KỸ THUẬT THỰC PHẨM 2 báo cáo THỰC HÀNH sấy đối lưu

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HỐ HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẨM BÁO CÁO THỰC HÀNH SẤY ĐỐI LƯU Sinh viên thực hành: MSSV: Lớp: NHÓM: Ngày thực hành: 24/03/2022 Giảng viên hướng dẫn: Trần Thảo Quỳnh Ngân THIÊN THANH TRÚC * TÓM TẮT Sấy trình dùng nhiệt để làm bốc ẩm khỏi vật liệu rắn lỏng Với mục đích giảm bớt khối lượng vật liệu, tăng độ bền cho vật liệu, (gốm, sứ, gỗ, ) để bảo quản thời gian dài, lượng thực thực phẩm Bản chất trình sấy trình khuyếch tán chênh lệch độ ẩm bề mặt bên vật liệu, nói cách khác chênh lệch áp suất riêng phần bề mặt vật liệu môi trường xung quanh Sấy q trình khơng ổn định, độ ẩm vật liệu thay đổi theo không gian thời gian sấy Khảo sát biến đổi thơng số khơng khí ẩm vật liệu sấy trình sấy lý thuyết Xác định lượng khơng khí khơ cần sử dụng lượng nhiệt cần thiết cho trình sấy lý thuyết So sánh đánh giá khác trình sấy thực tế trình sấy lý thuyết Khảo sát trình sấy đối lưu thực nghiệm gồm: + Xây dựng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy + Xây dững thông số sấy: tốc độ sấy đẳng tốc, độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng, thời gian sấy đẳng tốc giảm tốc + Đánh giá sai số trình sấy Qua cho người học biết cách vận hành máy sấy thông số có máy, để người học nắm kiến thức kiến thức chuyên môn sấy này, để vận dụng tốt vào ứng dụng đời sống việc sấy lượng thực thực phẩm tương Và quan trọng sinh viên ngành công nghệ thực phẩm việc nghiên cứu áp dụng quy trình sấy vào sản phẩm tạo để phục vụ cho sống ngày người THIÊN THANH TRÚC 8.1 Giới thiệu Sấy trình tách pha lỏng khỏi vật liệu phương pháp nhiệt Nguyên tắc trình sấy cung cấp lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha pha lỏng vật liệu thành Hầu hết vật liệu trình sản xuất chứa pha lỏng nước thường gọi ẩm Vậy thực tế xem sấy trình tách ẩm phương pháp nhiệt Sấy đối lưu phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với khơng khí, khói lị, … gọi chung tác nhân sấy Q trình sấy khảo sát hai mặt: tĩnh lực học động lực học Nghiên cứu tĩnh lực học trình sấy nhằm xác định mối quan hệ thông số đầu cuối vật liệu sấy tác nhân sấy dựa phương trình cân vật chất, lượng từ xác định thành phần vật liệu , lượng tác nhân lượng nhiệt cần thiết Nghiên cứu động lực học trình sấy nhằm nghiên cứu biến đổi hàm ẩm nhiệt độ trung bình vật liệu thời gian sấy Trong phạm vi thực hành ta nghiên cứu biến đổi hàm ẩm vật liệu theo thời gian sấy từ xác định thơng số lý hóa vật liệu thơng số nhiệt động q trình sấy 8.1 Mục đích thí nghiệm Thí nghiệm 1: Khảo sát tĩnh lực học trình sấy đối lưu thiết bị sấy khơng khí nhằm: - Xác định biến đổi thơng số vật lý khơng khí ẩm thành phần vật liệu sấy trình sấy - Xác định lượng khơng khí khơ cần sử dụng lượng nhiệt cần thiết cho trình sấy - So sánh đánh giá khác trình sấy thực tế q trình sấy lý thuyết Thí nghiệm 2: Khảo sát động lực học trình sấy đối lưu thiết bị sấy khơng khí nhằm: - Xây dựng đường cong sấy THIÊN THANH TRÚC - Xây dựng đường cong tốc độ sấy - Xác định độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân vật liệu sấy 8.2 Cơ sở lý thuyết 8.2.1 Nguyên lý q trình sấy khơng khí Trong q trình sấy dùng tác nhân sấy khơng khí gọi sấy khơng khí Sơ đồ ngun lý làm việc máy sấy khơng khí mơ tả hình sau: Trong sấy lý thuyết coi đại lượng nhiệt bổ sung nhiệt tổn thất không, gặp trường hợp nhiệt bổ sung nhiệt tổn thất coi sấy lý thuyết Khi sấy lý thuyết nhiệt lượng riêng khơng khí khơng thay đổi suốt q trình H=const (đẳng H), nói cách khác, trình sấy lý thuyết, phần nhiệt lượng khơng khí bị mát để làm bốc nước vật liệu, H khơng đổi Trong q trình sấy, thường khơng khí thay đổi trạng thái vào phịng sấy sau sấy xong Các thông số đặc trưng cho trạng thái khơng khí vằ từ xác định đại lượng - Lượng khơng khí khơ máy sấy: Trong đó: L: lượng khơng khí khơ máy sấy (kg/h) W: lượng ẩm tách khỏi vật liệu (kg/h) hàm ẩm ban đầu tác nhân sấy (kg/kgkkk) THIÊN THANH TRÚC hàm ẩm đốt nóng tác nhân sấy (kg/kgkkk) hàm ẩm sau sấy tác nhân sấy (kg/kgkkk) - Lượng nhiệt cung cấp cho q trình: Trong đó: : lượng nhiệt cung cấp cho trình sấy (kj/h) : hàm nhiệt ban đầu tác nhân sấy (kg/kgkkk) : hàm nhiệt sau đốt nóng tác nhân sấy (kg/kgkkk) Trường hợp lượng nhiệt bổ sung chung khác với lượng nhiệt tổn thất chung gọi sấy thực tế 8.2.2 Đường cong sấy tốc độ sấy - Đường cong biểu diễn thay đổi độ ẩm vật liệu theo thời gian sấy gọi đường cong sấy Để tìm phụ thuộc này, đem vật liệu ẩm đơn giản sấy đối lưu khơng khí nóng với tốc độ nhiệt độ khơng khí khơng đổi Sự giảm độ ẩm vật liệu đơn vị thời gian gọi tốc độ sấy - Từ biểu thức tốc độ sấy nhận thấy tốc độ sấy tang góc nghiêng α đường tiếp tuyến với đường cong sấy Như phương pháp vi phân đồ thị tìm tốc độ sấy dựng đồ thị phụ thuộc tốc đô sấy với độ ẩm vật liệu, đồ thị phụ thuộc gọi đường cong tốc độ sấy Phân tích đường cong sấy, đường cong tốc độ sấy nhận thấy diễn biến trình sấy gồm giai đoạn: giai đoạn đốt nóng vật liệu, giái đoạn sấy đẳng tốc giai đoạn sấy giảm tốc 8.2.2.1 Giai đoạn đốt nóng vật liệu Đoạn AB hình 8.2 biểu diễn giai đoạn đốt nóng vật liệu: ban đầu nhiệt độ vật liệu thấp nhiệt độ bay đoạn nhiệt khơng khí giai đoạn đốt nóng, nhiệt độ vật liệu tăng lên Trong giai đoạn độ ẩm vật liệu thay đổi chậm thời gian diễn tiến nhanh, kết thúc giai đoạn này, nhiệt độ vật liệu đạt đến niệt độ bầu ướt khơng khí Nedu vật liệu có độ dày nhỏ trình sấy đối lưu thời gian không đáng kể 8.2.2.2 Giai đoạn sấy đẳng tốc Đoạn BC hình 8.2 biểu diễn giai đoạn sấy đẳng tốc: sau giai đoạn đốt nóng, độ ẩm vật liệu giảm tuyến tính theo thời gian sấy Trong giai đoạn giảm độ ẩm vật liệu đơn vị thời gian không đổi (N=const) nên gọi giai đoạn sấy đẳng tốc, giai đoạn sấy đẳng tốc kéo dài thời điểm mà hàm ẩm vật liệu đạt giá trị kết thúc, gọi độ ẩm tới hạn vật liệu Nhiệt độ nói chung nhiệt độ tâm bề mặt vật đạt đến giá trị xấp xỉ nhiệt độ bầu ướt tác nhân sấy nghĩa toàn nhiệt lượng vật liệu nhận để bay ẩm - Tốc độ sấy đẳng tốc tính theo cơng thức: f Trong đó: N: tốc độ sấy đẳng tốc (%h) F: bề mặt bay vật liệu (m2) V: thể tích vật liệu (m2) khối lượng riêng chất khô vật liệu (kg/m3) : khối lượng vật liệu khô tuyệt đối (kg) : bề mặt riêng khối lượng vật liệu : cường độ bay (kg/m2h) THIÊN THANH TRÚC - Cường độ bay giai đoạn đẳng tốc xác định từ phương trình Dalton Newton : hệ số trao đổi nhiệt (kj/m2.h.0C) r: nhiệt hóa nước nhiệt độ bầu ướt (kj/kg) - Nếu sấy đối lưu nhiệt độ không cao vật liệu phẳng ta có cơng thức thực nghiệm xác định hệ số trao đổi nhiệt : Trong đó: R: nửa chiều dày vật liệu (m) : vận tốc tác nhân sấy (m/s) : khối lượng riêng tác nhân sấy (kg/m3) - Thời gian sấy giai đoạn đẳng tốc: Trong đó: : độ ẩm ban đầu vật liệu (tính theo vật liệu khơ) : độ ẩm tới hạn (tính theo vật liệu khơ) N: tốc độ sấy giai đoạn đẳng tốc (%/h) 8.2.2.3 Giai đoạn sấy giảm tốc Khi độ ẩm vật liệu đạt giá trị tới hạn tốc độ sấy bắt đầu giảm dần đường cong sấy chuyển từ đường thẳng sang đường cong tiệm cận dần đến độ ẩm cân vật liệu điều kiện trình sấy Khi độ ẩm vật liệu đạt đến giá trị cân hàm ẩm vật liệu khơng giảm tốc độ sấy 0, trình sấy kết thúc Tốc độ sấy giai đoạn thay đổi theo quy luật khác tùy thuộc tính chất dạng vật liệu (hình 8.3) Để dễ dàng cho việc tính tốn, người ta thay đường cong phức tạp tốc độ sấy đường thẳng giảm tốc quy ước cho việc thay có sai số bé nhất, THIÊN THANH TRÚC giá trị độ ẩm tới hạn qui ước, gọi độ ẩm tới hạn qui ước giao điểm đường đẳng tốc N đường giảm tốc qui ước Tốc độ sấy giai đoạn giảm tốc Dấu (-) tốc độ sấy giảm dần K gọi hệ số sấy, phụ thuộc vào chế độ sấy (tốc độ sấy đẳng tốc N) tính chất vật liệu (l/h) K hệ số góc đường giảm tốc tính: Thời gian sấy giai đoạn giảm tốc: Trong đó: độ ẩm cuối vật liệu sấy ( tính theo vật liệu khơ) ( 8.4 MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM 8.4.1 sơ đồ hệ thống THIÊN THANH TRÚC Hình 8.4: Sơ đồ hệ thống Bảng 8.1: Bảng mô tả phận mô hình sấy Ký hiệu A B C D E Tk Ký hiệu Tư Tk Tư Tk Tư THIÊN THANH TRÚC 8.4.2 Trang thiết bị hoá chất - Vật liệu sấy: giấy lọc giấy carton - Phong tốc kế - Đồng hồ bấm giây (có thể sử dụng điện thoại di động) 8.5 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 8.5.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát tĩnh học q trình sấy 8.5.1.1 Chuẩn bị - Kiểm tra nước vị trí đo nhiệt độ bầu ướt - Kiểm tra hoạt động phong tốc kế - Tắt tất công tắc tủ điều khiển - Cài đặt nhiệt độ sấy - Khởi động tủ điều khiển - Kiểm tra hoạt động cân - Cân vật liệu sấy - Làm ẩm vật liệu sấy - Khởi động quạt, điều chỉnh tốc độ thí nghiệm - Đo tốc độ quạt, ghi nhận giá trị đo - Bật công tắc điện trở 1,2 - Khi nhiệt độ đạt giá trị thí nghiệm ổn định bắt đầu tiến hành thí nghiệm 8.5.1.2 Các lưu ý - Trước đặc vật liệu sấy vào phòng sấy phài điều chỉnh cân - Khi nhiệt độ sấy đạt giá trị thí nghiệm giá trị tăng tắt điện trở hoặc hai điện trở 3, tuyệt đối không tắt điện trở (do có điều khiển) Trường hợp sau khoảng thời gian định khơng đạt kiểm tra điện trở bật chưa (đèn báo), chưa bật lên - Trong suốt trình thí nghiệm phải điều chỉnh cho nhiệt độ điểm 1, tốc độ tác nhân sấy không thay đổi THIÊN THANH TRÚC - Khi kết thúc thí nghiệm: + Tắt cơng tắt điện trở (nếu bật) + cài đặt nhiệt độ điều khiển nhiệt độ thí nghiệm Nếu thí nghiệm cuối cài đặt nhiệt độ điều khiển C tắt công tắt điện trở + Lấy vật liệu sấy khỏi phịng sấy 8.5.1.3 Báo cáo - Xác định thơng số khơng khí ẩm vị trí khác - Xác định thành phần vật liệu sấy q trình sấy - Xác định lượng khơng khí khơ cần sử dụng lượng nhiệt cần thiết cho trình sấy So sánh đánh giá khác trình sấy thực tế trình sấy lý thuyết 8.5.1.4 Kết thí nghiệm 1: Thí nghiệm 1: Sấy nhiệt độ 300C (G0=0,136g) Thời Lần đo gian (phút) 3 12 15 18 21 24 10 27 11 30 12 33 13 36 14 39 15 42 THIÊN THANH TRÚC 16 17 18 19 20 Xử lý số liệu F = 0,0967 m2 B = 760mmHg 1.1 Thí nghiệm 1: Sấy nhiệt độ 300C Độ ẩm vật liệu: - % Tốc độ sấy: * Tương tự ta có bảng sau: Lần đo (phút) 3 12 15 18 21 24 10 27 11 30 12 33 13 36 THIÊN THANH TRÚC 14 15 16 17 18 19 20 Khối lượng mẫu khô: = 0,136 Tốc độ quạt : =8,904 m/s Kích thước mẫu: hình vng cạnh 0,2 (m) Nửa chiều dày vật liệu: R = 0,001 (m) Bề mặt riêng khối lượng vật liệu: f = = 0,711(m3/kg) Hệ số trao đổi nhiệt : = Cường độ bay (31.33-28) = 4304 (kg/m2.h) Tốc độ sấy đẳng tốc (%/h) = = = = = 30.6 (%/h) Tốc độ sấy thực nghiệm : = = 0,0163 - Độ ẩm cân : dựa vào đường cong tốc độ sấy, từ điểm tốc độ sấy N=0 ta xác định = 23,3974% - Độ ẩm tới hạn quy ước : + Thực nghiệm, ta định đường cong tốc độ sấy giai đoạn đẳng tốc kết thúc + Lý thuyết: - : - K= THIÊN THANH TRÚC - Đ ường cong sấấy 80.00 70.00 * Đồ thị 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 10 20 30 40 50 60 Đường cong sấ 300C Đ ường cong tốấ ộsấấy điển hìn 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Đường cong tốc độ sấy 30 8.5.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát động lực học trình sấy 8.5.2.1 Chuẩn bị - Kiểm tra nước vị trí đo nhiệt độ bầu ướt THIÊN THANH TRÚC - Kiểm tra hoạt động phong tốc kế - Tắt tất công tắc tủ điều khiển - Cài đặt nhiệt độ sấy - Khởi động tủ điều khiển - Kiểm tra hoạt động cân - Cân vật liệu sấy - Xác định kích thước vật liệu sấy - Làm ẩm vật liệu sấy - Khởi động quạt, điều chỉnh tốc độ thí nghiệm - Đo tốc độ quạt, ghi nhận giá trị đo - Bật công tắc điện trở 1,2 - Khi nhiệt độ đạt giá trị thí nghiệm ổn định bắt đầu tiến hành thí nghiệm - Sauk hi kết thúc thí nghiệm giá trị nhiệt độ sấy, tiến hành thí nghiệm giá trị nhiệt độ sấy khác tiến hành tương tự từ bước cài đặt nhiệt độ sấy 8.5.2.2 Các lưu ý - Đối với thí nghiệm đầu tiên, đặt vật liệu sấy vào bắt đầu tính thời gian, ghi nhận giá trị cân, giá trị nhiệt độ điểm - Khối lượng vật liệu ban đầu thí nghiệm phải thí nghiệm sau phải lớn thí nghiệm trước, trường hợp lớn phải quan sát cân liên tục đến thí nghiệm trước bắt đầu tính thời gian (thời điểm ban đầu) - Trước đặc vật liệu sấy vào phòng sấy phải điều chỉnh cân - Khi nhiệt độ sấy đạt giá trị thí nghiệm giá trị tăng tắt điện trở hoặc hai điện trở 3, tuyệt đối không tắt điện trở (do có điều khiển) Trường hợp sau khoảng thời gian định khơng đạt kiểm tra điện trở bật chưa (đèn báo), chưa bật lên - Trong suốt q trình thí nghiệm phải điều chỉnh cho nhiệt độ điểm 1, tốc độ tác nhân sấy không thay đổi - Chọn bước thời gian ghi nhận giá trị cân nhiệt độ điểm THIÊN THANH TRÚC - Khi giá trị cân không đổi liên tục lần đo kết thúc thí nghiệm - Khi kết thúc thí nghiệm: + Tắt cơng tắt điện trở (nếu bật) + cài đặt nhiệt độ điều khiển nhiệt độ thí nghiệm Nếu thí nghiệm cuối cài đặt nhiệt độ điều khiển C tắt công tắt điện trở + Lấy vật liệu sấy khỏi phòng sấy 8.5.2.3 Báo cáo - Xác định độ ẩm tương đối vật liệu sấy - Xây dựng đường cong sấy - Xây dựng đưởng cong tốc độ sấy phương pháp vi phân đồ thị từ đường cong sấy - Nhận xét dạng đường cong tốc độ sấy giai đoạn sấy giảm tốc - Xác định độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân - Tính tốn thời gian sấy đẳng tốc, giảm tốc - So sánh kết thực nghiệm với lý thuyết - So sánh kết thí nghiệm 8.5.2.4 Kết thí nghiệm 1.2 Thí nghiệm 2: Sấy 600C (G0=0,136) Lần Thời đo gian t (s) 30 60 90 120 150 180 210 THIÊN THANH TRÚC 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Xử lý số liệu F = 0,0967 m2 B = 760mmhg 2.1 Thí nghiệm 2: Sấy nhiệt độ 600C Độ ẩm giấy lọc: - - % Tốc độ sấy: * Tương tự ta có bảng sau: STT (giây) 30 60 90 120 150 180 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Khối lượng mẫu khô: = 0,136g Tốc độ quạt : =8,904 m/s Kích thước mẫu: hình vng cạnh 0,2 (m) Nửa chiều dày vật liệu: R = 0,001 (m) Bề mặt riêng khối lượng vật liệu: f = = 0,711(m3/kg) Hệ số trao đổi nhiệt : = Cường độ bay (39,6-35,4) = 0.5329 (kg/m2.h) Tốc độ sấy đẳng tốc = = = = = 37,89 (%/h) THIÊN THANH TRÚC Tốc độ sấy thực nghiệm: = = 0,12 - Độ ẩm cân : dựa vào đường cong tốc độ sấy, từ điểm tốc độ sấy N=0 ta xác định = 47,436% - Độ ẩm tới hạn quy ước : + Thực nghiệm, ta định đường cong tốc độ sấy giai đoạn đẳng tốc kết thúc + Lý thuyết: - : - K= * Đồ thị: Đ ường cong sấấy 70 60 50 40 30 20 10 0 100 200 300 400 Đường cong sấy tốc độ 600C THIÊN THANH TRÚC 500 600 700 Đ ường cong tốấc đ ộsấấy điển hình 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 10 20 30 40 50 60 70 Đường cong tốc độ sấy 60 Nhận xét thực nghiệm lý thuyết Kết thực nghiệm nhỏ so với kết lý thuyết Do q trình thí nghệm xảy nhiều sai số không mong muốn − Tốc độ sấy bị thay đổi sai số thí nghiệm Điều làm cho giai đoạn sấy đẳng tốc đường cong sấy đường cong tốc độ sấy đường thẳng lý thuyết − Kết tốc độ sấy lý thuyết tốc độ sấy thực nghiệm có sai khác lớn Nguyên nhân tạo nên khác biệt trình sấy lý thuyết sấy thực nghiệm trình sấy lý thuyết xem nhiệt lượng bổ sung trình sấy với nhiệt lượng tổn thất trình sấy Trong trình sấy thực nghiệm nhiệt lượng bổ sung khác nhiệt lượng tổn thất Ngoài so với thực nghiệm ta bỏ qua giai đoạn đun nóng nhỏ nên lượng nhiệt so với lý thuyết có sai lệch Khi nhiệt độ tăng thời gian sấy lý thuyết tăng thời gian sấy thực nghiệm lại giảm Một số nguyên nhân dẫn đến sai số: Việc canh thời gian đo khối lượng vật liệu phút không chuẩn gây sai số cho thí nghiệm Từ ảnh hưởng nhiều đến việc xây dựng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy, Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường đến giá trị cân Sai số thiết bị Do thao tác tiến hành thí nghiệm người làm thí THIÊN THANH TRÚC 14 15 16 17 18 19 20 Khối lượng mẫu khô: = 0,136 Tốc độ quạt : =8,904 m/s ... nghiệm 1 .2 Thí nghiệm 2: Sấy 600C (G0=0,136) Lần Thời đo gian t (s) 30 60 90 120 150 180 21 0 THIÊN THANH TRÚC 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Xử lý số liệu F = 0,0967 m2 B = 760mmhg 2. 1 Thí... đánh giá khác trình sấy thực tế trình sấy lý thuyết Khảo sát trình sấy đối lưu thực nghiệm gồm: + Xây dựng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy + Xây dững thông số sấy: tốc độ sấy đẳng tốc, độ ẩm... trình sấy So sánh đánh giá khác trình sấy thực tế trình sấy lý thuyết 8.5.1.4 Kết thí nghiệm 1: Thí nghiệm 1: Sấy nhiệt độ 300C (G0=0,136g) Thời Lần đo gian (phút) 3 12 15 18 21 24 10 27 11 30 12