Tính toán và thiết kế hệ thống sấy thăng hoa với năng suất 1500kg nguyên liệu cháo dinh dưỡng

Hệ thống sấy thăng hoa là một công nghệ tiên tiến trong ngành chế biến thực phẩm… 169 trang · Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh · 2022.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thu Vân
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Tấn Dũng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Sấy Thăng Hoa Năng Suất 1500kg Cho Cháo Dinh Dưỡng
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Cơ sở khoa học sấy thăng hoa
• 1.1.1. Định nghĩa sấy thăng hoa
• 1.1.2. Nguyên lý sấy thăng hoa
• 1.1.3. Ưu, nhược điểm của kỹ thuật sấy thăng hoa
• 1.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa
• 1.1.5. Các biến đổi vật lý, hóa học và vi sinh ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa
• 1.1.6. Một số hệ thống sấy thăng hoa
• 1.1.7. Tình hình nghiên cứu trong nước về lĩnh vực sấy thăng hoa
• 1.1.8. Tình hình nghiên cứu ngoài nước về lĩnh vực sấy thăng hoa
• 1.2. Nguyên liệu cháo dinh dưỡng
• 1.2.1. Đặc điểm sinh học và giá trị dinh dưỡng
• 1.2.2. Thành phần hóa học của từng loại nguyên liệu
• 1.2.3. Giá trị kinh tế
• 1.2.4. Tính chất nhiệt vật lý của nguyên liệu cần thiết cho tính toán thiết kế
• 1.3. Công nghệ về sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng
• 1.3.1. Quy trình công nghệ sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng
• 1.3.2. Thuyết minh quy trình
• 1.3.3. Thiết bị của hệ thống sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng
• 1.3.3.1. Thiết bị ngưng tụ - đóng băng
• 1.3.3.2. Buồng thăng hoa
• 1.3.3.3. Hệ thống đo lường và điều khiển
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN
• 2.1. Quy hoạch mặt bằng xây dựng nhà xưởng lắp đặt hệ thống
• 2.1.1. Quy hoạch mặt bằng
• 2.1.2. Thiết kế mặt bằng phân xưởng lắp đặt hệ thống
• 2.2. Đối tượng nghiên cứu và tính toán
• 2.2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2.2. Đối tượng tính toán
• 2.3. Sơ đồ nghiên cứu và tính toán
• 2.4. Phương pháp tính toán và thiết kế hệ thống
• 2.4.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu
• 2.4.2. Phương pháp phân tích và tổng hợp
• 2.4.3. Phương pháp tính toán
• 2.4.4. Phương pháp kiểm tra tính toán
• 2.4.5. Phương pháp thiết kế
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 3.1. Các thông số ban đầu cần thiết cho tính toán
• 3.2. Tính toán, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tự lạnh đông
• 4. CHƯƠNG 4: BẢN VẼ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA
• 4.1. Bản vẽ buồng sấy thăng hoa tự lạnh đông
• 4.2. Bản vẽ thân buồng sấy
• 4.3. Bản vẽ tấm truyền nhiệt
• 4.4. Bản vẽ chỏm cầu
• 4.5. Bản vẽ bình trung gian ống xoắn
• 4.6. Bản vẽ thiết bị ngưng tụ - đóng băng
• 4.7. Bản vẽ thiết bị bay hơi
• 4.8. Bản vẽ thiết bị ngưng tụ
• 4.9. Bản vẽ bơm hút chân không
• 4.10. Bản vẽ sơ đồ lắp đặt hệ thống sấy thăng hoa
• 5. CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH
• 5.1. Một vài lợi ích và yêu cầu của thiết kế hệ thống tự động điều khiển
• 5.2. Nguyên tắc thiết kế hệ thống tự động điều khiển
• 5.3. Thiết kế phần động lực của hệ thống sấy thăng hoa
• 5.3.1. Tự động hóa thiết bị ngưng tụ
• 5.3.2. Tự động giảm tải máy nén lạnh
• 5.3.3. Tự động bảo vệ dàn bay hơi
• 5.4. Bộ điều khiển thông minh
• 5.5. Một vài thiết khí cụ điện bổ trợ cho hệ thống điều khiển
• 5.5.1. Công tắc, nút nhấn
• 5.5.2. Thiết bị cảm biến nhiệt độ và áp suất
• 5.5.3. Nút dừng khẩn cấp
• 6. CHƯƠNG 6: TÍNH KINH TẾ
• 6.1. Chi phí đầu tư lắp đặt hệ thống thiết bị sấy
• 6.2. Chi phí mua thiết bị
• 6.3. Chi phí chế tạo
• 6.4. Chi phí thuê đất sản xuất
• 6.5. Chi phí làm ra một đơn vị sản phẩm
• 6.5.1. Định mức nguyên liệu
• 6.5.2. Chi phí điện sử dụng cho một mẻ sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng
• 6.5.3. Chi phí chi trả cho nhân công
• 6.5.4. Giá thành sản phẩm
• 6.5.5. Chi phí thuế
• 6.6. Thời gian hoàn vốn
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế hệ thống sấy thăng hoa cho cháo dinh dưỡng

Hệ thống sấy thăng hoa là một công nghệ tiên tiến trong ngành chế biến thực phẩm, đặc biệt là cho các sản phẩm như cháo dinh dưỡng. Công nghệ này giúp bảo quản chất lượng dinh dưỡng và hương vị của sản phẩm. Việc thiết kế hệ thống sấy thăng hoa với năng suất 1500 kg nguyên liệu/mẻ không chỉ đáp ứng nhu cầu thị trường mà còn nâng cao giá trị sản phẩm.

1.1. Ứng dụng của hệ thống sấy thăng hoa trong thực phẩm

Hệ thống sấy thăng hoa được ứng dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm, giúp bảo quản lâu dài mà không làm mất đi chất dinh dưỡng. Các sản phẩm như trái cây, rau củ và cháo dinh dưỡng đều có thể được chế biến bằng công nghệ này.

1.2. Lợi ích của sấy thăng hoa cho cháo dinh dưỡng

Sấy thăng hoa giúp giữ lại hương vị, màu sắc và giá trị dinh dưỡng của cháo. Sản phẩm sau khi sấy có thể dễ dàng phục hồi khi thêm nước, mang lại sự tiện lợi cho người tiêu dùng.

II. Vấn đề và thách thức trong thiết kế hệ thống sấy thăng hoa

Mặc dù công nghệ sấy thăng hoa mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại một số thách thức trong quá trình thiết kế và vận hành hệ thống. Các yếu tố như chi phí đầu tư, hiệu suất và độ bền của thiết bị cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Chi phí đầu tư cho hệ thống sấy thăng hoa

Chi phí đầu tư cho hệ thống sấy thăng hoa có thể cao hơn so với các phương pháp sấy truyền thống. Tuy nhiên, lợi ích lâu dài từ việc bảo quản chất lượng sản phẩm có thể bù đắp cho chi phí này.

2.2. Hiệu suất và độ bền của thiết bị sấy

Để đảm bảo hiệu suất cao, thiết bị sấy cần được thiết kế với các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt. Độ bền của thiết bị cũng là yếu tố quan trọng để giảm thiểu chi phí bảo trì và sửa chữa.

III. Phương pháp thiết kế hệ thống sấy thăng hoa hiệu quả

Thiết kế hệ thống sấy thăng hoa cần dựa trên các nguyên tắc khoa học và công nghệ hiện đại. Việc lựa chọn thiết bị và quy trình phù hợp sẽ quyết định đến hiệu quả của hệ thống.

3.1. Quy trình công nghệ sấy thăng hoa

Quy trình sấy thăng hoa bao gồm các bước như làm đông nguyên liệu, tạo chân không và gia nhiệt. Mỗi bước đều cần được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất cao nhất.

3.2. Thiết bị cần thiết cho hệ thống sấy

Các thiết bị chính trong hệ thống sấy thăng hoa bao gồm buồng sấy, máy nén, và thiết bị ngưng tụ. Việc lựa chọn thiết bị chất lượng cao sẽ đảm bảo hiệu suất và độ bền của hệ thống.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống sấy thăng hoa với năng suất 1500 kg nguyên liệu/mẻ có thể được áp dụng hiệu quả trong sản xuất cháo dinh dưỡng. Các thử nghiệm cho thấy sản phẩm sau khi sấy vẫn giữ được chất lượng cao.

4.1. Kết quả thử nghiệm sản phẩm sấy

Các thử nghiệm cho thấy cháo dinh dưỡng sau khi sấy thăng hoa có hương vị và giá trị dinh dưỡng tương đương với sản phẩm tươi. Điều này chứng tỏ tính hiệu quả của công nghệ sấy thăng hoa.

4.2. Ứng dụng trong sản xuất thực phẩm

Hệ thống sấy thăng hoa có thể được áp dụng trong các nhà máy chế biến thực phẩm, giúp nâng cao giá trị sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng cao.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của hệ thống sấy thăng hoa

Hệ thống sấy thăng hoa với năng suất 1500 kg nguyên liệu/mẻ không chỉ đáp ứng nhu cầu hiện tại mà còn mở ra nhiều cơ hội cho tương lai. Công nghệ này có thể được cải tiến và phát triển để phục vụ cho nhiều loại sản phẩm khác nhau.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ sấy thăng hoa

Công nghệ sấy thăng hoa có tiềm năng lớn trong việc phát triển các sản phẩm thực phẩm mới. Việc nghiên cứu và cải tiến công nghệ sẽ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất.

5.2. Tương lai của sản phẩm cháo dinh dưỡng

Sản phẩm cháo dinh dưỡng sấy thăng hoa sẽ ngày càng được ưa chuộng, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu về thực phẩm tiện lợi và dinh dưỡng ngày càng tăng cao.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình sấy khô thực phẩm là phương pháp bảo quản lâu đời nhằm tách nước và hạ độ ẩm của nguyên liệu, hạn chế sự hư hỏng do vi sinh vật và các biến đổi sinh hóa trong điều kiện tự nhiên. Đối với dòng sản phẩm cháo dinh dưỡng – loại thực phẩm bán lỏng có hàm ẩm rất cao và chứa nhiều chất dinh dưỡng như protein, lipid, glucid, khoáng chất và vitamin – nguy cơ nhiễm khuẩn, nấm mốc và ôi thiu diễn ra rất nhanh chóng nếu không được xử lý bảo quản phù hợp. Nhu cầu xã hội hiện đại hướng đến các sản phẩm tiện lợi, thao tác nhanh, có thể hoàn nguyên tức thì bằng nước sôi mà vẫn duy trì đầy đủ giá trị dinh dưỡng, hương vị và cấu trúc phù hợp cho trẻ nhỏ, người già hoặc người bệnh đang điều trị.

Tuy nhiên, các phương pháp sấy nhiệt thông thường ở nhiệt độ cao thường làm biến tính sâu sắc protein, hồ hóa và thoái hóa tinh bột, phá hủy các vitamin nhạy nhiệt và làm co rút cấu trúc tế bào, khiến sản phẩm khó ngậm nước trở lại. Kỹ thuật sấy thăng hoa (freeze drying/lyophilization) khắc phục các nhược điểm này bằng cách kết tinh ẩm thành băng rồi cho thăng hoa trực tiếp từ pha rắn sang pha hơi dưới điều kiện áp suất chân không thấp. Nhằm ứng dụng công nghệ này vào sản xuất quy mô công nghiệp tại Việt Nam, đề tài tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã được triển khai với các nhiệm vụ cụ thể:

• Mục tiêu nghiên cứu: Tính toán và thiết kế hệ thống sấy thăng hoa với năng suất nhập liệu 1500 kg nguyên liệu cháo dinh dưỡng trên một mẻ sấy.
• Nhiệm vụ nghiên cứu:
  1. Nghiên cứu các vấn đề lý thuyết tổng quan về cơ sở khoa học của quá trình sấy thăng hoa, tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế, cùng các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình tách ẩm.
  2. Khảo sát đặc điểm sinh học, giá trị dinh dưỡng, thành phần hóa học và các tính chất nhiệt vật lý của nguyên liệu cháo dinh dưỡng phục vụ bài toán tính toán nhiệt - lạnh.
  3. Xác định các thông số công nghệ cần thiết và xây dựng sơ đồ nguyên lý cho hệ thống sấy thăng hoa tự cấp đông.
  4. Tính toán thiết kế kích thước, thông số làm việc của các thiết bị chính và thiết bị phụ trong hệ thống sấy thăng hoa năng suất 1500 kg/mẻ.
  5. Thiết lập quy hoạch mặt bằng nhà xưởng và xây dựng hệ thống các bản vẽ thiết kế kỹ thuật bằng phần mềm chuyên dụng.
  6. Thiết kế hệ thống điều khiển tự động thông minh và mạch động lực đảm bảo an toàn vận hành.
  7. Tính toán chi phí đầu tư, giá thành sản xuất và đánh giá các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống.
• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống sấy thăng hoa tự cấp đông và nguyên liệu cháo dinh dưỡng phối chế (gạo, thịt lợn, tôm, rau củ quả).
• Phạm vi và giới hạn: Tập trung vào các bước tính toán công nghệ, truyền nhiệt, cơ học chất lỏng và kết cấu cơ khí cho hệ thống sấy thăng hoa năng suất 1500 kg/mẻ; đồ án hoàn thành vào tháng 08 năm 2022 tại Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng nhiệt động lực học và kỹ thuật sấy thăng hoa chân không. Hiện tượng thăng hoa của nước diễn ra bên dưới điểm ba pha ($T \le 0{,}01^\circ\text{C}$, $P \le 4{,}58\text{ mmHg}$ hay $611{,}65\text{ Pa}$). Để ẩm đóng băng chuyển trực tiếp sang thể hơi mà không bị nóng chảy sang thể lỏng, áp suất làm việc trong buồng sấy phải được duy trì ở mức chân không sâu (thường từ $0{,}1$ đến $1\text{ mmHg}$). Quá trình truyền nhiệt trong môi trường chân không tuyệt đối loại trừ hoàn toàn cơ chế đối lưu, chỉ còn lại hai phương thức trao đổi nhiệt chính là dẫn nhiệt (từ khay sấy sang vật liệu) và bức xạ nhiệt (từ các tấm truyền nhiệt bức xạ).

Hệ thống quy chuẩn và tiêu chuẩn kỹ thuật được tác giả sử dụng làm căn cứ kiểm soát nguyên liệu bao gồm:

• QCVN 01:2009/BYT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống và chế biến thực phẩm, kiểm soát các chỉ tiêu cảm quan, lý hóa (pH từ 6,5 đến 8,5; độ cứng tính theo $\text{CaCO}_3 \le 300\text{ mg/l}$; tổng chất rắn hòa tan $\text{TDS} \le 1000\text{ mg/l}$) và vi sinh vật (tổng số Coliform bằng 0 khuẩn lạc/100ml, E. coli bằng 0 khuẩn lạc/100ml).
• Tiêu chuẩn chất lượng gạo trắng: Đánh giá độ ẩm ($\le 14$–$14{,}5%$), hàm lượng tấm, tỷ lệ hạt bạc phấn, hạt hư hỏng và mức độ xát.
• Tiêu chuẩn kiểm nghiệm thịt và tôm đông lạnh: Quy định độ pH thịt từ 5,5 đến 6,2; phản ứng định tính hydro sulfua ($\text{H}_2\text{S}$) âm tính; hàm lượng amoniac $\le 35\text{ mg}/100\text{g}$; kiểm soát độ đàn hồi và không cho phép lẫn tạp chất lạ như PVA, CMC, agar hay gelatin trong thủy hải sản.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết chuyên ngành và tính toán kỹ thuật:

• Phương pháp tham khảo và tổng hợp tài liệu: Thu thập dữ liệu từ các công trình nghiên cứu hệ thống sấy thăng hoa tại Việt Nam (chuỗi máy DS từ DS-1 đến DS-11 do nhóm nghiên cứu của PGS.TS Nguyễn Tấn Dũng phát triển) và các dòng máy sấy công nghiệp trên thế giới như FDJP-01 (Nhật Bản), FD-81 (New Zealand), Ultra 35 (Mỹ), Epsilon 2-40D (Đức).
• Phương pháp tính toán nhiệt và cơ học: Áp dụng phương trình cân bằng vật chất và nhiệt lượng để xác định lượng ẩm bốc hơi, phụ tải nhiệt làm lạnh đông, lượng môi chất lạnh tuần hoàn, chu trình lạnh hai cấp nén có bình trung gian, diện tích trao đổi nhiệt của dàn ngưng tụ, buồng sấy và dàn hóa tuyết.
• Phương pháp kiểm tra tính toán và thiết kế: Kiểm tra độ bền cơ khí của thân buồng sấy hình trụ, chỏm cầu chịu áp suất chân không và áp suất ngoài; tính toán tổn thất áp suất trên đường ống; ứng dụng phần mềm Autodesk AutoCAD 2020 để thể hiện toàn bộ các chi tiết cấu tạo, bản vẽ lắp và mặt bằng phân xưởng.

---

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống sấy thăng hoa trong đồ án được thiết kế theo nguyên lý sấy thăng hoa tự cấp đông (vật liệu được làm lạnh đông trực tiếp ngay bên trong buồng thăng hoa trước khi rút chân không, không qua khâu cấp đông ở tủ riêng). Sơ đồ công nghệ bao gồm các khối thiết bị chính và phụ trợ sau:

Nhóm thiết bị	Tên thiết bị / Bộ phận	Chức năng kỹ thuật chính
Buồng thăng hoa	Thân trụ kim loại, đáy chỏm cầu	Chịu áp suất chân không cao; chứa hệ thống giá đỡ và cụm tấm truyền nhiệt dẫn nhiệt/bức xạ.
Cụm khay sấy	Tấm truyền nhiệt và khay chứa	Chứa 1500 kg cháo lỏng/mẻ; nhận nhiệt từ môi chất gia nhiệt để cung cấp ẩn nhiệt thăng hoa cho lớp băng.
Bẫy ẩm (Ngưng tụ - đóng băng)	Cụm ống trao đổi nhiệt hóa tuyết	Ngưng tụ hơi nước thăng hoa từ buồng sấy thành băng tuyết ở nhiệt độ thấp, ngăn hơi nước đi vào làm hỏng bơm chân không.
Tổ hợp máy lạnh 2 cấp	Máy nén trục vít Atlas Copco GR (110–200 kW)	Nén môi chất lạnh qua 2 cấp nén để tạo độ lạnh sâu phục vụ quá trình làm đông cháo và làm lạnh dàn bẫy ẩm ngưng tụ.
Bình trung gian	Bình trung gian dạng ống xoắn	Làm mát trung gian hơi môi chất giữa cấp nén áp suất thấp và cấp nén áp suất cao, quá lạnh môi chất lỏng trước khi vào van tiết lưu.
Bơm chân không	Bơm vòng nước Hanchang HWVP-1-2000	Hút khí không ngưng và hạ áp suất buồng sấy xuống phạm vi chân không công nghệ ($0{,}1$ đến $1\text{ mmHg}$).
Hệ thống điều khiển	Tủ động lực, PLC, HMI, cảm biến RTD	Điều khiển tự động chu trình sấy, bảo vệ dàn bay hơi không bị ngập lỏng, xả tuyết và ngắt dừng khẩn cấp.

Quy trình vận hành công nghệ diễn ra qua ba giai đoạn liên tiếp:

1. Giai đoạn làm lạnh đông tại chỗ: Nguyên liệu cháo dinh dưỡng được xếp vào các khay sấy đặt trên các tấm truyền nhiệt. Hệ thống lạnh hoạt động hạ nhiệt độ cháo từ nhiệt độ môi trường ($20^\circ\text{C}$–$25^\circ\text{C}$) xuống nhiệt độ lạnh đông ($-10^\circ\text{C}$ đến $-15^\circ\text{C}$), làm kết tinh phần lớn nước tự do thành tinh thể đá. Khoảng $10%$ đến $15%$ lượng ẩm ban đầu thoát ra trong giai đoạn này.
2. Giai đoạn sấy thăng hoa (làm khô chính): Bơm chân không vận hành hạ áp suất môi trường sấy xuống dưới áp suất thăng hoa ($0{,}1$–$1\text{ mmHg}$). Các tấm truyền nhiệt cấp nhiệt bức xạ và dẫn nhiệt đến khay sấy, nước đá chuyển trực tiếp thành hơi. Hơi ẩm bay sang thiết bị ngưng tụ - đóng băng và bị đóng băng thành tuyết bám trên bề mặt ống lạnh. Giai đoạn này kết thúc khi các tinh thể đá thăng hoa hết và nhiệt độ vật liệu đạt khoảng $0^\circ\text{C}$.
3. Giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại (sấy chân không / làm khô thứ cấp): Áp suất tiếp tục duy trì ở mức chân không, nhiệt độ của tấm truyền nhiệt và sản phẩm được nâng dần để tách phần ẩm liên kết pha lỏng còn lại cho đến khi cân bằng nhiệt và độ ẩm thành phẩm đạt yêu cầu $2%$ đến $4%$.

Hệ thống điều khiển được thiết kế mạch động lực có tích hợp biến tần điều chỉnh vận tốc động cơ máy nén, mạch rơle bảo vệ chống hiện tượng tràn lỏng về máy nén, cảm biến nhiệt độ điện trở (RTD) đo nhiệt độ tâm và bề mặt sản phẩm, cảm biến áp suất chân không và nút dừng khẩn cấp để xử lý sự cố.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày tổng quan lý thuyết về công nghệ sấy thăng hoa, phân tích bản chất nhiệt động học của quá trình chuyển pha nước và ưu nhược điểm của công nghệ. Tác giả tổng hợp ba phương thức cấu tạo chính: sấy thăng hoa cấp đông riêng, sấy thăng hoa tự cấp đông và sấy thăng hoa liên tục.

Về tình hình thiết bị trong nước, chương khảo cứu loạt thiết bị do PGS.TS Nguyễn Tấn Dũng và cộng sự chế tạo (các mẫu từ DS-2 đến DS-7 với năng suất từ 0,5 kg đến 80 kg/mẻ; mẫu DS-9 phiên bản 4 năng suất 40–50 kg/mẻ có tích hợp IoT và PLC). Chương cũng phân tích dữ liệu kỹ thuật của các dòng máy quốc tế (giá thành từ 320.000 USD đến 1,4 triệu USD). Về nguyên liệu, chương tập trung phân tích thành phần hóa học của gạo, hiện tượng hồ hóa tinh bột ở $60^\circ\text{C}$–$85^\circ\text{C}$, tiêu chuẩn vi sinh và hóa lý của nước theo QCVN 01:2009/BYT, dinh dưỡng của thịt lợn, tôm và các loại rau củ (cà rốt, rau ngót, cải bó xôi, súp lơ).

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và tính toán

Nội dung chương 2 tập trung vào việc xác định đối tượng nghiên cứu, đối tượng tính toán kỹ thuật và quy hoạch mặt bằng nhà xưởng. Tác giả thiết lập sơ đồ quy trình công nghệ sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng và sơ đồ khối nghiên cứu tính toán từ số liệu đầu vào đến bản vẽ kỹ thuật. Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc thu thập dữ liệu nhiệt vật lý (nhiệt dung riêng, tỷ trọng của chất khô và ẩm trong cháo), thiết lập các phương trình cân bằng năng lượng và áp dụng phương pháp thiết kế cơ khí chế tạo máy thực phẩm.

Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống

Đây là chương nội dung tính toán trọng tâm của khóa luận. Trên cơ sở năng suất $1500\text{ kg cháo/mẻ}$, tác giả tính toán chi tiết:

• Cân bằng vật chất và xác định lượng ẩm cần tách trong các giai đoạn.
• Tính toán phụ tải lạnh cho quá trình làm lạnh đông nguyên liệu và quá trình ngưng ẩm hóa tuyết.
• Xác định các thông số trạng thái của chu trình lạnh hai cấp nén có bình trung gian.
• Tính chọn máy nén khí/lạnh hai cấp trục vít (chọn dòng Atlas Copco GR công suất 110 kW – 200 kW).
• Tính chọn và kiểm tra bơm hút chân không (chọn bơm chân không vòng nước Hanchang HWVP-1-2000).
• Tính toán kích thước hình học của buồng sấy thăng hoa, đường kính và bề dày thân trụ, chỏm cầu chịu áp lực ngoài, số lượng khay sấy, khoảng cách và diện tích bề mặt của các tấm truyền nhiệt.
• Tính toán thiết bị ngưng tụ - đóng băng, diện tích truyền nhiệt của bình trung gian ống xoắn, bình ngưng tụ và mạng lưới đường ống, van tiết lưu.

Chương 4: Bản vẽ thiết kế hệ thống sấy thăng hoa

Chương 4 thể hiện kết quả thiết kế hình học thông qua các bản vẽ kỹ thuật hoàn chỉnh được thiết lập trên AutoCAD 2020:

• Bản vẽ buồng sấy thăng hoa tự lạnh đông, chi tiết thân buồng sấy, chỏm cầu và cụm tấm truyền nhiệt.
• Bản vẽ chi tiết bình trung gian ống xoắn và thiết bị ngưng tụ - đóng băng (bẫy tuyết).
• Bản vẽ cấu tạo thiết bị bay hơi, thiết bị ngưng tụ và bơm hút chân không.
• Bản vẽ bố trí tổng thể mặt bằng phân xưởng và sơ đồ lắp đặt dây chuyền hệ thống sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng.

Chương 5: Hệ thống điều khiển thông minh

Chương 5 xây dựng sơ đồ khối và mạch nguyên lý điều khiển tự động cho toàn bộ hệ thống:

• Thiết kế mạch điện động lực cung cấp nguồn cho động cơ máy nén, bơm chân không, bơm nước tuần hoàn và thanh gia nhiệt.
• Thiết kế hệ thống tự động hóa dàn ngưng tụ và điều khiển biến tần giảm tải cho máy nén theo áp suất bay hơi.
• Thiết lập mạch điều khiển bảo vệ chống ngập lỏng cho dàn bay hơi nhằm ngăn chặn chất lỏng quay về phá hủy xi lanh máy nén.
• Lựa chọn khí cụ điều khiển và đo lường: các công tắc, nút ấn, nút dừng khẩn cấp (Emergency Stop), rơle nhiệt, cảm biến áp suất chân không và cảm biến nhiệt độ điện trở kim loại RTD.

Chương 6: Tính kinh tế

Chương 6 hạch toán chi phí chế tạo và vận hành hệ thống sấy thăng hoa năng suất 1500 kg/mẻ:

• Chi phí đầu tư ban đầu: chi phí mua sắm thiết bị tiêu chuẩn (máy nén, bơm chân không, cảm biến, van), chi phí gia công chế tạo buồng sấy và các bộ trao đổi nhiệt, chi phí thuê mặt bằng sản xuất.
• Chi phí vận hành trên một đơn vị sản phẩm: định mức tiêu hao nguyên liệu cháo, chi phí điện năng tiêu thụ của máy nén và bơm chân không cho một mẻ sấy, chi phí nhân công vận hành và chi phí phát sinh.
• Xác định giá thành sản xuất sản phẩm cháo thăng hoa, nghĩa vụ thuế và thời gian hoàn vốn đầu tư dự án.

---

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã hoàn thành toàn bộ khối lượng tính toán lý thuyết và thiết kế cơ khí - điện đo lường cho hệ thống sấy thăng hoa công nghiệp. Các kết quả kỹ thuật cụ thể bao gồm:

• Các chỉ tiêu công nghệ và thông số vận hành:

Chỉ tiêu / Thông số	Giá trị thiết kế trong văn bản
Năng suất nhập liệu mỗi mẻ	$1500\text{ kg nguyên liệu cháo/mẻ}$
Nhiệt độ kết thúc lạnh đông sản phẩm	$-10^\circ\text{C}$ đến $-15^\circ\text{C}$
Tỷ lệ ẩm thoát ra ở giai đoạn làm lạnh đông	$10%$ đến $15%$ tổng lượng ẩm
Áp suất chân không buồng sấy khi thăng hoa	$0{,}1$ đến $1\text{ mmHg}$
Độ ẩm của sản phẩm cháo sau khi kết thúc sấy	$2%$ đến $4%$
Nhiệt độ môi trường sấy và giá truyền nhiệt	Dao động trong khoảng $-45^\circ\text{C}$ đến $35^\circ\text{C}$
Máy nén lạnh chính	Máy nén trục vít 2 tầng Atlas Copco GR ($110\text{ kW}$ – $200\text{ kW}$)
Bơm hút chân không chính	Bơm hút chân không vòng nước Hanchang HWVP-1-2000

• Giải pháp và kiến nghị tác giả đề xuất:
  • Lựa chọn phương án sấy thăng hoa tự cấp đông thay vì cấp đông riêng để tiết kiệm diện tích nhà xưởng, hạn chế thất thoát nhiệt và giảm thiểu công đoạn bốc dỡ nguyên liệu giữa tủ đông và buồng sấy.
  • Sử dụng chu trình nén lạnh 2 cấp có bình trung gian ống xoắn nhằm tăng hiệu suất lạnh, hạ nhiệt độ bay hơi của môi chất xuống mức cần thiết để hóa tuyết triệt để hơi ẩm.
  • Lắp đặt mạch bảo vệ chống ngập dịch lỏng cho dàn bay hơi và ứng dụng biến tần điều khiển động lực nhằm tiết kiệm điện năng tiêu thụ trong các giai đoạn phụ tải nhiệt giảm.
• Đóng góp của khóa luận:
  • Xây dựng hoàn chỉnh chuỗi công thức và quy trình tính toán nhiệt - cơ khí cho hệ thống sấy thăng hoa công suất lớn ($1500\text{ kg/mẻ}$), vượt trội hơn quy mô các mẫu thử nghiệm phòng thí nghiệm hoặc quy mô nhỏ ($0{,}5$–$80\text{ kg/mẻ}$) đã công bố trước đó trong nước.
  • Tạo cơ sở tài liệu kỹ thuật phục vụ việc chế tạo nội địa hóa các thiết bị sấy thăng hoa công nghiệp, giúp giảm chi phí đầu tư thiết bị so với phương án nhập ngoại (vốn có giá từ hàng trăm nghìn đến triệu USD).

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận bộc lộ một số giới hạn do điều kiện triển khai đồ án kỹ thuật:

• Hạn chế:
  • Tác giả tự nhận định do khối lượng công việc lớn và là lần đầu thực hiện tính toán thiết kế một tổ hợp hệ thống thiết bị nhiệt - lạnh - chân không quy mô công nghiệp nên một số chi tiết kết cấu và giải pháp công nghệ khó tránh khỏi thiếu sót.
  • Đề tài dừng lại ở giai đoạn thiết kế tính toán trên lý thuyết và xuất bản vẽ kỹ thuật (AutoCAD), chưa có điều kiện chế tạo mô hình thực tế 1500 kg/mẻ để chạy thử nghiệm, đo đạc sai số thực tế và đánh giá chất lượng cảm quan, dinh dưỡng của sản phẩm sau sấy thăng hoa.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Tiến hành chế tạo thử nghiệm từng module thiết bị (buồng sấy, bẫy ẩm, bình trung gian) dựa trên các bản vẽ thiết kế để kiểm chứng độ bền cơ học và độ kín chân không.
  • Mở rộng nghiên cứu áp dụng các thông số tính toán này cho các dòng nguyên liệu nông sản và thực phẩm có cấu trúc mao quản và tính chất nhiệt vật lý khác biệt ngoài cháo dinh dưỡng.

---

Giá trị tham khảo

Khóa luận là nguồn tài liệu hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư hoạt động trong các lĩnh vực:

• Sinh viên và học viên chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm, Kỹ thuật Nhiệt - Điện lạnh, Chế tạo máy: Tham khảo quy trình tính toán nhiệt lạnh hai cấp, phương pháp tính buồng chân không chịu áp lực ngoài, tính toán thiết bị ngưng tụ đóng băng và cách lập bản vẽ kỹ thuật hệ thống thiết bị chế biến.
• Kỹ sư thiết kế và doanh nghiệp chế biến thực phẩm: Cung cấp thông số kỹ thuật thực tế về việc lựa chọn máy nén trục vít Atlas Copco, bơm chân không vòng nước Hanchang, cũng như phương án quy hoạch mặt bằng nhà xưởng và thiết kế mạch điện điều khiển tự động hóa bảo vệ hệ thống sấy thăng hoa.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao hệ thống sấy thăng hoa trong đề tài bắt buộc phải vận hành ở môi trường áp suất chân không sâu?
Trả lời: Theo cơ sở lý thuyết nhiệt động học, ở áp suất khí quyển, thể tích riêng của hơi nước đá ở $-10^\circ\text{C}$ đến $-40^\circ\text{C}$ rất lớn (từ $470\text{ m}^3/\text{kg}$ đến $8400\text{ m}^3/\text{kg}$), đòi hỏi thể tích khí vận chuyển lớn gấp 400 đến 8000 lần thể tích hơi. Khi rút áp suất buồng sấy xuống phạm vi chân không ($0{,}1$–$1\text{ mmHg}$), áp suất môi trường nhỏ hơn áp suất thăng hoa của băng tại nhiệt độ lạnh đông, giúp nước đá chuyển trực tiếp sang thể hơi với vận tốc dòng hơi tự do đạt tới $100\text{ m/s}$ mà không bị tan chảy thành thể lỏng.

2. Quá trình sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng trong hệ thống trải qua những giai đoạn nhiệt độ và độ ẩm nào?
Trả lời: Quá trình gồm ba giai đoạn: Giai đoạn 1 làm lạnh đông từ nhiệt độ môi trường ($20^\circ\text{C}$–$25^\circ\text{C}$) xuống $-10^\circ\text{C}$ đến $-15^\circ\text{C}$, làm thoát $10%$–$15%$ ẩm; Giai đoạn 2 sấy thăng hoa ở áp suất $0{,}1$–$1\text{ mmHg}$, kết thúc khi tinh thể đá thăng hoa hết và nhiệt độ vật liệu tăng lên $0^\circ\text{C}$; Giai đoạn 3 bốc hơi ẩm còn lại dưới chân không cho đến khi nhiệt độ sản phẩm đạt tới nhiệt độ môi trường/tấm bức xạ, độ ẩm cuối cùng của cháo đạt $2%$–$4%$.

3. Thiết bị ngưng tụ - đóng băng trong hệ thống sấy thăng hoa đảm nhận vai trò gì?
Trả lời: Hơi ẩm thăng hoa từ buồng sấy nếu đi thẳng vào bơm hút chân không sẽ làm nhiễm ẩm dầu/nước của bơm và phá hủy áp suất chân không. Thiết bị ngưng tụ - đóng băng (bẫy ẩm) được làm lạnh ở nhiệt độ rất thấp để ngưng kết toàn bộ dòng hơi nước thành băng tuyết bám trên dàn ống lạnh trước khi dòng khí không ngưng được bơm chân không hút thải ra ngoài.

4. Khóa luận sử dụng các dòng thiết bị thương mại cụ thể nào cho hệ thống tạo lạnh và chân không?
Trả lời: Văn bản xác định máy nén được tính chọn là dòng máy nén khí/lạnh trục vít 2 tầng Atlas Copco GR với dải công suất $110\text{ kW}$ – $200\text{ kW}$; thiết bị tạo chân không là bơm hút chân không vòng nước Hanchang mã hiệu HWVP-1-2000.

5. Mạch điều khiển tự động của hệ thống được trang bị những tính năng bảo vệ an toàn nào?
Trả lời: Hệ thống điều khiển tích hợp mạch biến tần giảm tải cho máy nén lạnh, mạch tự động bảo vệ dàn bay hơi chống hiện tượng tràn môi chất lỏng về máy nén, hệ thống cảm biến nhiệt điện trở (RTD) đo nhiệt độ, cảm biến đo áp suất chân không và nút dừng khẩn cấp (Emergency Stop) để ngắt nguồn khi có sự cố kỹ thuật.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thị Thu Vân đã hoàn thành nhiệm vụ tính toán thiết kế kỹ thuật cho hệ thống sấy thăng hoa tự cấp đông năng suất 1500 kg nguyên liệu cháo dinh dưỡng/mẻ. Đề tài đã giải quyết trọn vẹn các bài toán cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt, tính chọn máy nén hai cấp Atlas Copco, bơm chân không Hanchang, đồng thời thiết lập hệ thống bản vẽ AutoCAD và mạch điều khiển thông minh. Kết quả nghiên cứu cung cấp tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo cao cho chuyên ngành chế biến thực phẩm và kỹ thuật nhiệt lạnh, hỗ trợ định hướng nội địa hóa thiết bị sấy thăng hoa công nghiệp tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TỔNG QUAN 1. Cơ sở khoa học sấy thăng hoa 1. Định nghĩa sấy thăng hoa Quá trình sấy nói chung là quá trình sử dụng nhiệt để làm giảm hàm lượng ẩm có trong nguyên liệu dựa trên sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước trên bề mặt nguyên liệu và môi trường xung quanh. Có hai phương pháp sấy cơ bản đó là sấy tự nhiên và sấy nhân tạo.

Đối với sấy tự nhiên, đây là một phương pháp lâu đời và thường được người dân sử dụng hơn là các khu sản xuất, khu công nghiệp. Cụ thể là tiến hành làm bay hơi bằng năng lượng tự nhiên như mặt trời, năng lượng gió… Phương pháp này đỡ tốn nhiệt năng, nhưng không chủ động điều chỉnh được vận tốc quá trình theo yêu cầu kỹ thuật, năng suất thấp,… Phương pháp sấy nhân tạo thường được tiến hành trong các loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm. Sấy nhân tạo có nhiều dạng và tùy theo phương pháp truyền nhiệt được ứng dụng mà phân loại và sấy thăng hoa cũng là một trong số các phương pháp sấy nhân tạo được ứng dụng rộng rãi trên thị trường hiện nay. Sấy thăng hoa là một quá trình mà trong đó sản phẩm trước tiên được đông lạnh và sau đó được làm khô bằng cách thăng hoa của nước [1].

Quá trình tổng thể bao gồm bốn bước lần lượt là: đóng băng; tạo áp suất chân không và nâng nhẹ nhiệt độ để nước (lúc này ở trạng thái rắn) thăng hoa mà không bị tan chảy; tiếp đến là sự thăng hoa của nước đá hay còn được gọi là giai đoạn làm khô chính; quá trình giải hấp nước liên kết với chất rắn, được gọi là làm giai đoạn làm khô thứ cấp và đóng gói trong các thùng chứa để ngăn cản sự hấp thụ nước và/hoặc oxy từ khí quyển. Về mặt lý thuyết, sự thăng hoa của nước đá có thể được thực hiện ở áp suất khí quyển, tuy nhiên, áp suất hơi của nước đá giữa -10℃ và - 40℃ là xấp xỉ 2,6 - 0,13 mbar và 1 kg nước đá có thể tích khoảng 470 m3 ở -10℃ và 8400 m3 ở - 40℃. Do đó, để vận chuyển các thể tích này ở áp suất khí quyển, thể tích khí phải lớn hơn thể tích hơi khoảng 400 - 8000 lần. Chính vì vậy, tất cả các nhà máy sấy thăng hoa ngày nay đều là những nhà máy chân không, trong đó không khí được giảm áp suất hơi xuống khoảng 10%, SVTH: Nguyễn Thị Thu Vân Trang 5 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.

Nguyễn Tấn Dũng để cho dòng hơi tự do có thể di chuyển với vận tốc lên đến 100 ms-1. Công nghệ sấy thăng hoa không chỉ giữ chất lượng sản phẩm ổn định mà còn giữ được độ xốp mềm, khi ngâm vào nước sẽ nở trở lại và gần giống như nguyên liệu ban đầu. Nguyên lý sấy thăng hoa 1. Giai đoạn làm lạnh đông Các loại nguyên vật liệu sau khi được sơ chế và xử lý xong sẽ được làm lạnh đông trước khi tiến hành quá trình sấy nhằm kết tinh lượng ẩm có trong các loại nguyên vật liệu này.

Sự hiểu biết các kiến thức về hóa học vật lý của quá trình lạnh đông là cần thiết cho việc nắm bắt các thành phần trong công thức và biết rõ các điều kiện ảnh hưởng đến quy trình cũng như chất lượng của sản phẩm sau khi được làm lạnh đông và sấy thăng hoa [2]. Khi các tinh thể nước đá phát triển trong hệ thống lạnh đông, các chất hòa tan sẽ bị cô đặc. Nồng độ ion tăng lên đi kèm với quá trình đông lạnh thường là một mối quan tâm trong quá trình đông khô protein cũng như các vật liệu sinh học khác, vì cường độ ion cao có thể thúc đẩy sự biến tính của protein cũng như sự mất nước do thẩm thấu của vi sinh vật. Ngoài ra, tốc độ của một số phản ứng hóa học, đặc biệt là phản ứng bậc hai, có thể được tăng tốc bằng cách đóng băng thông qua hiệu ứng nồng độ đông đặc này.

Ở giai đoạn này vật liệu sấy được làm lạnh từ nhiệt độ môi trường khoảng 20℃ - 25℃ xuống nhiệt độ (-10 ÷ -15℃) và theo số liệu thực nghiệm thì có khoảng (10-15) % lượng ẩm thoát ra khỏi vật ẩm trong giai đoạn này [3]. Có hai cách chính để làm lạnh đông các loại vật liệu sấy có thể nhắc đến: Cách thứ nhất là sử dụng thiết bị làm lạnh đông thông thường hoặc nitơ lỏng để làm lạnh đông sản phẩm bên ngoài buồng sấy thăng hoa. Cách thứ hai là vật sấy tự lạnh đông ngay trong buồng sấy thăng hoa khi buồng sấy được hút chân không. Trong giai đoạn này, sản phẩm cần được làm lạnh đông rất nhanh để hình thành các tinh thể băng nhỏ nhằm mục đích ít gây hư hại đến cấu trúc tế bào của sản phẩm.

Đối với sản phẩm dạng lỏng, phương pháp làm lạnh đông chậm được sử dụng để băng tạo thành từng lớp, các lớp này tạo nên các kênh giúp cho hơi nước dịch chuyển dễ dàng. Giai đoạn thăng hoa SVTH: Nguyễn Thị Thu Vân Trang 6 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng Đây là giai đoạn chính để tách ẩm khỏi nguyên vật liệu sấy trong quá trình sấy thăng hoa sản phẩm. Khi sản phẩm đạt tới nhiệt độ cấp đông cần thiết, ngừng quá trình cấp đông, lúc này bơm chân không bắt đầu hoạt động làm áp suất buồng sấy hạ xuống rất nhanh tạo môi trường sấy là môi trường chân không, có áp suất ít thay đổi (0,1÷1) mmHg.

Trong giai đoạn này, nhờ dòng nhiệt chủ yếu là nhiệt từ các tấm bức xạ nước trong vật liệu sấy bắt đầu thăng hoa mạnh [3]. Tất nhiên, điều này phải được thực hiện mà không làm tan chảy phần vật liệu đã được lạnh đông tiếp xúc với đáy của vật chứa [2]. Có ba cơ chế truyền nhiệt chính có thể nhắc đến là: − Sự dẫn truyền dòng nhiệt do quá trình chuyển động giữa các phần tử có thể tích khác nhau của vật liệu. − Sự đối lưu, trao đổi nhiệt do dòng chất lỏng gây ra − Bức xạ: dòng nhiệt do kích thích nhiệt làm phát sinh bức xạ điện từ.

Tuy nhiên, môi trường sấy gần như là chân không tuyệt đối nên quá trình truyền nhiệt tách ẩm chỉ xảy ra theo hai phương thức bức xạ và dẫn truyền, còn đối lưu xem như bằng không. Do sự chênh lệch áp suất riêng phần hơi nước ở thực phẩm và áp suất hơi nước trong môi trường sấy quá lớn. Đồng thời dòng nhiệt bức xạ từ các tấm kim loại phát ra để đốt nóng là do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường và thực phẩm khá lớn. Do đó nước trong thực phẩm đông lạnh bắt đầu thăng hoa mãnh liệt.

Để sản phẩm sấy khô có chất lượng tốt thì phần cuối của giai đoạn thăng hoa lúc mà các tinh thể đã thăng hoa hết, độ ẩm đạt yêu cầu và nhiệt độ sản xuất vượt qua nhiệt độ kết thúc của nhiệt độ trong sản phẩm (Tkt), khi đó ẩm còn lại trong sản phẩm rất ít, chủ yếu là ẩm liên kết và chỉ tồn tại ở pha lỏng [4]. Cuối giai đoạn này, nhiệt độ của vật liệu sấy mới dần dần tăng từ (-10℃ ÷ -15℃) đến 0℃ và giai đoạn sấy thăng hoa kết thúc [3]. Giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại hay sấy chân không Đây là giai đoạn làm bay hơi ẩm còn lại trong nguyên vật liệu sấy. Ở cuối quá trình thăng hoa, lượng ẩm trong vật liệu sấy trở về dạng lỏng.

Vì khi đó, áp suất trong bình thăng hoa vẫn được duy trì bé hơn áp suất khí trời nhờ bơm chân không và vật liệu sấy vẫn tiếp tục được gia nhiệt nên ẩm vẫn không ngừng biến từ dạng lỏng lên dạng hơi và đi vào không gian bình thăng hoa [3]. Kết thúc giai đoạn này khi xảy ra SVTH: Nguyễn Thị Thu Vân Trang 7 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng sự cân bằng nhiệt độ, nhiệt độ nguyên liệu đạt tới nhiệt độ môi trường sấy và nhiệt độ tấm bức xạ, độ ẩm cuối cùng của sản phẩm từ (2 ÷ 4) % rất khô [5]. Ưu, nhược điểm của kỹ thuật sấy thăng hoa 1.

Ưu điểm Sấy thăng hoa là quá trình bảo quản các sản phẩm thực phẩm phức tạp và tốn kém nhất trong tất cả các phương pháp làm khô. Tuy nhiên, đó là cách duy nhất để nhiều sản phẩm dược duy trì chất lượng ban đầu của chúng trong một thời gian có thể chấp nhận được ở nhiệt độ sẵn có hoặc thậm chí ở nhiệt độ phòng trở lên [1]. Sau khi quá trình sấy thăng hoa kết thúc, sẽ cho ra thành phẩm đạt chất lượng tương đối tốt với màu sắc, hình dạng, thành phần dinh dưỡng,… gần như được giữ nguyên vẹn so với ban đầu. Ngoài ra, các sản phẩm sau khi sấy còn có khả năng hoàn nguyên về trạng thái gần như ban đầu khi tiếp xúc nước trong một khoảng thời gian đủ dài nhất định.

Nhược điểm Nhược điểm lớn nhất của hệ thống sấy thăng hoa là chi phí sấy của 1kg sản phẩm rất cao, hệ thống phức tạp, cồng kềnh, phải sử dụng đồng thời bơm chân không và máy lạnh. Chính vì vậy, để vận hành hệ thống ngoài vấn đề kinh phí còn cần đến một đội ngũ công nhân có trình độ kỹ thuật cao [3]. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa − Nhiệt độ của quá trình sấy thăng hoa Nhiệt độ của quá trình sấy thăng hoa là một trong những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thoát hơi ẩm trong từng sản phẩm. Nhiệt độ càng cao thì lượng ẩm trong vật liệu sấy thoát ra càng nhanh, nhưng mức nhiệt này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến màu sắc, cấu trúc và hàm lượng chất dinh dưỡng có trong từng loại sản phẩm khác nhau.

Nhiệt cấp vào sẽ đóng vai trò làm tăng nhiệt độ môi trường sấy (T∞) và nhiệt độ của giá truyền nhiệt (Tshef). Nhiệt độ môi trường sấy thăng hoa cũng như giá truyền nhiệt chỉ dao động trong khoảng -45oC đến 35oC, nhiệt độ sản phẩm (Tsp) phải nhỏ hơn hoặc bằng với nhiệt độ kết tinh (Tkt) của hàm lượng ẩm chứa bên trong sản phẩm. − Thời gian sấy thăng hoa SVTH: Nguyễn Thị Thu Vân Trang 8 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng Đây là một trong những yếu tố thiết yếu gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

Thời gian sấy càng lâu thì sản phẩm càng khô, khi cần sấy sản phẩm khô ở mức độ vừa phải thì cần đặt thời gian sấy cho phù hợp để tránh bị sấy quá khô hoặc sấy chưa đủ thời gian.