Giáo án Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm

Giáo án Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm Trang CHƯƠNG I: ĐỐI TƯỢNG SẤY VÀ MỐI QUAN HỆ CỦA CHÚNG 1.1 NGUYÊN VẬT LIỆU ẨM 1.1.1 PHÂN LOẠI CÁC NGUYÊN VẬT LIỆU ẨM Theo quan điểm hoá lý, vật ẩm hệ liên kết phân tán pha phân tán môi trường phân tán Pha phân tán chất có cấu trúc mạng hay khung không gian từ chất rắn phân môi trường phân tán ( chất khác) Dựa theo tính chất lý học, người ta chia vật ẩm thành ba loại: - Vật liệu keo: vật có tính dẻo có cấu trúc hạt Nước ẩm dạng liên kết hấp thụ thẩm thấu Các vật keo có đặc điểm chung sấy bị co ngót nhiều, giữ tính dẻo Ví dụ: gelatin, sản phẩm từ bột nhào, tinh bột - Vật liệu xốp mao dẫn: nước ẩm dạng liên kết học áp lực mao quản hay gọi lực mao dẫn Vật liệu thường dịn khơng co lại dễ dàng làm nhỏ (vỡ vụn) sau làm khơ Ví dụ: đường tinh thể, muối ăn v.v - Vật liệu keo xốp mao dẫn: bao gồm tính chất hai nhóm Về cấu trúc vật thuộc xốp mao dẫn, chất vật keo, có nghĩa thành mao dẫn chúng có tính dẻo, hút ẩm mao dẫn chúng trương lên, sấy khơ co lại Loại vật liệu chiếm phần lớn vật liệu sấy Ví dụ: ngũ cốc, hạt họ đậu, bánh mì, rau, v.v 1.1.2 CÁC DẠNG LIÊN KẾT TRONG VẬT LIỆU ẨM: Các liên kết ẩm với vật khơ có ảnh hưởng lớn đến q trình sấy Nó chi phối diễn biến q trình sấy Vật ẩm thường tập hợp ba pha: rắn, lỏng khí (hơi) Các vật rắn đem sấy thường vật xốp mao dẫn keo xốp mao dẫn Trong mao dẫn có chứa ẩm lỏng với hỗn hợp khí tích lớn (thể tích xốp) tỷ lệ khối lượng so với phần rắn phần ẩm lỏng bỏ qua Do kỹ thuật sấy thường coi vật thể gồm phần rắn khô chất lỏng Có nhiều cách phân loại dạng liên kết ẩm Trong phổ biến cách phân loại theo chất hình thành liên kết P.H Robinde (Hoàng Văn Chước, 1999) Theo cách này, tất dạng lên kết ẩm chia thành ba nhóm chính: liên kết hố học, liên kết hố lý liên kết lý Giáo án Kỹ thuật sấy nơng sản thực phẩm Trang 1.1.2.1Liên kết hố học Liên kết hố học ẩm vật khơ bền vững đó, phân tử nước trở thành phận thành phần hoá học phân tử vật ẩm Loại ẩm tách có phản ứng hố học thường phải nung nóng đến nhiệt độ cao Sau tách ẩm tính chất hố lý vật thay đổi Ẩm tồn dạng liên kết phân tử muối hydrat MgCl2.6H2O dạng liên kết ion Ca(OH)2 Trong q trình sấy khơng đặt vấn đề tách ẩm dạng liên kết hoá học 1.1.2.2Liên kết hố lý Liên kết hố lý khơng địi hỏi nghiêm ngặt tỷ lệ thành phần liên kết Có hai loại: liên kết hấp phụ (hấp thụ) liên kết thẩm thấu Liên kết hấp phụ nước có gắn liền với tượng xảy bề mặt giới hạn pha (rắn lỏng) Các vật ẩm thường vật keo, có cất tạo hạt Bán kính tương đương hạt từ 10-9 - 10-7 m Do cấu tạo hạt nên vật keo có bề mặt bên lớn Vì có lượng bề mặt tự đáng kể Khi tiếp xúc với khơng khí ẩm hay trực tiếp với ẩm, ẩm xâm nhập vào bề mặt tự tạo thành liên kết hấp phụ ẩm bề mặt Liên kết thẩm thấu liên kết hố lý nước vật rắn có chênh lệch nồng độ chất hoà tan tế bào Khi nước bề mặt vật thể bay nồng độ dung dịch tăng lên nước sâu bên thấm Ngược lại, ta đặt vật thể vào nước nước thấm vào 1.1.2.3 Liên kết lý Đây dạng liên kết ẩm vật liệu tạo thành sức căng bề mặt ẩm mao dẫn hay bề mặt vật Liên kết học bao gồm liên kết cấu trúc, liên kết mao dẫn liên kết dính ướt - Liên kết cấu trúc: liên kết ẩm vật liệu hình thành q trình hình thành vật Ví dụ: nước tế bào động vật, vật đông đặc có chứa sẵn nước Để tách ẩm trường hợp liên kết cấu trúc ta làm cho ẩm bay hơi, nén ép vật phá vỡ cấu trúc vật Sau tách ẩm, vật bị biến dạng nhiều, thay đổi tính chất chí thay đổi trạng thái pha Giáo án Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm Trang - Liên kết mao dẫn: nhiều vật ẩm có cấu tạo mao quản Trong vật thể có vơ số mao quản Các vật thể để nước, nước theo mao quản xâm nhập vào vật thể Khi vật thể để môi trường khơng khí ẩm nước ngưng tụ bề mặt mao quản theo mao quản xâm nhập vào vật thể - Liên kết dính ướt: liên kết nước bám dính vào bề mặt vật Ẩm liên kết dính ướt dễ tách khỏi vật phương pháp bay đồng thời tách phương pháp học như: lau, thấm, thổi, vắt ly tâm 1.1.3 CÁC ĐẶC TRƯNG TRẠNG THÁI ẨM CỦA VẬT LIỆU ẨM Những vật đem sấy thường chứa lượng ẩm định Trong trình sấy ẩm, chất lỏng bay hơi, độ ẩm giảm Trạng thái vật liệu ẩm xác định độ ẩm nhiệt độ 1.1.3.1 Độ ẩm tuyệt đối Bỏ qua khối lượng khí khơng đáng kể, người ta coi vật liệu ẩm hỗn hợp học chất khô tuyệt đối ẩm m = mo + W Ở đây: m: khối lượng nguyên vật liệu ẩm mo: khối lượng chất khô tuyệt đối W (hoặc mn): khối lượng ẩm Độ ẩm tuyệt đối: tỷ số khối lượng ẩm W khối lượng chất khô tuyệt đối mo nguyên vật liệu: X= W * 100(%) mo X thay đổi từ đến h Giữa khối lượng chất khô m0, khối lượng chung m độ ẩm tuyệt đối X có mối quan hệ: m0 = m 1+ x 1.1.3.2 Độ ẩm tương đối: tỷ số khối lượng ẩm W khối lượng chung nguyên vật liệu: w= W W 100(% ) = m m0 + W w độ ẩm tương đối nguyên liệu ẩm thay đổi từ đến Với w = nghĩa vật liệu khô tuyệt đối; với m0=0, nghĩa có ẩm w=1 Giáo án Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm Trang Giữa chất khô tuyệt đối độ ẩm tương đối nguyên liệu có mối quan hệ: mo = m.(1 - w) Giữa độ ẩm tương đối độ ẩm tuyệt đối nguyên liệu có mối quan hệ: x= w 1− w w= x 1+ x Trước sấy khối lượng nguyên liệu ẩm m1 độ ẩm tương đối w1, sau sấy m2 w2 Biết sấy khối lượng chất khơ mo khơng thay đổi nên ta có: mo = m1(1-w1) = m2(1-w2) Từ ta có: m2 − w1 = m1 − w Trong biểu thức có đại lượng khối lượng độ ẩm tương đối nguyên liệu trước sau sấy, đại lượng biết từ ta tính đại lượng thứ tư Năng suất máy sấy xác định theo khối lượng ẩm (W tách từ nguyên vật liệu trình sấy: ∆W = m1 - m2 ∆W = m1 w − w2 w1 − w = m2 1 − w1 1− w2 ∆W = m1 x − x2 x1 − x = m2 1 + x1 1+ x2 Muốn quan sát trình sấy đường cong sấy cách rõ ràng (tạo thành điểm uốn hai đoạn sấy) người ta thường sử dụng độ ẩm tuyệt đối X, với độ ẩm tương đối w thường biểu thị trạng thái ẩm nguyên vật liệu 1.2 TÁC NHÂN SẤY Tác nhân sấy chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách từ vật sấy Trong trình sấy, mơi trường buồng sấy ln ln bổ sung ẩm thoát từ vật sấy Nếu lượng ẩm khơng mang độ ẩm tương đối buồng sấy tăng lên, đến lúc đạt cân vật sấy mơi trường buồng sấy q trình ẩm từ vật sấy ngừng lại Do vậy, với việc cung cấp nhiệt Giáo án Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm Trang cho vật để hoá ẩm lỏng, đồng thời phải tải ẩm thoát khỏi vật khỏi buồng sấy Người ta sử dụng tác nhân sấy làm nhiệm vụ Các tác nhân sấy thường chất khí khơng khí, khói, nhiệt Chất lỏng sử dụng làm tác nhân sấy loại dầu, số loại muối nóng chảy v.v Trong đa số q trình sấy, tác nhân sấy làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật liệu sấy, vừa làm nhiệm vụ tải ẩm Ở số trình sấy xạ, tác nhân sấy cịn có nhiệm vụ bảo vệ sản phẩm sấy khỏi bị nhiệt Sau đây, nghiên cứu hai loại tác nhân sấy thông dụng không khí khói 1.2.1 KHƠNG KHÍ ẨM: CÁC THƠNG SỐ ĐẶC TRƯNG Khơng khí loại tác nhân sấy có sẵn tự nhiên, không gây độc hại không gây bẩn sản phẩm sấy Khơng khí hỗn hợp nhiều chất khí khác Thành phần khơng khí bao gồm chất, chủ yếu N2, O2, nước, ngồi cịn có số chất khí khác như: CO2, khí trơ, H2, O3 Khơng khí khí thực, thực tế khơng khí sử dụng để sấy thường áp suất thấp (áp suất khí quyển) nhiệt độ không cao (từ hàng chục độ đến vài trăm độ) Vì vậy, sử dụng coi khơng khí khí lý tưởng, khơng khí có chứa nước, áp suất riêng phần khơng lớn Trong điều kiện trên, coi khơng khí khí lý tưởng sai số gặp phải chấp nhận (