Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật sấy lạnh trong sấy gấc

Khoa Cơ Khí - Động Lực Luận Văn Tốt Nghiệp MỤC ỤC Trang tựa TRANG QU ẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LÝ LỊCH KHOA HỌC Error! Bookmark not defined LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC HÌNH ix ANH S CH C C CH VIẾT T T xi T M T T ABSTRACT MỞ ĐẦU Đặt vấn đề A Phạm vi nghiên cứu đề tài B Mục tiêu nghiên cứu đề tài C Ý nghĩa khoa học tính cấp thiết đề tài E Phương pháp nghiên cứu F Tổng quát nội dung thực đề tài Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu sấy 1.2 Thành phần dinh dưỡng gấc 10 1.3 Tổng quan sấy bơm nhiệt 12 1.4 Cơ sở lý luận sấy bơm nhiệt 15 1.5 Các kết nghiên cứu sử dụng bơm nhiệt sấy nước giới 16 Trang iii Khoa Cơ Khí - Động Lực Luận Văn Tốt Nghiệp 1.6 Các kết nghiên cứu sấy màng gấc 18 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23 2.1 Nước hoạt h a thực phẩm rau củ 23 2.2 Các dòng dịch chuyển chế thoát ẩm VLS 23 2.2.1 Cơ chế thoát ẩm vật liêu sấy 23 2.2.2 Các dòng dịch chuyển ẩm dịch chuyển ẩm VLS 27 2.2.4 Các giai đoạn trình sấy 27 2.2.5 Các dạng liên kết ẩm vật liệu 28 2.2.6 Các đặc trưng nhiệt vật lý vật liệu 29 2.3 Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến q trình làm khơ 31 2.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ tác nhân sấy (tTNS) 31 2.3.2 Ảnh hưởng vân tốc tác nhân sấy (vTNS) 31 2.3.3 Ảnh hưởng độ ẩm tương đối khơng khí 32 2.3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ ngưng tụ nước dàn lạnh (tNT) 32 2.3.5 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu mẻ sấy 33 2.4 Phương pháp xác định số tiêu nguyên liệu sản phẩm sấy 33 2.4.1 Phương pháp xác định độ ẩm ban đầu nguyên liệu sấy (M1) 33 2.4.2 Phương pháp xác định ẩm độ tức thời nguyên liệu sấy 33 2.4.3 Phương pháp xác định tốc độ sấy theo thời gian 33 2.4.4 Phương pháp xác định hàm lượng β- carotene 34 2.4.5 Phương pháp xác định màu sắc 34 2.4.6 Phương pháp xác định điện riêng 34 2.4.7 Phương pháp thiết kế hệ thống sấy bơm nhiệt 34 2.5 Xử lý số liệu thống kê 37 2.5.1 Xử lý số liệu thống kế bậc 37 2.5.2 Xử lý số liệu thực nghiệm bậc phần mềm statgraphic 38 Chƣơng 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY SẤ Trang iv ƠM NHIỆT 42 Khoa Cơ Khí - Động Lực Luận Văn Tốt Nghiệp 3.1 Tính tốn q trình sấy lý thuyết 42 3.1.1 Đồ thị I – d 42 3.1.2 Tính tốn trình sấy 43 3.1.3 Tính tốn tốc độ sấy thời gian sấy 44 3.1.4 Tính tốn nhiệt q trình 47 3.1.5 Tính tốn kích thước buồng sấy 48 3.2 Xây dựng trình sấy thực tế đồ thị I-d 49 3.2.1 Cân nhiệt cho trình sấy thực tế 49 3.2.2 Tính tốn tổn thất nhiệt ∆ 50 3.3 Tính tốn q trình sấy thực tế 53 3.4 Tính tốn thiết kế máy sấy bơm nhiệt 54 3.5 Tính tốn dàn ngưng 54 3.6 Tính tốn dàn bay 58 3.7 Tính chọn máy nén 60 3.8 Tính chọn quạt 60 3.9 Mơ hình phương tiện thí nghiệm 63 Chƣơng 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SẤ MÀNG ĐỎ HẠT GẤC TRÊN MƠ HÌNH 65 4.1 Vật liệu phương tiện 65 4.1.1 Vật liệu 65 4.1.2 Phương tiện 65 4.2 Dụng cụ đo thiết bị đo 66 4.2.1 Dụng cụ phương pháp điều chỉnh biến số đầu vào 66 4.2.2 Phương pháp thu thập số liệu đầu 67 4.3 Xác định hàm mục tiêu biến đầu vào 68 4.3.1 Hàm mục tiêu phương pháp xác định 68 4.3.2.Xác định biến số đầu vào ( thông số công nghệ) 69 Trang v Khoa Cơ Khí - Động Lực Luận Văn Tốt Nghiệp 4.3.3 Thực nghiệm tối ưu h a thông số công nghệ đến hàm mục tiêu73 4.4 Thiết lập hàm mục tiêu cho tối ưu h a đa mục tiêu 74 4.4.1 Qui hoạch kết thực nghiệm 74 4.4.2 Thiết lập mơ hình toán thời gian sấy 77 4.4.3 Thiết lập mơ hình tốn học cho lượng tiêu thụ 79 4.4.4 Thiết lập mơ hình tốn học độ giảm hàm lượng -carotene sản phẩm 82 4.4.5 Tối ưu h a thông số công nghệ 86 4.5 Đánh giá chất lượng gấc sấy khô bơm nhiệt chế độ sấy tối ưu so với phương pháp khác 88 4.5.1 Ảnh hưởng phương pháp sấy đến thời gian sấy 90 4.5.2 Ảnh hưởng phương pháp sấy đến hàm lượng β-carotene 92 4.5.3 Ảnh hưởng phương pháp sấy đến màu sắc sản phẩm 92 4.6 Đánh giá chất lượng gấc sấy khô bơm nhiệt chế độ sấy tối ưu so với công bố khác 93 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 96 5.1 Kết luận 96 5.2 Kiến nghị 97 PHỤ LỤC 103 Phụ lục 4.1 Bảng tính tốn xác định phương sai dư hàm Y1 103 Phụ lục 4.2 Bảng tính tốn xác định phương sai tương thích hàm Y2 104 Phụ lục 4.3 Bảng tính tốn xác định phương sai dư hàm Y3 105 Phụ lục 4.4 Xác định phương trình hồi qui hàm Y1 phần mềm Statgraphics 106 Phụ lục 4.5 Xác định phương trình hồi qui hàm Y2 phần mềm Statgraphics 109 Trang vi Khoa Cơ Khí - Động Lực Luận Văn Tốt Nghiệp Phụ lục 4.6 Xác định phương trình hồi qui hàm Y3 phần mềm Statgraphics 112 Phụ lục 4.7 So sánh phương pháp sấy – sấy lạnh bơm nhiệt 115 Phụ lục 4.8 So sánh phương pháp sấy – sấy khơng khí n ng đối lưu 115 Phụ lục 4.9 So sánh phương pháp sấy – phơi nắng 116 Phụ lục 4.10 Kết kiểm nghiệm Beta - carotene gấc tươi 118 Phụ lục 4.11 Kết kiểm nghiệm Beta - carotene gấc khô – phơi nắng 119 Phụ lục 4.12 Kết kiểm nghiệm Beta - carotene gấc khô – sấy n ng 120 Phụ lục 4.13 Kết kiểm nghiệm Beta - carotene gấc khô – sấy bơm nhiệt 121 Phụ lục 14 Các báo đăng 121 Trang vii Khoa Cơ Khí - Động Lực Luận Văn Tốt Nghiệp DANH SÁCH CÁC BẢNG ẢNG TRANG ảng 1 Thành phần muối khoáng vitamin loại 11 ảng Thành phần h a học 100g gấc 12 Bảng 1.3 So sánh hiệu sấy bơm nhiệt với hệ thống sấy khác 20 Bảng 1.4 So sánh chất lượng thực phẩm sấy công nghệ sấy lạnh so với 20 công nghệ sấy truyền thống 20 Bảng 3.1: Độ ẩm màng đỏ hạt Gấc tươi 44 Bảng 3.2- Khối lượng riêng màng Gấc tươi 45 Bảng 3.3: Các thông số điểm nút 54 Bảng 3.4 Tổng hợp kết tính tốn cho máy thiết bị lạnh 63 Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật thiết bị mơ hình 64 Bảng 4.1: Thông số xuất xứ dụng cụ thí nghiệm 68 Bảng 4.2: Miền thực nghiệm đa yếu tố 74 Bảng 4.3: Kết nghiên cứu thực nghiệm 75 Bảng 4.4 Bảng kết chế độ thí nghiệm tâm 76 Bảng 4.5: Bảng tính phương sai tái thời gian sấy 77 ảng 6: Kết tính tốn hệ số bj, sbj, tbj ho hàm 77 Bảng 4.7: Bảng tính phương sai tái lượng tiêu thụ 80 ảng 8: Kết tính tốn hệ số bj, sbj, tbj hàm Y2 80 Bảng 4.9: Bảng tính phương sai tái hàm lượng -carotene sản phẩm 82 ảng Kết tính tốn hệ số bj, sbj, tbj cho hàm Y3 83 Bảng 4.11: Bảng tính phương sai dư hàm mục tiêu 85 ảng 12: Kết sấy phương pháp 89 ảng 13: Đo hàm lượng β- carotene phương pháp sấy 92 ảng 14: Kết đo màu gấc tươi sản phẩm sau sấy phương pháp sấy 92 Trang viii Khoa Cơ Khí - Động Lực Luận Văn Tốt Nghiệp DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG H nh 1 Quả gấc H nh Hàm lượng lycopene số loại 10 H nh Hàm lượng β - carotene gấc số loại rau 11 Hình 1.4 Máy sấy bơm nhiệt 16 Hình 3.1- Đồ thị I –d cho trình sấy lý thuyết 42 Hình 3.2 Đồ thị biểu di n trình sấy thực tế 49 Hình 3.3 Truyền nhiệt qua vách 50 Hình 3.4 Biểu di n trình sấy thực đồ thị I-d 52 Hình 3.5 Sơ đồ hệ thống mơ hình thí nghiệm sấy bơm nhiệt 63 H nh Chuẩn bị vật liệu sấy 65 Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý máy sấy bơm nhiệt S01DHCN 66 Hình 4.3 Máy sấy khay IC 106D 66 Hình 4.4 Cân điện tử 67 Hình 4.5 Máy đo độ ẩm Sartorius 67 Hình 4.6 Máy đo tốc độ gi , lưu lượng gió EXTECH SDL350 67 Hình 4.7 Dụng cụ đo xạ mặt trời Tenmars TM 206 máy đo màu CM-5 68 Hình 4.8: Đồ thị tương quan nhiệt độ đến thời gian sấy điện tiêu thụ riêng 71 Hình 4.9 : Đồ thị tương quan độ ẩm tác nhân với điện tiêu thụ thời gian sấy 72 Hình 4.10: Đồ thị tương quan vận tốc tác nhân thời gian sấy, điện riêng 73 Hình 4.11: Minh họa mơ hình hộp đen toán tối ưu h a đa mục tiêu 74 Hình 4.12: Ảnh hưởng thơng số đến thời gian sấy 79 Trang ix Khoa Cơ Khí - Động Lực Luận Văn Tốt Nghiệp Hình 4.13: Đồ thị thể tương thích hàm hồi qui Y1 với thực nghiệm 79 Hình 4.14: Ảnh hưởng thơng số đến tiêu hao lượng riêng 82 Hình 4.15: Đồ thị thể tương thích hàm hồi qui Y2 với thực nghiệm 82 Hình 4.16: Ảnh hưởng thông số đến độ giảm hàm lượng -carotene sản phẩm 84 Hình 4.17: Đồ thị thể tương thích hàm hồi qui Y3 với thực nghiệm 85 H nh 18: Màng đỏ hạt gấc sau sấy bơm nhiệt 87 H nh 19: Thời gian sấy, X2 -0,993 87 H nh : Năng lượng tiêu thụ, X2 -0,993 87 H nh 21: Hàm lượng beta carotene, X2 -0,993 88 H nh 22: Tối ưu h a đa mục tiêu 88 Hình 4.24: Đường cong sấy theo phương pháp sấy bơm nhiệt 90 Hình 4.25: Đường cong sấy theo phương pháp sấy khí n ng 91 Hình 4.26: Đường cong sấy theo phương pháp phơi nắng 91 Trang x Khoa Cơ Khí - Động Lực Luận Văn Tốt Nghiệp ANH S CH C C CH ý hiệu VIẾT T T Đơn vị đo Q: Nhiệt lượng kJ T: Nhiệt độ tuyệt đối K t: Nhiệt độ o Δt : Hiệu nhiệt độ o k: Hệ số truyền nhiệt C C kJ/(kg.K) SMER: Hiệu suất khử ẩm máy sấy bơm nhiệt (Moisture Extraction Rate) kg/kWh o tu: Nhiệt độ bầu ướt C0: Nhiệt dung riêng nước kJ/(kg.K) Ck: Nhiệt dung riêng chất khô kJ/(kg.K) W: Hàm lượng nước % N: Hàm lượng chất khô % λk: Hệ số dẫn nhiệt vật liệu khô W/(m.K) λa: Hệ số dẫn nhiệt nước hang xốp W/(m.K) Vk: Thể tích vật liệu khơ m3 Va: Thể tích tất hang xốp m3 λc: Hệ số dẫn nhiệt vật liệu sấy W/(m.K) a: Hệ số dẫn nhiệt độ C: Nhiệt dung riêng VLS kJ/(kg.K) ρ: Khối lượng riêng VLS kg/m3 Pb: Phân áp suất bão hịa khơng khí ẩm d: Độ chứa ts: Nhiệt độ đọng sương I: Entalpy khơng khí ẩm: φ: Độ ẩm tương đối khơng khí ẩm C Wm2/s bar kg/kgk C kJ/kg.kk Trang xi % Khoa Cơ Khí - Động Lực Luận Văn Tốt Nghiệp Me: Độ ẩm cân % M1: Độ ẩm ban đầu % G2: Khối lương sản phẩm kg J2b: Mật độ dòng nhiệt kJ/m2.h J2b: Cường độ bay ẩm bề mặt vật liệu kg/m2.h r: Nhiệt ẩn h a nước U: Tốc độ sấy đẳng tốc ρ0 : Khối lượng riêng màng đỏ hạt Gấc : Phân nửa bề dày vật liệu sấy θv: Nhiệt độ vật liệu vào C θm: Nhiệt độ bề mặt bay vật liệu C τ: Thời gian sấy M1 : Độ ẩm tới hạn cuối giai đoạn sấy đẳng tốc vật liệu ẩm qdn: Nhiệt lượng riêng Qdn: Nhiệt lượng  dlt: Lượng ẩm ngưng tụ G1: Năng suất buồng sấy Vh: Thể tích hữu dụng m: Khối lượng riêng vật liệu sấy d: Đường kính ống mm s1: Bước ống mm l: Chiều dài đoạn ống: δ: Chiều dày cánh tản nhiệt mm sc: Bước cánh mm dE: Đường kính tương đương ống có cánh: g: Gia tốc trọng trường kJ/kg %/h kg/m3 m h % kJ/kga kJ kga kg/mẻ m3 kg/m3 m m m/s2 Trang xii Khoa Cơ Khí - Động Lực Luận Văn Tốt Nghiệp Trang 128 T~p chi ISSN 0868 - 3336 w THERMAL A ENERGV I• REVIEW HAM THO'24 * SO 137 - 912017 TAP CHi CUA HOI KHOA HOC KY THUAT NHIET VIET NAM • VIETNAM THERMAL ASSOCIATION , NLN * 137 • 9/2017 * 21 _ , , , _' • ? A' NGHIEN CUlJ lAC DINH PHIIIJNG PHAP SAY MANG DO H4T GAC STUDY ON THE DETERMINATION OF DRYING METHOD FOR GAC ARILS PGS.TS.BUI TRUNG THANH, KS.NGUY~N TRUNG KIEN * Khoa Cong ngh$ Nhi$t lanh, £)H Cong nqhiep Thanh Ho Chi Minh Mf:lc dich cua nghien CtFUnham xac cIinh anh hU'oog cua cac phU'O'I1gphap say thiYi gian say, ham 1U'C)'ngcaroten va meu sac cue mang cIa h~t gac Mang cIa h~t gac cIU'C)'C say bang phU'cmg phap khac gom: PhU'O'ng phap say born nhi~t, phU'O'ng phap say n6n~ va phU'O'I1g phap phO'i kh6 dU'fyi nang m~t triYi cLmg moc nhi~t cI9 tee nhan say t=43 C, v~n toc tsc nnsn say v= 2,5 mls Ket qua nghien CtFUthuc nghi~m cho thay phU'O'TJg phap say bang bom nhi~t cho meu sac sen phcim gcin nhtr kh6ng thay cIoi, ty I~ ham IU'C)'I1g caroten cI~t 95,57 %, thiYi gian say la 11,5 giiY TiP kh6a: Say born nhi~t, say born nhi~t mang cIa h~t gac, say mang cIa h~t gac, ham 1U'C)'ng caroten, thiYi gian say £)~T VAN £)E manq hat gac tuoi co d¢ ~m 11375±1.5% yeu cau san pharn say co d¢ am pharn vi 6% [3] G~c 113loai cay duoc ph6 bien Viet Nam va cac nuoc £)ong Nam A, rnanq hat g~c co ham 1U'Q'ngCaroten va Lycopene tl,J'nhien cao g~p nhieu I~n cac loai thuc vat khac va co ten qoi 113loai trai cay deln thien duonq.Hai loai hop chM tl,J' nhien co cong dunq tot viec chong oxi hoa, ngan ngua ung thu tuy~n tien Ii$t, chCi'a cac benh ve mat, lam my ph~m, ngoai mau cua vo rnanq hat g~c dung lam ch~t tao mau thuc pharn tl,J'nhien NhU' v~y ch~t 1U'Q'ngva rnau sac cua loai san pharn 113 fieu chi danh gia phuonq phap say a tu Hien nay, say kho rnanq hat gac d~ bao quan dU'Q'c thuc hien b~ng cac phuonq phap nhu: phoi a Hinh 1.80 tri v~t Ii~u say tren khay say n~ng; say phun nhiet d¢ 170°C (co stJ dunq chat phu giatrong dich say), thai gian say phun keo daitronq vai phut [1] Phuonq phap say b~ng nonq (trao d6i nhiet doi luu) dU'Q'Csay dai nhiet d¢ 50, 60,70,80 va 90 q2].Theo [2, 3] say nhiet o d¢ duoi 60 C,san pharn say co chat 1U'Q'ngva rnau sac tot nhat, nhU'ng thai gian say lai keo dai Khi say nhiet d¢ tren 60°C, san pharn b] sarn rnau d~n theo thai gian say va co rnui khet, ham 1U'Q'ngcac heat chat chong oxi hoa giam rat nhanh NhU' v~y, chat 1U'Q'ngva rnau sac cua loai san pharn phu thu¢c r~t nhieu vao thai gian say va nhiet d¢ tac nhan s~y.Nh~m co co sa danh gia chat 1U'Q'ngsan pharn rnanq hat gac say va mau sac san pharn, phuonq phap say da dU'Q'Cti~n hanh thuc nghi$m bao gom say b~ng born nhiet, say b~ng nonq va phoi n~ng nh~m tim phuonq phap say thich hoptren co sa stJ dl,lng lieu chi ham 1U'Q'ng [3Caroten, rnau sac cua san pharn so voi nquyen li$u d~u vao va toc d¢ giam ~m trung binh d~ tim phuonq phap say thich hop cho loai nquyen li$u 2.2 Df:lng Cf:lcIo va thiet bi thi nghi~m Dunq Cl,l va may say stJ dunq cac thi nqhiem say th~ hien (bang 1) tai khoa Con.g ngh$ nhiet lanh, tnronq £)HCN Tp.HCM May say born nhiet va may say nonq deu co th~ cai d~t va c1ieu chTnh van toc va nhi$t d¢ tac nhan say va 02 thOng so duoc hi~n thi d~ giam sat qua trinh thvc nghi$m say Nhiet d¢ tac nhan say dU'Q'Ccai d~t t= 43°C va van toe tac nhan sayduoc chon v= 2,5m/stheo Shi va c¢ng Sl,J'(2008) trinh bay [8], van toc tac nhan toi U'Utrong say lanh b~ng born nhiet 113 2,0 d~n 3,0 m/s) Ph h' ~ b>- khl , d th h" U'O'ngp ap say ang I nong U'Q'C l,J'C ten tren may say IC106D, nhiet d¢ tac nhan say dU'Q'C gia nhiet qua b¢ di$n trova duoc c1ieu chTnh b~ng bien tro Phuonq phap say born nhiet dU'Q'Cthuc hien tren may say S01 DHCN, van toc tac nhan say dU'Q'Cdieu chTnh thong qua bi~n tan thay d6i luu 1U'Q'ngquat Nhi$t d¢ tac nhan say doi voi may say V~T II~U vA PHU'O'NG PHAp 2.1 V~t Ii~u thi nghi~m Gac nguyen Ii$u dung thi nghi$m 113nhCi'ng trai chin deu co khoi 1U'Q'ng 1,2-1 ,3kg, d¢ ~m cua b~ng born nhiet dU'Q'c dieu khi~n thong qua van ti~t luu cua may lanh va van dieu chTnh luu JU'Q'ng moi chat qua dan nonq phu Nhi$t d¢ va d¢ am tac nhan say cua ca hai 10 nhay 0,1 °c va % Kh6i 1U'Q'ngmau dU'Q'c xac dinh bang can di$n tlr CAS - SW- 1WD PhU'O'ng phap xac dfnh nguyen Ii~u c1ang say (Mj) [4] Moi thi nghi$m v~ phU'ong phap say dU'Q'CI~p l2 ~;:.=~ ••• ~t.I:J" 1- Van ti~t ILfU; may nen;2- Van ti~t ILfU,3- Dan tenh 1; Hinh May say b~ng n6ng truylm nhiet d61.11J'O 4- May nen; 5- Dan lenh 2; 10- Buong s.§y; 11- Khay s~y; 12- Ong thu hoi khf thai; 13- Ong ctJp tee nhBn Hinh May say born nhi~t Bang Dl)ng eCi,do va thiet bj thi nghi~m IT Ten dung cu May van teScgi6 Tenmarns Dau do nhi$t dO va am Thiet bi bl1'c X