Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy sấy thăng hoa năng suất 1,5kg mẻ đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật nhiệt

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU viii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan sấy thăng hoa 1.1.1 Các phƣơng pháp sấy 1.1.2 Lý thuyết sấy thăng hoa 1.2 Tổng quan vật liệu sấy 1.3 Tính cấp thiết đề tài 10 1.4 Mục đích đề tài 11 1.5 Đối tƣợng nghiên cứu 11 1.6 Phạm vi nghiên cứu 11 1.7 Phƣơng pháp nghiên cứu 11 1.8 Tình hình nghiên cứu 12 1.8.1 Tình hình nghiên cứu nƣớc 12 1.8.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc 13 CHƢƠNG 2: TÍNH TỐN Q TRÌNH SẤY 16 2.1 Tính tốn sơ 16 2.2 Tính tốn kích thƣớc buồng sấy 18 2.3 Tính tải nhiệt cho q trình cấp đơng 20 2.3.1 Tổn thất nhiệt cho q trình cấp đơng 20 2.3.2 Nhiệt tổn thất làm lạnh vỏ buồng sấy khay 21 2.3.3 Nhiệt tổn thất làm lạnh khơng khí buồng sấy 22 2.3.4 Nhiệt tổn thất môi trƣờng 23 2.4 Tính tải nhiệt cho trình sấy thăng hoa 25 CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ 26 3.1 Chọn thơng số làm việc chu trình lạnh 26 3.2 Tính tốn chu trình lạnh 27 3.3 Tính chọn thiết bị chu trình lạnh 28 3.3.1 Tính chọn máy nén 28 iii 3.3.2 Tính chọn thiết bị ngƣng tụ 30 3.3.3 Tính tốn chế tạo thiết bị bay 31 3.3.4 Tính chọn thiết bị phụ 34 3.4 Tính chọn bơm chân khơng 34 3.5 Tính chọn điện trở sấy 35 CHƢƠNG 4: HỆ THỐNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 36 4.1 Hệ thống thí nghiệm 36 4.2 Thông số thực tế thiết bị 40 4.3 Hệ thống điều khiển 46 4.4 Nội dung mục đích thí nghiệm 49 4.5 Quy trình sấy chuối 51 CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN 53 5.1 Kết thí nghiệm nhận xét 53 5.2 Bàn luận đánh giá thí nghiệm 69 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 6.1 Kết luận .70 6.2 Kiến nghị .70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƢƠNG Hình 1.1: Giản đồ trạng thái pha nước Hình 1.2: Quan hệ áp suất với nhiệt độ thăng hoa nước đá Hình 1.3: Đường cong sấy Hình 1.5: Chuối sứ Hình 1.6 Chuối sấy dẻo 10 CHƢƠNG Hình 2.1: Khay sấy 18 Hình 2.2: Kích thước khay sấy buồng 19 Hình 2.3: Kết cấu thân đáy buồng sấy .23 CHƢƠNG Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý chu trình lạnh - nhiệt 27 Hình 3.2: Đồ thị lgp-h chu trình lạnh - nhiệt 27 Hình 3.3: Sơ đồ dịng lưu chất trao đổi nhiệt dàn nóng 30 Hình 3.4: Sơ đồ dịng lưu chất trao đổi nhiệt dàn lạnh 32 CHƢƠNG Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống thống sấy thăng hoa .37 Hình 4.2: Mơ hình máy sấy thăng hoa 39 Hình 4.3: Thơng số kỹ thuật buồng sấy 40 Hình 4.4: Thông số kỹ thuật khay chứa vật liệu sấy .41 Hình 4.5: Thơng số kỹ thuật máy nén 41 Hình 4.6: Thơng số kỹ thuật thiết bị ngưng tụ 42 Hình 4.7: Thơng số kỹ thuật dàn lạnh 42 Hình 4.8: Thơng số kỹ thuật bơm chân khơng 43 Hình 4.9: Thông số kỹ thuật điện trở sấy 43 Hình 4.10: Thơng số kỹ thuật van tiết lưu .44 Hình 4.11: Thơng số kỹ thuật bình tách lỏng 45 Hình 4.12: Thơng số kỹ thuật bình chứa cao áp 45 v Hình 4.13: Thơng số kỹ thuật van điện từ .46 Hình 4.14: Mạch động lực 47 Hình 4.15: Mạch điều khiển 48 Hình 16: Thể bố trí thiết bị điện bên ngồi tủ điện 49 Hình 4.17: Quy trình sấy chuối .51 CHƢƠNG Hình 5.1: Vật liệu trước q trình thí nghiệm 53 Hình 5.2: Thành phẩm sau q trình thí nghiệm mẻ sấy 15h .53 Hình 5.3: Thành phẩm sau q trình thí nghiệm mẻ sấy 17h .54 Hình 5.4: Thành phẩm sau q trình thí nghiệm mẻ sấy 19h .54 Hình 5.5: Thành phẩm sau q trình thí nghiệm mẻ sấy 21h .55 Hình 5.6: Thành phẩm sau trình thí nghiệm mẻ sấy 23h .55 Hình 5.7: Đồ thị thể tương quan thời gian sấy với độ ẩm cuối trình điện tiêu thụ 56 Hình 5.8: Đồ thị thể tương quan thời gian sấy, thời gian chạy điện trở, thời gian chạy bơm độ ẩm cuối trình sấy 57 Hình 5.9: Đồ thị thể tương quan thời gian sấy, điện tiêu thụ trung bình điện tiêu thụ 1kg vật liệu sấy 58 Hình 5.10: Đồ thị thể tương quan áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất chân không theo thời gian mẻ 15 59 Hình 5.11: Đồ thị thể tương quan áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất chân không theo thời gian mẻ 17 60 Hình 5.12: Đồ thị thể tương quan áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất chân không theo thời gian mẻ 19 61 Hình 5.13: Đồ thị thể tương quan áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất chân không theo thời gian mẻ 21 62 Hình 5.14: Đồ thị thể tương quan áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất chân không theo thời gian mẻ 23 63 Hình 5.15: Đồ thị thể tương quan nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ môi trường nhiệt độ buồng theo thời gian mẻ 15 64 Hình 5.16: Đồ thị thể tương quan nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ môi trường nhiệt độ buồng theo thời gian mẻ 17 65 Hình 5.17: Đồ thị thể tương quan nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ môi trường nhiệt độ buồng theo thời gian mẻ 19 66 vi Hình 5.18: Đồ thị thể tương quan nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ môi trường nhiệt độ buồng theo thời gian mẻ 21 67 Hình 5.19: Đồ thị thể tương quan nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ môi trường nhiệt độ buồng theo thời gian mẻ 23 68 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƢƠNG Bảng 1.1: Quan hệ áp suất (Pth) với nhiệt độ (Tth) thăng hoa nước đá Bảng 1.2: Thống kê sản lượng số loại trái giới.[33] CHƢƠNG Bảng 3.1: Thơng số điểm nút chu trình q lạnh - nhiệt 28 Bảng 3.2: Thơng số điểm nút chu trình q lạnh - nhiệt tiêu chuẩn .29 Bảng 3.3: Thông số thiết bị phụ chu trình lạnh 34 CHƢƠNG Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật thiết bị hệ thống 36 Bảng 4.2: Thông số đường ống .44 Bảng 4.3: Thời gian thực mẻ sấy 50 viii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan sấy thăng hoa 1.1.1 Các phƣơng pháp sấy Sấy trình tách ẩm (chủ yếu nƣớc nƣớc) khỏi vật liệu nhằm tránh hƣ hỏng trình bảo quản, tăng độ bền cho sản phẩm, giảm trọng lƣợng, giảm chi phí chun chở đồng thời làm tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm Có nhiều phƣơng pháp sấy, đƣợc phân loại dựa cách khác Dựa vào phƣơng thức cấp nhiệt cho vật liệu sấy, ngƣời ta phân loại: - Sấy đối lƣu: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ trình truyền nhiệt đối lƣu nhờ lƣu chất mang nhiệt độ cao thổi qua, thơng thƣờng khơng khí nóng 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 bề mặt đƣợc đốt nóng Bề mặt tiếp xúc vật rắn hay vật lỏng Các kiểu sấy tiếp xúc: sấy lô quay, sấy dầu,… - Sấy xạ: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ nguồn nhiệt xạ Nguồn xạ thƣờng dùng đèn hồng ngoại, điện trở… - Sấy dùng điện cao tần: Sử dụng lƣợng điện có tầng số cao để làm nóng vật sấy Vật sấy đƣợc đặt từ trƣờng điện từ vật xuất dòng điện dịng điện nung nóng vật Dựa vào nhiệt độ sấy mà có hai phƣơng pháp sấy chính: sấy nhiệt độ cao sấy nhiệt độ thấp - Sấy nhiệt độ cao: Tác nhân sấy đƣợc gia nhiệt lên nhiệt độ cao nhiều so với nhiệt độ môi trƣờng Các phƣơng thức gia nhiệt nhƣ kể - Sấy nhiệt độ thấp: Quá trình sấy đƣợc diễn nhiệt độ thấp phƣơng pháp sấy thông thƣờng kể Tác nhân sấy đƣợc làm lạnh để tách ẩm (sấy lạnh) trình tách ẩm đƣợc diễn môi trƣờng chân không (sấy chân không, sấy thăng hoa) Trong đó, sấy thăng hoa phƣơng pháp sấy tiên tiến Quá trình sấy đƣợc thực điều kiện nhiệt độ áp suất thấp, thấp điểm o ba thể nƣớc (t = 0,0098 C; p = 4,58 mmHg), diễn buồng sấy kín Đầu tiên sản phẩm đƣợc làm lạnh để đóng băng hồn tồn lƣợng nƣớc chứa bên trong, buồng sấy đƣợc hút chân không, trạng thái nƣớc xuống dƣới điểm ba thể Sau đó, q trình cấp nhiệt chân khơng đƣợc tiến hành, trình thăng hoa diễn ra, ẩm vật dƣới dạng rắn hóa ra, nhiệt độ vật lúc không đổi Sau q trình bay ẩm cịn lại, nhiệt độ vật tăng lên, ẩm vật trạng thái lỏng, q trình sấy lúc giống nhƣ sấy chân khơng thông thƣờng Ƣu điểm phƣơng pháp sấy thăng hoa nhờ sấy nhiệt độ thấp diễn thăng hoa nên giữ đƣợc tính chất tƣơi sống sản phẩm, giữ đƣợc chất lƣợng hƣơng vị, không bị vitamin Tuy nhiên phƣơng pháp có nhƣợc điểm giá thành thiết bị cao, vận hành phức tạp, ngƣời vận hành cần có trình độ kỹ thuật cao, tiêu hao điện lớn 1.1.2 Lý thuyết sấy thăng hoa Sấy thăng hoa trình tách ẩm khỏi vật liệu thăng hoa nƣớc Quá trình thăng hoa trình chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể Ở điều kiện bình thƣờng, ẩm thực phẩm dạng lỏng, nên để thăng hoa chúng cần đƣợc chuyển sang thể rắn phƣơng pháp lạnh đơng Chính nên cịn gọi phƣơng pháp sấy lạnh đơng (Freeze Drying hay Lyophillisation) Quá trình sấy thăng hoa trải qua giai đoạn : giai đoạn làm lạnh, giai đoạn thăng hoa giai đoạn bốc ẩm lại Nếu ẩm vật liệu sấy có trạng thái đóng băng đƣợc gia nhiệt đẳng áp đến nhiệt độ định nƣớc thể rắn thực trình thăng hoa Từ giản đồ cho thấy áp suất thấp nhiệt độ thăng hoa nƣớc giảm cấp nhiệt cho vật liệu sấy áp suất thấp độ chênh lệch nhiệt độ nguồn nhiệt vật liệu sấy tăng Hình 1.1: Giản đồ trạng thái pha nước Giai đoạn làm lạnh (giai đoạn lạnh đông): Trong giai đoạn này, vật liệu sấy đƣợc làm lạnh từ nhiệt độ mơi trƣờng khoảng (20 0C ÷ 30 0C) xuống nhiệt độ (-10 0C ÷ -15 0C), nhiệt độ nƣớc thực phẩm đóng băng hầu nhƣ hồn tồn Mỗi thực phẩm khác có nhiệt độ lạnh đông khác nhau, nhƣng phải đảm bảo cho đơng kết nƣớc bên phải đạt gần 100% Ở giai đoạn này, lƣợng ẩm thoát ít, chủ yếu bay thăng hoa nƣớc bề mặt thực phẩm Sự thoát ẩm chênh lệch áp suất riêng phần nƣớc khơng khí khơng gian sấy lớp khơng khí sát bề mặt thực phẩm Ngồi cịn chênh lệch nhiệt độ thực phẩm lạnh đông với nhiệt độ môi trƣờng lạnh đông Đây nguyên nhân làm bay ẩm để có xu hƣớng đạt tới trạng thái cân nhiệt Lƣợng ẩm thoát giai đoạn khoảng (4% ÷ 10%) Tuy nhiên giai đoạn có hút chân khơng chênh lệch áp suất riêng phần nƣớc thực phẩm mơi trƣờng sấy lớn [8] Có hai cách làm lạnh đông vật liệu đƣợc tiến hành sấy thăng hoa : - Cách thứ sử dụng thiết bị làm lạnh để làm lạnh đông sản phẩm bên ngồi buồng sấy thăng hoa, sau đƣa vào buồng để tiến hành hút chân không - Cách thứ hai vật sấy đƣợc lạnh đông buồng sấy thăng hoa Tùy theo kiểu truyền nhiệt mà trình hút chân khơng diễn sau q trình lạnh đơng kết thúc diễn song song với q trình cấp đơng (lúc môi trƣờng chân không, nên cấp đông phải thực theo kiểu trao đổi nhiệt tiếp xúc trực tiếp) Trong giai đoạn sản phẩm cần đƣợc làm lạnh đông nhanh để hình thành tinh thể băng nhỏ gây hƣ hại đến cấu trúc tế bào sản phẩm Đối với sản phẩm dạng lỏng, phƣơng pháp làm lạnh đông chậm đƣợc sử dụng để băng tạo thành lớp, lớp tạo nên kênh giúp cho nƣớc dịch chuyển dễ dàng Bảng 1.1: Quan hệ áp suất (Pth) với nhiệt độ (Tth) thăng hoa nước đá Tth, oC 0,0098 -1,7 Pth, mmHg 4,58 4,00 3,00 2,00 -5,1 -9,8 -17,5 -26,6 -39,3 -45,4 -57,6 -66,7 1,00 0,40 0,10 0,05 0,01 0,001 Hình 1.2: Quan hệ áp suất với nhiệt độ thăng hoa nước đá Giai đoạn thăng hoa: Giai đoạn giai đoạn tách ẩm phƣơng pháp sấy thăng hoa Khi nhiệt độ sản phẩm đạt nhiệt độ cấp đơng, ngừng q trình cấp đơng, lúc bơm chân không bắt đầu hoạt động làm áp suất buồng sấy hạ xuống nhanh tạo môi trƣờng chân khơng, có áp suất thay đổi (0,1 mmHg ÷ mmHg) Do chênh lệch áp suất riêng phần nƣớc thực phẩm áp suất nƣớc môi trƣờng sấy lớn không Pck buồng từ áp suất môi trƣờng (0mbar) giảm xuống Pck yêu cầu (1000mbar) tƣơng đối nhanh – khoảng 30 phút, từ lúc bắt đầu chạy bơm không (lúc 12h) đến 20 phút sau, Pck đạt -999mbar, phút Pck giảm nhẹ, sau 10 phút đạt -1000mbar sau ổn định suốt mẻ sấy (từ 12h30) Hình 5.11: Đồ thị thể tương quan áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất chân không theo thời gian mẻ 17 Po – Áp suất bay (bar) Pk – Áp suất ngƣng tụ (bar) Pck – Áp suất bay (mbar) Nhận xét: Áp suất ngƣng tụ Pk áp suất bay Po thay đổi mạnh khoảng thời gian từ 20h30 – 21h30 sau tƣơng đối ổn định suốt mẻ sấy Cụ thể, Pk giảm nhanh từ 16,5bar – 15bar, từ 21h30 trở Pk tƣơng đối ổn định mức 16bar, mức giảm áp suất ngƣng tụ gia đoạn chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ môi trƣờng Mức Pk thấp vào khoảng 15bar đạt đƣợc lúc 3h50 sáng Áp suất bay Po tƣơng tự Pk, giảm nhanh khoảng thời gian đầu (từ 20h30 – 21h30) thời gian sau vào ổn định Mức Po thấp vào khoảng 0,9bar lúc 21h20 Áp suất chân không Pck buồng từ áp suất môi trƣờng 60 (0mbar) giảm xuống Pck yêu cầu (-1000mbar) tƣơng đối nhanh – khoảng 30 phút, từ lúc bắt đầu chạy bơm không đến 20 phút sau, Pck đạt -999mbar, phút Pck giảm nhẹ, sau 10 phút đạt -1000mbar sau ổn định suốt mẻ sấy Hình 5.12: Đồ thị thể tương quan áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất chân không theo thời gian mẻ 19 Po – Áp suất bay (bar) Pk – Áp suất ngƣng tụ (bar) Pck – Áp suất bay (mbar) Nhận xét: Áp suất ngƣng tụ Pk áp suất bay Po thay đổi mạnh đầu sau tƣơng đối ổn định suốt mẻ sấy Cụ thể, áp suất ngƣng tụ Pk đầu (từ 7h30 – 8h30) giảm nhanh từ 18bar – 16,5bar, từ 8h30 trở Pk tƣơng đối ổn định mức 15,5bar, mức giảm áp suất ngƣng tụ gia đoạn chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ môi trƣờng Mức Pk thấp vào khoảng 15,3bar đạt đƣợc lúc 4h sáng Áp suất bay Po tƣơng tự Pk, giảm nhanh khoảng thời gian đầu thời gian sau vào ổn định Mức Po thấp vào khoảng 0,9bar Áp suất chân không Pck buồng từ áp suất môi trƣờng (0mbar) giảm xuống Pck yêu cầu (1000mbar) tƣơng đối nhanh – khoảng 30 phút, từ lúc bắt đầu chạy bơm không đến 20 61 phút sau, Pck đạt -999mbar, phút Pck giảm nhẹ, sau 10 phút đạt 1000mbar sau ổn định suốt mẻ sấy Hình 5.13: Đồ thị thể tương quan áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất chân không theo thời gian mẻ 21 Po – Áp suất bay (bar) Pk – Áp suất ngƣng tụ (bar) Pck – Áp suất bay (mbar) Nhận xét: Áp suất ngƣng tụ Pk áp suất bay Po thay đổi mạnh đầu sau tƣơng đối ổn định suốt mẻ sấy Cụ thể, áp suất ngƣng tụ Pk từ 14h15 đến 15h15 giảm nhanh từ 16,5bar – 15,5bar, từ 15h15 trở Pk tƣơng đối ổn định mức 15,5bar, mức giảm áp suất ngƣng tụ gia đoạn chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ môi trƣờng Mức Pk vào khoảng 15,5bar đạt đƣợc lúc 19h40 Áp suất bay Po tƣơng tự Pk, giảm nhanh khoảng thời gian đầu thời gian sau vào ổn định Mức Po thấp vào khoảng 0,9bar Áp suất chân không Pck buồng từ áp suất môi trƣờng (0mbar) giảm xuống Pck yêu cầu (-1000mbar) tƣơng đối nhanh – khoảng 30 phút, từ lúc bắt đầu chạy bơm không đến 20 phút sau, Pck đạt 999mbar, phút Pck giảm nhẹ, sau 10 phút đạt -1000mbar sau ổn định suốt mẻ sấy 62 Hình 5.14: Đồ thị thể tương quan áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất chân không theo thời gian mẻ 23 Po – Áp suất bay (bar) Pk – Áp suất ngƣng tụ (bar) Pck – Áp suất bay (mbar) Nhận xét: Áp suất ngƣng tụ Pk áp suất bay Po thay đổi mạnh đầu sau tƣơng đối ổn định suốt mẻ sấy Cụ thể, áp suất ngƣng tụ Pk giảm nhanh từ 18,5bar – 15,5bar, từ thứ trở Pk tƣơng đối ổn định mức 15,5bar, mức giảm áp suất ngƣng tụ gia đoạn chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ môi trƣờng Mức Pk thấp vào khoảng 15bar đạt đƣợc lúc 19h40 Áp suất bay Po tƣơng tự Pk, giảm nhanh khoảng thời gian đầu thời gian sau vào ổn định Mức Po thấp vào khoảng 0,9bar Áp suất chân không Pck buồng từ áp suất môi trƣờng (0mbar) giảm xuống Pck yêu cầu (-1000mbar) tƣơng đối nhanh – khoảng 30 phút, từ lúc bắt đầu chạy bơm không đến 20 phút sau, Pck đạt -999mbar, phút Pck giảm nhẹ, sau 10 phút đạt -1000mbar sau ổn định suốt mẻ sấy *Tƣơng quan nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngƣng tụ, nhiệt độ môi trƣờng nhiệt độ buồng theo thời gian 63 Hình 5.15: Đồ thị thể tương quan nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ môi trường nhiệt độ buồng theo thời gian mẻ 15 To – Nhiệt độ bay (oC) Tk – Nhiệt độ ngƣng tụ (oC) Tb – Nhiệt độ buồng (oC) Tmt – Nhiệt độ môi trƣờng (oC) Nhận xét: Nhiệt độ ngƣng tụ tk tƣơng tự áp suất ngƣng tụ Pk, giảm mạnh đầu (từ 7h – 9h) sau trì ổn định mức thấp 40 oC Nhiệt độ bay to ln trì mức thấp -300C Trong q trình cấp đơng, nhiệt độ buồng sấy tb giảm nhanh từ nhiệt độ môi trƣờng tmt xuống mức -21oC Nhiệt độ buồng tb cuối trình cấp đơng đạt đƣợc mức u cầu -21oC để làm đơng tồn sản phẩm Sau đó, tb tăng dần trình sấy, trì mức -100C đảm bảo cho băng bên vật liệu sấy không bị tan thành lỏng 64 Hình 5.16: Đồ thị thể tương quan nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ môi trường nhiệt độ buồng theo thời gian mẻ 17 To – Nhiệt độ bay (oC) Tk – Nhiệt độ ngƣng tụ (oC) Tb – Nhiệt độ buồng (oC) Tmt – Nhiệt độ môi trƣờng (oC) Nhận xét: Nhiệt độ ngƣng tụ tk tƣơng tự áp suất ngƣng tụ Pk, giảm mạnh (từ 20h30 – 22h30) sau trì ổn định mức thấp 40 oC Nhiệt độ bay to trì mức thấp -300C Trong trình cấp đông, nhiệt độ buồng sấy tb giảm nhanh từ nhiệt độ môi trƣờng tmt xuống mức -21oC Nhiệt độ buồng tb cuối q trình cấp đơng đạt đƣợc mức u cầu -21oC để làm đơng tồn sản phẩm Sau đó, tb tăng dần q trình sấy, trì mức -100C đảm bảo cho băng bên vật liệu sấy khơng bị tan thành lỏng 65 Hình 5.17: Đồ thị thể tương quan nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ môi trường nhiệt độ buồng theo thời gian mẻ 19 To – Nhiệt độ bay (oC) Tk – Nhiệt độ ngƣng tụ (oC) Tb – Nhiệt độ buồng (oC) Tmt – Nhiệt độ môi trƣờng (oC) Nhận xét: Nhiệt độ ngƣng tụ tk tƣơng tự áp suất ngƣng tụ Pk, giảm mạnh đầu (7h30 – 9h30) sau trì ổn định mức thấp 40 oC Nhiệt độ bay to ln trì mức thấp -300C Trong q trình cấp đơng, nhiệt độ buồng sấy tb giảm nhanh từ nhiệt độ môi trƣờng tmt xuống mức -21oC Nhiệt độ buồng tb cuối q trình cấp đơng đạt đƣợc mức u cầu -21oC để làm đơng tồn sản phẩm Sau đó, tb tăng dần q trình sấy, trì mức -100C đảm bảo cho băng bên vật liệu sấy không bị tan thành lỏng Nhiệt độ mơi trƣờng tmt cao khoảng 330C 66 Hình 5.18: Đồ thị thể tương quan nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ môi trường nhiệt độ buồng theo thời gian mẻ 21 To – Nhiệt độ bay (oC) Tk – Nhiệt độ ngƣng tụ (oC) Tb – Nhiệt độ buồng (oC) Tmt – Nhiệt độ môi trƣờng (oC) Nhận xét: Nhiệt độ ngƣng tụ tk tƣơng tự áp suất ngƣng tụ Pk, giảm mạnh đầu (14h15 – 15h15) sau trì ổn định mức thấp 40 oC Nhiệt độ bay to đạt -250C sau trì mức thấp -300C Trong trình cấp đông, nhiệt độ buồng sấy tb giảm nhanh từ nhiệt độ môi trƣờng tmt xuống mức 21oC Nhiệt độ buồng tb cuối q trình cấp đơng đạt đƣợc mức u cầu -21oC để làm đơng tồn sản phẩm Sau đó, tb tăng dần q trình sấy, trì mức -100C đảm bảo cho băng bên vật liệu sấy khơng bị tan thành lỏng 67 Hình 5.19: Đồ thị thể tương quan nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ môi trường nhiệt độ buồng theo thời gian mẻ 23 To – Nhiệt độ bay (oC) Tk – Nhiệt độ ngƣng tụ (oC) Tb – Nhiệt độ buồng (oC) Tmt – Nhiệt độ môi trƣờng (oC) Nhận xét: Nhiệt độ ngƣng tụ tk tƣơng tự áp suất ngƣng tụ Pk, giảm mạnh đầu (13h – 15h) sau trì ổn định mức thấp 40 oC Nhiệt độ bay to trì mức thấp -300C (trong đầu giảm từ -22 đến -30) Trong trình cấp đông, nhiệt độ buồng sấy tb giảm nhanh từ nhiệt độ môi trƣờng tmt xuống mức -21oC Nhiệt độ buồng tb cuối q trình cấp đơng đạt đƣợc mức u cầu -21oC để làm đơng tồn sản phẩm Sau đó, tb tăng dần q trình sấy, trì mức 100C đảm bảo cho băng bên vật liệu sấy không bị tan thành lỏng 68 5.2 Bàn luận đánh giá thí nghiệm Thời gian cấp đơng thích hợp cho 1,5kg vật liệu sấy – chuối Độ ẩm vật liệu sấy giảm dần, tỉ lệ nghịch với thời gian trình sấy Hao phí lƣợng tăng dần theo thời gian sấy Qua mẻ sấy với thời gian cấp đông cố định thời gian sấy tăng dần cho thấy: Thời gian sấy thích hợp 23 Độ ẩm lúc đạt mức yêu cầu ban đầu (8,7%) không bị khô mức Áp suất ngƣng tụ áp suất bay thay đổi đầu sau tƣơng đối ổn định suốt mẻ sấy Áp suất chân không buồng từ áp suất môi trƣờng xuống áp suất chân không yêu cầu tƣơng đối nhanh – khoảng 30 phút, từ lúc bắt đầu chạy bơm khơng sau ổn định suốt mẻ sấy 69 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Sau thời gian nghiên cứu thực đề tài, nhóm rút đƣợc số kết luận nhƣ sau: • Tìm hiểu đƣợc tình hình nghiên cứu nhƣ sở khoa học cơng nghệ sấy thăng hoa • Tính toán, thiết kế chế tạo đƣợc thiết bị sấy thăng hoa mini với suất 1,5kg/mẻ • Xây dựng đƣợc quy trình sấy thăng hoa chuối • Theo thí nghiệm nhóm tiến hành, với 1,5 kg chuối phù hợp với điều kiện nhƣ: cấp đông tiếng, sấy điện trở 23 tiếng, điện trở chạy 2,5 phút nghỉ 18 phút, bơm chân không chạy phút, nghỉ phút Chuối thành phẩm đạt độ khô yêu cầu (8,7%), giữ đƣợc màu sắc, độ xốp Tiêu thụ điện khoảng 23kWh 6.2 Kiến nghị Phƣơng pháp sấy thăng hoa phƣơng pháp sấy tối ƣu nay, với khả giữ đƣợc màu sắc, hƣơng vị, độ xốp chất dinh dƣỡng bên vật liệu sấy Tuy nhiên Việt Nam việc ứng dụng sấy thăng hoa chƣa nhiều Đề tài nghiên cứu thành công bƣớc đầu, nhƣng để triển khai, phát triển thêm, nhóm xin đƣợc đƣa số đề xuất: • Chi phí lƣợng cho sấy tƣơng đối lớn nhiều so với phƣơng pháp sấy truyền thống Do đó, tính kinh tế, nên áp dụng sấy thăng hoa cho sản phẩm quý, đắt tiền nhƣ: tổ yến, đơng trùng hạ thảo, nhân sâm… • Cần tùy chỉnh linh hoạt thời gian cấp đông trƣớc sấy cho phù hợp với vật liệu sấy Thời gian cấp đông tỉ lệ thuận với độ ẩm vật liệu sấy • Thời gian sấy phải điều chỉnh hợp lý, rút ngắn không đảm bảo đƣợc độ khơ, cịn kéo q dài làm độ ẩm xuống thấp, phá vỡ cấu trúc thực phẩm 70 • Nhiệt độ khay vật liệu sau sấy thăng hoa thấp, dễ gây đọng sƣơng, tăng ẩm trở lại sau lấy khỏi máy Do cần gia nhiệt cho khay sấy trƣớc lấy 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Đức Ba (2005), Nghiên cứu công nghệ sấy thăng hoa cho số loại thực phẩm có giá trị Việt Nam, Kỷ yếu hội thảo Khoa học Công nghệ toàn quốc, lần thứ 9, Đại học Bách khoa TP HCM, tr 235-244 [2] Trần Đức Ba, Nguyễn Tấn Dũng, Trần Ngọc Hào (2004) Nghiên cứu công nghệ sấy thăng hoa, Kỷ yếu Hội nghị Khoa học & Công nghệ toàn quốc, lần thứ 9, Đại học Bách Khoa TP HCM [3] PGS TS Hoàng Văn Chƣớc, Thiết kế hệ thống thiết bị sấy,NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 2006 [4] Nguyễn Tấn Dũng (2008), “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống sấy thăng hoa suất nhỏ có giai đoạn cấp đông buồng sấy thăng hoa”, Tạp chí Giáo dục Khoa học Kỹ thuật, số 10(4), tr 14 – 25 [5] Nguyễn Tấn Dũng (2008), “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống sấy thăng hoa suất nhỏ phục vụ chế biến loại sản phẩm cao cấp”, đề tài NCKH cấp bộ, mã số: B2006-22-08, năm 2006-2008 [6] Nguyễn Tấn Dũng (2008), Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống sấy thăng hoa suất nhỏ phục vụ cho chế biến loại sản phẩm cao cấp, đề tài NCKH cấp bộ, mã số: B2006-22-08, năm 2006-2008 [7] Nguyễn Tấn Dũng cộng sự, Tự động hóa q trình nhiệt lạnh, NXB ĐHQG TP HCM, 2009 [8] TS Nguyễn Tấn Dũng, Kỹ thuật công nghệ sấy thăng hoa, NXB ĐHQG TP HCM, 2016 [9] TS Lê Xn Hịa, Giáo trình Kỹ thuật lạnh, ĐH Sƣ phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh [10] TS Lê Xn Hịa, Giáo trình Máy nén Thiết bị lạnh, ĐH Sƣ phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh [11] Nguyễn Đức Lợi, Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2005 72 [12] Nguyễn Đức Lợi & Phạm Văn Tùy, Kỹ thuật lạnh sở, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2007 [13] Trần Văn Phú, Kỹ thuật sấy, NXB Giáo dục, 2009 [14] PGS.TS Đinh Văn Thuận & PGS.TS Võ Chí Chính, Hệ thống máy thiết bị lạnh, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội [15] PGS.TS Hồng Đình Tín, GS Lê Chí Hiệp, Nhiệt động lực học kỹ thuật, NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2007 [16] PGS.TS Hồng Đình Tín, Cơ sở truyền nhiệt & Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt, NXB Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh, 2013 [17] Liuiu Duan, Xu Duan, Guangyue Ren, Structural characteristics and texture during the microwave freeze drying process of Chinese yam chips, Journal of Drying Techology, 2019 [18] Harvest Right Freeze Dryer Manual, 2010 [19] Maite Harguindeguy, Davide Fissore, On the effects of freeze-drying processes on the nitrional properties of foodstuff: A review, Journal of Drying Technology, 2019 [20] Hsiao-Che Kuo, Yong-Lin Su, Huey-Lang Yang, Tzong-Yueh Chen, Identification of Chinese medicinal fungus cordyceps sinensis by PCR-Single-Stranded conformation polymorphism and phulogenetic relationship, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2005 [21] Yeu-Pyng Lin, Jen-Horng Tsen, V An-Erl King, Effects of far-infrared radiation on the freeze-drying of sweet potato, Journal of Food Engineering, 2005 [22] Amanda J.Moors, Rebecca S.Pugh, Paul R.Becker, Operation of the millrock quanta series freeze dryer PC/PLC: Production of freeze dried standard reference and control materials (SRMs/CMs) at the NIST reference material production facility, NIST Special Publication 1195 [23] Tutku Merve Ucar, Ayse Karadag, The effects of vacuum and freeze-drying on the physicochemical properties and in vitro digestibility of phenolics in oyster mushroom (Pleurotus ostreatus), Journal of Food Measurement and Characterization, 2019 73 [24] Gennadiy V.Semenov, Aleskey A.Tikhomirov, Irina S.Krasnova, The choice of the parameters of vacuum freeze drying to thermolabile materials with desired quality level, International Journal of Applied Engineering Research ISSN 0973-4562 Volume 11, Number 13 (2016) pp 8056-8061 [25] www.wikipedia.org [26] www3.skhcn.bentre.gov.vn [27] www.sokhcn.binhduong.gov.vn [28] www.saythanghoa.asia [29] files.danfoss.com/TechnicalInfo [30] www.srefrigerationcompressor.com [31] www.thietbiplaza.com [32] www.onlinelibrary.wiley.com [33] E Lahav Banana Nutrion Bananas and Plantains.Published by Springer Pages 258 – 316 74 ... cơng nghệ, kỹ thuật sấy thăng hoa - Nghiên cứu, thiết kế máy sấy thăng hoa sấy suất 1,5 kg /mẻ - Chế tạo, vận hành, đánh giá máy sấy thăng hoa 1.5 Đối tƣợng nghiên cứu - Hệ thống máy sấy thăng hoa. .. gia nghiên cứu, chế tạo thành công máy sấy thăng hoa công nghiệp chuyển giao cho doanh nghiệp Trần Đức Ba[26] chế tạo thành công máy sấy thăng hoa chuyên dùng lĩnh vực chế biến thực phẩm với suất. .. thống, củng cố lại kiến thức học, đánh giá tính khả thi máy sấy thăng hoa mini, nhóm thực đề tài ? ?Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế chế tạo máy sấy thăng hoa suất 1,5 kg /mẻ? ?? 1.4 Mục đích đề tài - Tìm