CHƯƠNG 1 – GIỚI THIỆU CHUNG 1. Tổng quan về kỹ thuật sấy 1. Khái niệm về sấy: Hạt và các sản phẩm nông nghiệp trước khi nhập kho bảo quản đều phải có độ ẩm ở mức độ an toàn. Điều kiện thích hợp của độ ẩm để bảo quản hạt là ở giới hạn từ 12%-14%.
Phần lớn hạt thu hoạch về có độ ẩm cao hơn, trong điều kiện những mùa mưa độ ẩm của khí quyển cao nên sự thoát hơi nước tự nhiên của hạt chậm lại. Với độ ẩm của hạt lớn hơn 14% thì hoạt động sống tăng, hô hấp mạnh, lô hạt bị ẩm và nóng thêm. Đó là những điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật và côn trùng, lô hạt tự bốc nóng và làm cho hạt bị hỏng. Để tránh hiện tượng trên ta phải đảm bảo độ ẩm của hạt xuống khoảng 14%.
Do đó, đối với một nước nông nghiệp nhiệt đới khí hậu nóng ẩm mưa nhiều như nước ta thì sấy là một phương pháp rất quan trọng. Hạt ẩm ảnh hưởng không tốt đến kĩ thuật xay xát. Sản lượng bột giảm, chi phí năng lượng tăng lên, bột dính vào máy chế biến và làm máy nhanh bị hỏng; hạt thu được và sản phẩm chế biến từ hạt sẽ bảo quản khó và chỉ tiêu phẩm chất sẽ thấp. ở những hạt đã sấy hay phơi khô thì quá trình thủy phân chất béo thực hiện chậm , hiện tượng đắng của hạt và sản phẩm chế biến giảm, côn trùng sâu mọt sẽ bị tiêu diệt.
Những hạt bị bốc nóng ở thời kì đầu, nhờ quá trình phơi sấy, hạt trở lại bình thường, quá trình tự bốc nóng dừng lại và những tính chất kỹ thuật của hạt được phục hồi. Hạt còn tươi chưa hoàn thành quá trình chín sinh lí thì nhờ quá trình sấy quá trình chín sinh lí được rút ngắn, hạt có được đặc tính kĩ thuật thích hợp của nó. Sấy khô sản phẩm là một quá trình rất phức tạp: khi sấy cần đảm bảo giữ được tính chất của sản phẩm, đảm bảo chất lượng và giữ nó ở trạng thái tốt. Quá trình sấy thực chất là quá trình dùng nhiệt để làm bốc hơi một phần lượng nước có trong sản phẩm.
Quá trình này phụ thuộc vào cấu tạo, kích thước, dạng liên kết của vật liệu sấy và tính chất hóa học của sản phẩm và trạng thái bề mặt của sản phẩm hút ẩm. Bản chất đặc trưng của quá trình sấy. Sấy là một quá trình tách ẩm ra khỏi sản phẩm (hoặc chuyển nước trong sản phẩm sang thể hơi). Quá trình này được thực hiện do sự chênh lệch áp suất của hơi 9 Trường Đại Học Công Nghiệp AB Đồ án tốt nghiệp Khoa ĐIỆN nước ở môi trường xung quanh (Pxq) và trên bề mặt sản phẩm (Psp).
Để làm cho lượng ẩm trên bề mặt sản phẩm bay hơi cần có điều kiện Psp>Pxq=∆P. trị số ∆P càng lớn thì độ ẩm chuyển ra môi trường xung quanh càng mạnh. Psp phụ thuộc vào nhiệt độ sấy, độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy và phụ thuộc vào tính chất liên kết của nước với sản phẩm. Sự thoát ẩm trên bề mặt tăng lên khi nhiệt độ và tốc độ của luồng không khí tăng, khi độ ẩm tương đối giảm và áp suất không khí giảm.
Do vậy sự thoát ẩm trên bề mặt dẫn đến sự khuếch tán bên trong. Đó là kết quả của sự phá vỡ mối cân bằng tương đối trong sản phẩm cũng là do sự thay đổi nhiệt độ và sự phân chia nước không đồng đều trong sản phẩm. Trong sản phẩm ( và nhất là hạt ) sự vận chuyển nước bắt đầu từ nơi có độ ẩm cao đến nơi có độ ẩm thấp. Sự chênh lệch độ ẩm ở những phần khác nhau của hạt là nguyên nhân của sự khuêch tán bên trong khi sấy.
Sự thay đổi về mặt phân bố nhiệt độ ở những điểm khác nhau của hạt làm cho sự vận chuyển độ ẩm tăng từ chỗ có nhiệt độ cao đến chỗ có nhiệt độ thấp. Quá trình sấy có thể được xúc tiến nhanh hơn nhờ sự tăng nhiệt độ không khí hoặc nhiệt độ của hỗn hợp không khí và khói lò(t), giảm độ ẩm tương đối của không khí( φ), tăng vận tốc không khí(v) và nhờ sự giảm áp suất không khí trong môi trường (B). Trong quá trình sấy, càng về sau hơi nước của môi trường xung quanh càng nhiều, tức là áp suất Pxq cành tăng và độ ẩm của sản phẩm càng giảm đến một lúc nào đó sẽ đạt được trị số cân bằng. Khi đó Pxq=Psp và độ ẩm đó được gọi là độ ẩm cân bằng.
Tại độ ẩm cân bằng thì ∆P=0, quá trình sấy ngừng lại. Đối với thóc, ẩm hiện diện ở hai nơi: ở bề mặt hạt (ẩm bề mặt) và ở nhân hạt (ẩm bên trong). Ẩm bề mặt sẽ nhanh chóng bay hơi khi hạt được tiếp xúc với không khí nóng thổi qua nó, còn ẩm bên trong nhân hạt sẽ bay hơi chậm hơn bởi vì đầu tiên nó phải di chuyển từ nhân hạt ra bề mặt hạt và kết quả là ẩm bề mặt và ẩm bên trong sẽ bay hơi với tốc độ khác nhau. Kết quả của sự chênh lệch này là tốc độ sấy và hàm lượng ẩm được lấy đi sẽ giảm trong quá trình sấy.
Đối với hầu hết các loại máy sấy hạt, tốc độ sấy thường nằm trong khoảng 0. hàm lượng ẩm của hạt sau mỗi lần qua máy sấy có thể giảm từ 2-4% phụ thuộc vào độ ẩm ban đầu của hạt, nhiệt độ sấy và tốc độ tác nhân sấy. 10 Trường Đại Học Công Nghiệp AB Đồ án tốt nghiệp Khoa ĐIỆN 1. Vật liệu sấy và tác nhân sấy 1.
Cấu tạo hạt lúa - Mày lúa: trong quá trình sấy và bảo quản, mày lúa rụng ra làm tăng lượng tạp chất và bụi trong khối hạt. - Vỏ trấu: bảo vệ hạt gạo, chống các ảnh hưởng của môi trường và sự phá hoại của sinh vật, nấm mốc. - Vỏ hạt: bao bọc nội nhũ, thành phần cấu tạo chủ yếu là lipit và protein. - Vội nhũ: là thành phần chính của hạt lúa, chứa 90% là gluxit.
- Phôi: nằm ở góc dưới nội nhũ, có nhiệm vụ biến các chất dinh dưỡng trong nội nhũ để nuôi mầm khi hạt lúa nảy mầm Hình 1 – Một tay máy robot thông dụng trong công nghiệp Thành phần hóa học của hạt thóc gồm chủ yếu là tinh bột, protein, xenlulose. Ngoài ra trong hạt lúa còn chứa một số chất khác với hàm lượng ít hơn so với 3 thành phần kể trên như: đường, tro, chất béo, sinh tố. Thành phần hóa học của hạt lúa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, đất đai trồng trọt, khí hậu và chế độ chăm sóc. Cùng chung điều kiện trồng trọt và sinh trưởng.
Bảng 1 - Các thành phần hóa học của hạt lúa: Nước Gluxit Protit Lipit Xenlulo Tro Vitamin B1 13% 64,03% 6,69% 2,1% 8,78% 5,36% 5,36% Ở Việt Nam, lúa gạo là nguồn lương thực chính không thể thiếu trong đời sống con người. lúa còn là nguyên liệu để sản xuất tinh bột, sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp thực phẩm. Lúa cũng được dùng làm thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm. 11 Trường Đại Học Công Nghiệp AB Đồ án tốt nghiệp Khoa ĐIỆN Hiện nay, Việt Nam đang đứng thứ hai thế giới về lương gạo xuất khẩu trên thế giới, và tiếp tục đẩy mạnh việc xuất khẩu gạo sang các nước trên thế giới.
Đây là một trong những nguồn thu ngoại tệ chính của đất nước. Các đặc tính chung của khối thóc. Tính tan rời: là đặc tính khi đổ thóc từ trên độ cao h xuống mặt phẳng nằm ngang, lúa tự dịch chuyển để tạo thành khối có dạng chóp nón. Góc tạo thành bởi đường sinh với mặt phẳng đáy nằm ngang của hình chóp gọi là góc nghỉ hay góc nghiêng tự nhiên của khối hạt.
Về trị số thì góc nghỉ tự nhiên bằng góc ma sát giữa hạt với hạt nên còn gọi là góc ma sát trong, kí hiệu (φ 1). Dựa vào độ tan rời này để xác định sơ bộ chất lượng và sự thay đổi chất lượng lúa trong quá trình sấy và bảo quản. Đối với thóc, góc nghỉ khoảng từ 32-40o. Nếu ta để hạt trên một mặt phẳng và bắt đầu nghiêng mặt phẳng này cho tới khi hạt bắt đầu trượt thì góc giới hạn giữa mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng trượt gọi là góc trượt (góc ma sát ngoài), kí hiệu (φ2).
Trường hợp không phải là một hạt mà là một khối hạt thì góc trượt có liên quan và phụ thuộc vào góc nghiêng tự nhiên. Góc nghỉ và góc trượt càng lớn thì độ rời càng nhỏ, ngược lại góc nhỏ thì khả năng dịch chuyển lớn, nghĩa là độ rời lớn. Độ rời của khối hạt dao động trong khoảng khá rộng tùy thuộc vào các yếu tố như kích thước, hình dạng hạt và trạng thái bề mặt hạt, độ ẩm của hạt, số lượng và loại tạp chất trong khối hạt. đối với góc trượt còn thêm một yếu tố quan trọng nữa là loại vật liệu và trạng thái bề mặt vật liệu trượt.
Bề mặt hạt thóc xù xì thì góc nghỉ và góc trượt lớn. Độ ẩm tạp chất của khối hạt càng cao đặc biệt là nhiêu tạp chất rác thì độ rời càng nhỏ. Độ ẩm của khối hạt càng cao thì độ rời càng giảm. Trong bảo quản, độ rời của khối hạt có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện bảo quản.
nếu bảo quản quá lâu hay đã xảy ra quá trình tự bốc nóng làm cho khối hạt bị nén chặt, độ rời giảm hay thậm chí có khi mất hẳn độ rời. Tính tự phân loại: Khối hạt có cấu tạo từ nhiều thành phần khác nhau (hạt chắc, hạt lép, tạp chất…),không đồng chất (khác nhau về hình dạng, kích thước , tỉ trọng…), do đó trong quá trình di chuyển chúng tạo nên những vùng khác nhau về chất lượng gọi là tính tự phân của khối hạt. Hiện tượng tự phân loại ảnh hưởng xấu đến việc 12 Trường Đại Học Công Nghiệp AB Đồ án tốt nghiệp Khoa ĐIỆN làm khô và bảo quản hạt. Những vùng nhiều hạt lép và tạp chất sẽ dễ bị hút ẩm.
Dễ bị cuốn theo tác nhân sấy trong quá trình sấy. Độ xốp của khối hạt: độ xốp của vật liệu (ε) là thành phần thể tích bị chiếm chỗ do khoảng không gian giữa các hạt. Giá trị của độ xốp phụ thuộc vào hình dạng hạt, cách mà chúng sắp xếp trong khối hạt (những hat nhỏ có thể lấp đầy các khoảng trống giữa các hạt lớn). Trong quá trình sấy, khối hạt cần có độ xốp (lỗ hổng) cần thiết cho quá trình truyền nhiệt với tác nhân sấy được dễ dàng.