TỔNG QUAN
Nguyên liệu mít
1.1.1 Tên gọi và tên khoa học
Mít thuộc loại dâu tằm với tên khoa học của mít là: Artocarpus intrgrifolia
1.1.2 Nguồn gốc phân bố, sinh trưởng và phát triển
Mít là một loại thực vật ăn quả phổ biến ở Đông Nam Á và Brasil, có nguồn gốc từ Ấn Độ và Bangladesh Loài cây này đã được trồng rộng rãi tại nhiều quốc gia nhiệt đới như Malaysia, Sri Lanka, Indonesia, Brazil, Madagascar, Đông Dương, Thái Lan và Việt Nam Ngoài ra, mít còn xuất hiện ở Đông Châu Phi, đặc biệt là Uganda và Tanzania Quả mít không chỉ là trái cây quốc gia của Bangladesh mà còn được coi là một trong ba loại trái cây tốt nhất cùng với xoài và chuối tại Tamil Nadu, Ấn Độ.
Việt Nam trồng mít từ Bắc vào Nam, với sự phát triển mạnh mẽ ở miền Nam, đặc biệt là ở Đồng Nai, Bình Dương, Vĩnh Long và Đồng Tháp Các giống mít phổ biến bao gồm mít tố nữ, mít nghệ, mít dừa, mít thái, mít dai và mít mật.
Ở Việt Nam, mít được trồng rộng rãi với hai giống chính: mít dai có thịt rắn chắc và mít mật có thịt mềm, nhiều nước Bên cạnh đó, còn có nhiều giống mít mới được nhân giống và trồng tại Việt Nam.
Diện tích và sản lƣợng
Mít là cây ăn trái dễ trồng và không kén đất, dẫn đến diện tích trồng mít ngày càng tăng với nhiều giống mít ngon như mít Thái siêu sớm, vàng cam, nghệ Sản lượng mít tăng nhanh hàng năm, tùy thuộc vào từng giống cây trồng.
Trên 1ha đất, có thể trồng khoảng 200 cây mít, và sau 2 đến 4 năm, mỗi cây sẽ cho thu hoạch từ 70 đến 100 trái mỗi năm, tùy thuộc vào giống Với trọng lượng từ 15 đến 20 kg mỗi quả, 1ha mít có thể thu hoạch từ 210 đến 400 tấn quả hàng năm Nếu giá thị trường là 2.000 đồng/kg, người trồng mít sẽ có thu nhập đáng kể từ vụ mùa này.
Theo thống kê năm 2014, huyện Cai Lậy có gần 1.000 ha trồng mít, với tỷ lệ cho trái hơn 70%, tập trung chủ yếu tại các xã Cẩm Sơn, Thanh Hòa, Long Khánh và Hội Xuân Huyện Cái Bè cũng trồng 200 ha mít, chủ yếu ở các xã Đông Hòa Hiệp, Hòa Khánh, Hậu Thành, Mỹ Đức Tây, Mỹ Đức Đông, Hòa Hưng và An Thái Trung Diện tích trồng mít ngày càng mở rộng cùng với sự phát triển của các giống mít mới đã giúp năng suất thu hoạch tăng nhanh, đạt hơn 40 tấn/ha, với sản lượng thu hoạch hàng năm từ 30.000 đến 40.000 tấn.
Diện tích trồng mít còn được mở rộng tại các tỉnh Bình Dương, Đồng Nai, Bình Phước, các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long, cao nguyên Đắc Lắc
1.1.3 Thành phần hóa học, hóa lý
Mít là loại quả giàu đường và nhiệt lượng, với hàm lượng protein từ 0,6 đến 1,5% tùy thuộc vào loại mít Múi mít chín chứa glucid từ 11 đến 14%, bao gồm nhiều loại đường đơn như fructose và glucose, dễ hấp thụ cho cơ thể Ngoài ra, mít còn cung cấp 1 đến 2% muối khoáng, trong đó có 18mg% canxi, 25mg% sắt, 0,14mg% caroten, 4mg% vitamin C, 0,04mg% vitamin B2 cùng với các khoáng chất khác như sắt, canxi và phosphor.
Bảng 1.1 Thành phần hóa học trong 100g thịt mít tươi [1], [2]
Thành phần Nước Protein Glucid Tro
Bảng 1.2 Thành phần Vitamin trong cơm mít tươi [8]
Thành phần Khối lƣợng Thành phần Khối lƣợng
Vitamin A (IU) 175,0 ÷ 540,0 Vitamin C (mg) 7,0 ÷ 10,0 Vitamin B1 (mg) 0,03 ÷ 0,09 Folate, total (mcg) 14
Vitamin B2 (mg) 0,05 ÷ 0,4 Folate, food (mcg) 14
Vitamin B12 (mg) 24 Folate, DFE (mcg) 14
Bảng 1.3 Thành phần chất khoáng có trong thịt mít tươi [8]
Thành phần Giá trị Thành phần Giá trị
Mít còn là loại quả có độ ẩm cao, có chứa lượng nước dưới dạng liên kết hóa lý Nước trong mít được liên kết dưới các dạng:
- Liên kết cơ học : chủ yếu là nước tự do trong mít và dễ dàng bị tách ra trong quá trình sấy
Liên kết cơ lý là hiện tượng hấp thụ độ ẩm giữa mít và hơi ẩm, trong đó lượng ẩm này được gọi là ẩm liên kết Để tách ẩm liên kết ra khỏi vật liệu sấy, cần cung cấp một nguồn năng lượng cao.
Liên kết hóa học giữa lượng hơi và vật liệu sấy bao gồm các dạng như liên kết hidro, liên kết tương tác giữa các điện tử, và liên kết ion Việc tách lượng ẩm này ra khỏi vật liệu sấy rất khó khăn và nếu thực hiện, dinh dưỡng sẽ bị biến đổi theo chiều hướng giảm nhanh, dẫn đến việc phá vỡ cấu trúc và tính chất của vật liệu sấy.
Ngoài ra, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt và khối lƣợng riêng [1], [2], [3]
Bảng 1.4 Thông số hóa lý của mít
Tính chất hóa lý Thông số Độ ẩm (W) 76,08 %
Nhiệt dung riêng (Cck) 1,3 (kJ/kg.K)
Mít là một nguồn thực phẩm giàu phytonutrient như lignans, isoflavones và saponins, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe, bao gồm khả năng chống ung thư, kiểm soát huyết áp, giảm viêm loét dạ dày và làm chậm quá trình lão hóa tế bào, đồng thời cải thiện sức sống cho làn da Ngoài ra, mít còn cung cấp nhiều vitamin C và chất chống oxy hóa, giúp củng cố hệ miễn dịch và tăng cường chức năng của các tế bào bạch cầu Đặc biệt, vitamin A trong mít cũng rất quan trọng cho việc duy trì thị lực tốt.
Mít là một nguồn giàu kali, giúp điều hòa huyết áp, từ đó giảm nguy cơ đột quỵ và bệnh tim mạch Kali đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự cân bằng điện giải trong cơ thể.
Mít là một loại trái cây giàu chất xơ, giúp giảm táo bón và hỗ trợ tiêu hóa hiệu quả Chất xơ trong mít còn có khả năng loại bỏ các hóa chất gây ung thư trong ruột Ngoài ra, các loại đường tự nhiên như sucrose và fructose có trong mít cung cấp năng lượng cho cơ thể và dễ tiêu hóa Mặc dù mít chứa nhiều năng lượng, nhưng nó không chứa chất béo bão hòa hay cholesterol, làm cho nó trở thành một lựa chọn tuyệt vời cho sức khỏe.
Mít còn chứa nhiều khoáng chất khác nhƣ mangan, sắt, vitamin B6, niacin, axit folic cần thiết cho việc duy trì hoạt động của cơ thể
Múi mít là nguồn cung cấp magiê dồi dào, một khoáng chất thiết yếu cho việc hấp thụ canxi, giúp tăng cường sức khỏe xương và ngăn ngừa các rối loạn liên quan đến xương như viêm khớp mãn tính Ngoài ra, mít cũng chứa sắt, hỗ trợ ngăn ngừa thiếu máu và cải thiện tuần hoàn máu trong cơ thể.
Khoáng chất đồng trong quả mít rất quan trọng cho quá trình trao đổi chất ở tuyến giáp, đặc biệt trong việc sản xuất và hấp thụ hormone Nghiên cứu cho thấy việc thường xuyên ăn mít giúp tuyến giáp khỏe mạnh hơn so với những người không tiêu thụ loại trái cây này Hơn nữa, mít còn chứa nhiều vi khoáng chất có lợi cho sức khỏe của tuyến giáp.
Bảng 1.5 Giá trị dinh dưỡng mít (100g thịt mít tươi) [9]
Dinh dƣỡng Giá trị Dinh dƣỡng Giá trị
Năng lƣợng (kcal) 95,0 Vitamin E (mg) 0,34
Hạt mít không chỉ có giá trị dinh dưỡng mà còn được sử dụng như thực phẩm dự trữ trong những ngày khó khăn Người dân thường phơi khô hạt mít để chống đói, nhờ vào thành phần dinh dưỡng phong phú của chúng.
Bảng 1.6 Thành phần dinh dƣỡng trong hạt mít
Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan về sấy hồng ngoại
Công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại đã được nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước khẳng định là hiệu quả trong việc sử dụng năng lượng từ tia bức xạ để làm nóng vật liệu sấy, giúp bay hơi ẩm Nhiệt lượng cung cấp cho vật liệu giúp tăng dần nhiệt độ và làm ẩm bốc hơi nhờ vào năng lượng từ các tia bức xạ Do đó, cường độ và đặc tính của quá trình truyền nhiệt và truyền khối trong sấy bức xạ phụ thuộc vào quang phổ bức xạ của vật phát ra và khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ của vật liệu sấy.
Trong hệ thống sấy bức xạ, vật liệu sấy hấp thụ nhiệt từ nguồn bức xạ, giúp ẩm di chuyển từ bên trong ra bề mặt và sau đó khuếch tán ra môi trường Quá trình này được thực hiện bằng cách chiếu tia hồng ngoại từ các đèn đặc biệt có bộ phận phản xạ, định hướng tia vào sản phẩm Mặc dù phương pháp này mang lại chất lượng sấy tốt và có khả năng diệt trùng, nhưng do hiện tượng quá nhiệt, nó không phù hợp cho các vật liệu dày Thời gian sấy được rút ngắn và thiết bị có cấu tạo đơn giản, tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng công nghệ này.
1.2.1 Các nghiên cứu trong nước
Một số nghiên cứu ở Việt Nam dùng phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại để sấy
15 các sản phẩm nông sản nhƣ lúa, trái cây đã cho kết quả khá tốt nhƣ:
Sấy bánh tráng bằng bức xạ hồng ngoại, theo nghiên cứu của Lê Văn Hoàng từ ĐHBK Đà Nẵng năm 2010, cho thấy phương pháp này giúp rút ngắn thời gian sấy hiệu quả hơn so với các kỹ thuật sấy truyền thống khác.
Sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh là phương pháp hiệu quả để sấy mực ống khô lột da, theo nghiên cứu của Trần Đại Tiến từ ĐH Nha Trang (2011) Phương pháp này cho chất lượng mực khô tốt hơn so với sấy bức xạ kết hợp đối lưu Điều kiện sấy tối ưu bao gồm nhiệt độ 35°C, vận tốc gió 2m/s và khoảng cách bức xạ 40cm.
Nghiên cứu của Ngô Đăng Nghĩa tại ĐH Nha Trang (2007) cho thấy rằng việc sử dụng thiết bị sấy hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh để chế biến mực ống lột da xuất khẩu mang lại hiệu quả cao Thời gian sấy chỉ từ 10 đến 12 giờ, sản phẩm có màu sắc trắng trong, khô đều và phẳng, gần như không có sự xuất hiện của nấm mốc Đặc biệt, hàm lượng NH3 sau khi sấy chỉ tăng lên không đáng kể so với trước khi sấy.
Nghiên cứu về quá trình sấy khô các nguyên liệu nông sản có độ ẩm cao bằng bức xạ hồng ngoại đã chỉ ra chế độ sấy tối ưu cho thóc và lạc bằng máy sấy băng truyền với vận tốc băng tải 7mm/s, khoảng cách bức xạ 45cm và thời gian ủ ẩm 3 phút Đồng thời, ứng dụng công nghệ gốm bức xạ hồng ngoại giải tần hẹp kết hợp với không khí nhiệt độ thấp để sấy cá cơm xuất khẩu cho thấy chế độ tối ưu với nhiệt độ không khí trong buồng sấy là 45°C và vận tốc gió 1,2m/s, mang lại sản phẩm có màu sắc đẹp, thân thẳng và khô đều.
Nghiên cứu của Lê Như Chính tại ĐH Nha Trang năm 2013 về tối ưu hóa quy trình sấy thịt cá sấu tẩm gia vị bằng bơm nhiệt máy nén kết hợp với bức xạ hồng ngoại cho thấy thời gian sấy được rút ngắn đáng kể so với các phương pháp sấy truyền thống, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm rõ rệt.
Nghiên cứu của Nguyễn Tấn Dũng, Phạm Ngọc Cảnh và Nguyễn Thanh Phương tại ĐHSPKT TPHCM (2012) đã phát triển hệ thống sấy hồng ngoại năng suất nhỏ cho chế biến thực phẩm Kết quả cho thấy thời gian sấy được rút ngắn đáng kể, đồng thời chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu.
1.2.2 Các nghiên cứu ngoài nước
Theo nghiên cứu của Theo Jones, phương pháp sấy bằng bức xạ không chỉ rút ngắn thời gian sấy mà còn tiết kiệm năng lượng Bức xạ được truyền trực tiếp vào nguyên liệu mà không cần làm nóng không khí, từ đó giảm chi phí nhiệt trong quá trình sấy.
Phương pháp sấy bằng bức xạ mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tốc độ truyền nhiệt nhanh, khả năng điều chỉnh nguồn nhiệt và nhiệt độ cho bề mặt nguyên liệu một cách dễ dàng, cùng với thời gian sấy ngắn.
Paakomen [55] nhận thấy sấy bằng bức xạ hồng ngoại cải thiện đƣợc chất lƣợng sản phẩm các loại rau quả và đặc biệt là các loại thảo dƣợc
Zbinciski [56] đã phát triển một phương pháp kết hợp sấy đối lưu và bức xạ, mang lại sản phẩm chất lượng cao và cải thiện hiệu suất của thiết bị.
Nghiên cứu của Yamada và Wada cho thấy rằng việc sấy cá thu bằng tia hồng ngoại với khoảng cách 200mm từ tấm bức xạ gốm hồng ngoại đến bề mặt cá không chỉ giúp giảm chi phí nhiệt mà còn ngăn ngừa ô nhiễm do dầu từ cá Hơn nữa, nhiệt độ cơ thịt cá trong quá trình sấy được duy trì dưới 35°C, đảm bảo chất lượng sản phẩm rất tốt.
Nghiên cứu của Matsuura [58] chỉ ra rằng thời gian sấy bằng bức xạ giảm một nửa so với phương pháp sấy đối lưu bằng không khí nóng đối với sản phẩm cá đã được luộc hoặc chần, đồng thời giúp giảm chi phí sản xuất từ 30 đến 50%.
Nghiên cứu của Adisak Nathakaranakule và cộng sự (2010) cho thấy việc kết hợp bức xạ hồng ngoại với sấy không khí nóng và sấy bơm nhiệt giúp tăng tốc độ sấy nhãn, từ đó rút ngắn thời gian sấy Sản phẩm nhãn sau khi sấy có cấu trúc xốp hơn, ít co ngót, tỷ lệ bù nước cao hơn, độ cứng và độ dẻo dai thấp hơn so với các phương pháp sấy khác Đặc biệt, màu sắc của nhãn khô trở nên đỏ và sẫm hơn.
H Umesh Hebbar cùng với cộng sự (2004) nghiên sấy kết hợp hồng ngoại với máy sấy không khí nóng cho sấy cà rốt và khoai tây Kết quả sấy kết hợp hồng ngoại và không khí nóng của cà rốt và khoai tây với thời gian sấy giảm 48%, bên cạnh đó tiêu thụ năng lƣợng ít hơn 63% so với sấy không khí nóng
D.G Praveen Kumar cùng cộng sự (2005) nghiên cứu sấy hành tây lát mỏng (2mm) kết hợp hồng ngoại và không khí nóng Kết quả sấy kết hợp hồng ngoại với
17 không khí nóng rút ngắn thời gian sấy và cho chất lƣợng lát hành tây tốt hơn so với sấy hồng ngoại và không khí nóng
1.2.3 Thảo luận và đề xuất mô hình sấy
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ SẤY HỒNG NGOẠI
Sấy vật liệu ẩm
Sấy là quá trình tách nước ra khỏi vật liệu ẩm bằng phương pháp nhiệt tại một nhiệt độ và áp suất xác định, nhằm mục đích sau:
Giảm khối lƣợng, giảm công chuyên trở và chi phí vận chuyển
Giảm độ ẩm, giảm hoạt độ của nước trong vật liệu ẩm, làm tăng khả năng bảo quản
Làm thay đổi các đặc tính lưu biến của vật liệu ẩm về độ cứng, độ đàn hồi, độ dẻo, độ dai, …, làm tăng độ bền cho sản phẩm
Làm thay đổi giá trị cảm quan, tiện lợi trong việc sử dụng, v.v
Quá trình sấy là một công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều phương pháp sấy vật liệu khác nhau Về cơ bản, có hai phương pháp sấy chính được phân loại dựa trên nguồn năng lượng sử dụng.
- Loại bỏ ẩm nước ra khỏi vật liệu, không làm thay đổi trạng thái liên kết: vẫn ở dạng lỏng
- Loại bỏ ẩm khi thay đổi trạng thái liên kết: lỏng biến thành hơi
Có hai loại phương pháp xử lý vật liệu: loại thứ nhất sử dụng các phương pháp cơ học như ép, ly tâm và lọc; trong khi loại thứ hai liên quan đến việc sử dụng nhiệt để làm nóng vật liệu ẩm, giúp bốc hơi nước trên bề mặt và làm sôi lỏng, sau đó nước sẽ từ từ thoát ra ngoài.
Các phương pháp sấy vật liệu ẩm
Có hai phương pháp sấy chính dựa trên trạng thái tác nhân sấy và cách tạo động lực cho quá trình dịch chuyển ẩm, bao gồm phương pháp sấy nóng và phương pháp sấy lạnh.
Trong phương pháp sấy nóng, nhiệt được cung cấp để tạo ra độ chênh lệch thế sấy giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy Hệ thống sấy nóng thường được phân loại dựa trên phương pháp cung cấp nhiệt, trong đó có hệ thống sấy đối lưu.
Trong hệ thống sấy đối lưu, vật liệu sấy hấp thụ nhiệt từ một nguồn nhiệt, thường là không khí nóng hoặc khói lò Đây là loại hệ thống sấy phổ biến nhất, và trong đó, người ta phân loại thành nhiều loại khác nhau.
Hệ thống sấy thùng quay
Hệ thống sấy khí động b Hệ thống sấy tiếp xúc
Vật liệu sấy hấp thụ nhiệt từ bề mặt nóng, tạo ra độ chênh lệch áp suất hơi nước giữa bề mặt vật liệu và tác nhân sấy trong hệ thống sấy tiếp xúc Các hệ thống sấy phổ biến bao gồm hệ thống sấy lô và hệ thống sấy tang Ngoài ra, còn có hệ thống sấy bức xạ, đóng vai trò quan trọng trong quá trình sấy.
VLS hấp thụ nhiệt từ nguồn bức xạ, giúp ẩm trong vật liệu sấy di chuyển ra bề mặt và khuếch tán vào tác nhân sấy Trong hệ thống sấy bức xạ, sự chênh lệch áp suất hơi nước giữa vật liệu và tác nhân sấy được tạo ra bằng cách đốt nóng vật liệu sấy Các hệ thống sấy khác cũng có những phương pháp riêng để thực hiện quá trình này.
Trong hệ thống sấy nóng, ngoài các phương pháp sấy thông thường, còn có hệ thống sấy sử dụng dòng điện cao tần và hệ thống sấy sử dụng năng lượng điện từ trường để đốt nóng vật liệu.
Nhận xét ưu, nhược điểm của phương pháp sấy nóng: Ưu điểm:
Phương pháp sấy nóng phổ biến và hệ thống sấy đa dạng, áp dụng cho nhiều loại vật liệu sấy
Dải nhiệt độ nóng rộng dễ điều chỉnh cho mỗi loại vật liệu sấy
Nguồn nhiệt cung cấp phong phú
Chi phí đầu tƣ thiết bị không cao
Không thích hợp cho một số loại vật liệu có đặc tính nhạy cảm với nhiệt độ
Chất lƣợng sản phẩm không cao, màu sắc sản phẩm dễ biến đổi
Chi phí năng lƣợng cao
Trong các hệ thống sấy lạnh, nhiệt độ của vật liệu sấy có thể cao hơn hoặc thấp hơn 0°C Sấy lạnh mang lại chất lượng sản phẩm tốt nhất, nhưng hệ thống này phức tạp, đòi hỏi vốn đầu tư lớn và chi phí năng lượng cao cho mỗi đơn vị sản phẩm Do đó, hệ thống sấy lạnh thường chỉ được áp dụng khi vật liệu không chịu được nhiệt độ cao và yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng như màu sắc và hương vị Hệ thống sấy lạnh có thể được phân loại theo nhiều dạng khác nhau, trong đó có hệ thống hoạt động ở nhiệt độ trên 0°C.
Trong hệ thống HTS, không khí thường được khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh hoặc hấp phụ trước khi được điều chỉnh nhiệt độ theo yêu cầu công nghệ Khi áp suất hơi nước trong TNS thấp hơn áp suất hơi nước trên bề mặt vật phẩm, độ ẩm từ bề mặt VLS sẽ bay hơi vào TNS, dẫn đến sự dịch chuyển ẩm từ trong ra ngoài Quy luật dịch chuyển ẩm trong các HTS lạnh ở nhiệt độ t > 0 tương tự như trong các HTS đối lưu, với điểm khác biệt chính là phương pháp giảm áp suất hơi nước trong TNS.
Trong hệ thống thăng hoa (HTS), nước ở trạng thái rắn dưới điểm ba thể (T < 273K, p < 610Pa) nhận nhiệt lượng để thực hiện quá trình thăng hoa, chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi Để thực hiện quá trình này, cần làm lạnh vật liệu lỏng (VLS) xuống dưới 0°C trong kho lạnh, sau đó đưa VLS ẩm ở dạng rắn vào bình thăng hoa Tại đây, VLS được đốt nóng và tạo chân không xung quanh bằng bơm hút chân không Quá trình này mang lại nhiều ưu điểm trong việc xử lý và bảo quản sản phẩm.
- Phương pháp sấy này gần như bảo toàn được chất lượng sản phẩm bao gồm màu sắc, mùi vị và thành phần hóa học
- Chi phí đầu tƣ ban đầu lớn nhƣ phải dùng bơm chân không và máy lạnh để cấp đông sản phẩm trước khi đưa vào sấy
Hệ thống sấy thường có kích thước lớn, vận hành phức tạp và tốn kém trong bảo trì Sấy thăng hoa là phương pháp lý tưởng cho các sản phẩm có giá trị kinh tế cao hoặc nhạy cảm với nhiệt độ Hệ thống sấy chân không cũng là một lựa chọn hiệu quả trong những trường hợp này.
Khi nhiệt độ VLS dưới 273K nhưng áp suất xung quanh lớn hơn 610Pa, các phân tử nước ở trạng thái rắn sẽ nhận nhiệt lượng và chuyển đổi thành thể lỏng trước khi tiếp tục chuyển thành thể hơi, dễ dàng xâm nhập vào TNS.
Do tính phức tạp và chi phí cao, hệ thống sấy chân không và sấy thăng hoa chỉ được sử dụng cho những sản phẩm quý hiếm không chịu được nhiệt độ cao Vì vậy, các hệ thống sấy này là chuyên dụng và không phổ biến Một phương pháp thay thế là sử dụng máy hút ẩm chuyên dụng kết hợp với máy lạnh.
Tác nhân sấy thông thường là không khí, được khử ẩm bằng cách làm lạnh hoặc hấp phụ, sau đó được đốt nóng đến nhiệt độ yêu cầu và đi qua vật liệu sấy Khi áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu thấp hơn áp suất trong tác nhân sấy, ẩm từ bề mặt sẽ bay hơi vào tác nhân, tạo điều kiện cho ẩm trong lòng vật liệu di chuyển ra bề mặt Ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả trong việc loại bỏ độ ẩm.
- Năng suất hút ẩm khá lớn
- Khả năng giữ chất lƣợng, hàm lƣợng chất dinh dƣỡng của sản phẩm tốt (phụ thuộc vào nhiệt độ sấy)
Nhược điểm của việc tạo ra Ph trong tác nhân sấy bé là việc sử dụng máy hút ẩm hấp phụ kết hợp với máy lạnh để hạ nhiệt độ tác nhân sấy Phương pháp này gặp phải một số vấn đề đáng kể.
- Chi phí đầu tƣ ban đầu lớn do phải sử dụng máy hút ẩm chuyên dụng và máy lạnh
- Chất hút ẩm phải thay thế theo định kỳ
- Điện năng tiêu thụ lớn do cần cho chạy máy lạnh để tách ẩm và điện trở để hoàn nguyên chất hấp phụ
- Lắp đặt, vận hành phức tạp
Trong môi trường có bụi, việc dừng máy thường xuyên để vệ sinh chất hấp phụ gây ra nhiều khó khăn, tốn kém và giảm hiệu quả hoạt động Một giải pháp hiệu quả là áp dụng phương pháp bơm nhiệt ở nhiệt độ thấp, giúp cải thiện quy trình và tiết kiệm chi phí.
Phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại
2.3.1 Đặc điểm bức xạ hồng ngoại
2.3.1.1 Khái niệm về bức xạ hồng ngoại
Tia hồng ngoại là loại ánh sáng đỏ không trông thấy, có bản chất là sóng điện từ, với bước sóng điện từ dao động từ (0,76 ÷ 1000) μm
Bức xạ hồng ngoại là nguồn năng lượng hiệu quả cho việc sấy các vật liệu mỏng như bánh tráng và củ đã cắt lát Tuy nhiên, sự phân bố nhiệt không đồng đều từ đèn có thể gây cong vênh cho vật liệu Để đảm bảo vật liệu được chiếu sáng đều, cần thiết phải xác định khoảng cách phù hợp giữa các nguồn đèn Hơn nữa, để tối ưu hóa hiệu suất chiếu và tiết kiệm nhiên liệu, việc lựa chọn khoảng cách chiếu tối ưu từ nguồn đến vật liệu và vật liệu làm tường ngăn cho máy sấy hồng ngoại là rất quan trọng Những yếu tố này đóng vai trò then chốt trong việc sử dụng hiệu quả bức xạ hồng ngoại cho vật liệu.
2.3.1.2 Đặc điểm và tính chất của tia hồng ngoại
Tia hồng ngoại di chuyển theo đường thẳng từ nguồn phát, với tốc độ ánh sáng, và không làm nóng không khí mà nó đi qua.
Khi một vật phát ra bức xạ hồng ngoại, một phần nhỏ của bức xạ này sẽ bị hấp thụ bởi CO2, hơi nước và các hạt khác có trong không khí.
Cường độ bức xạ hồng ngoại giảm theo khoảng cách từ nguồn phát đến vật thể, và nhiệt độ cùng các thuộc tính vật lý của vật thể sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả và bước sóng phát ra.
Khi năng lượng hồng ngoại tác động lên các đối tượng, nó kích thích và làm cho các điện tử dao động Sự dao động này sinh ra nhiệt, dẫn đến việc nước bốc hơi nhanh chóng.
2.3.1.3 Các nguồn phát ra tia hồng ngoại
Mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0 0 K đều phát ra tia hồng ngoại
2.3.1.4 Ứng dụng của tia hồng ngoại
Tia hồng ngoại phát nhiệt có thể được sử dụng để bay hơi nước trong thực phẩm, đồng thời cũng đóng vai trò quan trọng trong y tế, giúp điều trị các bệnh xương khớp Ngoài ra, tia hồng ngoại còn được ứng dụng trong truyền thông để truyền tải thông tin giữa các thiết bị như máy tính và điện thoại, cũng như trong lĩnh vực đo lường để xác định nhiệt độ từ xa.
2.3.2 Sấy bằng bức xạ hồng ngoại
Sấy bức xạ hồng ngoại là một phương pháp hiệu quả để loại bỏ độ ẩm trong thực phẩm, sử dụng tia hồng ngoại làm nguồn năng lượng chính để làm bay hơi nước.
2.3.3 Cơ chế sấy khô vật liệu ẩm bằng bức xạ hồng ngoại
Năng lượng của bóng đèn hồng ngoại có khả năng làm bay hơi nước trong các vật liệu ẩm, giúp chúng khô nhanh chóng Bài viết này sẽ khám phá cơ chế làm khô của bức xạ hồng ngoại khi tác động lên các loại vật liệu ẩm, từ đó làm rõ hiệu quả của phương pháp này trong việc xử lý độ ẩm.
Hầu hết các vật liệu ẩm được cấu tạo từ nước và hợp chất hữu cơ, và dưới cùng một điều kiện, chúng hấp thụ năng lượng bức xạ hồng ngoại ở các bước sóng khác nhau Điều này cho phép chúng ta điều chỉnh năng lượng bức xạ về bước sóng phù hợp, giúp nước trong vật liệu ẩm bay hơi hiệu quả hơn Khi bóng đèn hồng ngoại được cấp điện, nó phát sáng và phát ra tia hồng ngoại, chiếu tới vật liệu ẩm trong phòng sấy, từ đó tối ưu hóa quá trình bay hơi.
Khi đèn hồng ngoại phát ra bức xạ, nội năng của nước trong vật liệu ẩm sẽ tăng nhanh chóng, dẫn đến sự gia tăng ma sát giữa các phân tử nước và làm nhiệt độ nước gần đạt tới điểm sôi Quá trình này khiến nước dần bốc hơi ra ngoài môi trường Các hợp chất hữu cơ trong vật liệu ẩm, giống như các vật trong suốt, hấp thụ bức xạ hồng ngoại một cách không đáng kể, do đó nếu chúng là thực phẩm, chúng sẽ không bị ảnh hưởng bởi bước sóng hồng ngoại Việc điều chỉnh năng lượng bức xạ của tia hồng ngoại về bước sóng mà nước tự do trong vật liệu ẩm hấp thụ cực đại hoàn toàn khả thi, nhờ vào mối quan hệ giữa bước sóng và nhiệt độ của bóng đèn hồng ngoại.
Theo định luật Vien, từ công thức này, chúng ta có thể điều chỉnh nhiệt độ bóng đèn để thu được bước sóng phù hợp, khoảng (2,5 ÷ 3,5) μm, nơi nước hấp thụ cực đại Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm khô vật liệu ẩm, nhờ vào tính chất nhiệt của tia hồng ngoại Hai yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình sấy vật liệu ẩm là bước sóng của tia hồng ngoại và nhiệt độ do tia hồng ngoại phát ra Điều này làm tăng tốc độ sấy, giảm thời gian sấy và nâng cao hiệu quả của quá trình này một cách đáng kể.
2.3.4 Công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại
Công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại sử dụng năng lượng từ các tia bức xạ để làm nóng vật liệu sấy, giúp bay hơi ẩm hiệu quả Nhiệt lượng cung cấp làm cho vật liệu sấy nóng dần, và quá trình này phụ thuộc vào cường độ và đặc tính của quá trình truyền nhiệt cũng như khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ của vật liệu Quang phổ bức xạ của vật phát ra bức xạ đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất của quá trình sấy.
Trong hệ thống sấy bức xạ, vật liệu sấy hấp thụ nhiệt từ nguồn bức xạ, khiến độ ẩm di chuyển từ bên trong ra bề mặt và sau đó khuếch tán ra môi trường Quá trình này được thực hiện bằng cách chiếu tia hồng ngoại từ các đèn đặc biệt có bộ phận phản xạ, giúp định hướng tia vào sản phẩm Tuy nhiên, phương pháp này có thể gây quá nhiệt cho sản phẩm, vì lớp bề mặt nóng lên nhanh hơn so với bên trong, do đó không phù hợp cho các vật liệu có độ dày lớn Công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại diễn ra qua ba giai đoạn.
Giai đoạn làm nóng vật bắt đầu khi vật được đưa vào buồng sấy và tiếp xúc với môi trường sấy, kết thúc khi nhiệt độ môi trường đạt đến nhiệt độ kế ướt Trong quá trình này, toàn bộ vật được gia nhiệt, dẫn đến việc độ ẩm của vật giảm, mặc dù mức độ giảm vẫn còn thấp.
Giai đoạn sấy tốc độ không đổi bắt đầu khi nhiệt độ môi trường sấy đạt bằng nhiệt độ kế ướt, kết thúc giai đoạn gia nhiệt Trong giai đoạn này, ẩm trong vật liệu sẽ tiếp tục hóa hơi, với nước tự do bên trong vật di chuyển ra lớp vật liệu gần bề mặt.
Các biến đổi của sản phẩm trong quá trình sấy
Quá trình sấy vật liệu ẩm dẫn đến nhiều biến đổi vật lý và cấu trúc cơ học, cùng với các biến đổi bất lợi khác, ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng sản phẩm.
Trong quá trình sấy, một lượng nước lớn từ nguyên liệu sẽ thoát ra ngoài, dẫn đến việc thay đổi cấu trúc tế bào và hình dạng của vật liệu Những thay đổi này có thể bao gồm sự biến dạng, co rút và biến đổi độ xốp của sản phẩm.
Thay đổi nồng độ chất khô: tăng lên
Phản ứng thủy phân và hồ hóa glucid
Các phản ứng tạo melanoidin, caramel
Phản ứng oxy hóa và polyme hóa các hợp chất polyphenol
Phân hủy vitamin và biến đổi chất màu, các hợp chất có hoạt chất sinh học
Biến đổi màu sắc của sản phẩm thường dẫn đến màu sắc sẫm hơn, do sự mất Mg trong phân tử clorofil khi gặp điều kiện nóng, ẩm và môi trường acid, khiến clorofil chuyển thành pheophitin Để duy trì màu xanh tự nhiên của sản phẩm, việc kiểm soát quá trình chuyển hóa Mg trong môi trường kiềm nhẹ là rất quan trọng Chỉ tiêu màu sắc trong sản phẩm sấy không chỉ ảnh hưởng đến hình dạng mà còn quyết định độ sáng và bóng của sản phẩm, từ đó đáp ứng nhu cầu thẩm mỹ của người tiêu dùng Việc chọn chế độ sấy thích hợp sẽ giúp cố định màu sắc và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Mùi hương của thực phẩm có nguồn gốc sinh học có thể bị mất mát do các chất bay hơi, ảnh hưởng bởi độ ẩm và nhiệt độ Việc này dẫn đến tổn thất chất thơm, làm giảm giá trị cảm quan của sản phẩm.
Vị: do độ ẩm giảm nên nồng độ chất vị tăng lên, cường độ vị tăng
Khi sấy carotenoit bị biến đổi, nhiệt độ sấy càng cao và thời gian sấy càng dài thì sắc tố này càng biến đổi mạnh
Antoxian có thể bị biến đổi và sẫm màu trong quá trình sấy và xử lý bằng SO2 Khi sấy rau quả, hiện tượng chuyển màu đen hoặc nâu thường xảy ra do phản ứng giữa đường khử và axit amin, hoặc do sự khử nước của đường dưới tác động của nhiệt, dẫn đến pirocatexin bị oxy hóa hoặc trùng ngưng.
2.4.3 Biến đổi sinh học và hóa sinh
Khi sấy ở nhiệt độ cao, quá trình tách nước diễn ra, dẫn đến việc giảm hoạt độ nước và làm mất môi trường sống của vi sinh vật Đồng thời, protein cũng bị biến tính, khiến cho các enzym không còn hoạt động hiệu quả.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy hồng ngoại
Giống nguyên liệu Độ chín của nguyên liệu: phụ thuộc vào thời điểm thu hoạch
Hàm lượng nước trong nguyên liệu: Thực phẩm ít nước thì thời gian sấy ngắn hơn thực phẩm chứa nhiều nước
Hình dạng nguyên liệu: Thực phẩm có bề dày mỏng thì sấy sẽ nhanh hơn
Các mối liên kết trong vật liệu bao gồm:
- Liên kết hóa học: Thể hiện dưới dạng liên kết ion hay liên kết phân tử
Lượng ẩm trong liên kết hóa học có một tỷ lệ nhất định, và khi vật liệu bị tách ẩm này, tính chất của nó sẽ thay đổi Thông thường, ở nhiệt độ từ 120 đến 150 độ C, quá trình sấy không thể tách được ẩm liên kết hóa học.
Liên kết hóa lý bao gồm liên kết hấp thụ và liên kết thẩm thấu, trong đó lượng ẩm không theo tỷ lệ cố định Khi thực hiện quá trình sấy, thường chỉ có một phần ẩm hấp phụ được tách ra.
Liên kết cơ lý bao gồm các loại liên kết cấu trúc, liên kết mao quản và liên kết thấm ướt Những liên kết này có kích thước nhỏ, do đó dễ dàng bị tách ra.
Quá trình sấy loại bỏ ẩm cơ lý, ẩm thẩm thấu và một phần ẩm hấp phụ đa phân tử trong vật liệu Ẩm được tách ra trong quá trình này được gọi là ẩm tự do.
2.5.2 Yếu tố tác nhân sấy
Nhiệt độ sấy đóng vai trò quan trọng trong quá trình sấy rau quả; nhiệt độ cao giúp tăng tốc độ sấy và nâng cao hiệu quả Tuy nhiên, cần lưu ý rằng rau quả có khả năng chịu nhiệt kém, do đó không nên sử dụng nhiệt độ quá cao trong quá trình này.
Trong môi trường ẩm nếu nhiệt độ cao hơn 70 0 C thì protein bị biến tính, trên 90 0 C
Khi nhiệt độ đạt 40 độ C, fructose bắt đầu quá trình oxy hóa, dẫn đến sự hình thành melanoidin và các phản ứng polymer hóa các hợp chất cao phân tử Nếu nhiệt độ tăng cao hơn, rau quả có nguy cơ bị cháy Vì vậy, phương pháp sấy ôn hòa với nhiệt độ không quá cao thường được áp dụng để bảo vệ chất lượng sản phẩm.
Thời gian sấy, vận tốc của tác nhân sấy
Tốc độ tăng nhiệt của tác nhân sấy và vật liệu sấy ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất sấy Nếu nhiệt độ tăng quá nhanh, tốc độ bốc hơi sẽ vượt quá khả năng chuyển dịch ẩm từ bên trong ra bề mặt, dẫn đến tình trạng rau quả bị rắn lại và cản trở quá trình thoát ẩm Ngược lại, nếu tốc độ tăng nhiệt quá chậm, cường độ thoát ẩm sẽ yếu, làm giảm hiệu suất và năng suất sấy.
Vận tốc lưu thông của không khí trong thiết bị sấy dòng khí có thể diễn ra theo hai hướng: song song hoặc ngược chiều với chuyển động của sản phẩm ẩm Ngoài ra, không khí cũng có thể lưu thông theo chiều thẳng góc hoặc trên bề mặt của sản phẩm sấy đứng yên.
2.5.3 Yếu tố thiết bị sấy
Thiết bị đóng vai trò quan trọng trong quá trình sấy, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm Cấu hình và năng suất của thiết bị là những yếu tố chính quyết định hiệu quả của quá trình này.
Quy trình công nghệ sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại cần nghiên cứu
Nguyên liệu Đóng gói, Bảo quản
Xử lý, tách vỏ, hạt
Xếp khuôn, đặt vào buồng sấy
Cơm mít (sản phẩm mít)
Nghiên cứu chế độ công nghệ sấy
Hình 2.5 Quy trình công nghệ sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại
Mít sau khi thu mua đƣợc phân loại để phù hợp với độ chín của từng trái Mít
Khi chọn mít chín, cần đảm bảo quả có gai to, mùi thơm, không bị dập hay hư hỏng, và khi ấn nhẹ sẽ cảm thấy mềm mà không có vết thâm đen Nguyên liệu phải tuân thủ các tiêu chí chất lượng, bao gồm lượng thuốc trừ sâu và hàm lượng kim loại trong giới hạn cho phép Thông thường, mít được thu hoạch khi còn xanh và để ở nhiệt độ thường trong 2 đến 3 ngày để tự chín, giúp tránh tình trạng hư hỏng và cho phép sử dụng theo độ chín mong muốn Cần tránh để mít chín trên cây vì điều này có thể thu hút côn trùng, gây hư hỏng nguyên liệu.
Sau khi nguyên liệu đạt độ chín thích hợp, cần rửa sạch bụi bẩn bằng nước Tiếp theo, cắt đôi quả mít để lấy phần cơm, đồng thời gọt bỏ lõi, hạt và vỏ mít Quá trình này cần thực hiện nhanh chóng để giữ nguyên các thành phần dinh dưỡng Cuối cùng, cơm mít thu được sẽ trở thành bán thành phẩm cho quá trình sấy sau này.
Sau khi thu nhận cơm mít, cần xếp vào khay và đặt vào buồng sấy, chú ý đến độ dày của lớp nguyên liệu Độ dày ảnh hưởng đến quá trình sấy: lớp nguyên liệu mỏng giúp sấy nhanh và đồng đều, nhưng nếu quá mỏng sẽ giảm năng suất lò sấy Ngược lại, lớp nguyên liệu dày làm giảm lưu thông không khí, dẫn đến sản phẩm bị đổ mồ hôi do ẩm Do đó, nên xếp lớp rau quả trên thiết bị sấy với khối lượng hợp lý để đảm bảo hiệu quả sấy tối ưu.
Sau khi xếp vào khuôn, sản phẩm sẽ được sấy theo các chế độ công nghệ đã nghiên cứu Sau khi hoàn tất quá trình sấy, cần phân loại sản phẩm để loại bỏ những cá thể không đạt chất lượng do cháy hoặc độ ẩm chưa đạt yêu cầu Những sản phẩm khô đạt tiêu chuẩn sẽ được đổ chung vào khay hoặc chậu lớn để điều hòa độ ẩm Cuối cùng, sản phẩm cần được quạt cho nguội hẳn trước khi đóng gói để tránh hiện tượng đổ mồ hôi.
Tùy thuộc vào loại hàng hóa, thời gian bảo quản và đối tượng sử dụng, quy cách đóng gói sẽ khác nhau Bên cạnh đó, điều kiện vận chuyển và bảo quản sản phẩm cũng đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn bao bì phù hợp.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO
Phương pháp tiếp cận
Phương pháp phân tích và tiếp cận hệ thống là một phương pháp luận quan trọng trong nghiên cứu công nghệ, giúp nhìn nhận đối tượng công nghệ như một hệ thống toàn diện Hệ thống có thể được phân hoạch hoặc tích hợp, và cả hai hình thức này đều tạo ra những thực thể mới được xem là hệ thống Phương pháp này đóng vai trò then chốt trong việc tìm kiếm công nghệ phù hợp, xác định các thông số công nghệ và tham số động học cần thiết cho thiết kế, chế tạo và ứng dụng trong sản xuất thực tế.
Việc áp dụng công nghệ sấy hồng ngoại trong bảo quản sản phẩm không chỉ gia tăng giá trị mà còn giúp tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí sản xuất Tuy nhiên, quá trình mô hình hóa và tối ưu hóa công nghệ này là một thách thức lớn, vì nó phụ thuộc vào việc phân tích chính xác các yếu tố công nghệ liên quan đến quá trình sấy bức xạ hồng ngoại, đặc biệt là đối với sản phẩm mít Nếu việc phân tích này không đầy đủ hoặc sai lệch, sẽ dẫn đến mô hình hóa không chính xác, không đáp ứng được yêu cầu thực tiễn.
Phương pháp nghiên cứu
Trong nghiên cứu sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại đã sử dụng các phương pháp sau đây:
Phương pháp thực nghiệm phân tích xác định các thành phần hóa học cơ bản của nguyên liệu [34], [35]
Phương pháp thực nghiệm được sử dụng để xác định nhiệt độ môi trường và thời gian sấy trong quá trình sấy mít Cảm biến nhiệt độ giúp đo đạc chính xác nhiệt độ, trong khi bộ đếm thời gian ghi lại thời gian sấy Đồng thời, cường độ bức xạ riêng được tính toán dựa trên số bóng đèn thắp sáng trên mỗi mét vuông, quy đổi ra kW/m², nhằm tối ưu hóa hiệu suất của buồng sấy.
Phương pháp thực nghiệm được áp dụng để xác định chi phí năng lượng cho 1kg sản phẩm sau khi sấy, đồng thời đo độ ẩm và hàm lượng carbohydrate của sản phẩm mít trước và sau quá trình sấy bằng bức xạ hồng ngoại.
Phương pháp mô hình hóa bằng quy hoạch thực nghiệm được áp dụng để xây dựng mô tả toán học cho quá trình sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại Kỹ thuật này giúp tối ưu hóa quá trình sấy, nâng cao chất lượng sản phẩm và tiết kiệm năng lượng Việc nghiên cứu và phát triển mô hình toán học sẽ hỗ trợ trong việc điều chỉnh các thông số kỹ thuật, đảm bảo hiệu quả và tính chính xác trong quá trình sấy.
Sử dụng các công cụ toán học, tin học để giải mô hình toán mô tả cho quá trình sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại [38], [39], [40], [41]
Phương pháp kiểm chứng mô hình toán bằng thực nghiệm [38], [41]
3.2.1 Phương pháp xác định các thông số công nghệ và các hàm mục tiêu
Xác định nhiệt độ môi trường sấy Z1( 0 C) bằng cảm biến nhiệt độ đo lường và điều khiển bằng bộ điều áp thông qua quá trình thực nghiệm
Xác định thời gian sấy hồng ngoại Z2(h) bằng bộ đếm thời gian hiển thì bằng LCD thông qua quá trình thực nghiệm
Xác định cường độ bức xạ riêng của quá trình sấy hồng ngoại Z3 (kW/m²) thông qua các chế độ thắp sáng đèn hồng ngoại khác nhau được lắp đặt trên hệ thống sấy điều khiển bằng bộ điều áp Việc kiểm tra bức xạ được thực hiện bằng máy đo bức xạ Tenmax trong quá trình thực nghiệm.
Xác định chi phí năng lƣợng bằng Watt kế cho quá trình sấy hồng ngoại đồng hồ đo điện năng Hioki 3286–20 hoặc sử dụng công tơ điện:
Với: P(kW) – số chỉ của Watt kế; τ(h) – thời gian sấy;
G (kg) – khối lƣợng của sản phẩm mít sau khi sấy
Cosφ – hệ số công suất
Xác định hàm lượng ẩm của sản phẩm mít sau khi sấy khô (y2, %) bằng phương pháp bảo toàn khối lƣợng thông qua cảm biến độ ẩm và khối lƣợng:
G i (kg) - Trọng lượng của nguyên liệu ban đầu trước khi sấy bức xạ hồng ngoại;
G e (kg) - Trọng lƣợng của sản phẩm mít sau khi sấy bằng bức xạ hồng ngoại;
W i (%) – Lượng nước còn lại của sản phẩm mít
Phân tích thành phần carbohydrate trong sản phẩm mít trước và sau khi sấy bằng bức xạ hồng ngoại được thực hiện bằng phương pháp HPLC/UVis tại Trung tâm Hóa sinh Trường ĐHSPKT TpHCM Nghiên cứu này nhằm đánh giá độ tổn thất các thành phần carbohydrate trong quá trình chế biến.
Với: m 1 , m 2 (mg/100g) – hàm lượng carbohydrate của sản phẩm mít trước và sau khi sấy khô
3.2.2 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm
Phương pháp nghiên cứu được đề xuất bởi Fisher R, nhằm khái quát hóa các quá trình công nghệ thông qua các mô hình thống kê thực nghiệm và phương trình hồi quy (PTHQ) bằng cách sử dụng phương pháp tổng bình phương cực tiểu Phương pháp này cho phép tính toán các hệ số của PTHQ, từ đó xây dựng mô tả toán học cho đối tượng công nghệ đang nghiên cứu Tuy nhiên, để thực hiện điều này, cần xác định phương án thực nghiệm và dạng hàm của PTHQ một cách chính xác.
Thực nghiệm có thể được thực hiện bằng phương pháp cổ điển hoặc phương pháp quy hoạch tối ưu Phương pháp cổ điển yêu cầu thực hiện nhiều thí nghiệm, nhưng gặp khó khăn trong việc mô tả đồng thời các yếu tố ảnh hưởng đến hàm mục tiêu.
Phương pháp quy hoạch tối ưu cho phép điều chỉnh nhiều yếu tố cùng lúc và xác định sự tương tác giữa chúng, từ đó giảm thiểu số lượng thí nghiệm cần thiết Phương pháp này còn được biết đến với tên gọi là quy hoạch thực nghiệm.
Các mặt đáp ứng mô tả cho các ĐTCN có miền lân cận điểm cực trị thường là miền phi tuyến Hiện nay, dạng đa thức bậc hai là phương pháp phổ biến nhất để mô tả miền gần điểm cực trị, do đã được nghiên cứu toàn diện từ thiết kế phương án thực nghiệm đến kiểm định các hệ số của PTHQ và xác định điểm cực trị Tuy nhiên, việc tăng số bậc đa thức sẽ làm tăng số thí nghiệm, dẫn đến PTHQ phức tạp, gây khó khăn trong việc xác định điểm cực trị và kiểm soát quá trình công nghệ, làm giảm khả năng đạt được chế độ ổn định Ngoài ra, việc lựa chọn phương án nghiên cứu còn phụ thuộc vào nhiệm vụ cần giải quyết và điều kiện thiết bị, kỹ thuật cũng như khả năng thực nghiệm.
Việc mô hình hóa quá trình sấy hồng ngoại sử dụng phương pháp thống kê thực nghiệm và mô hình dự đoán với các mô hình bậc hai Đồng thời, thông qua phân tích các phương pháp qui hoạch tối ưu, mô hình toán học cho quá trình hồng ngoại được thực hiện theo qui hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 Phương án này được tiến hành qua các bước cụ thể.
Mô hình toán học dự đoán có dạng:
Trong đó: xj là các biến mã hóa của các biến thực Zj đƣợc tính:
Với: Z min j Z j Z max j ; max min j j
(3.6) k: là số yếu tố đầu vào ảnh hưởng (số biến) đến hàm mục tiêu
Số thí nghiệm được thiết kế theo phương án thực nghiệm là:
N = n k + n * + n 0 = 2 k + 2k + n 0 (3.7) trong đó: nk = 2 k là số thí nghiệm của phương án thực nghiệm yếu tố từng phần, n* = 2k là số thí nghiệm của phương án thực nghiệm ở điểm (*), và n 0 là số thí nghiệm của phương án thực nghiệm ở tâm (0).
Cánh tay đòn của điểm (*): N.2 k 2 2 k 1 (3.8)
Điều kiện để ma trận TN trực giao : 1 2 k 2 2
Xác định các hệ số của PTHQ ở (2.4) theo hệ phương trình sau [1, 3, 13]:
Để xác định ma trận B theo công thức (3.10) từ các ma trận X và Y được xác định thực nghiệm, chúng ta cần tính toán các hệ số trong phương trình hồi quy (PTHQ) Sau đó, việc kiểm định ý nghĩa của các hệ số này theo chuẩn Student và kiểm tra sự tương thích của PTHQ với kết quả thực nghiệm theo chuẩn Fisher sẽ cho ra các PTHQ chính xác [26, 27, 35].
Tính phương sai tái hiện:
: giá trị trung bình của yu
Xác định phương sai của các hệ số bj:
Xác định tiêu chuẩn Student [26, 27, 35]: j j bj b t s (3.13)
Kiểm định tiêu chuẩn Student: nếu t j < t p (f 2 ) = t 0,05 (f 2 ) thì các hệ số bj bị loại khỏi
PTHQ, ngƣợc lại thì nhận [1, 3, 13] (3.14)
Với: f2 = n0 – 1: bậc tự do của số mẫu thí nghiệm ở tâm; n0: số thí nghiệm song song ở tâm; tp(f2): tiêu chuẩn Student tra bảng với mức ý nghĩa p = 0,05
Xác định phương sai dư:
Với: L: số hệ số bj có ý nghĩa trong PTHQ; f1 = N – L: bậc tự do
Xác định tiêu chuẩn Fisher: 2 du 2 th
Kiểm định tiêu chuẩn Fisher được thực hiện bằng cách so sánh giá trị F với F1-p(f1, f2) Nếu F nhỏ hơn F1-p(f1, f2), tức là F < F0,95(f1, f2), thì mô hình thực nghiệm PTHQ tương thích với dữ liệu thực nghiệm Ngược lại, nếu không tương thích, cần phải lựa chọn lại mô hình thực nghiệm khác, tiến hành quy hoạch thực nghiệm và xây dựng mô hình từ đầu.
3.2.3 Phương pháp Mô hình hóa thiết lập bài toán tối ưu đa mục tiêu Đối tƣợng của qui hoạch thực nghiệm trong các ngành công nghệ là một quá trình hoặc hiện tƣợng nào đó có những tính chất, đặc điểm chƣa biết cần nghiên cứu Người nghiên cứu có thể chưa hiểu biết đầy đủ về đối tượng, nhưng đã có một số thông tin tiên nghiệm dù chỉ là sự liệt kê sơ lược những thông tin biến đổi, ảnh hưởng đến tính chất đối tƣợng Có thể hình dung chúng nhƣ một ―hộp đen‖ trong hệ thống điều khiển gồm các tín hiệu đầu vào và đầu ra
Hình 3.1 Bài toán hộp đen
Bài toán hộp đen được mô tả trong Hình 3.1, trong đó các thông số đầu vào là những yếu tố có thể đo lường và điều khiển, trong khi các yếu tố đầu ra là những yếu tố có thể đo lường nhưng khó điều khiển.
Phương pháp tính toán thiết kế
3.3.1.1 Phương pháp tính toán vật chất
Phương pháp này chủ yếu dựa vào định luật bảo toàn khối lượng và phương trình
Để xác định chính xác lượng nguyên liệu cần đưa vào quá trình sấy và lượng sản phẩm thu nhận được sau khi sấy, cần phải có sự cân bằng vật chất Thông tin ban đầu cần thiết bao gồm các yếu tố liên quan đến nguyên liệu và sản phẩm.
Năng suất của thiết bị: là bao nhiêu kg ẩm bốc ra và ngƣng tụ lại trong một mẻ, có nghĩa (kg nước ngưng/mẻ)
Thời gian sấy trong một mẻ
Độ ẩm ban đầu của nguyên liệu đƣa vào sấy
Độ ẩm sản phẩm đạt yêu cầu
3.3.1.2 Phương pháp tính toán năng lượng
Phương pháp tính toán nhiệt được áp dụng trong nghiên cứu này nhằm đáp ứng các nhiệm vụ đã đề ra, kết hợp giữa thực nghiệm và lý thuyết để đạt được kết quả chính xác và đáng tin cậy.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được áp dụng để xác định chế độ công nghệ sấy tối ưu cho sản phẩm mít Mục tiêu là tìm kiếm các thông số công nghệ và tham số kỹ thuật cần thiết cho việc tính toán thiết kế Nghiên cứu cũng dựa trên những kinh nghiệm thực tế từ các kết quả nghiên cứu sản phẩm trước đó.
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết trong thiết kế hệ thống sấy bao gồm việc áp dụng các thông số công nghệ và tham số kỹ thuật đã được xác định Đồng thời, cần sử dụng các định luật và phương trình cân bằng năng lượng, kết hợp với tính toán cân bằng vật chất của hệ thống để thực hiện các phép tính cần thiết cho việc thiết kế hiệu quả.
Dựa trên các số liệu đã tính toán và việc lựa chọn kiểu dáng thiết bị hình trụ nhằm đảm bảo nhiệt độ phân bố đều và an toàn cho hệ thống sấy, chúng tôi tiến hành xây dựng các bản vẽ thiết kế chi tiết để chế tạo thiết bị trong hệ thống sấy hồng ngoại Các bản vẽ lắp đặt cũng được thực hiện với sự hỗ trợ của phần mềm Autocad 2007, Matlab và Visual Basic.
Phương pháp chế tạo
Dựa trên các bản vẽ kỹ thuật đã hoàn thiện, quá trình chế tạo thiết bị và các chi tiết của thiết bị sẽ được thực hiện thông qua các phương pháp gia công truyền thống.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY
Tính toán thiết kế và chế tạo hệ thống sấy
4.2.1 Các thông số cần thiết cho quá trình tính toán thiết kế
Theo tiêu chuẩn HCCP trong ngành chế biến thực phẩm, nhiệt độ môi trường làm việc cần duy trì từ 24 đến 26 độ C để đảm bảo chất lượng sản phẩm và tiết kiệm năng lượng Nên lựa chọn nhiệt độ đầu vào là 25 độ C với độ ẩm 80% Độ ẩm ban đầu của mít Thái Lan là 72,34%.
Nhiệt độ sấy yêu cầu đối với mít là: 63,43 0 C
Quá trình sấy bức xạ hồng ngoại cho sản phẩm mít có các chế độ tối ưu như sau: nhiệt độ buồng sấy đạt 63,43°C, thời gian sấy kéo dài 7,13 giờ, và cường độ bức xạ hồng ngoại là 6,40 kW/m².
Theo phương pháp tối ưu tính được W 2 = 5,13%,
Năng suất đầu ra của sản phẩm:
Lượng nước bay hơi trong quá trình sấy:
W = G1 – G2 = 10 – 2,92 = 7,08 [kg/mẻ] (4.8) Lƣợng chất khô có trong vật liệu
G ck = G 1 (100 – W 1 )/100 = 10.(100 – 72,34) = 2,766 [kg] (4.9) Lượng nước ban đầu có trong vật liệu
Wbd = G1.W1/100 = 10.72,34/100 = 7,234 [kg] (4.10) Lượng nước còn lại trong sản phẩm sau khi sấy
4.2.2 Tính toán thiết kế không gian sấy
Trên thực nghiệm thì đo với khay 500mm x 350mm x 20mm chứa đƣợc 1,5 kg mít, tương ứng với 8,5 kg/m 2
Hình 4.2 Thịt mít sau khi tách hạt và sơ mít thực tế
Chọn mật độ trung bình trên khay là 8,5 kg/m 2 , chọn kích thước khay là 600mm x 20mm với năng suất 10kg/mẻ suy ra số lƣợng khay là:
Chọn 4 khay, mỗi khay chứa 2,5 kg vật liệu sấy
Để lắp đặt bóng đèn hồng ngoại trong buồng sấy, cần đảm bảo không gian 100mm cho bốn mặt bên và 200mm cho mặt trên dưới Khoảng hở giữa các khay lắp bóng đèn cần đạt 180mm, trong khi chiều cao mỗi khay là 20mm, bao gồm cả phần khung.
Chiều rộng buồng sấy: R = 600 + 2.100 = 800mm
Chiều dài buồng sấy: D = 600 + 2.100 = 800mm
Chiều cao buồng sấy: C = 3.180 + 4.20 + 2.200 = 1020mm
Vậy kích thước buồng sấy: 800mm x 800mm x 1020mm (D x R x C)
4.2.3 Tính nhiệt tải cho hệ thống sấy
Nhiệt tải cho quá trình sấy được xác định theo phương trình sau:
Q 1 (kJ) – nhiệt đốt nóng, từ tbd = 25 0 C đến nhiệt độ tối ƣu là topt = 63,43 0 C và làm bay hơi lượng nước W
Q 2 (kJ) - nhiệt đốt nóng lượng nước không bay hơi còn lại trong sản phẩm W cl Wbd – W, từ tbd = 25 0 C đến nhiệt độ tối ƣu là topt = 63,43 0 C
Q3 (kJ) - nhiệt đốt nóng lƣợng chất khô trong sản phẩm Gck, từ tbd = 25 0 C đến nhiệt độ tối ƣu là t opt = 63,43 0 C
Q4 (kJ) - nhiệt đốt nóng khay chứa sản phẩm, từ tbd % 0 C đến nhiệt độ tối ƣu là t opt = 63,43 0 C
Xác định nhiệt dung riêng của chất khô
Công thức chung để tính nhiệt dung riêng của các thực phẩm theo nhiệt dung riêng của các thành phần là:
C i Nhiệt dung riêng của các thành phần thực phẩm [kJ/kgK] x i – Thành phần khối lƣợng của các thành phần thực phẩm, %
Bảng 4.9 Nhiệt dung riêng các thành phần của thực phẩm theo nhiệt độ
Thành phần chính Công thức
Bảng 4.10 Thành phần của các chất trong mít (25C)
Khối lƣợng trong 100g vật liệu ban đầu (g)
Nhiệt dung riêng của mít (kJ/kgK)
Nhiệt dung riêng chất khô của mít (theo Chen, 1985)[7]:
Theo bảng 3.1 & 3.2 thì nhiệt dung riêng của mít sẽ xác định theo hàm:
Quá trình sấy hồng ngoại nâng nhiệt độ của mít từ 25°C lên mức tối ưu 63,43°C Do đó, nhiệt dung riêng trung bình của mít được xác định trong quá trình này.
( ) opt opt bd bd t t tb i i opt bd t opt bd t
Thay dữ liệu vào tính đƣợc Ctb = 3,478 kJ/(kg.K)
Nhiệt lƣợng cần thiết để bay hơi ẩm
Tra ở bảng Các thông số nhiệt vật lý của nước [26]: r = f(t) = 2509,64 – 2,51T, kJ/kg:
63, 43 25 2 opt opt bd bd t t tb opt bd t opt bd t r f t dt t dt t t t t t t
Cp = f(t) = cn = 4,1672 – 9,0864.10 -5 t + 5,4731.10 -6 t 2 , kJ/(kg.K), tra ở bảng Các thông số nhiệt vật lý của nước [26], nên:
63, 43 25 2 3 opt opt bd bd t t ptb opt bd t opt bd t
Khi đó: Q1 = W(rtb + Cptb.t) = 7,08.[2398.66 + 4,184.(63,43 – 25)] = 18120,8 kJ
Q2 = Wcl.Cptb(topt – tbd) = 0,154.4,184(63,43 – 25) = 24,8 kJ
Q 3 = G ck C ktb (t opt – t bd ) = 2,766.0,459(63,43 – 25) = 48 kJ Tổng nhiệt lượng cần thiết để đốt nóng vật liệu và làm bay hơi nước trong quá trình sấy:
Tổng năng lượng hấp thụ từ bức xạ hồng ngoại của vật liệu là 18193,6 kJ, được tính bằng cách cộng các giá trị Q1, Q2 và Q3, trong đó Q1 là 18120,8 kJ, Q2 là 24,8 kJ và Q3 là 48 kJ Phần năng lượng còn lại sẽ bị phản xạ hoặc xuyên qua vật liệu.
Hình 4.3 Đường đi của tia nhiệt bức xạ
Theo Cengel (1998), trong một số trường hợp có thể xem hệ số hấp thụ của vật liệu bằng với hệ số phát xạ: (T) = (T)
Hệ số phát xạ của thực phẩm thường dao động từ 0,85 đến 1,0, với giá trị điển hình thường được chọn là 0,97 Nếu chọn hệ số phát xạ của mít là 0,85, thì nhiệt lượng cần thiết cho các bóng đèn hồng ngoại sẽ được tính toán dựa trên giá trị này.
Q1 + Q2 + Q3 193,6/0,85 = 21404,2 kJ Ngoài ra trong quá trình sấy còn có các tổn thất nhƣ sau:
- Tổn thất nhiệt ra môi trường qua các bề mặt buồng sấy
- Tổn thất nhiệt để làm nóng khay chứa vật liệu
4.2.3.4 Tính Q 4 – tổn thất qua khay chứa vật liệu
Khay chứa có kích thước 600mm x 20mm, được chế tạo từ thép không gỉ SUS304 với độ dày 1mm và tỷ lệ diện tích lỗ 30% Khối lượng riêng của vật liệu là 7930 kg/m³ và nhiệt dung riêng đạt 0,5 kJ/kgK Phần khung của khay cũng được làm bằng thép không gỉ, có chiều rộng 20mm và độ dày 1mm.
Khối lƣợng tấm đỡ vật liệu:
G k = 1,57 +0,45 = 2,02 kg Tổn thất nhiệt qua 04 khay:
4.2.3.5 Tính Q 5 – tổn thất nhiệt ra môi trường
Tổn thất nhiệt do đối lưu tự nhiên giữa 04 bề mặt bên của buồng sấy
Tổng diện tích 04 bề mặt buồng sấy:
Vách buồng sấy không cách nhiệt có độ dày δ/λ, với sự trao đổi nhiệt đối lưu bên trong và bên ngoài vách buồng sấy được xem là tương đương và rất nhỏ, dẫn đến q1 = q2, từ đó suy ra t w1 = t w2 = t w.
Nên nhiệt độ trung bình tính toán nhƣ sau [52]: t C t m t w f 34,607 0
Thông số của không khí ở nhiệt độ 34,607C:
= 1,113 kg/m 3 ; Cp = 1,005 kJ/kgK; = 0,0279 W/mK;. = 17,38.10 -6 m 2 /s;
Hệ số tỏa nhiệt đối lưu:
Tổn thất nhiệt do đối lưu ra môi trường: kJ t
Tổn thất do bức xạ nhiệt ra môi trường: kJ T
Tổng tổn thất qua 04 mặt bên:
Q 31 = 12582,1 + 1754,5 = 14336,6 kJ Tổn thất nhiệt do đối lưu tự nhiên giữa mặt trên và mặt dưới của buồng sấy
Diện tích mỗi mặt trên và mặt dưới buồng sấy:
Vách buồng sấy không cách nhiệt có độ dày δ/λ, với việc trao đổi nhiệt đối lưu ở cả hai phía trong và ngoài vách buồng sấy được xem là tương đương và rất nhỏ, dẫn đến q1 = q2 Do đó, nhiệt độ ở hai mặt vách buồng sấy là như nhau, tức là tw1 = tw2 = tw.
Nên nhiệt độ trung bình tính toán nhƣ sau [52]: t C t m t w f 34,607 0
Thông số của không khí ở nhiệt độ 34,607C:
= 1,113 kg/m 3 ; Cp = 1,005 kJ/kgK; = 0,0279 W/mK;. = 17,38.10 -6 m 2 /s;
Pr = 0,698; = 1/(44,215 +273) = 0,00315 Kích thước xác định:
Tiêu chuẩn Nusselt đối với mặt trên:
Hệ số tỏa nhiệt đối lưu đối với mặt trên:
Tổn thất nhiệt do đối lưu ra môi trường ở mặt trên: kJ t
Tiêu chuẩn Nusselt đối với mặt dưới:
Hệ số tỏa nhiệt đối lưu đối với mặt dưới:
Tổn thất nhiệt do đối lưu ra môi trường ở mặt dưới: kJ t
Tổn thất do bức xạ nhiệt ra môi trường: kJ T
Tổng tổn thất qua mặt trên và dưới:
Q32 = 2467,1 + 1628,1 + 688,1 = 4783,3 kJ Tổng tổn thất ra môi trường:
Tổng nhiệt lƣợng cần thiết cho quá trình sấy
Công suất cần thiết của đèn hồng ngoại:
Theo Zhongli Pan (2011), hiệu suất của các bóng đèn hồng ngoại thường khoảng 88%, công suất cần thiết của các bóng đèn sẽ đƣợc tính nhƣ sau: [11], [52], [60]
Với công suất 100W mỗi bóng đèn, cần 19 bóng để lắp đặt Để phân bố đều trong buồng sấy, ta sẽ lắp 5 hàng bóng, mỗi hàng chứa 4 bóng, được bố trí so le theo khoảng cách được chỉ định trong bản vẽ thiết kế (xem phụ lục).
Thiết kế hệ thống sấy hồng ngoại
Từ số liệu tính toán bằng phần mềm Autocad 7.0 đã xây dựng bản vẽ thiết kế chế tạo (xem phụ lục).
Chế tạo hệ thống sấy
Sau quá trình thiết kế và tính toán hệ thống sấy, tôi đã thành công trong việc chế tạo mô hình máy sấy hồng ngoại Thiết bị này là công nghệ mới, có phạm vi ứng dụng rộng rãi, đặc biệt phù hợp cho việc sấy nhiều loại nông sản thực phẩm, nhất là những sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao.
Tự động điều khiển hệ thống sấy
Các linh kiện điện và điện tử cần thiết để chế tạo hệ thống điều khiển cho máy sấy hồng ngoại bao gồm: cầu dao (CB), relay trung gian, relay nhiệt độ, thermostat, công tắc xoay, dimmer, bóng đèn hồng ngoại và motor xoay khay sấy.
Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển
Sơ đồ mạch điều khiển
Hình 4.5 Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống sấy hồng ngoại
Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển
Khi đóng cầu chì, rơ le nhiệt độ của vật liệu sấy và các tác nhân sấy sẽ bắt đầu hoạt động, khiến đèn báo sáng lên Để giảm cường độ bức xạ của 20 bóng đèn hồng ngoại, các đèn này có thể được nối trực tiếp với nguồn điện hoặc thông qua R1 để giảm xuống mức 1, hoặc qua 2R1 để giảm xuống mức 2 Mô tơ quay sẽ giảm tốc độ khi nối với R2 và tiếp tục giảm xuống mức 2 khi nối với 2R2 Khi nhiệt độ trong buồng sấy vượt quá t1 (mức nhiệt độ cài đặt), Th1 sẽ kích hoạt chuyển mạch để giảm cường độ bức xạ từ mức tối đa xuống mức 1.
Th 2 Th 2 sẽ điều khiển nhiệt độ buồng sấy ở mức cài đặt t 2 nếu nhiệt độ buồng sấy lớn hơn t2 thì Th 2 chuyển mạch, toàn bộ đèn sẽ nối với 2R 1 làm giảm cường độ bức xạ, mô tơ nối với 2R2 sẽ chuyển về tốc độ thấp nhất khi nhiệt độ buồng sấy giảm đến mức dưới Th1 sẽ đóng mạch và cường độ bức xạ tăng mức tối đa và mô tơ quay với tốc độ lớn nhất Cách điều chỉnh này tuy nhảy cấp nhƣng cấp nhảy ở một mức độ yêu cầu vừa đủ vẫn có khả năng điều chỉnh nhiệt độ buồng sấy ổn định và tốc độ quay của khay sấy ổn định theo mức độ cường độ bức xạ của đèn hồng ngoại.
Tính kiểm tra chất lƣợng hệ thống sấy
4.7.1 Phía vật liệu sấy (mít)
Tiến hành đo kích thước và khối lượng các múi mít Thái đã tách hạt, kết quả như sau:
Bảng 4.11 Số liệu thực tế của mít về kích thước và khối lượng sau khi tách hạt
Chiều dài (cm) đường kính 1 (cm) đường kính 2 (cm)
Hình 4.6 Trọng lượng và kích thước thực tế của múi mít
Qua đó có thể xem một múi mít trung bình có kích thước như hình nón cụt và khối lƣợng nhƣ sau:
- Đường kính 1 trung bình: d1 = 2,5 cm
- Đường kính 2 trung bình: d2 = 4,4 cm
- Chiều dài trung bình: l = 6,2 cm
Diện tích bề mặt mỗi múi:
Khối lƣợng vật liệu cần sấy: 10 kg
Tổng số múi mít cần thiết: n = 10000/27,5 = 363 múi
Tổng diện tích bề mặt các múi mít: F = n.f = 363.87,31/10000 = 3,169 m 2
Các thông số tính toán:
- Nhiệt độ vật liệu ban đầu: 1 = 25C
- Nhiệt độ vật liệu cần duy trì trong quá trình sấy: 2 = 63,43C
- Hệ số hấp thụ của vật liệu: = 0,85
Nhiệt lƣợng cần cung cấp để duy trì nhiệt độ vật liệu trong quá trình sấy:
Nhƣ vậy: QVL < Q 1 + Q 2 + Q 3 nên đảm bảo cung cấp đủ nhiệt cho vật liệu sấy trong quá trình sấy
Tổng tổn thất trong quá trình sấy theo tính toán ở mục 3 và 4: Q4 + Q5 275 kJ Tổng nhiệt lƣợng cần thiết cho quá trình sấy: Q’ = 19309 + 19275 = 38584 kJ
Trong phần thiết kế, tổng nhiệt lƣợng mà các bóng đèn cung cấp (Q = 40679,2 kJ) lớn hơn Q’ nên đảm bảo cung cấp đủ nhiệt lƣợng cho quá trình sấy
4.7.2 Về phía nguồn phát hồng ngoại (bóng đèn)
Tổng số bóng lắp đặt: 20 bóng
Thông số bóng đèn hồng ngoại Philip nhƣ sau:
- Hiệu suất nhiệt: 92 % (trong phần thiết kế chọn d = 88%)
- Nhiệt độ phát tại tâm: 2500 K
- Đường kính bầu bóng: 95 mm
- Chiều dài tối đa: 130 mm
Tổng lƣợng nhiệt phát ra trong quá trình sấy:
Tổng nhiệt lượng phát ra từ các bóng đèn cao hơn mức cần thiết, do yêu cầu bố trí thêm bóng để đảm bảo mật độ dòng nhiệt phân bố đồng đều Do đó, trong quá trình sấy, cần điều chỉnh công suất của các bóng đèn cho phù hợp.
Tổng diện tích chứa vật liệu của 4 khay: 1,13 m 2
Thời gian để nhiệt độ vật liệu đạt 63,43C: