QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM thiết bị

Sấy là quá trình sử dụng nhiệt để làm giảm hàm lượng ẩm có trong nguyên liệu dựa trên động lực của quá trình là sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước trên bề mặt nguyên liệu và môi trường xung quanh. Trong quá trình sấy, nước di chuyển từ nguyên liệu ra môi trường xung quanh được chia ra làm hai quá trình: nước khuếch tán từ bên trong nguyên liệu ra bề mặt của nguyên liệu do sự chênh lệch về hàm lượng ẩm bên trong và bề mặt; và sự khuếch tán của nước từ bề mặt nguyên liệu ra môi trường xung quanh do sự chênh lệch về áp suất hơi riêng phần của hơi nước.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCMKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

- HUỲNH NGUYỄN LINH CHI 15116008- PHẠM THỊ MỸ LINH 15116028- NGUYỄN HỒNG THẮNG 15116049- PHẠM THỊ BÍCH NGỌC 15116037

TP HCM, THÁNG 05 NĂM 2018

MỤC LỤC

BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ SẤY VẬT LIỆU ẨM 1

1 Tổng quan về phương pháp sấy 1

BÀI 2: THÍ NGHIỆM LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM 41

1 Tổng quan phương pháp lạnh đông 41

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1 Thiết bị sấy thùng 8

Hình 2 Thiết bị sấy khay 8

Hình 3 Thiết bị sấy hầm 9

Hình 4 Thiết bị sấy với lớp nguyên liệu chuyển động tương đối 10

Hình 5 Thiết bị sấy thùng quay 10

Hình 6 Thiết bị sấy tầng sôi 11

Hình 7 Các dạng cơ cấu phun sương 12

Hình 8 Hệ thống thiết bị sấy phun 13

Hình 9 Thiết bị sấy tiếp xúc 13

Hình 10 Máy sấy hồng ngoại DSN.P.P.01 15

Hình 11 Hệ thống sấy thăng hoa 17

Hình 12 Sơ đồ hệ thống sấy lạnh 18

Hình 13 Hệ thống sấy lạnh DSL-P-V-01 18

Hình 14 Khoai lang 19

Hình 15 Khoai lang sau khi cắt thành các miếng có kích thước giống nhau 24

Hình 16 Đường cong sấy W = f(τ) 26

Hình 17 Đường cong tốc độ sấy u = f(W) 26

Hình 18 Đường cong tốc độ sấy đối lưu 28

Hình 19 Đồ thị đường cong tốc độ sấy u = f(W) 31

Hình 20 Đồ thị đường cong sấy W= f(ꞇ) 33

Hình 21 Đồ thị đường cong tốc độ sấy u=f (W ) 36

Hình 22 Các mẫu khoai lang sau khi sấy hồng ngoại và sấy đối lưu 38

Hình 23 Quá trình lạnh đông thực phẩm 42

Hình 24 Mối quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian lạnh đông 45

Hình 25 Ảnh hưởng của tốc độ lạnh đông đến cấu trúc mô thực vật 47

Hình 26 Tủ lạnh đông 51

Hình 27 Thiết bị cảm biến nhiệt 52

Hình 28 Cà rốt 52

Hình 29 Cà rốt sau khi cắt thành khối 54

Hình 30 Cà rốt sau khi lạnh đông 55

Hình 31 Cà rốt sau khi rã đông 55

Hình 32 Đồ thị nhiệt độ biến thiên nhiệt độ theo thời gian 59

Hình 33 Đồ thị động học quá trình lạnh đông cà rốt 59

Hình 34 Sơ đồ thiết bị ống lòng ống 63

Hình 35 Ống lồng ống ghép bằng hàn 64

Hình 36 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống trong thực tế 64

Hình 37 Sơ đồ thiết bị và đồ thị nhiệt động thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống 65

Hình 38 Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng xuôi dòng 67

Hình 39 Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ngược dòng 67

Hình 40 Đồ thị sự biến đổi của nhiệt độ qua các lần đo thông qua thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng xuôi dòng 79

Hình 41 Đồ thị mối liên hệ giữa lưu lượng hai dòng nóng và lạnh với hệ số truyền nhiệt của mỗi dòng 80

Hình 42 Đồ thị mối liên hệ giữa lưu lượng hai dòng nóng và lạnh ảnh hưởng đến nhiệt lượng bị tổn thất 80

Hình 43 Đồ thị sự biến đổi của nhiệt độ qua các lần đo thông qua thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ngược dòng 82

Hình 44 Đồ thị mối liên hệ giữa lưu lượng hai dòng nóng và lạnh với hệ số truyền nhiệt của mỗi dòng 83

Hình 45 Đồ thị mối liên hệ giữa lưu lượng hai dòng nóng và lạnh ảnh hưởng đến nhiệt lượng bị tổn thất 83

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1 So sánh các hình thức chuyển động khác nhau của tác nhân sấy 7

Bảng 2 Thành phần hóa học của khoai lang 20

Bảng 3 Độ ẩm vật liệu sấy (khoai lang) biến thiên theo thời gian bởi máy sấy đổi lưu 27

Bảng 4 Tốc độ sấy đối lưu 30

Bảng 5 Độ ẩm vật liệu sấy (khoai lang) biến thiên theo thời gian 32

Bảng 6 Đánh giá cảm quan các mẫu sau khi sấy 39

Bảng 7 Thành phần dinh dưỡng của cà rốt 53

Bảng 8 Nhiệt độ của mẫu cà rốt trong quá trình lạnh đông 56

Bảng 9 Số liệu thí nghiệm trường hợp xuôi dòng 69

Bảng 10 Vận tốc dòng lưu chất W (m/s) 74

Bảng 11 Lượng nhiệt trao đổi dòng nóng Q1 (W) 75

Bảng 12 Lượng nhiệt trao đổi dòng lạnh Q2 (W) 75

Bảng 13 Lượng nhiệt tổn thất Qs (W) 76

Bảng 14 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit ∆𝑡tb (ºC) 77

Bảng 15 Hệ số truyền nhiệt của hai dòng lưu chất nóng và lạnh 78

BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ SẤY VẬT LIỆU ẨM

1 Tổng quan về phương pháp sấy

Sấy là quá trình sử dụng nhiệt để làm giảm hàm lượng ẩm có trong nguyên liệu dựatrên động lực của quá trình là sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước trên bề mặtnguyên liệu và môi trường xung quanh Trong quá trình sấy, nước di chuyển từ nguyênliệu ra môi trường xung quanh được chia ra làm hai quá trình: nước khuếch tán từ bêntrong nguyên liệu ra bề mặt của nguyên liệu do sự chênh lệch về hàm lượng ẩm bên trongvà bề mặt; và sự khuếch tán của nước từ bề mặt nguyên liệu ra môi trường xung quanh dosự chênh lệch về áp suất hơi riêng phần của hơi nước

1.1 Mục đích của quá trình sấy:

- Giảm khối lượng nguyên liệu.

- Giảm chi phí chuyên chở đồng thời tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm.- Ức chế hoặc tiêu diệt vi sinh vật gây hư hỏng thực phẩm.

- Kéo dài tuổi thọ thực phẩm nhờ giảm hoạt độ nước.

- Hạn chế sự hoạt động của enzyme không mong muốn trong thành phần hóa họccủa thực phẩm.

1.2 Các giai đoạn trong quá trình sấy:

- Giai đoạn đốt nóng vật liệu: ở giai đoạn này, nhiệt độ của vật liệu ẩm sẽ tăng dầnđến khi bằng nhiệt độ kế ước Giai đoạn này thương diễn ra nhanh và độ ẩm của nguyênliệu giảm đi ít.

- Giai đoạn sấy đẳng tốc: nước trong nguyên liệu hóa hơi còn nhiệt độ vẫn không đổinên lượng nhiệt cung cấp với mục đích hóa hơi nước Độ ẩm của nguyên liệu sẽ giảmtuyến tính theo thời gian sấy Hàm lượng ẩm mất đi ở giai đoạn này chủ yếu là nước tựdo Tốc độ sấy trong giai đoạn này là hằng số Theo lý thuyết, giai đoạn sấy đẳng tốc sẽkéo dài đến khi độ ẩm của nguyên liệu đạt tới độ ẩm tới hạn.

- Giai đoạn sấy giảm tốc: nước tự do trong nguyên liệu đã bay hơi hết còn lại nướcdạng liên kết Năng lượng để bay hơi hết nước liên kết lớn hớn nước tự do và càng tăngkhi độ ẩm càng nhỏ Do vậy, tốc độ bay hơi ẩm trong giai đoạn này càng giảm đi theothời gian Khi độ ẩm của nguyên liệu không thể giảm được nữa thì xem như quá trình kếtthúc.

1.3 Vật liệu ẩm

Phân loại: dựa vào tính chất lý học, người ta chia vật liệu ẩm thành 3 loại:

- Vật liệu keo: có tính dẻo do vật liệu có cấu trúc hạt Nước ở dạng liên kết hấp thụhay thẩm thấu Các vật keo có đặc điểm chung là sau khi sấy bị co lại khá nhiều, nhưngvẫn giữ được tính dẻo Ví dụ: gelatin, các sản phẩm từ bột nhào, tinh bột…

- Vật liệu xốp mao dẫn: nước ở dạng liên kết cơ học do áp lực mao quản hay còn gọilà lực mao dẫn Vật liệu thường không co lại sau khi sấy nhưng dễ dạng bị vỡ vụn Ví dụ:muối ăn, đường tinh thể…

- Vật liệu keo xốp mao dẫn: bao gồm tính chất của hai vật liệu trên Về cấu trúc, vậtliệu thuộc xốp mao dẫn nhưng về bản chất là các vật keo, nghĩa là thành mao dẫn củachúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao dẫn của chúng trương lên, khi sấy khô thì co lại.Loại vật liệu này chiếm phần lớn Ví dụ: ngũ cốc, các loại họ đậu, bánh mì, rau quả…

Trạng thái của nước trong vật liệu ẩm:

Trong thực phẩm, nước có thể ở dạng tự do hay liên kết.

- Nước tự do: là dạng nước chứa trong các thành phần của tế bào, trong các khoảnggian bào, trong các mạch dẫn không bị hút bởi các phần tử tích điện hay dạng liên kếthóa học Nước tự do dễ dàng bị loại bỏ trong quá trình sấy.

- Nước liên kết: gồm 3 dạng

• Nước liên kết hóa học: liên kết chặt chẽ với nguyên liệu, thường ở dạng nướchydrate Nước liên kết chỉ tách ra khi có phản ứng hóa học và thường phải nung đến nhiệtđộ cao Sau khi tách, tính chất hóa lý của vật thay đổi.

• Nước hấp phụ: độ bền liên kết trung bình, thường thấy nhất là liên kết hydro.• Nước liên kết mao quản: là dạng liên kết yếu Nước từ bên ngoài theo các maoquản xâm nhập vào bên trong nguyên liệu.

1.4 Phân loại sấy: gồm hai nhóm chính

- Sấy tự nhiên: vật liệu ẩm được phơi ngoài trời Phương pháp này sử dụng nguồnbức xạ của mặt trời và ẩm thoát ra ngoài không khí (nhiều khi được hỗ trợ bởi gió tựnhiên) Ưu điểm của phương pháp này chính là đơn giản, vốn đầu tư ít, bề mặt trao đổilớn, dòng nhiệt bức xạ từ mặt trời tới vật có mật độ lớn Tuy vậy, sấy tự nhiên có các

nhược điểm là: thực hiện cơ giới hoá khó, chi phí lao động nhiều, cường độ sấy khôngcao, chất lượng sản phẩm không cao, chiếm diện tích mặt bằng lớn

- Sấy nhân tạo: sử dụng các thiết bị sấy để tách nước ra khỏi vật liệu ẩm Có nhiềuphương pháp sấy nhân tạo khác nhau Căn cứ vào phương pháp cung cấp nhiệt có thể chiara các loại sau:

• Phương pháp sấy đối lưu: là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy

với tác nhân sấy là không khí nóng, khói lò…

• Phương pháp sấy hồng ngoại: là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng

ngoại do nguồn nhiệt phát ra truyền cho vật liệu sấy.

• Phương pháp sấy tiếp xúc: là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc

trực tiếp vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp quamột vách ngăn.

• Phương pháp sấy bằng điện trường dòng cao tầng: là phương pháp sấy dùng

năng lượng điện trường có tần số cao để đôt nóng trên toàn bộ chiều dày của lớpvật liệu.

• Phương pháp sấy thăng hoa: là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân

không cao, áp suất thấp, nhiệt độ thấp nên nước tự do trong vật liệu đóng băng vàchuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái hơi.

Trong các phương pháp kể trên phương pháp sấy đối lưu, bức xạ và tiếp xúc đượcdùng rộng rãi hơn cả, nhất là phương pháp sấy đối lưu

Mỗi phương pháp sấy kể trên được thực hiện trong nhiều kiểu thiết bị khác nhau, vídụ: sấy đối lưu được thực hiện trong nhiều thiết bị sấy như: thiết bị sấy buồng, sấy hầm,sấy bằng băng tải, thiết bị sấy kiểu tháp, thiết bị sấy thùng quay, thiết bị sấy tầng sôi, thiếtbị sấy thổi kiểu khí động Phương pháp sấy bức xạ có thể thực hiện trong thiết bị sấy bứcxạ dùng nguyên liệu khí, dùng dây điện trở Phương pháp sấy tiếp xúc có thể thực hiệntrong các thiết bị như: thiết bị sấy tiếp xúc với bề mặt nóng, thiết bị sấy tiếp xúc kiểu tayquay, thiết bị sấy tiếp xúc chất lỏng

Mỗi loại vật liệu sấy thích hợp với một số phương pháp sấy và một số kiểu thiết bịsấy nhất định Vì vậy tuỳ theo vật liệu sấy mà ta chọn phương pháp sấy và thiết bị sấy chophù hợp để đạt được hiệu quả và chất lượng sản phẩm cao.

1.5 Tác nhân sấy:

Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật sấy Trongquá trình sấy, hàm lượng ẩm từ vật liệu thoát ra đi vào môi trường sấy; nếu lượng ẩm nàykhông được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấy tăng lên, đến một lúc nó sẽ đạttrạng thái được sự cân bằng giữa vật liệu và môi trường trong buồng sấy và quá trìnhthoát ẩm sẽ dừng lại Do vậy, cùng với việc cung cấp nhiệt cho vật liệu để thoát ẩm, đồngthời phải tải ẩm đã thoát khỏi vật liệu ra ngoài buồng sấy Chính vì vậy, người ta thườngdùng tác nhân sấy để làm việc này Các tác nhân sấy thường dùng là không khí, khói lò.

- Không khí là loại tác nhân sấy có sẵn trong tự nhiên, không gây độc hại và gây bẩnsản phẩm Không khí là hỗn hợp của nhiều chất khí khác nhau Thành phần của không khíbao gồm các chất, chủ yếu là N2, O2, hơi nước và một số chất khác như CO2, khí trơ, H2,… Không khí có chứa hơi nước là không khí ẩm Khi nghiên cứu không khí ẩm, người tacoi nó là hỗn hợp khí lý tưởng của hai thành phần: không khí khô và hơi nước Ở đây,không khí khô được coi là thành phần cố định như một chất khí lý tưởng và hơi nước làthành phần luôn thay đổi trong không khí ẩm.[1]

- Khói lò: sử dụng khói làm môi chất sấy có ưu điểm không cần dùng calorific,phạm vi nhiệt độ rộng, giảm tiêu hao điện năng và nâng cao được hiệu quả sử dụng nhiệtcủa thiết bị Tuy nhiên, nhược điểm của tác nhân sấy này là: có thể gây bụi bẩn cho sảnphẩm và thiết bị, gây hỏa hoạn và các phản ứng hóa học không mong muốn, sinh ra cácchất độc hại như CO2, SO2.[1]

- Hơi quá nhiệt: dùng làm môi chất sấy trong trường hợp nhiệt độ cao và sản phẩmsấy là chất dễ cháy nổ.

1.6 Các yếu tố ảnh hưởng

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy và chúng có thể chia thành hai nhóm:các yếu tố liên quan đến điều kiện sấy và các yếu tố liên quan đến bản chất của nguyênliệu cần sấy.

a) Các yếu tố liên quan đến điều kiện sấy:[1]

- Nhiệt độ tác nhân sấy: Trong phương pháp sấy đối lưu, khi tăng nhiệt độ tác nhânsấy thì tốc độ sấy sẽ tăng theo Đó là do tốc độ truyền nhiệt gia tăng Việc tăng nhiệt độ

tác nhân sấy sẽ làm giảm độ ẩm tương đối của nó Điều này giúp cho các phân tử nước tạibề mặt nguyên liệu cần sấy sẽ bốc hơi dễ dàng hơn Ngoài ra, ở nhiệt độ cao thì sự khuếchtán của các phân tử nước cũng sẽ diễn ra nhanh hơn Tuy nhiên, nếu nhiệt độ tác nhân sấyquá cao thì các biến đổi vật lý và hóa học trong nguyên liệu sẽ diễn ra mạnh mẽ Một sốbiến đổi này có thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng dinh dưỡng và cảm quan của sản phẩm.Ví dụ: khi sấy các vật liệu dạng tinh bột thì nhiệt độ tác nhân sấy t1 thường nhỏhơn nhiệt độ hồ hóa (khoảng 60oC).

- Độ ẩm tương đối của tác nhân sấy: Khi tăng độ ẩm tương đối của tác nhân sấy thìthời gian sấy sẽ kéo dài Trong phương pháp sấy đối lưu, theo lý thuyết thì để các phân tửnước trên bề mặt nguyên liệu bốc hơi thì cần có sự chênh lệch áp suất hơi nước trên bềmặt nguyên liệu và trong tác nhân sấy Sự chênh lệch này càng lớn thì nước trên bề mặtnguyên liệu càng dễ bốc hơi Đây cũng là động lực của quá trình sấy Nếu độ ẩm tươngđối của tác nhân sấy càng thấp thì tốc độ sấy trong giai đoạn sấy đẳng tốc sẽ càng tăng.Tuy nhiên, độ ẩm tương đối của không khí nóng ít ảnh hưởng đến giai đoạn sấy giảm tốc.Cần lưu ý là độ ẩm tương đối của tác nhân sấy sẽ ảnh hưởng quyết định đến giá trị độ ẩmcân bằng của sản phẩm sau quá trình sấy Khi sản phẩm sấy đã đạt đến độ ẩm cân bằng thìquá trình bốc hơi nước sẽ ngừng lại.

- Tốc độ tác nhân sấy: Trong phương pháp sấy đối lưu, tốc độ tác nhân sấy sẽ ảnhhưởng đến thời gian sấy Sự bốc hơi nước từ bề mặt nguyên liệu sẽ diễn ra nhanh hơn khitốc độ truyền khối được tăng cường nhờ sự đối lưu, tức khi tốc độ tác nhân sấy sẽ rútngắn thời gian sấy đẳng tốc, tuy nhiên tốc độ tác nhân sấy ít ảnh hưởng đến giai đoạn sấygiảm tốc.

- Áp lực: áp lực trong buồng sấy sẽ ảnh hưởng đến trạng thái của nước trong nguyênliệu cần sấy Khi sấy trong điều kiện chân không, do áp suất hơi của không khí giảm nênquá trình sấy sẽ diễn ra nhanh hơn, đặc biệt là giai đoạn sấy đẳng tốc Tuy nhiên, áp suấtchân không ít ảnh hưởng đến sự khuếch tán ẩm ở bên trong nguyên liệu.

b) Các yếu tố liên quan đến bản chất của nguyên liệu:[1]

- Diện tích bề mặt của nguyên liệu: Với hai mẫu nguyên liệu có cùng khối lượng vàđộ ẩm, mẫu nào có diện tích bề mặt lớn hơn thì thời gian sấy sẽ ngắn hơn Đó là dokhoảng cách mà các phân tử nước ở bên trong nguyên liệu cần khuếch tán đến bề mặt

biên sẽ ngắn hơn Ngoài ra, do diện tích bề mặt lớn nên số phân tử nước tại bề mặt có thểbốc hơi trong một khoảng thời gian xác định sẽ gia tăng.

- Cấu trúc của nguyên liệu: Các nguyên liệu trong ngành công nghệ thực phẩm cócấu tạo từ những đơn vị là tế bào thực vật hoặc động vật Khi đó, phần ẩm nằm bên ngoàitế bào sẽ rất dễ tách trong quá trình sấy Ngược lại, phần ẩm nằm bên trong tế bào rất khótách Khi cấu trúc tế bào bị phá hủy, việc tách nước nội bào sẽ trở nên dễ dàng hơn Tuynhiên, sự phá hủy cấu trúc thành tế bào thực vật hoặc động vật trong các nguyên liệu thựcphẩm có thể gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm sau khi sấy.

- Thành phần hóa học của nguyên liệu: Thành phần định tính và định lượng của cáchợp chất hóa học có trong mẫu nguyên liệu ban đầu sẽ ảnh hưởng đến tốc độ và thời giansấy, đặc biệt là trong trường hợp sấy nguyên liệu có độ ẩm thấp Một số cấu tử nhưđường, tinh bột, protein, muối,… có khả năng tương tác với các phân tử nước ở bên trongnguyên liệu Chúng sẽ làm giảm tốc độ khuếch tán của các phân tử nước từ tâm nguyênliệu ra đến vùng bề mặt, do đó làm cho quá trình sấy diễn ra chậm hơn.

2 Các thiết bị sấy2.1 Sấy đối lưu [1]

Sấy đối lưu được chia làm hai nhóm phụ thuộc vào trạng thái của vật liệu sấy là sấyđộng (vật liệu sấy chuyển động với dòng khí sấy) và sấy tĩnh (vật liệu sấy ở trạng thái tĩnhcòn dòng khí sấy chuyển động qua khối vật liệu) Không khí nóng có thể chuyển độngcùng chiều, ngược chiều hay cắt ngang dòng chuyển động của sản phẩm.

Bảng 1 So sánh các hình thức chuyển động khác nhau của tác nhân sấy.

a) Thiết bị sấy với nguyên liệu tĩnh:

Khi đó, dòng tác nhân sấy sẽ được thổi song song hay vuông góc với bề mặt nguyênliệu

 Thiết bị sấy thùng (bin dryer):

Thiết bị có dạng hình hộp chữ nhật hay hình trụ nằm ngang, bên trong thiết bị cótấm lưới Nguyên liệu cần sấy được dàn đều trên bề mặt tấm lưới Tác nhân sấy sẽ đượcnạp vào từ phía dưới tấm lưới, sau đó sẽ chuyển động đi qua lớp nguyên liệu theo hướngvuông góc với bề mặt của lớp nguyên liệu rồi thoát ra ngoài Tốc độ chuyển động củadòng tác nhân sấy khá thấp, xấp xỉ 0,5 m/s Thiết bị dạng này rẻ tiền, đơn giản và dễ vậnhành Nò thường dùng để sấy rau tươi ở giai đoạn cuối sau khi nguyên liệu được sấy sơbộ xuống độ ẩm 15% trong thiết bị sấy khác.

Hình 1 Thiết bị sấy thùng. Thiết bị sấy khay (tray dryer):

Hình 2 Thiết bị sấy khay.

Thiết bị có dạng hình hộp chữ nhật, bên trong có các khay được xếp song song nhautheo phương nằm ngang Chiều cao của nguyên liệu sấy được cho vào khay khoảng 2-6cm Không khí nóng được thổi vào bên trong thiết bị theo hướng song song với bề mặt

lớp nguyên liệu trong khay Tốc độ chuyển động của dòng tác nhân sấy khoảng 0,5-5,0m/s Thiết bị có cấu tao đơn giản, dễ vận hành và chi phí đầu tư thấp.

 Thiết bị sấy hầm (tunnel dryer)

Thiết bị có dạng hình hộp chữ nhật Nguyên liệu sấy được đặt trên giàn riêng biệt cógắn các bánh xe để di chuyển Việc nhập và tháo nguyên liệu được thực hiện bằng cáchđẩy các giàn xe vào hay ra khỏi hầm sấy Tác nhân sấy được thổi theo hướng song songvới chiều dài hoặc chiều rộng của hầm

Hình 3 Thiết bị sấy hầm.b) Thiết bị sấy với lớp nguyên liệu chuyển động tương đối

Thiết bị hoạt động theo phương pháp liên tục Thiết bị ở dạng băng tải, dạng tháphay dạng đĩa.

Hình 4 Thiết bị sấy với lớp nguyên liệu chuyển động tương đối

Thiết bị có cấu tạo tương tự với thiết bị sấy hầm chỉ khác bên trong hầm có một haynhiều băng tải Chiều rộng băng tải có thể đến 3m và chiều dài 20m Nguyên liệu đượcđặt trên các băng tải Khi băng tải chuyển động, lớp nguyên liệu sẽ chuyển động theo.Dòng tác nhân sấy có thể chuyển động cùng chiều hay ngược chiều cũng có thể ở dạngkết hợp.

Khi sử dụng thiết bị sấy băng tải, trong một số trường hợp, độ ẩm của sản phẩm cònkhá cao (10-20%) khi ra khỏi thiết bị Để tiếp tục giảm độ ẩm xuống giá trị yêu cầu, cácnhà sản xuất có thể sử dụng thiết bị sấy thùng để sấy tiếp.

a) Thiết bị sấy nguyên liệu trong trạng thái xáo trộn Thiết bị sấy thùng quay

Hình 5 Thiết bị sấy thùng quay.

Thiết bị dạng hình trụ nằm ngang và có thể xoay xung quanh trục của nó nhờ bộtruyền bánh răng Bên trong thùng có lắp các cánh đảo Thùng được đặt với một gócnghiêng xấp xỉ 5o từ đầu nhập liệu đến tháo liệu Khi thùng quay, nguyên liệu bên trongthùng được nâng lên và đổ xuống đồng thời chuyển động tịnh tiến theo hướng từ nhậpđến tháo liệu.

Ưu điểm của thiết bị này là quá trình sấy điều đặn, cường độ sấy cao Nhược điểm làvật liệu dễ bị gãy vụn, tạo ra bụi.

b) Thiết bị sấy nguyên liệu trong trạng thái lơ lửng Thiết bị sấy tầng sôi

Hình 6 Thiết bị sấy tầng sôi.

Nguyên liệu sấy ở dạng hạt hay bột Trong phương pháp này, dòng tác nhân sấy sẽlàm cho nguyên liệu ở trạng thái lơ lửng, do đó diện tích tiếp xúc giữa bề mặt nguyên liệuvà tác nhân sấy sẽ tăng lên, giúp cho ẩm bốc hơi nhanh chóng Bên trong thiết bị có mộttấm lưới để đỡ khối nguyên liệu và phân bố tác nhân sấy theo tiết diện của buồng sấyđồng thời tạo nên các dòng không khí nóng để làm cho nguyên liệu ở trạng thái lơ lửngtrong quá trình sấy Sấy tầng sôi có ưu điểm là cường độ sấy rất lớn, dể điều chỉnh nhiệtđộ sấy và vật liệu sấy khô khá đồng đều.

c) Thiết bị sấy phun (spray dryer)

Người ta sử dụng thiết bị sấy phun khi nguyên liệu ở dạng lỏng hay huyền phù, cònsản phẩm thu được ở dạng bột Hiện nay, phương pháp đang ngày càng phổ biến và ứng

dụng để sấy sữa bột, bột rau quả, trà hòa tan, cà phê hòa tan, bột trứng và nhiều sản phẩmkhác

Cường độ sấy trong thiết bị này tăng tỉ lệ thuận với bề mặt tiếp xúc giữa chất lỏng vớitác nhân sấy Thường đường kính của các giọt xường từ 10÷60μ Nhiệt độ dòng khí lênđến 75°C và chỉ phụ thuộc vào tính chịu nhiệt của vật liệu Dòng khí ra khỏi thiết bị sấyphải qua hệ thống cyclon để thu hồi bụi sản phẩm bị lôi cuốn theo

Ưu điểm chủ yếu của thiết bị này là sấy nhanh Sản phẩm thu được ở dạng bột mịn.Nhờ sấy nhanh nhiệt độ vật liệu không tăng cao nên có thể sử dụng để sấy các loại vậtliệu không chịu nhiệt độ cao Chi phí điều hành tương đối thấp, đặc biệt tháp sấy có năngsuất lớn

Nhược điểm của loại thiết bị này là kích thước của phòng sấy lớn mà vận tốc cả tácnhân sấy lại nhỏ nên cường độ sấy (kg ẩm bốc hơi/h.m3 phòng sấy) nhỏ: 2÷25 kg/h.m3,tiêu tốn nhiều năng lượng, thiết bị phức tạp nhất là ở cơ cấu phun bụi và hệ thống thu hồibụi sản phẩm.

Hình 7 Các dạng cơ cấu phun sương

a) cơ cấu phun một dòng; b) cơ cấu phun hai dòng (phun khí động); c) cơ cấu phun ly tâmvới rãnh thoát hình tròn, hình chữ nhật và hình oval.

Hình 8 Hệ thống thiết bị sấy phun.

2.2 Sấy tiếp xúc [1]

Phương pháp sấy tiếp xúc thường được thực hiện trên thiết bị sấy trục hay sấy đĩa.Người ta có thể sử dụng môi trường chân không để gia tăng tốc độ sấy hay làm giảm nhiệtđộ sấy nguyên liệu.

Hình 9 Thiết bị sấy tiếp xúc 1- Cửa nạp nguyên liệu.2- Dao cạo.

3- Cửa tháo sản phẩm.

4- Cửa kết nối với hệ thống chân không.

a) thiết bị sấy một trục (áp suất thường); b) thiết bị sấy hai trục (áp suất thường); c) thiếtbị sấy một trục (chân không).

Ưu điểm chính so với sấy đối lưu:

+ Không cần thiết phải đun nóng lượng lớn không khí trước khi sấy do đó hiệuquả nhiệt cao hơn

+ Quá trình sấy có thể thực hiện không cần sự có mặt của oxy nên các thành phầndễ bị oxy hoá của nguyên liệu được bảo vệ.

2.3 Sấy hồng ngoại

Là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại (bước sóng điện từ dao độngtừ 760 - 1000μm) do nguồn nhiệt phát ra truyền cho vật liệu sấy Nguyên liệu sẽ hấp thunăng lượng của tia hồng ngoại và nhiệt độ của nó sẽ tăng lên Trong phương pháp sấy bứcxạ, mẫu nguyên liệu được cấp nhiệt nhờ hiện tượng bức xạ, còn sự thải ẩm từ nguyên liệura môi trường bên ngoài sẽ xảy ra theo nguyên tắc đối lưu Thực tế cho thấy trong quátrình sấy bức xạ sẽ xuất hiện một gradient nhiệt rất lớn bên trong mẫu nguyên liệu Nhiệtđộ tại vùng bề mặt có thể cao hơn nhiệt độ tại tâm mẫu nguyên liệu từ 20 – 500C.Gradient nhiệt lại ngược chiều với gradient ẩm Điều này gây khó khăn cho sự khuếch tánẩm từ tâm mẫu nguyên liệu ra vùng bề mặt, đồng thời còn ảnh hưởng đến các tính chấtcấu trúc của sản phẩm sau quá trình sấy.[1]

- Ưu điểm:

Máy sấy hồng ngoại là một trong những loại máy sấy có ứng dụng công nghệ cao nênchúng có hiệu quả trong những khía cạnh nhất định Một sản phẩm được sấy bằng cácmáy sấy hồng ngoại thường có những ưu điểm như:

 Sản phẩm thu được sau quá trình sấy khô bằng hồng ngoại có chất lượng khôngthay đổi so với trước khi sấy Hương thơm, vị ngon và hàm lượng vitamin hầu như đượcbảo toàn, nhất là đối với các sản phẩm sấy là thực phẩm, trái cây, hải sản và đồ ăn được

 Quá trình sấy không làm thức ăn bị nhiễm khuẩn, đảm bảo vệ sinh an toàn thựcphẩm luôn ở mức rất cao

 Công nghệ sấy bằng tia hồng ngoại giúp rút ngắn thời gian sản xuất và tiết kiệmchi phí cho mỗi thành phẩm

 Phương pháp này hoàn toàn không có sự tác động của các chất xúc tác (hóa chất)đặc biệt, không gây ô nhiễm môi trường và không gây ảnh hưởng đến sức khỏe conngười

 Tia hồng ngoại còn có khả năng tiêu diệt côn trùng và tiệt trùng sản phẩm sấy, giúpđảm bảo chất lượng cho sản phẩm sấy

Ngoài ra các máy sấy hồng ngoại còn có khá nhiều các ưu điểm vượt trội Ví dụ nhưchi phí lắp đặt và thiết kế một hệ thống sấy hồng ngoại tương đối thấp, thiết bị gọn, phùhợp với nhiều quy mô sản xuất và kinh doanh khác nhau Cuối cùng là việc vận hành vàsử dụng các máy sấy hồng ngoại cũng khá đơn giản, có thể dễ dàng học và thực hành

- Nhược điểm:

 Khả năng xuyên thấu của các máy sấy hồng ngoại khá kém, chúng chỉ có thể sấykhô các sản phẩm mỏng, kích thước nhỏ

 Tiêu tốn nhiều năng lượng (1,5 – 5kw/h cho 1kg ẩm bốc hơi)

 Sản phẩm sấy không giữ nguyên được hiện trạng ban đầu và thường bị cong, vênh,hoặc bị nứt sau sấy

 Vật liệu được đốt nóng không đều do sấy nhanh trên bề mặt, nhiệt truyền sâu vàobề mặt chậm hơn, không thích hợp để sấy các loại vật liệu dày

Hình 10 Máy sấy hồng ngoại DSN.P.P.01

2.4 Sấy bằng điện trường dòng cao tầng

Hiện nay, các thiết bị bị sấy vi sóng hay dòng điện cao tần ít được sử dụng trongcông nghiệp thực phẩm vì giá thành thiết bị khá cao, năng suất hoạt động thấp Vi sóng lànhững sóng điện từ với tần số 300 – 300.000 MHz Dưới tác động của vi sóng, các phântử trong mẫu nguyên liệu cần sấy sẽ chuyển động quay cực liên tục Hiện tượng này làmphát sinh nhiệt và nhiệt độ của nguyên liệu sẽ gia tăng Khi đó, một số phân tử nước tạivùng bề mặt nguyên liệu sẽ bốc hơi Còn trong trường hợp sử dụng dòng điện cao tần,nguyên tắc gia nhiệt mẫu nguyên liệu cần sấy cũng tương tự như trường hợp sử dụng visóng, tuy nhiên tần số sử dụng sẽ thấp hơn (27 – 100 MHz) Nếu so sánh với phươngpháp sấy đối lưu thì tổng thời gian trong phương pháp này giảm đi, đồng thời tổng tiêuhao năng lượng cũng giảm đi khoảng 20 – 25%.[1]

2.5 Sấy thăng hoa

Thiết bị gồm hai bộ phận chính:

- Hệ thống lạnh đông: để chuyển nước trong nguyên liệu sang trạng thái rắn Hiệnnay, có nhiều phương pháp để lạnh đông nguyên liệu như dùng môi chất lạnh, khí lạnh.Tốc độ lạnh đông ảnh hưởng đến kích thước của các tinh thể đá có trong nguyên liệu sấy.Thực tế, trong quá trình lạnh đông nguyên liệu, lượng nước không chuyển sang dạng rắnhoàn toàn, do đó sẽ còn một phần nước ở dạng lỏng trong nguyên liệu sau giai đoạn lạnhđông.[1]

- Buồng sấy thăng hoa: để tách ẩm và chuyển nước từ trạng thái rắn sang trạng tháihơi Buồng sấy có dạng hình trụ kín, nằm ngang hay thẳng đứng Nguyên liệu sau khilạnh đông sẽ đưa vào trong buồng sấy thăng hoa Để gia nhiệt cho nguyên liệu có thể sửdụng phương pháp dẫn nhiệt, bức xạ, sử dụng vi sóng hoặc dòng điện cao tần.

Ngoài ra, ta có thể kết hợp sấy thăng hoa với hệ thống chân không Hệ thống này gồmmột bộ phận ngưng tụ hơi nước (hơi thoát ra từ nguyên liệu cần sấy) và bơm chân khôngđể tách cấu tử dễ bay hơi và những khí không ngưng khác.

Áp suất thường dao động khoảng 27-133 Pa Đối với thực phẩm, nhiệt độ trong quátrình sấy không vượt quá 40-50oC.

Hình 11 Hệ thống sấy thăng hoa.

Ưu điểm lớn của phương pháp này là không làm tổn thất các cấu tử mẫn cảm nhiệtnhư vitamin, cấu tử hương, chất có hoạt tính sinh học, chất màu…Tuy nhiên, khá tốn kém

chi phí đầu tư thiết bị và năng lượng Trong công nghệ thực phẩm, sấy thăng hoa thườngdùng sấy các chế phẩm giống vi sinh vật, enzyme, những sản phẩm giàu hoạt tính sinhhọc.

2.6 Sấy lạnh

Sấy lạnh (còn gọi là sấy bằng bơm nhiệt), là quá trình sấy được tiến hành ở áp suấtkhí quyển, tác nhân sấy là không khí được đưa vào thiết bị bay hơi của hệ thống lạnh(bơm nhiệt) để hạ nhiệt độ xuống dưới điểm đông sương Hơi nước trong không khí bịngưng tụ tách ra làm cho không khí có độ chứa hơi giảm về 0, áp suất riêng phần hơinước trong không khí giảm về 0 (nhưng không thể bằng 0) và được dẫn qua thiết bị ngưngtụ của hệ thống lạnh (bơm nhiệt) để đốt nóng, nhiệt độ không khí tăng lên đến nhiệt độngưng tụ môi chất lạnh ở thiết bị ngưng tụ Sau đó, chúng được dẫn vào buồng sấy chứasản phẩm Dưới sự chênh lệch áp suất riêng của hơi nước trên bề mặt sản phẩm với ápsuất riêng của hơi nước trong không khí (tác nhân sấy), hơi nước ở sản phẩm tự bốc hơivà làm khô sản phẩm Do nhiệt độ môi trường sấy thấp, cao nhất khoảng 35 ÷ 45oC, nênchất lượng sản phẩm ít bị ảnh hưởng so với ban đầu, đảm bảo giá trị kinh tế cao.

Hình 12 Sơ đồ hệ thống sấy lạnh.

Hình 13 Hệ thống sấy lạnh DSL-P-V-01.- Ưu điểm:

 Năng suất hút ẩm của phương pháp này khá lớn

 Khả năng giữ chất lượng, hàm lượng dinh dưỡng sản phẩm cũng khá tốt (phụ thuộc vào nhiệt độ sấy)

 Lắp đặt phức tạp, khó điều chỉnh các thông số để phù hợp với công nghệ

 Trong môi trường có bụi, cần dừng máy để vệ sinh chất hấp thụ, tuổi thọ thiết bị giảm

3 Tổng quan về nguyên liệu

Khoai lang (Ipomoca batatas L.) thuộc họ Convolvulaceae, chi Ipomoea, có nguồn gốc từ khu vực nhiệt đới châu Mỹ và được con người trồng cách đây trên 5.000 năm Khoai lang được phổ biến rất sớm trong khu vực này, bao gồm cả khu vực Caribe Vào năm 1942, trong chuyến vượt biển đầu tiên Christopher Columbus đã tìm ra Châu Mỹ và phát hiện ra khoai lang đucợ trồng ở Hispaniola và CuBa Từ đó, khoai lang mới thực sự lan rộng ở Châu Mỹ và ra khắp thế giới Ngày nay, khoai lang được trồng rộng khắp trongcác khu vực nhiệt đới và ôn đới ấm với lượng nước đủ để hỗ trợ sự phát triển của nó.

Hình 14 Khoai lang. Đặc điểm:

Khoai lang là loại củ không có lõi Dọc thân củ có hệ thống xơ nối ngọn với đuôi củ Cấu tạo gồm ba phần:

- Vỏ ngoài: chiếm 1% trọng lượng củ, gồm những tế bào chứa sắc tố, chủ yếu là cellulose và hemicellulose Vai trò của vỏ là giảm các tác động từ bên ngoài, hạn chế sự bay hơi nước trong quá trình bảo quản.

- Vỏ cùi: chiếm 5-12% gồm những tế bào chứa tinh bột, nguyên sinh chất và dịch thể.Hàm lượng tinh bột ở vỏ ít hơn ở phần thịt.

- Thịt củ: gồm các tế bào nhu mô có chứa tinh bột, hợp chất nitơ và một số nguyên tố vi lượng

Khoai lang được chia làm nhiều loại như:

 Khoai lang trắng: loại to, vỏ trắng, ruột trắng hay vàng sẫm, nhiều bột. Khoai lang nghệ, khoai lang bí: củ dài, vỏ đỏ, ruột vàng hay vàng tươi. Khoai lang tím: vỏ tím, ruột tím.

 Thành phần hóa học trong khoai lang:

Bảng 2 Thành phần hóa học của khoai lang.

Trong quá trình sinh trưởng và phát triển, glucid biến đổi không ngừng từ dạng nàysang dạng khác.

+ Tinh bột: là thành phần quan trọng nhất của glucid, chiếm 60-70% chất khô Tinh bột trong khoai lang là những hạt có hình đa diện Hàm lượng tinh bột phụ thuộc vàocác yếu tố như điều kiện canh tác, lai giống… Tinh bột thường chiếm 17-24% so với trọng lượng củ Khi khoai chín, hàm lượng tinh bột tăng lên, khoảng 13-23% amylose và 77-78% amylopectin.

+ Đường: chủ yếu là glucose, fructose, saccharose và maltose Hàm lượng đườngdao động từ 5-10% trọng lượng khoai lang Giống là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất ngoài ra còn có thời gian bảo quản, thu hoạch…

- Protid: hàm lượng protein trong khoai lang không cao, chiếm 5% hàm lượng chất khô Tùy theo giống, điều kiện canh tác, điều kiện môi trường mà hàm lượng protein thay đổi.

Ngoài ra, trong khoai lang cón chứa một lượng vitamin C đáng kể và một số vitamin khác như B1, B2, B6, B5, B9 Người ta còn tìm thấy caroten trong khoai lang, đặc biệt là các giống khoai ruột vàng Khoai lang còn cung cấp xơ, các chất khoáng cần thiết cho cơ thể.

 Một số công dụng mà khoai lang mang lại:+ Tốt cho người bệnh tiểu đường.

+ Chống lại các gốc tự do.+ Giúp mắt sáng, da khỏe.+ Giảm nguy cơ ung thư vú.

+ Giúp giảm cân.

+ Điều trị bệnh loét dạ dày.

+ Kích thích tiêu hóa, chữa táo bón.+ Phòng bệnh xương khớp.

 Phương pháp bảo quản:

Trong điều kiện nhiệt độ cao, các hoạt động sinh lý trong củ khoai hoạt động mạnh, làm cho lượng tinh bột tiêu hao nhanh chóng Vỏ khoai mỏng, tác dụng bảo vệ kém, dễ sây sát, thối Sâu hại dễ xâm nhập gây ra hiện tượng khoai hà, gây thối rỗng, nấm mốc phát triển Để bảo quản khoai lang tươi được lâu, người nông dân thường làm các cách sau:

- Bảo quản trong hầm đào sâu dưới đất: chọn đất nơi cao ráo, sạch sẽ, không có nước ngầm Đào hầm theo kiểu lòng chum có nắp đậy kín và có rãnh thoát nước Hầm đào xong phải để khô mới chứa khoai Cho khoai vào hầm vào những ngày khô ráo và thận trọng khi vận chuyển vào hầm Một tháng đầu mở nắp 1-2 lầnđể thoát nhiệt độ trong hầm, tránh bốc nóng Nếu ẩm độ trong hầm quá cao, phải dùng chất hút ẩm

- Bảo quản trong hầm bán lộ thiên: chọn chỗ đất cao ráo và khô, không có mạch nước ngầm Hầm đào sâu trên 1 m, phía trên mặt hầm đắp một bức tường đấtquanh miệng hầm, có chừa một cửa để lên xuống, hầm phải có nắp đậy kín và có mái che Bảo quản bằng hai cách trên sẽ cách ly được với môi trường và khoai giữ được lâu hơn

- Bảo quản bằng cách ủ cát khô: phương pháp bảo quản này tương đối kín, cũng giống như trong hầm kín nhưng đơn giản và dễ làm Song bảo quản bằng cách ủ cát khô có nhược điểm là không được kín hoàn toàn, nên vẫn chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và ẩm độ bên ngoài Trường hợp bảo quản ngoài trời phải làm lán che mưa nắng

Ngoài ra khoai lang có thể bảo quản thoáng nếu thời gian bảo quản ngắn khoảng 10-15 ngày Khi bảo quản thoáng cũng phải chọn những củ khoai có phẩm chất tốt, đều nhau và xếp thành từng đống hoặc từng luống và phải để nơi cao ráo, thoáng mát, tránh những chỗ nắng hắt vào và không có mưa dột.

Qua đó, ta thấy được bảo quản khoai lang trong thời gian dài rất khó khăn Để nâng cao hiệu quả sử dụng khoai lang nhất, ta có thể chế biến khoai làng thành các sản phẩm các nhau như khoai lang sấy dẻo, mứt khoai lang,…

4 Mục đích thí nghiệm

Khảo sát quá trình sấy thực nghiệm để:

- Xây dựng đường cong sấy để mô tả động học cho quá trình sấy, trên cơ sở đó chophép xác lập chế độ công nghệ quá trình sấy:

- Xác định các thông số sấy: tốc độ sấy đẳng tốc, độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng,thời gian sấy đẳng tốc và giảm tốc.

- Xác định được tính chất keo hay xốp của vật liệu

- Chỉ ra ưu, nhược điểm của từng phương pháp sấy từ đó chọn lựa phương pháp sấysao cho phù hợp với từng loại vật liệu sấy.

5 Dụng cụ - Thiết bị thí nghiệm- Máy sấy đối lưu

- Máy sấy hồng ngoại- Máy sấy lạnh

- Cân 2 số- Bình hút ẩm

- Nguyên liệu: Khoai lang6 Tiến hành thí nghiệm

Khoai langLựa chọn

Cắt thành các miếng có kích thước giống nhau

Thành phẩm

Hình 15 Khoai lang sau khi cắt thành các miếng có kích thước giống nhau.

- Xác đinh độ ẩm ban đầu

Chuẩn bị đĩa petri chịu nhiệt, rửa sạch và sấy đến khối lượng không đổi ở nhiệtđộ 100 - 105ºC Cắt mẫu khoai lang thành những mẫu nhỏ sau đó đem cân để xácđịnh khối lượng ban đầu (m) Tiếp theo cân đĩa petri cùng với mẫu khoai lang đểxác định khối lượng trước khi sấy (m1)

Điều chỉnh nhiệt độ tủ sấy lên 105ºC Tiến hành sấy mẫu cùng đĩa petri đếnkhi khối lượng không đổi Cứ mỗi tiếng lại lấy mẫu ra kiểm tra khối lượng một lần.Khi lấy mẫu ra khỏi tủ sấy, làm nguội trong bình hút ẩm khoảng 3 phút ẩm rồiđem cân Lặp lại quá trình sấy cho đến khi khối lượng không đổi.

Công thức:

Độ ẩm (W, %) của khoai lang được tính theo công thức sau:

Trong đó:

m: khối lượng khoai lang ban đầu (g)

m1: khối lượng khoai lang ban đầu và đĩa petri (g)

m2: khối lượng của khoai lang sau khi sấy và đĩa petri (g)

- Xác định độ ẩm vật liệu sấy biến thiên theo thời gian

Xác định độ biến thiên độ ẩm của vật liệu theo hai phương pháp sấy sau: sấy đối lưu(ở 70oC), sấy hồng ngoại.

Các phương pháp được tiến hành theo các bước thí nghiệm như sau:

 Bước 1:

Xác định độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy W0 (%);Xác định khối lượng ban đầu của vật liệu sấy G0 (kg);

 Bước 2: Lập bảng biến thiên để xây dựng đường cong sấy;

Bảng Độ ẩm vật liệu sấy biến thiên theo thời gian

Δτ = τj+1 – τi = (10 - 12) phút

Tiến hành cân mẫu sau mỗi (10 - 12) phút.Tiến hành tính toán và nhập kết quả vào bảng x.Sấy đến khối lượng không đổi thì ngừng thí nghiệm Bước 4: Xây dựng đường cong sấy

Xử lý số liệu thực nghiệm ở bảng x biến thiên độ ẩm vật liệu sấy theo thời giansấy, để xác định đường cong sấy và mô phỏng đồ thị.

W = f(τ)

Phương trình trên được biểu diễn trên đồ thị như sau:

Hình 16 Đường cong sấy W = f(τ)

+) Giai đoạn 1: đun nóng vật liệu sấy và làm bay hơi nước bề mặt, giai đoạn nàydường cong sấy ở dạng phi tuyến

+) Giai đoạn 2: quá trình bay hơi nước do quá trình khuếch tán nội và khuếch tánngoại xảy ra đồng thời, giai đoạn này là sấy đẳng tốc, đường cong sấy ở dạng tuyến tính

+) Giai đoạn 3: quá trình bốc hơi ẩm còn lại cho đến khi đạt tới độ ẩm cân bằng,quá trình này đường cong sấy ở dạng phi tuyến rất phức tạp.

 Bước 5: Xây dựng đường cong sấy

Hình 17 Đường cong tốc độ sấy u = f(W)

Từ phương trình (1.5) lấy đạo hàm hai vế, rồi nhân tử cho G và nhân mẫucho F, sẽ nhận được:

Với: F (m2) là diện tích trao đổi nhiệt của vật liệu sấy;

Sau khi có số liệu thực nghiệm các nhóm tiến hành vẽ đường cong sấy vàđường cong tốc độ sấy và so sánh với đường cong theo lý thuyết Nêu nguyên nhândẫn đến sai số.

7 Kết quả - Nhận xét7.1 Sấy đối lưuKết quả

Bảng 3 Độ ẩm vật liệu sấy (khoai lang) biến thiên theo thời gian bởi máy sấy đổi lưu.

STTThời gian (phút)Khối lượng (g)Độ ẩm (%)

G0 (100-W0) = G1.(100-G1) W1=100 -G0

Đường cong sấy đối lưu

f(x) = − 0.00590000000000001 x² − 0.248 x + 58.77R² = 1

đường cong sấy giai đoạn 1

Với r² = 0,9992 cho thấy phương trình đường cong sấy (2) có ý nghĩa trongtính toán và có thể chấp nhận được

f(x) = − 0.8724 x + 68.754R² = 0.999238612082992

đường cong sấy giai đoạn 2

 Giai đoạn 3: Đây là quá trình bốc hơi ẩm còn lại cho đến khi đạt tới độ ẩm cânbằng Giai đoạn này được gọi là sấy giảm tốc Đường cong ở giai đoạn này gần tươngđồng với lý thuyết, đường cong sấy ở dạng phi tuyến rất phức tạp Và phương trình sấythực tế của giai đoạn này được biểu diễn như sau: y = 0.0057x2 - 1.1117x + 62.522

Với R² = 0,9727 cho thấy phương trình đường cong sấy (3) có ý nghĩa trong tính toánvà có thể chấp nhận được

f(x) = 0.00570178571428574 x² − 1.11167500000001 x + 62.522285714286R² = 0.972651602218443

đường cong sấy giai đoạn 3

Khối lượng(g)

Độ ẩm (%)Tốc độ sấy(g/cm2.phút)

Đường cong tốc độ sấy u=f(W)

So sánh với đường cong tốc độ sấy theo lý thuyết

- Giai đoạn 1: Theo lý thuyết tốc độ sấy ở giai đoạn này là một đường thẳngbiểu diễn sự tăng dần theo độ giảm ẩm Tuy nhiên khi so với thực tế, thì tốc độthoát ẩm lại không đều và không tỉ lệ với sự giảm độ ẩm W Điều này dẫn đến,đường cong tốc độ sấy thực tế không phải là đường thẳng như lý thuyết ban đầu.

- Giai đoạn 2: tốc độ sấy là đường thẳng biểu diễn màu xanh Ở giai đoạn nàytốc độ sấy không đổi và độ ẩm giảm dần đều Theo lý thuyết đây là đường đẳngtốc Tuy nhiên theo kết quả thu được ở đồ thị có dạng đường cong trong giai đoạn

này, là hoàn toàn phù hợp với lý thuyết ban đầu.

- Giai đoạn 3: Tốc độ sấy của giai đoạn này giảm nhanh Và đây là giai đoạnsấy giảm tốc đường cong tốc độ sấy không ở dạng đường thẳng so với lý thuyết,cho thấy độ ẩm của vật liệu giai đoạn này không ổn định.

7.2 Sấy hồng ngoại

Kết quả

- Xây dựng đường cong sấy

Bảng 5 Độ ẩm vật liệu sấy (khoai lang) biến thiên theo thời gian.

(phút)ꞆW (%)

Hình 20 Đồ thị đường cong sấy W= f(ꞇ)

 Giai đoạn 1: Đây là giai đoạn đun nóng vật liệu sấy và làm bay hơi nước bề mặt Ởgiai đoạn này, đường cong sấy ở dạng phi tuyến Phương trình thực tế thu được là: y = –0.0286x2 + 0.1441x + 58.77

f(x) = − 0.0285635069285819 x² + 0.144058017359517 x + 58.77

Đường cong sấy giai đoạn 1

(phút)ꞆW (%)

 Giai đoạn 2: Đây là quá trình bay hơi nước do quá trình khuếch tán nội và khuếchtán ngoại xảy ra đồng thời, theo lý thuyết giai đoạn này là sấy đẳng tốc, đường cong sấy ởdạng tuyến tính Tuy nhiên trên thực tế đường cong sấy không thẳng Phương trình thực tếthu được: y = – 0.009x2 – 1.6356x + 80.53

f(x) = 0.00903611352718157 x² − 1.63562361080134 x + 80.5301155195095R² = 0.991909269017648

Đường cong sấy giai đoạn 2

(phút)ꞆW (%)

 Giai đoạn 3: Đây là quá trình bốc hơi ẩm còn lại cho đến khi đạt tới độ ẩm cânbằng, quá trình này có đường cong sấy ở dạng phi tuyến rất phức tạp Giai đoạn này đượcgọi là sấy giảm tốc Đường biểu diễn này gần tương đồng với lý thuyết Và phương trìnhsấy thực tế của giai đoạn này được biểu diễn như sau: y = 0.0014x2 – 0.2996x + 25.328

f(x) = 0.00139860015468474 x² − 0.299578910315323 x + 25.328366459614R² = 0.89818899563779

Đường cong sấy giai đoạn 3

(phút)ꞆW (%)

Xây dưng đường cong tốc độ sấy

Diện tích trao đổi nhiệt của vật liệu sấy: F = 3x2 = 6 cm2

Tốc độ sấy được tính theo công thức:

u=−G dW