Chương 1: Tổng Quan Đề Tài Thiết kế giao diện HMI để hiển thị, giám sát và điều khiển hệ thống. Sử dụng bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200 để điều khiển hoạt động của mô hình. Giới hạn đề tài Đề tài thực hiện với đối tượng là múi mít đã được sơ chế và chế biến. Đề tài chỉ dừng lại ở việc điều khiển và giám sát nhiệt độ, khối lượng mít sấy; không giám sát trực tiếp được độ ẩm.
Đề tài chỉ là mô hình của hệ thống nên năng suất sấy và đóng gói thấp. Vì hệ thống bán tự động nên vẫn phải thao tác đóng gói bằng tay. Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 3 Luan van Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết CHƯƠNG 2 CƠ SƠ LÝ THUYẾT 2. Yêu cầu chung Một hệ thống sấy nông sản phải đạt được những yêu cầu cơ bản sau: Dễ dàng điều khiển, vận hành.
Hệ thống làm việc ổn định, đúng năng suất được yêu cầu. Lắp đặt, sửa chữa đơn giản. Vận hành hệ thống bằng 2 chế độ AUTO và MANUAL. Sản phẩm được sấy đều, đủ yêu cầu về chất lượng độ ẩm.
Khối lượng từng bịch thành phẩm phải chính xác theo khối lượng đặt. Quy trình sấy 2. Khái niệm về sấy Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng nhiệt. Nhiệt được cung cấp cho vật liệu bằng dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc năng lượng điện trường có tần số cao.
Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng và độ ẩm của vật liệu, tăng độ bền và bảo quản được tốt. Trong quá trình sấy nước được cho bay hơi ở nhiệt độ bất kỳ do quá trình khuếch tán bởi sự chênh lệch độ ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu và sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường chung quanh. Sấy là một quá trình không ổn định, độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian. Sấy là một trong những phương pháp làm khô thực phẩm xuất hiện từ lâu đời nay.
Chúng ta thường bắt gặp sản phẩm sấy ở mọi nơi, đủ các loại thực phẩm, đủ các loại nguyên liệu đều có thể được đem đi sấy, tuy vậy, tùy mỗi loại nguyên liệu với các đặc tính khác nhau mà người ta áp dụng hoặc phát minh những phương pháp sấy khác nhau. Phân loại phương pháp sấy: gồm có 2 phương thức Sấy tự nhiên: Là phương thức sấy truyền thống, thủ công tiến hành bay hơi bằng năng lượng tự nhiên như mặt trời, năng lượng gió…còn gọi là phơi sấy tự nhiên. Phương pháp này đỡ tốn nhiệt năng, nhưng không chủ động điều Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 4 Luan van Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết chỉnh được nhiệt độ theo yêu cầu kỹ thuật dẫn tới năng suất thấp, làm chậm tốc độ kinh doanh nông nghiệp… Hình 2.1: Phương pháp phơi khô tự nhiên Sấy nhân tạo: Thường được tiến hành trong các loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm với mục đích nhằm giữ cho thực phẩm được lâu mà không bị ảnh hưởng đến chất lượng bởi môi trường bên ngoài. Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹ thuật sấy có thể được phân loại như sau: sấy thăng hoa, sấy tuần hoàn khí nóng, sấy bơm nhiệt, sấy lạnh, sấy năng lượng mặt trời.
Mỗi loại sấy sẽ có những ưu điểm và nhược điểm riêng, cho phép người dùng áp dụng cho từng loại sản phẩm cụ thể.2: Một trong những phương pháp sấy nhân tạo Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 5 Luan van Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết 2. Các phương pháp sấy Sấy thăng hoa Sấy thăng hoa (freeze drying) là một kỹ thuật còn được gọi là “làm khô lạnh” hay còn gọi là kỹ thuật khử nước, thường được sử dụng để bảo quản các loại nguyên liệu và thực phẩm, giúp thuận tiện hơn cho vận tải, cũng như giữ được các phẩm chất của sản phẩm ban đầu. Công nghệ sấy thăng hoa không chỉ giữ cho sản phẩm luôn chất lượng tốt (các thành phần dinh dưỡng và hoạt chất sinh học, màu sắc, mùi, vị… gần như được bảo toàn không bị phá hủy) mà còn giữ được độ xốp mềm, khi ngâm vào nước sẽ nở trở lại và gần giống như nguyên liệu ban đầu. Ưu điểm: Công nghệ sấy thăng giúp sản phẩm có thành phần dinh dưỡng (protein, lipit, gluxit), vitamin, enzyme và hoạt chất sinh học, màu sắc, mùi, vị …v.v gần như được bảo toàn không bị phá hủy.
Sấy thăng hoa giúp sản phẩm giữ được cấu trúc vật lý, hóa học. Sản phẩm sấy có độ xốp, không bị xẹp như các phương pháp sấy khác. Khi ngâm vào nước nó hoàn ẩm trương nở trở lại và gần giống như nguyên liệu ban đầu. Sản phẩm sau khi sấy thăng hoa có độ ẩm rất thấp 1-5% nên bảo quản được lâu hơn.
Nhược điểm: Khi gia nhiệt sẽ tăng áp suất khí gas dễ xảy ra nổ ống dẫn khí. Chi phí thiết bị và chuyển giao công nghệ còn cao. Buồng sấy và buồng cấp đông là 1 nên phải bọc bảo ôn khiếp khó chế tạo, bảo hành, bảo trì. Hệ thống điều khiển phức tạp, ít ổn định.
Ứng dụng thực tế của hệ thống sấy thăng hoa: Sấy thăng hoa được ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp sản xuất sữa bột, trà bởi đặc tính ưu việt của nó khi hòa vào nước vẫn giữ được hương vị của sản phẩm. Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 6 Luan van Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Sấy bơm nhiệt Sấy bơm nhiệt là sử dụng hệ thống bơm nhiệt kết hợp với bộ cấp nhiệt phụ để có thể điều chỉnh chính xác nhiệt độ sấy cần cung cấp cho buồng sấy, sử dụng hệ thống bơm nhiệt nhằm 2 mục đích chính là làm khô không khí sấy trước khi đưa trở lại buồng sấy và tận dụng nguồn nhiệt từ bơm nhiệt tạo ra để làm nóng khí sấy. Chính vì vậy, phương pháp sấy này giúp tiết kiệm đến 80% điện năng so với sử dụng phương pháp thông thường. Ưu điểm: Tiết kiệm điện năng hơn 80% so với sấy nhiệt.
Chất lượng sản phẩm đáp ứng được nhu cầu trên thị trường. Sấy được các dòng sản phẩm cao cấp đòi hỏi mức nhiệt thấp. Giữ được màu sắc đối với các loại thực phẩm. Sản phẩm sấy còn nguyên vẹn, không bị biến dạng.
Sấy công suất lớn, mỗi mẻ sấy có thể đến vài tấn sản phẩm. Nhược điểm: Chi phí đầu tư ban đầu khá cao. Chiếm diện tích, cần có một kho lớn để đặt máy. Chỉ áp dụng vào sản xuất dạng công nghiệp đối với ngành thực phẩm.
Công suất lớn, cần nguồn điện 3 pha với dòng sấy thực phẩm. Ứng dụng thực tế của hệ thống sấy bơm nhiệt: Hệ thống sấy bơm nhiệt được sử dụng rộng rãi trong ngành sấy nhiệt, cụ thể như: Ngành sấy khô quần áo: Những chiếc máy sấy quần áo chúng ta đang sử dụng hằng ngày và một ví dụ điển hình nhất. Ngoài việc quay ly tâm tách nước bình thường. Khi quần áo còn độ ẩm nhất định thì hệ thống sấy bơm nhiệt trong máy sấy hoạt động.
Tạo luồng khí nóng thổi vào buồng sấy, thu lại hơi nóng và tách nước qua hệ thống làm mát, rồi đưa không khí được làm khô quay trở lại buồng sấy. Sấy khô quần áo, chăn màn, khăn rất hiệu quả. Ngành công nghiệp gỗ: Mỗi mẻ sấy có thể sấy một lượng lớn gỗ. Mức tiêu thụ điện năng thấp, sấy liên tục trong thời gian dài tối ưu được nhiều chi phí.
Phụ phí để ra thành phẩm giảm đi đủ sức cạnh tranh trên thị trường. Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 7 Luan van Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Sấy khô, sấy dẻo thực phẩm: Đối với ngành công nghiệp thực phẩm thì sấy bơm nhiệt được sử dụng nhiều nhất. Với các công ty, xí nghiệp hay hộ kinh doanh lớn thì sử dụng sấy bơm nhiệt cực kỳ hiệu quả. Sấy đa dạng sản phẩm từ rau củ, thịt cá, ngũ cốc, thuốc, hoa trà vv.
Sấy lạnh Sấy lạnh là phương pháp sấy bằng tác nhân là không khí rất khô ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sấy thông thường. Dải nhiệt độ sấy từ 35-65 độ C, độ ẩm không khí sấy vào khoảng 10-30%” nhằm bảo quản sản phẩm được lâu dài hơn. Máy sấy lạnh được cấu thành bởi một máy bơm nhiệt được đặt trong một tủ sấy hoặc một hầm sấy tùy theo quy mô. Máy bơm nhiệt có một đầu nóng và đầu lạnh, đầu nóng sẽ cung cấp nhiệt lượng cho tác nhân sấy, còn đầu lạnh dùng để tách ẩm cho không khí sấy.
Do đó, một số nơi, còn gọi máy sấy lạnh là máy sấy bơm nhiệt. Ưu điểm: Máy sấy lạnh được sấy ở nhiệt độ môi trường nên đảm bảo được màu sắc, mùi vị từ nhiên và đặc biệt là hàm lượng chất dinh dưỡng bao gồm: dưỡng chất, vitamin, hoạt tính,… Quá trình sấy sản phẩm khép kín và hoạt động một cách độc lập nên luôn đảm bảo được vệ sinh, không bị vi khuẩn xâm nhập vào sản phẩm sấy. Nhược điểm: Chi phí đầu tư ban đầu sẽ tốn kém hơn rất nhiều so với các loại máy sấy thông thường khác. Máy sấy lạnh thường phải nhập khẩu bên ngoài nên thời gian chờ hàng về khá lâu.
Quá trình vận hành và bảo dưỡng cũng phức tạp hơn rất nhiều. Người vận hành máy phải am hiểu rõ về cách thức hoạt động và quy trình làm lạnh của máy, phải lưu ý tới độ kín của buồng sấy. Máy sấy lạnh công nghiệp cồng kềnh nên vận hành phức tạp, chi phí vận hành và bảo dưỡng lớn. Ứng dụng thực tế của hệ thống sấy lạnh: Sấy lạnh thích hợp để sấy đa dạng các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt, dễ nóng chảy như đông trùng hạ thảo, nấm linh chi… Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 8 Luan van Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Sấy năng lượng mặt trời Nguyên lý hoạt động của máy sấy bằng năng lượng mặt trời trên cơ sở tận dụng nhiệt bức xạ mặt trời theo nguyên lý hiệu ứng nhà kính, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.
Hiệu suất của máy sấy năng lượng mặt trời có thể đạt 55-65%. Có thể nói thiết bị sấy này đã giúp tận dụng nguồn năng lượng rất lớn, siêu sạch là năng lượng mặt trời. Ưu điểm: Tiết kiệm năng lượng tiêu thụ. Không khí sấy sạch.
Hệ thống đảo chiều gió giúp vật sấy khô đều, nhanh. Có thể tích hợp hệ thống điều khiển, giám sát, phân tích … từ xa qua mạng internet (IoT).