phần mở đầu và tài liệu tham khảo, đề tài gồm có các nội dung sau: Chƣơng 1: Trình bày tổng quan về phƣơng pháp sấy thăng hoa và vật liệu sấy chuối Chƣơng 2: Tính toán nhiệt cho quá trình sấy & hệ thống sấy Chƣơng 3: Tính toán chọn thiết bị cho hệ thống sấy Chƣơng 4: Mô hình, mục đích và quy trình thí nghiệm Chƣơng 5: Đánh giá kết quả thí nghiệm và bàn luận Chƣơng 6: Kết luận và kiến nghị ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN. ii DANH MỤC HÌNH ẢNH. v DANH MỤC BẢNG BIỂU. viii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.
Tổng quan về sấy thăng hoa. Các phƣơng pháp sấy. Lý thuyết sấy thăng hoa. Tổng quan vật liệu sấy.
Tính cấp thiết của đề tài. Mục đích của đề tài. Đối tƣợng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu.
Phƣơng pháp nghiên cứu. Tình hình nghiên cứu. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc .13 CHƢƠNG 2: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY.
Tính toán sơ bộ. Tính toán kích thƣớc buồng sấy. Tính tải nhiệt cho quá trình cấp đông. Tổn thất nhiệt cho quá trình cấp đông.
Nhiệt tổn thất do làm lạnh vỏ buồng sấy và khay. Nhiệt tổn thất do làm lạnh không khí trong buồng sấy. Nhiệt tổn thất ra môi trƣờng. Tính tải nhiệt cho quá trình sấy thăng hoa.
25 CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ. Chọn thông số làm việc của chu trình lạnh. Tính toán chu trình lạnh. Tính chọn thiết bị chu trình lạnh.
Tính chọn máy nén. Tính chọn thiết bị ngƣng tụ. Tính toán chế tạo thiết bị bay hơi. Tính chọn thiết bị phụ.
Tính chọn bơm chân không. Tính chọn điện trở sấy. 35 CHƢƠNG 4: HỆ THỐNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM. Hệ thống thí nghiệm.
Thông số thực tế thiết bị. Hệ thống điều khiển. Nội dung và mục đích thí nghiệm. Quy trình sấy chuối.
51 CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN. Kết quả thí nghiệm và nhận xét. Bàn luận và đánh giá thí nghiệm .69 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .70 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 72 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƢƠNG 1 Hình 1.1: Giản đồ trạng thái pha của nước .2: Quan hệ giữa áp suất với nhiệt độ thăng hoa của nước đá .3: Đường cong sấy .6 Chuối sấy dẻo .10 CHƢƠNG 2 Hình 2.2: Kích thước khay sấy và buồng .3: Kết cấu thân và đáy buồng sấy .23 CHƢƠNG 3 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý chu trình quá lạnh - quá nhiệt .2: Đồ thị lgp-h của chu trình quá lạnh - quá nhiệt .3: Sơ đồ dòng lưu chất trao đổi nhiệt tại dàn nóng .4: Sơ đồ dòng lưu chất trao đổi nhiệt tại dàn lạnh .32 CHƢƠNG 4 Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống thống sấy thăng hoa .2: Mô hình máy sấy thăng hoa .3: Thông số kỹ thuật buồng sấy .4: Thông số kỹ thuật khay chứa vật liệu sấy .5: Thông số kỹ thuật máy nén .6: Thông số kỹ thuật thiết bị ngưng tụ .7: Thông số kỹ thuật dàn lạnh .8: Thông số kỹ thuật bơm chân không.9: Thông số kỹ thuật điện trở sấy .10: Thông số kỹ thuật van tiết lưu .11: Thông số kỹ thuật bình tách lỏng .12: Thông số kỹ thuật bình chứa cao áp .13: Thông số kỹ thuật van điện từ .14: Mạch động lực.15: Mạch điều khiển.
16: Thể hiện sự bố trí các thiết bị điện bên ngoài tủ điện.17: Quy trình sấy chuối .51 CHƢƠNG 5 Hình 5.1: Vật liệu trước quá trình thí nghiệm.2: Thành phẩm sau quá trình thí nghiệm mẻ sấy 15h .3: Thành phẩm sau quá trình thí nghiệm mẻ sấy 17h .4: Thành phẩm sau quá trình thí nghiệm mẻ sấy 19h .5: Thành phẩm sau quá trình thí nghiệm mẻ sấy 21h .6: Thành phẩm sau quá trình thí nghiệm mẻ sấy 23h .7: Đồ thị thể hiện tương quan giữa thời gian sấy với độ ẩm cuối quá trình và điện năng tiêu thụ .8: Đồ thị thể hiện tương quan giữa thời gian sấy, thời gian chạy điện trở, thời gian chạy bơm và độ ẩm cuối quá trình sấy .9: Đồ thị thể hiện tương quan giữa thời gian sấy, điện năng tiêu thụ trung bình trên giờ và điện năng tiêu thụ trên 1kg vật liệu sấy .10: Đồ thị thể hiện tương quan giữa áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất chân không theo thời gian trong mẻ 15 giờ.11: Đồ thị thể hiện tương quan giữa áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất chân không theo thời gian trong mẻ 17 giờ.12: Đồ thị thể hiện tương quan giữa áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất chân không theo thời gian trong mẻ 19 giờ.13: Đồ thị thể hiện tương quan giữa áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất chân không theo thời gian trong mẻ 21 giờ.14: Đồ thị thể hiện tương quan giữa áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất chân không theo thời gian trong mẻ 23 giờ.15: Đồ thị thể hiện tương quan giữa nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ môi trường và nhiệt độ buồng theo thời gian trong mẻ 15 giờ .16: Đồ thị thể hiện tương quan giữa nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ môi trường và nhiệt độ buồng theo thời gian trong mẻ 17 giờ .17: Đồ thị thể hiện tương quan giữa nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ môi trường và nhiệt độ buồng theo thời gian trong mẻ 19 giờ .18: Đồ thị thể hiện tương quan giữa nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ môi trường và nhiệt độ buồng theo thời gian trong mẻ 21 giờ .19: Đồ thị thể hiện tương quan giữa nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ môi trường và nhiệt độ buồng theo thời gian trong mẻ 23 giờ. 68 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƢƠNG 1 Bảng 1.1: Quan hệ giữa áp suất (Pth) với nhiệt độ (Tth) thăng hoa của nước đá .2: Thống kê sản lượng của một số loại trái cây chính trên thế giới.7 CHƢƠNG 3 Bảng 3.1: Thông số các điểm nút chu trình quá lạnh - quá nhiệt .2: Thông số các điểm nút chu trình quá lạnh - quá nhiệt tiêu chuẩn .3: Thông số các thiết bị phụ trong chu trình lạnh .34 CHƢƠNG 4 Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật các thiết bị trong hệ thống .2: Thông số đường ống .3: Thời gian thực hiện các mẻ sấy .50 viii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về sấy thăng hoa 1. Các phƣơng pháp sấy Sấy là quá trình tách ẩm (chủ yếu là nƣớc và hơi nƣớc) ra khỏi vật liệu nhằm tránh hƣ hỏng trong quá trình bảo quản, tăng độ bền cho sản phẩm, giảm trọng lƣợng, giảm chi phí chuyên chở và đồng thời nó cũng làm tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm.
Có nhiều phƣơng pháp sấy, đƣợc phân loại dựa trên những cách khác nhau. Dựa vào phƣơng thức cấp nhiệt cho vật liệu sấy, ngƣời ta phân ra các loại: - Sấy đối lƣu: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ quá trình truyền nhiệt đối lƣu nhờ lƣu chất mang nhiệt độ cao thổi qua, thông thƣờng là không khí nóng hoặc khói. Các kiểu sấy đối lƣu nhƣ: sấy buồng, sấy hầm, sấy thùng quay,… - Sấy tiếp xúc: Vật liệu sấy đƣợc trao đổi nhiệt với một bề mặt đƣợc đốt nóng. Bề mặt tiếp xúc có thể là vật rắn hay vật lỏng.
Các kiểu sấy tiếp xúc: sấy lô quay, sấy dầu,… - Sấy bức xạ: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ nguồn nhiệt bức xạ. Nguồn bức xạ thƣờng dùng là đèn hồng ngoại, thanh điện trở… - Sấy dùng điện cao tần: Sử dụng năng lƣợng điện có tầng số cao để làm nóng vật sấy. Vật sấy đƣợc đặt trong từ trƣờng điện từ do vậy trong vật xuất hiện dòng điện và dòng điện này nung nóng vật. Dựa vào nhiệt độ sấy mà chúng ta có hai phƣơng pháp sấy chính: sấy ở nhiệt độ cao và sấy ở nhiệt độ thấp.
- Sấy ở nhiệt độ cao: Tác nhân sấy đƣợc gia nhiệt lên nhiệt độ cao hơn nhiều so với nhiệt độ môi trƣờng. Các phƣơng thức gia nhiệt nhƣ đã kể ở trên. - Sấy ở nhiệt độ thấp: Quá trình sấy đƣợc diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn các phƣơng pháp sấy thông thƣờng đã kể trên. Tác nhân sấy đƣợc làm lạnh để tách ẩm (sấy lạnh) hoặc quá trình tách ẩm đƣợc diễn ra ở môi trƣờng chân không (sấy chân không, sấy thăng hoa).
1 Trong đó, sấy thăng hoa là một trong những phƣơng pháp sấy tiên tiến nhất hiện nay. Quá trình sấy đƣợc thực hiện ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp, thấp hơn điểm o ba thể của nƣớc (t = 0,0098 C; p = 4,58 mmHg), diễn ra trong một buồng sấy kín. Đầu tiên sản phẩm đƣợc làm lạnh để đóng băng hoàn toàn lƣợng nƣớc chứa bên trong, tiếp theo buồng sấy đƣợc hút chân không, trạng thái của nƣớc xuống dƣới điểm ba thể. Sau đó, quá trình cấp nhiệt ở chân không đƣợc tiến hành, quá trình thăng hoa diễn ra, ẩm trong vật dƣới dạng rắn sẽ hóa hơi và thoát ra, nhiệt độ vật lúc này không đổi.
Sau cùng là quá trình bay hơi ẩm còn lại, nhiệt độ vật tăng lên, ẩm trong vật ở trạng thái lỏng, quá trình sấy lúc này giống nhƣ sấy chân không thông thƣờng. Ƣu điểm của phƣơng pháp sấy thăng hoa là nhờ sấy ở nhiệt độ thấp và diễn ra sự thăng hoa nên giữ đƣợc các tính chất tƣơi sống của sản phẩm, giữ đƣợc chất lƣợng và hƣơng vị, không bị mất các vitamin. Tuy nhiên phƣơng pháp này có nhƣợc điểm là giá thành thiết bị cao, vận hành phức tạp, ngƣời vận hành cần có trình độ kỹ thuật cao, tiêu hao điện năng lớn. Lý thuyết sấy thăng hoa Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng sự thăng hoa của nƣớc.
Quá trình thăng hoa là quá trình chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi. Ở điều kiện bình thƣờng, ẩm trong thực phẩm ở dạng lỏng, nên để thăng hoa chúng cần đƣợc chuyển sang thể rắn bằng phƣơng pháp lạnh đông. Chính vì vậy nên còn gọi là phƣơng pháp sấy lạnh đông (Freeze Drying hay Lyophillisation). Quá trình sấy thăng hoa trải qua 3 giai đoạn chính : giai đoạn làm lạnh, giai đoạn thăng hoa và giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại.
Nếu ẩm trong vật liệu sấy có trạng thái đóng băng đƣợc gia nhiệt đẳng áp đến nhiệt độ nhất định thì nƣớc ở thể rắn sẽ thực hiện quá trình thăng hoa. Từ giản đồ cho thấy áp suất càng thấp thì nhiệt độ thăng hoa của nƣớc càng giảm do đó khi cấp nhiệt cho vật liệu sấy ở áp suất càng thấp thì độ chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nhiệt và vật liệu sấy càng tăng.