt, góc dính ướt, độ nhớt của lỏng , bán kính mao dẫn. Khi ẩm của vật vượt giá trị hút ẩm cực đại thì trong các mao mạch lớn của vật xốp chưa đầy nước , dịch chuyển lỏng lúc này là do chênh lệch thế mao dẫn. Khác với trường hợp thấm lỏng mao dẫn xẩy ra do vật tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng (do áp suất thủy tĩnh), thế mao dẫn là không đồng nhất, lượng lỏng được hút vào có giới hạn vì lỏng không thể điền đầy toàn bộ vật do bị hạn chế bởi phần cốt khô của vật. Thế mao dẫn với phân tố mao mạch bằng : 2 1 1 2 r1 r2 (1.10) Như vậy điều kiện có thể dịch chuyển lỏng mao dẫn, gắn với sự bay hơi và ngưng tụ lỏng, là sự khác biệt bán kính của mao mạch, r1 r2.
Với sự tồn tại của quá trình bay hơi, dịch chuyển hơi ẩm trong các mao mạch lớn (r > 10-5), được xác định theo quy luật khếch tán phân tử. Còn với các mao mạch nhỏ quá trình này xảy ra theo quy luật chảy tràn. Ngoài ra, với quá GVHD: ThS. Lê Nhữ Chính 16 SVTH: Bùi Văn Vĩnh Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp trình bay hơi lỏng trong vật xốp, còn tồn tại dịch chuyển ẩm đối lưu vĩ mô được gọi là khếch tán trượt (hay là khếch tán thủy động).