Tính toán, thiết kế thiết bị sấy hồng ngoại nguyên liệu dứa năng suất 10kgmẻ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH ––o0o— KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY HỒNG NGOẠI NGUYÊN LIỆU DỨA NĂNG SUẤT 10KGMẺ GVHD ThS Đoàn Thị Hồng Hải SVTH Nguyễn Đình Hào 17047791 Nguyễn Hoàng Phong Vũ 17042401 LỚP ĐHNL13B Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 7 năm 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM V.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ NHIỆT LẠNH ––o0o— KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUN NGÀNH CƠNG NGHỆ NHIỆT-LẠNH TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY HỒNG NGOẠI NGUYÊN LIỆU DỨA NĂNG SUẤT 10KG/MẺ GVHD: ThS Đoàn Thị Hồng Hải SVTH: Nguyễn Đình Hào 17047791 Nguyễn Hồng Phong Vũ 17042401 LỚP: ĐHNL13B Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng năm 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TPHCM Khoa Cơng nghệ Nhiệt Lạnh CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Họ tên: Nguyễn Đình Hào MSSV: Nguyễn Hồng Phong Vũ Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật nhiệt Năm học: 17047791 17042401 2017 - 2021 Tên đề tài TÍNH TỐN, THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY HỒNG NGOẠI NGUYÊN LIỆU DỨA NĂNG SUẤT 10KG/MẺ − − − − − I/ Thông tin thực đề tài: Tính tốn, thiết kế thiết bị sấy hồng ngoại ngun liệu dứa suất 10kg/mẻ II/ Nội dung đề tài: Tổng quan nguyên liệu Dứa phương pháp sấy hồng ngoại Việt Nam giới Tìm hiểu công nghệ sấy thực phẩm nước giới Tính tốn, thiết kế thiết bị sấy dứa hồng ngoại suất 10kg/mẻ Kết luận kiến nghị Bản vẽ thiết kế thiết bị sấy (bản vẽ AUTOCAD) III/ Ngày giao nhiệm vụ: 15/1/2021 IV/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/7/2021 Bộ môn Kỹ thuật Nhiệt ThS Phạm Quang Phú Giảng viên hướng dẫn ThS Đoàn Thị Hồng Hải NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn quan tâm Ban Giám Hiệu nhà trường, giảng dạy tận tâm quý thầy cô Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh với tất thầy cô trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM truyền đạt nhiều kiến thức kinh nghiệm sống cho chúng em suốt trình học tập Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Đồn Thị Hồng Hải hết lịng giúp đỡ, hướng dẫn tận tình, tạo điều kiện cho chúng em thực khóa luận giúp chúng em hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp giai đoạn vừa qua nâng cao vốn kiến thức thân Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy/cô dành thời gian quý báu để nhận xét chấm điểm khóa luận tốt nghiệp Đây đóng góp quý giá cho em để hoàn thiện phát triển đề tài ngày tốt góp phần đưa vào ứng dụng thực tiễn sản xuất Trong trình tính tốn, thiết kế khóa luận chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận bảo tận tình thầy, để chúng em có thêm kiến thức bổ ích làm hành trang bước vào đời Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 07 năm 2021 Sinh viên thực Nguyễn Đình Hào Nguyễn Hồng Phong Vũ LỜI CAM KẾT Chúng xin cam đoan kết luận văn riêng chúng tơi, khơng có chép chưa công bố tài liệu tác giả khác Nhóm tác giả Nguyễn Đình Hào Nguyễn Hồng Phong Vũ TĨM TẮT Dứa loại trái ưa chuộng Việt Nam giá trị dinh dưỡng dứa có chứa nhiều khống chất, chất chống oxy hóa, lại kali, photpho cholesterol tốt cho người bị suy thận Và theo nghiên cứu dứa có chứa Enzim Bromelain chất chống di ung thư [25] Về giá trị cảm quan dứa như: màu sắc đẹp, có hương thơm, có vị chua kích thích vị giác, đặc biệt ăn tươi làm nguyên liệu cho sản phẩm chế biến trà dứa, dứa sấy, mứt dứa,…Hiện dứa chủ yếu tiêu thụ chủ yếu dạng sản phẩm tươi Để nâng cao giá trị xuất sản phẩm cần phải ứng dụng công nghệ làm sản phẩm có chất lượng tốt phục vụ xuất khẩu, thu lợi nhuận cao Đề tài nghiên cứu tính tốn thiết kế thiết bị sấy hồng ngoại để tạo phương pháp bảo quản tối ưu nhất, với mức chi phí đầu tư chi phí lượng thấp nhất, với độ ẩm sản phẩm đạt yêu cầu phục vụ cho xuất Sau thời gian nghiên cứu tính tốn thiết kế chúng em thiết kế máy sấy hồng ngoại nguyên liệu dứa với suất 10kg/mẻ, với thời gian sấy tiếng, nhiệt độ sấy 55oC, khối lượng sản phẩm sau sấy ước tính khoảng 1,539 kg/mẻ Mơ hình máy sấy hồng ngoại dự kiến làm tiền đề quan trọng cho việc nghiên cứu, ứng dụng vào quy trình cơng nghiệp để bảo quản loại thực phẩm, nơng sản có giá trị cao loại dược liệu quý,… MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU 11 DANH MỤC CÁC BẢNG 13 DANH MỤC CÁC HÌNH 13 LỜI MỞ ĐẦU 14 A Đặt vấn đề 14 B Mục đích đề tài 14 C Nhiệm vụ .15 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 15 Yêu cầu đề tài 15 Nội dung nghiên cứu 15 Ý nghĩa 15 D Bố cục đề tài 15 Chương 16 TỔNG QUAN 16 1.1 Nguyên liệu dứa: 16 1.1.1 Tên gọi tên khoa học: .16 1.1.2 Nguồn gốc phân bố, sinh trưởng phát triển: 16 1.1.3 Thành phần hóa học giá trị dinh dưỡng dứa 17 1.1.4 Các yếu tố tác động làm hư hỏng nguyên liệu 19 1.1.5 Phương pháp bảo quản dứa sau thu hoạch .20 1.1.6 Các sản phẩm từ dứa .20 1.1.7 Một số nghiên cứu nước quốc tế dứa 22 1.2 Phương pháp sấy xạ hồng ngoại 24 1.2.1 Đặc điểm xạ hồng ngoại 24 1.2.2 Sấy xạ hồng ngoại 25 1.2.3 Nguyên lí sấy khơ vật liệu ẩm xạ hồng ngoại 25 1.2.4 Nguồn phát xạ hồng ngoại .26 1.2.5 Công nghệ sấy hồng ngoại ưu nhược điểm 28 1.3 Những kết nghiên cứu sấy hồng ngoại 30 1.3.1 Các nghiên cứu nước 30 1.3.2 Các nghiên cứu nước 31 1.4 Các biến đổi trình sấy 32 1.4.1 Biến đổi vật lí 32 1.4.2 Biến đổi hố lí 32 1.4.3 Biến đổi sinh hoá 33 1.4.4 Biến đổi cảm quan 33 Chương 35 CƠ SỞ LÝ THUYẾT SẤY 35 2.1 Cơ sở khoa học sấy .35 2.1.1 Sấy vật liệu ẩm 35 2.1.2 Các phương pháp sấy 35 2.2 Tác nhân sấy 38 2.3 Vật liệu ẩm dạng liên kết nước với vật liệu ẩm .38 2.3.1 Độ ẩm tương đối 38 2.3.2 Độ ẩm tuyệt đối 38 2.3.3 Nồng độ ẩm 39 2.3.4 Độ ẩm cân 39 2.3.5 Liên kết ẩm vật liệu .39 2.4 Tính tốn nhiệt 40 2.5 Động học trình sấy 43 2.5.1 Đường cong sấy đường cong nhiệt độ .43 2.5.2 Đường cong tốc độ sấy 45 Chương 46 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY HỒNG NGOẠI 46 3.1 Sơ đồ cấu tạo thiết bị sấy hồng ngoại 46 3.2 Số liệu thiết kế ban đầu .47 3.3 Tính tốn thiết kế không gian sấy .48 3.4 Tính nhiệt tải cho thiết bị sấy 49 3.4.1 Xác định nhiệt dung riêng chất khô dứa 49 3.4.2 Tính nhiệt đốt nóng bay ẩm 49 3.4.3 Tính nhiệt đốt nóng lượng nước khơng bay cịn lại sản phẩm 50 3.4.4 Tính nhiệt đốt nóng lượng chất khơ sản phẩm 50 3.4.5 Tính tổn thất qua khay chứa vật liệu 50 3.4.6 Tổn thất nhiệt môi trường 51 3.5 Công suất cần thiết đèn hồng ngoại 56 3.6 Tính kiểm tra .57 3.6.1 Về vật liệu sấy 57 3.6.2 Về nguồn phát hồng ngoại (bóng đèn) 58 3.7 Mơ hình bố trí thiết bị máy sấy 59 3.8 Sơ đồ mạch điều khiển 60 3.8.1 Thiết bị chức 60 3.8.2 Sơ đồ mạch điều khiển nguyên lý hoạt động 61 3.9 Hình chiếu bố trí thiết bị buồng sấy 63 Chương 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64 4.1 Kết luận .64 4.2 Kiến Nghị 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Khóa luận tốt nghiệp đại học gió tự nhiên áp dụng trường hợp lượng vật liệu bảo quản không nhiều, thời gian bảo quản ngắn với loại rau “nhạy cảm” với biến động thơng số kỹ thuật Cịn kho lớn, thời gian bảo quản dài phải thơng gió cưỡng Thơng gió cưỡng dùng quạt hút quạt đẩy vị trí kho để điều chỉnh độ ẩm, nhiệt độ Làm tiết kiệm mặt kho, chất lượng sản phẩm bảo quản tốt 1.1.4.4 Vi sinh vật gây hại trước sau thu hoạch Lượng đường lượng nước dứa cao tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật gây thối hư hỏng trước thu hoạch phát triển nhanh chóng Các vi sinh vật xâm nhập vào phần thịt quả, phân hủy chất dinh dưỡng làm nhanh chóng hư hỏng Có thể xử lý sơ tia UV, dung dịch Chlorine hay loại thuốc diệt nấm trước đưa vào bảo quản 1.1.5 Phương pháp bảo quản dứa sau thu hoạch Bước 1: Thu hoạch trái nên chọn trái chín bắt đầu chuyển từ màu xanh sang vàng ¼ quả, độ chín trái dứa khoảng 75% - 80% Thu hoạch vào buổi sáng sớm chiều muộn để tránh ánh nắng mặt trời làm giảm màu sắc chất lượng trái Bước 2: Cắt bớt cuống để dài 1-2cm loại bỏ trái bị dập hay hư hỏng Sau dùng bàn chải rửa với FC101 tỉ lệ nhỏ để loại bỏ trùng vỏ Bước 3: Sau nhúng dứa vào dung dịch xử lý nấm bệnh PERSANMAX (tỉ lệ lít PERSANMAX pha cho 100 lít - 200 lít nước) vịng phút Khâu nhằm loại bỏ tồn dư làm nấm bệnh sau thu hoạch chống thối vỏ Bước 4: Sau để bước 3, đem nhúng vào pineapple wax phút (tỉ lệ lít pha với lít nước) Bước mục đích nhằm giữ màu sắc giúp trái dứa tươi bóng đẹp Bước 5: Chờ nước khơ sau đóng vào hộp theo yêu cầu khách hàng Khâu cuối giữ lạnh nhiệt độ khoảng 7oC, độ ẩm 95% đóng container cho xuất Thời gian bảo quản khoảng 45 ngày.[30] 1.1.6 Các sản phẩm từ dứa Dứa thường dùng để ăn tươi hương vị tươi ngon, tốt cho sức khỏe Hoặc làm nước giải khát để thay đổi vị Dứa sấy dẻo để kéo dài thời gian bảo quản Chẳng hạn sản phẩm “Dứa sấy dẻo” công ty VINAMIT, công ty hàng đầu nước ngành sản xuất thực phẩm sấy để tiêu thụ thị trường nước xuất nước Dứa chín cịn chế biến làm kem, mứt, chè, siro, bánh kẹo làm nguyên liệu cho nấu Chương 1: Tổng quan Trang 20 Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Khóa luận tốt nghiệp đại học Dứa cịn dùng làm thuốc có tác dụng hỗ trợ trị bệnh xương khớp, sỏi thận, chiết xuất sản phẩm chăm sóc da, ngăn ngừa ung thư,… Hình 1.2 Mỹ phẩm chiết xuất từ Dứa Hình 1.4 Dứa sấy Chương 1: Tổng quan Hình 1.3 Nước giải khát làm từ Dứa Hình 1.5 Kem dứa Trang 21 Khóa luận tốt nghiệp đại học Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Hình 1.6 Siro từ dứa 1.1.7 Một số nghiên cứu nước quốc tế dứa 1.1.7.1 Nghiên cứu nước Nước ép trái dứa-bí đao đóng chai sản xuất theo phương pháp phối trộn nước ép dứa (Ananas comosus) bí đao (Benincasa hispida) với tỷ lệ khác Các thơng số thích hợp cho trình phối chế sản phẩm nước ép là: tỷ lệ phối chế dịch ép dứa-bí đao 1:1, tỷ lệ pha lỗng nước/dịch ép dứa-bí đao 1/1, phối chế saccharose tới 180 Brix (Bx), tỷ lệ bổ sung axit citric 0,1%, pectin 0,1% Tính chất lý - hóa học, vi sinh, phân tích cảm quan sản phẩm đánh giá Kết phân tích lý - hóa học cho thấy, sản phẩm có tổng chất rắn hòa tan 180 Bx, pH 3,7, hàm lượng axit tổng 2,72 g/l Thanh trùng nhiệt 900oC 15 phút có hiệu với việc tiêu diệt hệ vi sinh vật nước ép nên sản phẩm giữ điều kiện thường tuần mà không cần bổ sung chất bảo quản Tổng điểm đánh giá cảm quan trung bình 16 điểm mẫu nước ép hỗn hợp trái phạm vi thương mại tốt để sản xuất nước ép bổ dưỡng, nước ép dứa-bí đao [1] Nghiên cứu tìm quy trình sản xuất tối ưu cho sản phẩm dạng viên hòa tan sủi bọt từ dứa Qua thử nghiệm rút công thức tối ưu sau: từ dịch nước ép dứa đem cô đặc chân không nhiệt độ 80oC, áp suất 405 mmHg, tốc độ quay 80 vòng/phút 2,5 tiếng, đến nồng độ chất khơ 70%, sau phối trộn với chất trợ sấy Chương 1: Tổng quan Trang 22 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Khóa luận tốt nghiệp đại học maltodextrin theo tỷ lệ 7:3 đem sấy chân không nhiệt độ 80oC, áp suất 405 mmHg tiếng Cuối hỗn hợp sau sấy phối trộn với NaHCO3 với tỷ lệ 15% đường sucrose 35% Bổ sung thêm PVP K30 với tỷ lệ 1% tiến hành dập viên Viên dập với khối lượng bình quân khoảng 2g/viên [2] “Nghiên cứu quy trình sản xuất Bromelain từ phế phẩm dứa” đề xuất phương pháp chiết tách, tinh sạch, tạo chế phẩm enzyme có giá trị sử dụng cao từ phần lõi bỏ dứa Theo nghiên cứu điều kiện tốt để trích ly enzyme từ phế phẩm dứa: tỷ lệ nguyên liệu/dung môi ½ (w/v) với dung mơi trích ly dung dịch đệm photphat 1/15 M, pH 7.0, nhiệt độ 4oC, thời gian 10 phút với hỗ trợ siêu âm Sử dụng phương pháp lọc màng tinh enzyme qua ba giai đoạn lọc: dịch thô lọc qua màng MF 1m 0,2m, siêu lọc UF ~100kDa với hiệu suất 92,13% NF ~10kDa để thu enzyme tinh với độ tinh 1,37 lần Sử dụng kỹ thuật sấy đông khô để tạo chế phẩm Bromelain: Sữa tách béo chọn làm chất trợ sấy với nồng độ 10% tỷ lệ chất trợ sấy/dịch tinh 1/4 Chế phẩm sau sấy mang kiểm tra chất lượng theo tiêu chuẩn y tế số công bố chất lượng từ nhà sản xuất enzyme lớn giới: sản phẩm đạt yêu cầu cảm quan, vi sinh Trong đó, hàm lượng vitamin C hàm lượng Bromelain 746,2 g/g 229,2 mg/g [3] 1.1.7.2 Nghiên cứu quốc tế Dứa lát làm khô kỹ thuật sấy đối lưu khơng khí nóng nhiệt độ cố định o (45 C, 60oC 75oC) vận tốc truyền âm không đổi 1,5 m/s Ảnh hưởng điều kiện làm khô (thời gian sấy nhiệt độ khơng khí) đến chất lượng dứa đánh giá Chất lượng dứa khử nước phân tích thay đổi màu sắc kết cấu, axit l-ascorbic khả hấp thụ nước q trình bù nước Phân tích thống kê liệu cho thấy khác biệt khơng có ý nghĩa màu sắc đặc trưng lý mẫu dứa sấy nhiệt độ sấy khác để đặt trước độ ẩm Các mẫu dứa sấy khô 45oC có khả bù nước tốt giữ lại nhiều axit l-ascorbic so với mẫu thu cách làm khơ khơng khí 75oC Do đó, nhiệt độ sấy 45oC điều kiện tốt để bảo quản chất lượng dứa [4] Theo nghiên cứu Cỹneyt Tunỗkala, Salih Cokunb, brahim Doymazic Enes Ergund [11] v “ Xác định Đặc tính Sấy Dứa Thái lát hệ thống làm khơ hỗ trợ bơm nhiệt vịng kín” cho thấy lát dứa (Ananascomosus) làm khô với hỗ trợ máy sấy có hỗ trợ bơm nhiệt (HPD) Trong thời gian trình, vận tốc khơng khí giữ khơng đổi m/s, nhiệt độ khơng khí thay đổi 37°C, 40°C 43°C Trong trình thực nghiên cứu, lát dứa sấy khô 37oC, 40oC 43°C tương ứng 465 phút, 360 phút 290 phút Rõ ràng gia tăng khơng khí làm Chương 1: Tổng quan Trang 23 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Khóa luận tốt nghiệp đại học khơ nhiệt độ làm giảm thời gian sấy Các thời gian làm khơ mẫu giảm từ 465 phút xuống cịn 290 phút nhiệt độ khơng khí tăng lên từ 37°C đến 43°C [5] Theo Alexandre DONNER [12] “Đặc tính động học sấy Dứa thái lát cải tiến quy trình làm khơ Uganda” Các thí nghiệm thực phịng thí nghiệm phận TIPs Đại học Libre de Bruxelles Hai thông số khảo sát vận tốc khơng khí độ dày miếng dứa Về độ dày dứa lát, người ta nhận thấy lát mỏng dẫn đến thời gian sấy ngắn so với lát dày, tốc độ khơng khí ảnh hưởng đến tốc độ sấy bắt đầu hoạt động sấy tốc độ sấy phụ thuộc chủ yếu vào độ ẩm có nghĩa khuếch tán bên Nếu vận tốc khơng khí giảm, hệ số khuếch tán hiệu giảm theo Do đó, hệ số khuếch tán hiệu phụ thuộc vào vận tốc khơng khí [6] “Constructing a solar dryer for drying of pineapples” Nghiên cứu thực để phát triển kẹo dứa chế biến từ dứa tươi sử dụng 40%, 50% 60% dung dịch đường sau làm khơ máy sấy lượng mặt trời Các độ dày lát dứa 0,5 1,0 cm Các lát dứa nhúng 40%, 50% 60% dung dịch đường để qua đêm sau sấy khơ máy sấy lượng mặt trời Người ta thấy dứa dày 0,5 cm lát khô nhanh lát dày cm [7] Theo López-Cerino Ignacio, López-Cruz Lorenzo Irineo, Nagle Marcus, Mahayothee Busarakorn, Müller Joachim Nghiên cứu Kỹ thuật Công nghệ tập XIX Dứa lát dày cm sấy khô sử dụng máy sấy quy mơ phịng thí nghiệm có độ xác cao phát triển Đại học Hohenheim, Đức cách sử dụng luồng khơng khí kiểm sốt độ ẩm với ba mức nhiệt độ 50oC, 60oC 70oC với vận tốc khơng khí 0,5 m/s; m/s 1,5 m/s Sau sấy khô, màu dứa nhạt mà khơng có thay đổi lớn chất lượng Từ 50oC đến 70oC tốc độ sấy 0,5 m/s thời gian giảm sau từ 26 xuống 12 giờ; từ 50oC đến 70oC với tốc độ không khí m/s thời gian sấy giảm xuống từ 20 đến 10 cuối với vận tốc khơng khí 1,5 m/s nhiệt độ tăng thời gian sấy giảm từ 16 xuống [8] 1.2 Phương pháp sấy xạ hồng ngoại 1.2.1 Đặc điểm xạ hồng ngoại Tác dụng nhiệt, gây tượng quang điện chất bán dẫn, tác dụng lên số kính ảnh đặc biệt, biến điệu sóng điện từ cao tần Tia hồng ngoại tuân theo định luật: truyền thẳng, phản xạ, gây tượng nhiễu xạ, giao thoa ánh sáng thông thường Bức xạ hồng ngoại sử dụng ứng dụng công nghiệp, khoa học, quân sự, thương mại y tế Các thiết bị quan sát ban đêm sử dụng ánh sáng hồng ngoại chủ động cho phép quan sát người động vật mà người quan sát không bị phát Thiên văn học hồng ngoại sử dụng trang bị cảm biến kính thiên văn để xâm nhập vào vùng Chương 1: Tổng quan Trang 24 Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Khóa luận tốt nghiệp đại học khơng gian có nhiều bụi bẩn mây phân tử, phát đối tượng hành tinh để xem cao chuyển màu đỏ đối tượng từ ngày đầu vũ trụ Máy ảnh nhiệt hồng ngoại sử dụng để phát nhiệt hệ thống cách nhiệt, để quan sát thay đổi lưu lượng máu da phát tình trạng q nóng thiết bị điện Về việc áp dụng xạ nhiệt sơn khô vật liệu mỏng khác, Vainberg Grabovsky (1986) tận dụng tốt tất ưu điểm cung cấp lượng xạ dải phổ quang phổ tản nhiệt xạ hồng ngoại kết hợp với nhiệt kế quang phổ màng chất Quá trình truyền xạ khơng dẫn đến hình thành lớp vỏ bề mặt, thường hạn chế việc loại bỏ độ ẩm số vật liệu trải qua sấy khơng khí nóng Trong thí nghiệm họ sấy giấy, Lampinen et al.(1991) thấy hiệu tối ưu đạt hầu hết xạ phát tản nhiệt nằm dải bước sóng, nơi mà vật liệu làm nóng hấp thụ nhiều việc hấp thụ xạ nước giấy tốt bước sóng dài (nghĩa vùng xạ hồng ngoại xa) 1.2.2 Sấy xạ hồng ngoại Sấy xạ hồng ngoại phương pháp sấy vật liệu ẩm sử dụng nguồn phát tia hồng ngoại tác nhân để làm bay nước có thực phẩm [9] Người ta sấy khô sản phẩm tia hồng ngoại tia hồng ngoại có tác dụng nhiệt Lượng nhiệt sinh tia hồng ngoại làm bốc lượng ẩm lượng nước dư tồn loại thực phẩm Do đó, máy sấy tia hồng ngoại máy sấy hoạt động dựa nguyên tắc sử dụng lượng nhiệt sinh từ tia hồng ngoại để làm khô sản phẩm cần sấy [9] 1.2.3 Ngun lí sấy khơ vật liệu ẩm xạ hồng ngoại Nguyên nhân lượng bóng đèn hồng ngoại lại làm bay nước có vật liệu ẩm, từ làm khơ vật liệu Sau tìm hiểu sâu chế làm khô xạ hồng ngoại, chúng tác động tới loại vật liệu ẩm Như biết, hầu hết vật liệu ẩm cấu tạo từ nước hợp chất hữu Bên cạnh điều kiện giống nước loại hợp chất hữu này, lại hấp thụ lượng cực đại xạ hồng ngoại nguồn phát ra, bước sóng khác Và đặc điểm quan trọng để từ đó, lợi dụng để điều chỉnh lượng xạ bước sóng thích hợp, mà lượng nước vật liệu ẩm bay nhiều tốt Khi cấp điện cho bóng đèn hồng ngoại phát ánh sáng sản sinh tia hồng ngoại chiếu tới vật liệu ẩm phịng sấy Do nhận nguồn lượng xạ mà đèn hồng ngoại chiếu tới, nội nước vật liệu ẩm Chương 1: Tổng quan Trang 25 Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Khóa luận tốt nghiệp đại học tăng lên nhanh chóng Vì ma sát phân tử nước tăng lên dẫn đến nhiệt độ nước tăng lên dần tới nhiệt độ sôi, cắt đứt liên kết phân tử nước với phân tử nước với cấu trúc hữu Kết nước chuyển pha từ trạng thái lỏng sang trạng thái bốc theo chiều từ bên vật liệu sấy ngồi mơi trường Trong chất hữu cấu thành nên vật liệu ẩm hấp thụ khơng đáng kể xạ hồng ngoại chiếu tới Vì hợp chất hữu cấu tạo nên vật liệu loại thực phẩm khơng bị ảnh hưởng xạ hồng ngoại Trên thực tế, việc điều chỉnh lượng xạ tia hồng ngoại tới bước sóng mà nước tự vật liệu ẩm hấp thụ cực đại hồn tồn thực được, có mối quan hệ bước sóng nhiệt độ bóng đèn hồng ngoại max= 2886/T Cụ thể từ cơng thức chủ động điều khiển nhiệt độ bóng đèn để thu bước sóng phù hợp, bước sóng phù hợp theo nghiên cứu khoảng 2,5 – 3,5 m, khoảng bước sóng mà nước hấp thụ cực đại (Pan et al.2010) Ngoài ra, khả làm bay nước tự bước sóng nhiệt độ đóng vai trị quan trọng vào q trình làm khơ vật liệu ẩm, tính chất nhiệt mà tia hồng ngoại sinh Vậy thấy rõ ràng có hai tác nhân để làm khơ vật liệu ẩm là: Bước sóng tia hồng ngoại nhiệt độ tia hồng ngoại phát Và đặc điểm quan trọng làm tăng tốc độ q trình sấy từ làm giảm đáng kể thời gian sấy, góp phần tăng hiệu trình sấy lên nhiều Trong sấy xạ hồng ngoại, gọi sấy xạ nhiệt, nhiệt chuyển sang vật liệu dạng lượng xạ Các loại xạ nhân tạo bao gồm việc sử dụng máy phát xạ hồng ngoại đèn điện đặc biệt kim loại, gốm kim loại nóng, điện gas Trong sấy xạ tự nhiên (sấy lượng mặt trời), xạ từ mặt trời khai thác trực tiếp gián tiếp tùy theo mục đích sấy Tính phân biệt sấy xạ hồng ngoại khơng địi hỏi mơi trường truyền lượng từ nguồn đích Các vật liệu sấy khơ coi chất hấp thụ xạ hồng ngoại 1.2.4 Nguồn phát xạ hồng ngoại Hầu hết vật có nhiệt độ lớn 0oK phát xạ hồng ngoại, mặt trời nguồn xạ cực lớn Để tạo xạ hồng ngoại định hướng dùng kỹ thuật người ta dùng đèn điện sợi đốt dùng đi-ốt phát quang Nhưng thí nghiệm sấy nói chung người ta thường dùng đèn sợi đốt Các thiết bị phát tia hồng ngoại dùng để sấy như: đèn gương nhỏ, đèn sấy nhiệt halogen cỡ nhỏ, đèn sấy hồng ngoại công nghiệp, đèn sấy hồng ngoại halogen cỡ lớn công nghiệp,… Chương 1: Tổng quan Trang 26 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Khóa luận tốt nghiệp đại học − Đèn gương : bóng đèn thủy tinh tráng gương phần bên để tập trung tia sáng phía Đèn có nhược điểm dễ vỡ, qn tính nhiệt kém, tổn thất lớn, khả tỏa sáng khơng Hình 1.7 Đèn gương Hình 1.8 Đèn sấy nhiệt halogen cỡ nhỏ Hình 1.9 Đèn sấy hồng ngoại cơng nghiệp sử Hình 1.10 Đèn sấy hồng ngoại halogen dụng ánh sáng trắng dùng công nghiệp Đối với sấy thực phẩm ta chọn loại đèn sấy phù hợp cho cường độ sấy vừa phải, nhiệt độ không cao (50oC < ts < 70oC), công suất không lớn (dưới 125W) gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sấy [10] Chương 1: Tổng quan Trang 27 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh − − − − − − Khóa luận tốt nghiệp đại học Hình 1.11 Đèn sấy hồng ngoại cỡ nhỏ R80, RED, 220V/75W 1.2.5 Công nghệ sấy hồng ngoại ưu nhược điểm 1.2.5.1 Cơng nghệ sấy xạ hồng ngoại Sấy xạ hồng ngoại công nghệ đèn hồng ngoại, điện trở, chất lỏng hay khí, kim loại đốt nóng lên tới nhiệt độ định để vật nóng phát xạ hồng ngoại 1.2.5.2 Đặc điểm sấy hồng ngoại Tia hồng ngoại tuân theo định luật: truyền thẳng, phản xạ, nhiễu xạ, giao thoa Tia hồng ngoại phát nhiệt khơng đốt nóng khơng khí qua mà lượng hồng ngoại dùng để tác động số đối tượng kích thích tạo dao động, tương tác phần tử với Chính q trình dao động sinh lượng tạo nhiệt Cường độ tia hồng ngoại giảm dần theo khoảng cách từ nguồn phát đến vật bị hấp thụ nước, CO2 hạt khác khơng khí 1.2.5.3 Ưu điểm sấy hồng ngoại Chi phí lắp đặt, thiết kế máy sấy hồng ngoại tương đối thấp Sản phẩm thu sau sấy khơ có chất lượng khơng thay đổi so với trước sấy hương thơm, vị ngon hàm lượng vitamin bảo tồn Q trình sấy khơng làm thức ăn bị nhiễm khuẩn, giúp tiêu diệt côn trùng, tiệt trùng sản phẩm sấy Công nghệ sấy hồng ngoại giúp ngắn thời gian sản xuất, tiết kiệm chi phí cho thành phẩm Phương pháp hồn tồn khơng sử dụng chất xúc tác, chất hố học khơng gây ảnh hưởng đến sức khỏe người môi trường Vận hành tương đối dễ dàng Chương 1: Tổng quan Trang 28 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Khóa luận tốt nghiệp đại học 1.2.5.4 Nhược điểm sấy hồng ngoại − Chỉ sấy sản phẩm mỏng có kích thước nhỏ khả xun thấu tia hồng ngoại − Sản phẩm sau sấy thường dễ bị cong vênh, bị nứt − Chỉ dùng cho loại thực phẩm cắt lát mỏng, không phù hợp với vật cần sấy khác gốm, men sứ, gỗ,… 1.2.5.5 Các ứng dụng sấy hồng ngoại Hình 1.12 Thảo mộc sau sấy Hình 1.14 Sấy cá hồng ngoại Chương 1: Tổng quan Hình 1.13 Sấy ván ép Hình 1.15 Nông sản sau sấy Trang 29 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Khóa luận tốt nghiệp đại học Hình 1.16 Máy ấp trứng sử dụng đèn hồng ngoại 1.3 Những kết nghiên cứu sấy hồng ngoại 1.3.1 Các nghiên cứu nước Công nghệ sấy xạ hồng ngoại phương pháp sấy vật liệu ẩm cách sử dụng nhiệt phát từ tia hồng ngoại tác nhân để làm bay nước có thực phẩm Tia hồng ngoại xạ điện từ có bước sóng dày ánh sáng nhìn thấy, với bước sóng điện từ dao động từ 0,76 μm - 1.000 μm Máy sấy hồng ngoại máy sấy bố trí bóng đèn hồng ngoại bên buồng sấy Các bóng đèn phát lượng xạ liên tục với cường độ cao Đèn sấy hồng ngoại có dây tóc đèn làm vonfram, công suất đèn đạt mức từ 150 W/h – 500 W/h, nhiệt độ mơi trường sấy (bức xạ) điều chỉnh từ 30° C-1500° C; thời gian sấy từ đến 12 tùy theo loại vật liệu sấy, cường độ xạ điều chỉnh 0,25 kW/m2 đến 10,5 kW/m2 có cấu tạo đơn giản, cách sử dụng vận hành đơn giản Khả truyền nhiệt tốc độ truyền nhiệt vào sản phẩm loại đèn sấy hồng ngoại phụ thuộc vào yếu tố: Nhiệt độ bên ngồi bóng đèn phát nhiệt vật nhận nhiệt, tính chất bề mặt hình dáng bóng đèn sản phẩm nhận nhiệt lượng [11] Tác giả Lê Văn Hoàng nghiên cứu sử dụng công nghệ sấy hồng ngoại sấy bánh tráng vào năm 2010 Kết cho thấy giảm khoảng cách đèn cơng suất đèn bị giảm xuống xạ đèn riêng biệt Vì chọn tối ưu Chương 1: Tổng quan Trang 30 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Khóa luận tốt nghiệp đại học q trình thí nghiệm tác giả đề xuất chọn khoảng cách đèn với khoảng cách từ nguồn phát đến bề mặt chiếu [12] Tác giả Ngô Đăng Nghĩa nghiên cứu sấy mực ống lột da xuất phương pháp sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh Kết xác định chế độ sấy tối ưu cho sản phẩm mực ống là: nhiệt độ sấy 400oC, vận tốc gió 1,2 m/s khoảng cách từ nguồn phát xạ hồng ngoại đến bề mặt sản phẩm 15 cm [13] Tác giá Nguyễn Công Hiếu nghiên cứu sấy thịt bị khơ với nhiệt độ sấy o 650 C, sấy 210 phút độ dày vật liệu 0,4 cm Theo chế độ sấy sản phẩm bị khơ thu đạt chất lượng loại tốt theo TCVN 3215-79 [14] Theo Nguyễn Văn Phúc, Trần Đại Tiến Lê Như Chính báo trình bày kết nghiên cứu chế tạo thiết bị sấy thủy sản sử dụng gốm nhiệt hồng ngoại kết hợp với đối lưu gió cưỡng Kết nghiên cứu chế tạo thiết bị sấy với thông số: suất đạt khoảng kg/mẻ, sử dụng gốm nhiệt hồng ngoại có bước sóng từ (2,6 ÷ 26) μm, nhiệt độ tác nhân sấy từ 35oC đến 60ºC, vận tốc tác nhân sấy từ (0,5 ÷ 5) m/s, khoảng cách từ nguồn phát tia xạ đến vật liệu sấy điều chỉnh từ 10 cm đến 40 cm, trang bị tự động hóa sử dụng thiết bị đo lường nhiệt độ độ ẩm Ngoài báo đưa kết thu sử dụng thiết bị sấy để sấy thử mẫu tôm đất đánh giá chất lượng sản phẩm khô [15] Theo Nguyễn Tấn Dũng trường ĐH Sư phạm kỹ thuật TPHCM chế tạo máy sấy hồng ngoại có suất từ (20 kg – 30kg ngun liệu/mẻ) nhiệt độ mơi trường sấy (bức xạ) điều chỉnh từ 30oC-1500C; thời gian sấy từ (6-12) tùy theo loại vật liệu sấy; cường độ xạ điều chỉnh (0,25÷10,5) kW/m2 [16] Năm 2016, tác giả Nguyễn Tấn Dũng Đoàn Thị Hồng Hải, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM ĐH Công Nghiệp TP.HCM công bố báo “The MultiObjective Optimization by the Utopian Point Method to Determine the Technological Mode of Infrared Radiation Drying Process of Jackfruit Product in Viet Nam” Kết tìm thơng số tối ưu cho phương pháp sấy hồng ngoại: độ ẩm ban đầu mít W1=72,34%, nhiệt độ tối ưu buồng sấy xạ hồng ngoại t= 63,43oC, thời gian sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít τ=7,13 giờ, cường độ xạ hồng ngoại trình sấy I=6.4 kW/m2 [17] 1.3.2 Các nghiên cứu nước Theo báo cáo Nindo, Kudo Bekki thiết kế thử nghiệm máy sấy hồng ngoại hỗ trợ rung cường độ xạ (3100÷4290) W/m2 độ sâu hạt gạo (12÷16) mm.Họ nhận thấy độ dày cường độ xạ hồng ngoại định, độ sâu hạt có ảnh hưởng không đáng kể đến tốc độ sấy tất ba giống gạo sử dụng nghiên cứu [18] Chương 1: Tổng quan Trang 31 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Khóa luận tốt nghiệp đại học Nghiên cứu sấy khô lát hành tây Sharma, Verma Pathare hầu hết nghiên cứu, rõ ràng cho phép nhiệt độ tăng cao đốt nóng thời gian dài gây hại đến chất lượng hành.[19] Nghiên cứu Rui Wang cộng phương pháp làm khơ lụa có, làm khơ ống nước, tiêu thụ lượng lớn lượng làm tăng thêm chi phí đáng kể nguyên liệu Để khắc phục khuyết điểm này, lát lụa cuộn lại làm khô thông qua xạ hồng ngoại tính khả thi việc làm khơ tia hồng ngoại quy trình kiểm chứng So với làm khô ống nước thơng thường, sấy tia hồng ngoại khơng có tác động xấu đến hình thành lát lụa, chất lượng cấu trúc vi mô tơ thô Hơn nữa, nhiệt độ sấy bên cuộn hồng ngoại khoang máy hạ thấp 10oC tiêu thụ lượng phần sáu cách làm khô ống thông thường Các kết làm khô tia hồng ngoại lát lụa cuộn lại dường khả thi có ý nghĩa việc giảm tiêu thụ lượng cải thiện điều kiện làm việc công nhân [20] 1.4 Các biến đổi trình sấy 1.4.1 Biến đổi vật lí Hiện tượng co thể tích, khối lượng riêng tăng Giảm khối lượng bay lượng nước vật liệu Biến đổi tính chất lý biến dạng tượng co, tăng độ giòn, bị nứt nẻ vật liệu sấy 1.4.2 Biến đổi hố lí Khuếch tán ẩm giai đoạn đầu, ẩm khuếch tán từ lớp nguyên liệu vào bên nguyên liệu giãn nở nhiệt Đây dời ẩm gây nên chênh lệch nhiệt độ thành phần khác vật liệu sấy Việt bốc từ bề mặt tạo chênh lệch ẩm lớp bề mặt lớp bên sản phẩm kết ẩm dịch chuyển từ lớp bên lớp bên Quá trình chuyển ẩm từ bên sản phẩm sấy thực nhờ lực khuếch tán thẩm thấu, lực mao quản,…gọi độ dẫn ẩm Nhờ có độ dẫn ẩm, ẩm chuyển từ hướng trung tâm bề mặt vật liệu Ngoài khuếch tán ẩm trình sấy cịn có tượng chuyển pha từ lỏng sang nước trình sấy Biến đổi hóa học xảy theo xu hướng: Tốc độ phản ứng hóa học tăng lên nhiệt độ vật liệu tăng lên: phản ứng Oxi hóa khử, phản ứng Maillard Tốc độ phản ứng hóa học chậm mơi trường nước giảm dần, ví dụ: phản ứng thủy phân Chương 1: Tổng quan Trang 32 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Khóa luận tốt nghiệp đại học Hàm ẩm giảm dần trình sấy Do lượng nước phân bố không vật liệu 1.4.3 Biến đổi sinh hố Giai đoạn đầu q trình sấy Nhiệt độ tăng dần chậm tạo hoạt động mạnh mẽ hệ enzyme oxy hóa khử Gây ảnh hưởng xấu đến nguyên liệu Giai đoạn sấy, hoạt động enzyme giảm lượng nước giảm Giai đoạn cuối, enzyme oxy hóa khử tiếp tục hoạt động yếu thời gian bảo quản Đến giai đoạn phục hồi khả hoạt động Giai đoạn sau trình sấy số enzyme enzym oxy hóa khử khơng bị đình hồn tồn, cịn tiếp tục hoạt động yếu thời gian bảo quản tới giai đoạn giới hạn định dẫn đến hậu tạo màu polyphenol Cấu tạo tế bào thường xảy tượng tế bào sống biến thành tế bào chết Do nhiệt độ làm biến tính khơng thuận nghịch chất ngun sinh nước 1.4.4 Biến đổi cảm quan Màu sắc: Do tác dụng nhiệt độ cường độ màu tăng lên làm sản phẩm sấy có màu thẩm Màu sắc thay đổi phản ứng melanoidin oxy hóa polyphenol Chỉ tiêu màu sắc sản phẩm tiêu quan trọng chọn nhiệt độ thích hợp có tác dụng cải thiện màu sắc sản phẩm sấy tạo hình dáng thích hợp với thị hiếu người tiêu dùng Mùi: Một số mùi thơm vật liệu bay nhiệt độ phân hủy gây tổn thất chất thơm Một số chất mùi hình thành phản ứng Maillard…Mùi cháy khét đường Ngồi ra, sản phẩm có hàm lượng đường cao bị bão hòa đường dẫn đến kết tinh đường Hiện tượng gọi “lại đường” Vị: Do độ ẩm giảm nên nồng độ chất vị tăng lên cường độ vị tăng theo vị Trạng thái: Gắn liền với biến đổi vật lý hóa học như: tăng tính đàn hồi, tính dai, tính giịn, bị biến đổi hình dạng, màu sắc Về kích thước q trình sấy số sản phẩm bị co lại loại thực phẩm xốp, co xảy suốt trình sấy Sự diễn khơng lượng ẩm phân bố vật liệu không đồng Độ ẩm bề mặt nhỏ nhiều so với bên vật Sự co không nguyên nhân gây cong vênh, nứt nẻ vật liệu ❖ Kết luận: Qua phần tổng quan tài liệu cho thấy sản lượng dứa nước ta nhiều lại rộ theo mùa vụ nên sản lượng mùa vụ chênh lệch lớn, lượng cung cầu khơng hợp lí nên nhóm chọn dứa nguyên liệu để sấy nhằm bảo quản sử dụng lâu dài Những tài liệu nghiên cứu nước cho thấy dứa sấy nhiều chế độ khác nhiên việc sấy dứa thiết bị sấy hồng ngoại cịn ít, chưa rõ Chương 1: Tổng quan Trang 33 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Khóa luận tốt nghiệp đại học Hơn hết phương pháp sấy hồng ngoại giúp giữ lại hàm lượng dinh dưỡng, hương vị, màu sắc sấy, đảm bảo vệ sinh thực phẩm, không sử dụng sản phẩm xúc tác khác giúp đảm bảo an toàn Mặt khác chi phí lắp đặt thiết kế tương đối thấp, vận hành sử dụng đơn giản→ Vì nên nhóm định chọn đề tài Thiết kế máy sấy hồng ngoại nguyên liệu dứa suất 10 kg/mẻ Dứa dùng để sấy giống dứa Queen trồng tỉnh Tiền Giang Chương 1: Tổng quan Trang 34 ... tài: Tính toán, thiết kế thiết bị sấy hồng ngoại nguyên liệu dứa suất 10kg/mẻ II/ Nội dung đề tài: Tổng quan nguyên liệu Dứa phương pháp sấy hồng ngoại Việt Nam giới Tìm hiểu công nghệ sấy thực... VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY HỒNG NGOẠI 46 3.1 Sơ đồ cấu tạo thiết bị sấy hồng ngoại 46 3.2 Số liệu thiết kế ban đầu .47 3.3 Tính tốn thiết kế khơng gian sấy .48 3.4 Tính. .. thước phận tối ưu Tính tốn, thiết kế thiết bị thiết bị phụ Thiết kế vẽ cho thiết bị sấy Nội dung nghiên cứu Tổng quan nguyên liệu sấy, công nghệ sấy, cơng nghệ sấy xạ hồng ngoại, phân tích, xác