sấy cà rốt

Trong các HTS thì sấy bằng phương pháp thăng hoa có các ưu điểm là sấy ở nhiệt độ thấp nên giữ được các tính chất tươi sống của sản phẩm, dùng để sấy thực phẩm sẽ giữ được chất lượng và

LỜI MỞ ĐẦU

Từ xưa, nhu cầu dinh dưỡng luôn là một vấn đề được sự quan tâm của toàn nhân loại Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế toàn cầu, đòi hỏi dinh dưỡng của người dân ngày một đa dạng, cao cấp hơn Người dân bây giờ không chỉ đòi hỏi được “ ăn no, mặc ấm’’ mà phải là “ ăn ngon, mặc đẹp’’

Cùng với việc đáp ứng được “ ăn ngon’’ thì vấn đề bảo quản, chế biến và giữ gìn vệ sinh thực phẩm cũng phải đặt ra những yêu cầu khắc khe nhất do thực phẩm sau chế biến cần giữ nguyên được những tính chất tươi sống cũng như chất lượng và hương vị của sản phẩm Đồng thời sản phẩm sau chế biến phải đảm bảo khả năng bảo quản lâu nhất trong những điều kiện hàng ngày để đáp ứng nhu cầu của nhân dân cũng như xuất khẩu sang các nước khác Điều đó đặt ra cho ngành công nghệ sấy một vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất và chế biến thực phẩm

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công-nông nghiệp Trong nông nghiệp sấy là một trong những công đoạn quan trọng của quá trình xử lý sau thu hoạch Trong công nghiệp như công nghiệp chế biến nông-hải sản, công nghiệp chế biến gỗ, công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng v v kỹ thuật sấy cũng đóng một vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất

Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi VLS một cách đơn thuần mà là một quá trình công nghệ Nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp Chẳng hạn trong chế biến gỗ, sản xuất vật liệu xây dựng, sản phẩm sau khi sấy không được nứt nẻ cong vênh Trong chế biến nông-hải sản, sản phẩm sấy phải đảm bảo duy trì màu sắc, hưong vị, các vị lượng Trong sấy thóc phải đảm bảo thóc sau khi sấy có tỉ lệ nứt gãy khi xay xát là thấp nhất v v

Để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết bị như : thiết bị sấy (buồng sấy, hầm sấy, ) calorifer hoặc thiết bị lạnh để làm khô tác nhân, bơm, quạt, và một số thiết bị phụ khác như buồng đốt, xyclon Chúng ta gọi hệ thống các thiết bị thực hiện

một quá trình sấy cụ thể nào đó là một hệ thống sấy

Trong các HTS thì sấy bằng phương pháp thăng hoa có các ưu điểm là sấy ở nhiệt độ thấp nên giữ được các tính chất tươi sống của sản phẩm, dùng để sấy thực phẩm sẽ giữ được chất lượng và hương vị của sản phẩm, không bị mất các vitamin Tuy vậy, sấy thăng hoa có nhược

điểm là giá thành thiết bị cao, vận hành phức tạp, người vận hành cần có trình độ kỹ thuật cao, tiêu hao điện năng lớn

Tuy vậy do có những ưu điểm trên nên HTS thăng hoa được dùng khá phổ biến trong những ngành công nghiệp có đòi hỏi những nhu cầu nghiêm ngặt về chất lượng sản phẩm như công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dược cũng như công nghiệp hoá học nói chung

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Hiện nay, yêu cầu về chất lượng các sản phẩm sấy ngày càng cao, ngoài yêu cầu về độ khô, một số sản phẩm đòi hỏi phải đảm bảo về màu sắc, hương vị, chất dinh dưỡng và toàn bộ trạng thái của sản phẩm Các phương pháp sấy thông thường tuy đảm bảo yêu cầu về độ ẩm nhưng có thể phá hủy các hoạt chất sinh học như hoocmon, màu sắc, mùi vị, vitamin, protein…làm thay đổi chất lượng của thực phẩm Vì vậy, để đáp ứng các yêu cầu đó, người ta

đã áp dụng hệ thống sấy thăng hoa vào sấy các loại thực phẩm, đặc biệt là các loại thực phẩm cần giữ lại tối đa hương vị, màu sắc cũng như chất dinh dưỡng

Hiện nay nhu cầu về thức ăn nhanh ngày càng tăng nhanh về số lượng lẩn chất lượng.Trong đó, gói rau gia vị mang lại hương vị cho sản phẩm, việc sử dụng phương pháp sấy thăng hoa để giữ lại tối đa màu sắc và mùi vị của chúng sau khi sấy là hết sức cần thiết

3 Nội dung của đổ án

Tổng quan về phương pháp sấy thăng hoa

Tổng quan về thức ăn nhanh và gia vị

Phương pháp nghiên cứu và tính toán hệ thống sấy thăng hoa

Tính toán và thiết kế hệ thống sấy thăng hoa

Kết quả và bàn luận

4 Gới hạn nghiên cứu của đồ án

Với quy mô đồ án môn học của sinh viên nên hệ thống sấy thăng hoa chỉ được tính toán, thiết kế theo lý thuyết bằng kiến thức đã được học

5 Phương pháp nghiên cứu

Tổng hợp tài liệu đưa ra trình tự thiết kế hệ thống sấy thăng hoa có năng suất cho sẵn

Sử dụng các công cụ toán học, đồ họa để hổ trợ tính toán lựa chọn thiết bị phù hợp

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

6.1 Ý nghĩa khoa học

Việc xác lập các thông số kỹ thuật trong qua trình sấy làm cơ sở khoa học để xác định chế độ

công nghệ sấy thăng hoa cho các rau gia vị nói riêng và cho thực phẩm nói chung

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Đây là hệ thống sấy giúp giữ lại tối đa màu sắc, mùi vị của rau gia vị cho thức ăn nhanh

nói riêng và cho thực phẩm nói chung Công nghệ sấy thăng hoa hiện nay được xem là một

trong những công nghệ chế biến tiên tiến nhất trong ngành công nghệ thực phẩm

Việc ứng dụng công nghệ sấy thăng hoa vào sấy các loại gia vị cho thức ăn nhanh sẽ thúc

đẩy ngành chế biến thức ăn nhanh của nước ta phát triển

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về sấy thăng hoa

1.1.1 Định nghĩa :

- Sấy : là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu nhằm tránh hư hỏng trong quá trình bảo quản,

tăng độ bền cho sản phẩm, giảm trọng lượng, giảm chi phí chuyên chở và đồng thời nó cũng làm tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm

- Sấy thăng hoa : Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng sự thăng hoa

của nước Quá trình thăng hoa là quá trình chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi Ở điều kiện bình thường, ẩm trong thực phẩm ở dạng lỏng, nên để thăng hoa chúng cần được chuyển sang thể rắn bằng phương pháp lạnh đông Chính vì vậy nên còn gọi là phương pháp sấy lạnh đông (Freeze Drying hay Lyophillisation)

Phương pháp sấy thăng hoa do kĩ sư G.I.Lappa Stajenhexki phát minh 1921, được ứng dụng lần đầu tiên ở Nga

1.1.2 Ưu nhược điểm của phương pháp Sấy Thăng Hoa :

1.1.2.1 So với các phương pháp bảo quản khác

Trong kỹ thuật sấy, nhiệt là nguyên nhân gây tổn thất về hương thơm và chất lượng dinh dưỡng Tuy nhiên, sấy thăng hoa làm giảm hoạt độ của nước mà không dùng nhiệt tác động lên thực phẩm, kết quả là vẫn giữ được hương thơm và chất lượng sản phẩm tốt hơn Trong sấy thăng hoa chi phí cho hệ thống tạo áp suất chân không và làm lạnh rất lớn Vấn đề này cùng với vốn đầu tư ban đầu làm cho chi phí sấy thăng hoa và cô đặc thực phẩm tăng cao Nên cần xem xét lại chi phí liên quan trong quá trình sấy thăng hoa và tỷ lệ làm khô Tuy nhiên người tiêu dùng vẫn sẽ chấp nhận những sản phẩm có giá thành cao mà chất lượng tốt hơn vẫn giữ được hương vị và cấu trúc của sản phẩm tươi (ví dụ: như cà phê, nấm có mũ, thảo mộc và gia vị, nước trái cây, thịt, hải sản, rau và khẩu phần ăn đủ dinh dưỡng trong quân đội hoặc tiêu dùng hàng ngày)

Ngoài ra, canh trường vi sinh dùng trong chế biến thực phẩm được sấy thăng hoa để kéo dài thời gian lưu trữ lâu hơn

1.1.2.2 Ưu nhược điểm của phương pháp Sấy thăng hoa với các phương pháp sấy khác

Ưu điểm : sấy thăng hoa có ưu điểm rất lớn so với các phương pháp sấy khác đó là : sản

phẩm có chất lượng cao (giữ nguyên màu sắc, cấu trúc, hương vị, tính thủy hóa), giữ gìn hoạt tính sinh học, không làm mất các vitamin Tiêu hao năng lượng để bay hơi hàm ẩm thấp

Nhược điểm : giá thành thiết bị cao, vận hành cần có trình độ kỹ thuật kỹ thuật cao; tiêu

thụ điện năng lớn

Bảng 1.1: So sánh phương pháp sấy thăng hoa và sấy truyền thống

Sấy khô truyền thống Sấy thăng hoa

-Thực phẩm sấy khô dễ dàng( rau, ngũ

-Ít gây thay đổi cấu trúc và làm co sản phẩm

-Khử nước rất nhanh

-Hương vị được giữ lại bình thường

-Màu bình thường

-Giữ được dinh dưỡng

-Giá sản phẩm nói chung cao, có thể gấp 4 lần sấy khô thông thường

1.2 Cơ sở khoa học của sấy thăng hoa

1.2.1 Các giai đoạn sấy thăng hoa

Quá trình sấy thăng hoa trải qua 3 giai đoạn chính : giai đoạn làm lạnh, giai đoạn thăng hoa và giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại

Hình 1.1 : Đồ thị biểu hiện trạng thái thăng hoa ở điểm ba thể

Nếu ẩm trong vật liệu sấy có trạng thái đóng băng được gia nhiệt đẳng áp đến nhiệt độ nhất định thì nước ở thể rắn sẽ thực hiện quá trình thăng hoa Từ đồ thị cho thấy áp suất càng thấp thì nhiệt độ thăng hoa của nước càng giảm do đó khi cấp nhiệt cho vật liệu sấy ở áp suất càng thấp thì độ chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nhiệt và vật liệu sấy càng tăng

1.2.1.1 Giai đoạn làm lạnh (giai đoạn lạnh đông)

Trong giai đoạn này, vật liệu sấy được làm lạnh từ nhiệt độ môi trường khoảng (20 ÷ 25)0C xuống nhiệt độ (-10 ÷ -15) 0C, ở nhiệt độ này nước trong thực phẩm đóng băng hầu như hoàn toàn Mỗi thực phẩm khác nhau sẽ có nhiệt độ lạnh đông khác nhau, nhưng phải đảm bảo cho sự đông kết của nước bên trong nó phải đạt (85 ÷ 92)% Ở giai đoạn này, lượng

ẩm thoát ra rất ít, chủ yếu là sự bay hơi và thăng hoa nước trên bề mặt thực phẩm Sự thiát ẩm này là do chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí không gian sấy và lớp không khí sát bề mặt thực phẩm Ngoài ra còn sự chênh lệch nhiệt độ thực phảm lạnh đông với nhiệt độ môi trường lạnh đông Đây cũng là nguyên nhân làm bay hơi ẩm để có xu hướng

Khí

đạt tới trạng thái cân bằng nhiệt Lượng ẩm thoát ra trong giai đoạn này khoảng (4 ÷ 10)% Tuy nhiên trong giai đoạn này co hút chân không thì chênh lệch áp suất riêng phần hơi nước ở thực phẩm và môi trường sấy lớn hơn, nhiệt độ thực phẩm và môi trường lớn hơn, dẫn đến lượng ẩm tách ra nhiều hơn, khoảng (10 ÷ 15)% Có 2 cách làm lạnh đông vật liệu sấy: Cách thứ nhất sử dụng thiết bị làm lạnh đông thông thường hoặc nitơ lỏng để làm lạnh đông sản phẩm bên ngoài buồng sấy thăng hoa Cách thứ hai là vật sấy tự lạnh đông ngay trong buồng sấy thăng hoa khi buồng sấy được hút chân không

Trong giai đoạn này sản phẩm cần được làm lạnh đông rất nhanh để hình thành các tinh thể băng nhỏ ít gây hư hại đến cấu trúc tế bào của sản phẩm Đối với sản phẩm dạng lỏng, phương pháp làm lạnh đông chậm được sử dụng để băng tạo thành từng lớp, các lớp này tạo nên các kênh giúp cho hơi nước dịch chuyển dễ dàng

1.2.1.2 Giai đoạn thăng hoa

Giai đoạn này là giai đoạn tách ẩm chính của phương pháp sấy thăng hoa Khi nhiệt độ sản phẩm đạt nhiệt độ cấp đông, ngừng quá trình cấp đông, lúc này bơm chân không bắt đầu hoạt động làm áp suất buồng sấy hạ xuống rất nhanh tạo môi trường sấy là môi trường chân không, có áp suất ít thay đổi (0,1÷1)mmHg Do sự chênh lệch áp suất riêng phần hơi nước ở thực phẩm và áp suất hơi nước trong môi trường sấy quá lớn Đồng thời dòng nhiệt bức xạ từ các tấm kim loại phát ra để đốt nóng là cho sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường và thực phẩm khá lớn Do đó nước trong thực phẩm đông lạnh bắt đầu thăng hoa mãnh liệt Hơi nước tiếp tục được tách ra khỏi sản phẩm bằng cách giữ cho áp suất trong buồng sấy thăng hoa thấp hơn áp suất hơi nước trên bề mặt của băng, đồng thời tách hơi nước bằng máy bơm chân không và ngưng tụ nó bằng các ống xoắn ruột gà lạnh, các bản dẹt lạnh hoặc bằng hoá chất Khi quá trình sấy tiếp diễn, bề mặt thăng hoa di chuyển vào bên trong sản phẩm đông lạnh, làm sản phẩm được sấy khô Nhiệt lượng cần thiết để dịch chuyển bề mặt thăng hoa (ẩn nhiệt thăng hoa) được truyền đến sản phẩm do truyền nhiệt bức xạ Hơi nước di chuyển ra khỏi sản phẩm qua các kênh và đến bình ngưng, sau đó thành băng bám trên bề mặt ống Độ ẩm giảm nhanh và gần như tuyến tính, có thể xem là giai doạn có tốc độ sấy không đổi Ở thời gian cuối của giai đoạn nhiệt độ sản phẩm sấy tăng dần từ (- 30 ÷ -25) 0C đến 00C (chính xác 0,000980C), tại đây kết thúc giai đoạn thăng hoa

Trong giai đoạn thăng hoa, nhiệt độ môi trường ở lối ra buồng thăng hoa hầu như không đổi, dẩn đến nhiệt độ ở thiết bị ngưng tụ - đóng băng hầu như củng không đổi trong suốt quá trình thăng hoa Nhiệt độ tấm gia nhiệt và nhiệt độ môi trường giữa các tấm gia nhiệt hầu như

ên nhiệt độ

B – C) Quá

c với quá trổi) trong sấ

ít theo thờiiải thích là ở

ạn bốc hơi

ạn làm bay nước trong vvật liệu sấy tđộng trong

m lớn hơn 4,không gian

ng Vật liệu pha từ lỏng

tụ đóng băn bình thườn

ng phần củabốc hơi ẩm

á trình thănrình sấy thứ

ấy đối lưu là gian sấy ( đ

ở lớp sâu bê

ẩm còn lại.

hơi ẩm cònvật liệu sấytăng lên và khoảng (0,,58 mmHg

n sấy là áp ssấy vẩn đư

g sang hơi k

ng Như vậy

ng động lự

a hơi nước, ncòn lại trongian sấy và

hoa và sấy n

ng khoảng ường sấy d

ên trong vật

n lại trong v

y nằm trên đạt 00C, áp,1 ÷ 2)mmH

suất chân khược tiếp tụckhuyếch tán

y giai đọn là

ực cho quá tnhiệt độ giữ

ng vật liệu svật liệu sấy

nhiệt Trong

tử (38 ÷ 45dao động tr

dốc lên)

t sấy còn có

vật liệu sấyđiểm 3 thể

y bằng nha

H

g công nghệ5)0C để nhiệong khoảng

ó ẩm đang đ

y Ở cuối qunên ẩm trêtrường sấy c

áp suất riên

÷ 2)mmHg, vbằng bức xhơi vào môượng ẩm còn

ơi - khuyếc

m và môi trkhi nhiệt đ

độ giữa các

m này xảy r

ường cong s

hoa này thìcác các tấm)0C là thích

ăng hoa, dotrở về dạng

nhiệt và cân bằng ẩm, lượng ẩm trong vật liệu sấy không thể bốc hơi được nửa và gần cuối giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại này hầu như lượng ẩm trong vật liệu sấy hầu như không đổi Quá trình dịch chuyển ẩm trong sấy thăng hoa khác với quá trình dịch chuyển ẩm trong

hệ thống sấy khác làm việc ở áp suất khí quyển( P = 760 mmHg = 1at) Khi thăng hoa các phân tử nước không va chạm nhau bỡi vì môi trường chân không không tồn tại trường lực đàn hồi của hệ thống khí các phân tử nước tương tác với nhau bỡi lực đẩy ra xa nên không thể va chạm Nhờ đó mà sấy thăng hoa có một ưu điểm lớn là bảo toàn được chất lượng sinh học của sản phẩm sấy một ưu điểm nửa là trong môi truờng chân không các sản phảm sấy không bị oxy hóa

1.2.2 Biến đổi nguyên liệu :

Sản phẩm sấy thăng hoa có thời hạn sử dụng rất lâu trong điều kiện bao gói phù hợp và

có thể được bảo quản ở nhiệt độ phòng Bởi vì hoạt độ nước trong sản phẩm thường rất thấp (dưới 0,3) Với hoạt độ của nước thấp như vậy, các enzyme và vi sinh vật gần như bị ức chế hoàn toàn Thời gian bảo quản của một số sản phẩm sấy thăng hoa đã được công bố trên thị trường có thể lên đến vài chục năm Cá biệt có sản phẩm được báo cáo có thời hạn sử dụng lên đến 50 năm (như thịt heo sấy thăng hoa ở Mỹ, được sử dụng trong quân đội) Các sản phẩm cuối cùng giữ lại 98% chất dinh dưỡng và cân nặng ít hơn nhiều so với trước khi sấy Thực phẩm sấy thăng hoa gần như giữ lại được các đặc tính của nguyên liệu ban đầu đồng thời sự tổn thất về mặt chất lượng thường ở mức thấp nhất Sản phẩm chẳng những giữ lại tối

đa các đặc tính về chất lượng (màu sắc, mùi vị, trạng thái) mà các hợp chất có hoạt tính sinh học (vitamin, enzyme, omage-3 axít) cũng được bảo vệ một cách tôt nhất (tất nhiên không phải 100%)

Nghiên cứu trên sản phẩm cá hồi sấy thăng hoa chỉ ra rằng sản phẩm có tỷ lệ co rút thể tích dưới 10% (chấp nhận được), màu sắc có giảm sau sấy thăng hoa nhưng sau khi hút nước

có sự phục hồi lại màu sắc đáng kể, sản phẩm có tốc độ hút nước cực nhanh chỉ trong khoảng 5-10 giây để đạt được tỷ lệ hút nước tối đa ở nhiệt độ 800C (điều này rất thuận lợi khi sử dụng như là một thành phần thực phẩm dạng soup) Có cấu trúc xốp, dòn phù hợp với sản phẩm snack ăn liền Ở những sản phẩm phải có độ khô cao và cần độ hòa tan tốt như sữa bột thì với phương pháp sấy thăng hoa, độ ẩm sản phẩm còn lại 4 - 6%, và hình dạng ban đầu vẫn được giữ nguyên, không có sự thay đổi về kích thước rõ rệt Sản phẩm sấy thăng hoa lưu lại rất tốt các đặc tính cảm quan và chất lượng dinh dưỡng Các chất dễ bay hơi không bị cuốn vào hơi nước sinh ra trong quá trình thăng hoa mà bị mắc lại trong khung sản phẩm Kết quả là 80-90

% mùi được giữ lại Kết cấu của sản phẩm tốt : ít bị co ngót và không bị hiện tượng cứng vỏ Cấu trúc xốp cho phép quá trình làm ướt trở lại nhanh chóng và hoàn toàn, nhưng nó dễ vỡ và cần bảo vệ tránh bị hư hại cơ học Chỉ có những thay đổi nhỏ về chất lượng protein, tinh bột

và các hydrocacbon khác Tuy nhiên cấu trúc xốp của sản phẩm có thể để cho oxy xâm nhập

và gây oxy hoá lipit Vì vậy, sản phẩm cần được bao gói trong khí trơ Những thay đổi của thiamin và axit ascorbic trong quá trình sấy thăng hoa ở mức vừa phải và sự thất thoát của các vitamin khác không đáng kể (xem bảng) Tuy nhiên, sự thất thoát các chất dinh dưỡng do các quá trình chuẩn bị trước khi sấy, đặc biệt là chần hấp rau có thể ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng dinh dưỡng của sản phẩm sấy thăng hoa

Bảng 1.2 : Tổn thất vitamin trong quá trình sấy thăng hoa

Thực

phẩm

% thất thoát Vitamin

1.2.3 Ứng dụng của Sấy thăng hoa:

Hiện nay, sấy thăng hoa được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm, công nghiêp dược, công nghiệp hóa học và một số ngành khác…

Sấy thăng hoa, nhất là phương pháp sấy nhanh (AFD : accelerated freeze drying) được áp dụng rộng rãi ở Mỹ để sấy các loại nguyên liệu đắt tiền như thịt gia súc, gia cầm Ngoài ra nó còn được sử dụng để sấy các sản phẩm khác như : cà phê, gia vị, trong dược phẩm v.v

1.2.3.1 Dược phẩm và công nghệ sinh học :

Các công ty dược phẩm thường sử dụng sấy thăng hoa để tăng thời gian bảo quản và chất lượng của sản phẩm như vacxin và các loại thuốc khác :

1.2.3.1.1 Các loại vacxin :

Do giữ được các tính chất tươi sống, các hoạt tính sinh học, đặc hiệu vv nên kỹ thuật sấy thăng hoa được sử dụng để sản xuất các loại vắc xin đông khô cho người và gia súc Hiện nay ở nước ta người ta đã sử dụng rất phổ biến kỹ thuật này như ở Viện vệ sinh và dịch tể Hà Nội, Viện Pasteur thành phố Hồ Chí Minh, Viện sản xuất sinh vật phẩm Đà Lạt – Nha Trang…

1.2.3.1.2 Huyết tương :

Huyết tương sấy thăng hoa là sản phẩm được sản xuất từ máu tươi, là một trong những vật phẩm rất quý báu, dùng để điều trị cấp cứu Trong quá trình sản xuất huyết tương khô người ta làm lạnh và sấy thăng hoa để đạt được huyết tương có độ ẩm 1%

1.2.3.2 Công nghệ thực phẩm :

1.2.3.2.1 Mật ong

Như chúng ta đã biết, thực chất của đông khô (sấy thăng hoa) là đông lạnh cộng thêm giai đoạn sấy khô ở áp suất chân không (P < 4,58 mm Hg) để thăng hoa nước đá từ sản phẩm đông lạnh Do vậy mà chi phí năng lượng và giá thành ban đầu (giá thành xuất xưởng) của sản phẩm đông khô cao hơn nhiều so với thực phẩm đông lạnh Tuy nhiên, quá trình bảo quản, vận chuyển tiếp theo của thực phẩm đông khô đơn giản, ít chi phí do không cần hệ thống khép kín liên tục trong môi trường lạnh đông (-18 đến -250C) như đối với thực phẩm đông lạnh, cho nên nếu ta bảo quản thực phẩm quá 6 tháng cộng thêm chi phí vận chuyển (xa quá 300 Km) thì tổng giá thành của thực phẩm đông lạnh sẽ cao hơn tổng giá thành của thực phẩm đông khô từ 5 đến 16% Mật ong sau khi thu hoạch phải đạt tiêu chuẩn tối thiểu 1,3 kg/lít Nếu mật có trọng lượng riêng thấp hơn giá trị trên mật sẽ rất loãng, trong điều kiện khí hậu nóng ẩm, loại mật này dễ bị các vi sinh vật lên men làm giảm phẩm chất Hơn nữa, nếu mật quá loãng, chi phí để sấy sẽ cao hơn mật đặc có cùng trọng lượng Nếu mật có trọng lượng riêng = 1,3 kg/lít, chi phí cho chế biến sẽ giảm đáng kể

được sử dụnsung thêm h

ấp Bằng các

ao hơn Nư

m Nước trácam quýt kmùi hươngnày của vỏ ciến thành nh

dụng của tr

thăng hoa, ẩ

n phẩm với

ữ được hươnhoa là công

ủa sấy thăng, hầu hết m

m ở trạng th

Hình

i cây nào cũkiwi, ổi, đubiến để dùngchế biến thà

ng để sản xuhàm ẩm thí

ch này có th

ớc chanh h

ái cây gồm khác Chính

g Nguyên licam và chanhiều hình dạ

rái cây sấy

ẩm được th

ẩm độ có t

ng vị, màu đoạn khá đ

g hoa và mộmọi người khhái lỏng, và

1.3: Mật o

ũng có thể s

u đủ, chuối

g sẵn, cung ành các hình

uất Sản phẩích hợp để k

hể ứng dụnghoặc nước c

cả vỏ có th

h vỏ của chúiệu sẵn có manh rất thônạng hoặc ng

thăng hoa

hăng hoa trựthể kiểm sosắc

đặc biệt tron

ột số người hông quen v

à khi sấy ch

ong sấy thăn

sấy thăng h

và nho Trácấp nguồn

h dạng khá

ẩm này có thkích thích k

g để làm yocam có thể s

hể sấy thăngúng có thểmùi trên vỏ

g dụng và mghiền thành

trong công

ực tiếp từ troát được, k

ng ngành thựquen với vivới phươnghuyển sang

ng hoa

hoa như dâu

ái cây nhập nguyên liệu

c nhau như

hể được chếkhứu giác, nogurt trái câsấy thăng h

g hoa và ngsấy thăng nơi tập trunmùi thơm ribột

g nghệ sản x

rạng thái rắkhông cần q

ực phẩm Cóiệc lựa chọn

g pháp sấy ttrạng thái h

u, lê, mâm sngoại và ít

u cho địa phư: lát mỏng,

ế biến thànhnhưng vẫn d

ây Sản phẩmhoa để sản xghiền thànhhoa và tinhung hầu hết iêng biệt V

xuất mứt

ắn sang hơi,qua chế biế

ó nhiều ngừ

n thực phẩmthăng hoa nhơi Nếu lấ

sôi, quả việtđược biết ởhương Trái, hạt lựu và

h dạng siro.duy trì hoạt

m cam quýtxuất ra một

h bột để sản

h chế thànhcác túi tinh

thái rắn của nước, đặt ở nơi có áp suất chân không cực kỳ thấp và tăng nhiệt nhẹ để kích thích quá trình, lượng ẩm từ trạng thái rắn sẽ thăng hoa trực tiếp thành trạng thái hơi và bỏ qua giai đoạn chuyển thành lỏng Thuật ngữ cho quá trình trên gọi là quá trình sấy thăng hoa Khi nước thăng hoa từ thực phẩm ra ngoài, cấu trúc tế bào không bị co lại, vẫn giữ được lỗ xốp

Vì thế thực phẩm được hồi phục lại nhanh chóng, khi thêm nước Không có mặt hàng thực phẩm đơn lẻ hay thành phần của chúng là câu trả lời cho tất cả mọi vấn đề do chuyên gia bánh kẹo đưa ra nhằm phát triển mặt hàng mới Nhưng trái cây sấy thăng hoa là một giải pháp Loại trái cây này có nhiều ưu điểm và cần tìm thấy những ứng dụng chuyên biệt cho chúng Nói chung vì chi phí và bản chất tự nhiên trong thành phần, trái cây sấy thăng hoa đang được sử dụng phổ biến trong trung tâm sản suất kem, kẹo mềm, kẹo hỗn hợp socola Chúng phù hợp với lời quảng cáo tuyệt vời, vì chúng không làm tăng độ ẩm và vẫn giữ được hương vị và màu sắc tự nhiên Các chuyên gia phải tìm ra công thức riêng cho chính họ nhưng điểm khởi đầu

sẽ sử dụng bột trái cây sấy thăng hoa trong khoảng3-5% Khi một người sử dụng sản phẩm sấy thăng hoa thì hương vị chưa thể biểu hiện đến khi chúng được nhai trong miệng và được nước bọt chuyển hóa Độ ẩm là yếu tố cần thiết để kích thích vị giác cho phép chúng ta nhận biết được hương vị Tương tự bổ sung trái cây sấy thăng hoa vào kẹo có chứa hàm ẩm cực kỳ thấp có thể không có lợi Ví du: kẹo cứng nói chung có giá thấp Chỉ có thể sử dụng bột trái cây sấy thăng hoa kết hợp với chất tạo áo tạo thành hệ đồng nhất về màu và mùi vị Tuy nhiên

độ ẩm không đáng kể trong hỗn hợp chất tạo áo và cũng cần thiết có trong thành phần để tạo hương khi nhai Yogurt và trái cây là sự kết hợp tự nhiên, chỉ có vấn đề thời gian đến khi mọi người chấp nhận sử dụng hương này trong sản phẩm kẹo Yogurt sấy thăng hoa cũng sẵn có

để dùng

1.3 Nhu cầu thức ăn nhanh

1.3.1 Nhu cầu trên thế giới

Ăn là một nhu cầu cơ bản của con người, nó cũng là nhu cầu cơ bản của con người( khoái khẩu) nhưng vì không có thời gian nên người ta chọn cách ăn nhanh để với mục đích duy nhất

là đủ no và đủ sức làm việc

Với cái tên ăn nhanh nên mọi thứ cần thỏa mãn mhu cầu “nhanh” này để tiết kiệm thời gian Người ăn phần lớn đứng để ăn chứ không ngồi vào bàn, thức ăn được gói trong túi giấy,

ăn xong vứt bỏ bao bì, không cần chén bát muỗng nĩa

Thức ăn nhanh cần phải nhỏ gọn để khỏi mất thời gian nhai nuốt tức khối lượng thức ăn càng nhỏ càng tốt( giống như thức ăn cho các nhà vũ trụ, càng nhỏ càng tiện lợi) nhưng nếu

muốn đủ năng lượng để khỏi mau đói thì thức ăn nhanh phải giàu năng lượng đôi khi chúng

ta phải giật mình khi biết rằng một phần thức ăn Hambuger cung cấp năng lượng đủ cho một ngày

Để thức ăn nhanh giàu năng lượng thì thành phần thực phẩm của chúng ta phải chứa các chất giàu năng lượng, các chất đó không gì khác là chất béo( mỗi gam chấy béo cung cấp 9 kCal trong khi bột , đường, thịt thì chỉ 4 kCal)

Tùy theo khu vực hay các nước khác nhau mà thực phảm ăn nhanh của mỗi nơi cũng khác nhau, ví dụ như ở Mỹ đang nổi bật hơn cả là những cửa hàng thức ăn nhanh nổi tiếng trên thế giới như: KFC “Kentucky Fried Chicken”; Manhttan; Chicken Town; Hollywood…

1.3.2 Nhu cầu tại Việt Nam

Bên cạch các thương hiệu thức ăn nhanh ( fastfood) nổi tiếng du nhập vào Việt Nam và gia tăng nhanh trong thời gian gần đây như: KFC; Manhttan; Chicken Town; Hollywood… với các món ăn đặc trưng như: Pizza, Salad trộn, mì Ý, Hambuger…hàng loạt các cửa hành, cửa hiệu, quán ăn phục vụ các món ăn nhanh kiểu Việt Nam cũng nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường

Dù con số còn khá khiêm tốn (chưa đến 10% dân số Việt Nam) có thói quen sử dụng thức

ăn nhanh nhưng với tốc độ phát triển của ngành kinh tế và nhu cầu gia tăng trong cuộc sống hiện đại, thị trường thức ăn nhanh Việt Nam thực sự là một tiềm năng cho các nhà đầu tư Cung cấp nguồn thực phẩm dành cho chế biến thức ăn nhanh chiếm thị trường đáng kể tai Việt Nam phải kể đến các loại xúc xích, patê, giò lụa, các mặt hàng thủy hải sản chế biến của Vissan, Cầu Tre, Kinh Đô…; các loại mì, phở, cháo, bún, hủ tiếu ăn liền… của VINA Acecook …Những nhãn hiệu thực phẩm của dioanh nghiệp này không nhửng chiếm ưu thế trong thị trường trong nước mà còn trở nên quen thuộc với người tiêu dùng một số nước nổi tiếng khắc khe về quy chế nhập khẩu các mặt hành thực phẩm chế biến như: Mỹ, Úc, Nhật… Cùng với chuỗi cửa hàng thức ăn nhanh nổi tiếng của các tập đoàn lớn đã vào Việt Nam càng nhiều công ty đang tìm cách thâm nhập thị trường, các thương hiệu ăn nhanh kiểu Việt Nam hay pha trộn phong cách Á-Âu-Mỹ do người Việt Nam gây dựng nên cũng đang dần hình thành và phát triển Nguồn cung cấp thực phẩm, đồ ăn khá an toàn hiệu quả này sẽ dần dần thay thế thói quen sử dụng thức ăn đường phố của đại đa số dân cư Không nhửng là giải pháp an toàn và hiệu quả cho cuọc sống hiện đại, thị trường thức ăn nhanh Việt Nam còn là sự

lựa chọn tất yếu của người dân trong tuơng lai không xa vì những lợi ích tích cực cho cuộc sống và là giải pháp giải phóng sức lao động của người nội trợ

Ngành công nghiêp thực phẩm là một trong những ngành phát triển mạnh nhất ở thành phố Hồ Chí Minh Với khoảng 5000 doanh nghiệp chế biến lương thực thực phẩm đóng trên địa bàn Năm 2003 đã tạo ra giá trị sản xuất 36200 tỉ đồng, chiếm hơn 23% cơ cấu toàn ngành công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Các loại thực phảm chế biến sẵn, nguyên liệu làm sẵn khá đa dạng, thường xuyên có các chủng loại sản phẩm mới tung ra thị trường

Tuy nhiên, nhìn chung tại thành phố Hồ Chí Minh ( và Việt Nam) vẫn chưa có những thương hiệu thực phẩm chế biến và nguyên liệu làm sẵn thật sự mạnh Về thức ăn nhanh, chúng ta đang dừng bước lại ở mức thu nhập kiểu chế biến và chủng loại thực phẩm từ nước ngoài, dù tiện lợi nhưng chưa hẳn phù hợp với khẩu vị người Việt Nam, dễ gây béo phì Các loại thực phẩm chế biến khác dù đã có khá nhiều chủng loại nhưng hầu hết các sự cải tiến chỉ thiên về hình thức bao bì, cách thứ chế biến, chủng loại nguyên liệu chưa có những nghiên cứu sâu về chất lượng và đặc tính dinh dưỡng để tạo ra những sản phẩm phù hợp với khẩu vị, tiện sử dụng và có chất hơn

1.4 Tổng quan về gia vị cho thực phẩm ăn nhanh

Đối tượng nghiên cứu tính toán là gói rau gia vị cho các sản phâm ăn liền như: mì, phở,

hủ tiếu, bún, miến, cháo ăn liền…

1.4.1.Thành phần trong gói rau gia vị:

Cà rốt – Daucus carota L., ssp sativus Hayek., thuộc họ hoa tán – Apiaceae

Cà rốt là một loại thực phẩm có giá trị cao về dinh dưỡng và có khả năng chữa bệnh cho con người Cà rốt giàu về hàm lượng đường, vitamin và năng lượng, các dạnh đường tập trung

ở phần vỏ và thịt nạt củ; phần lõi rất ít Vì vậy cà rốt có lớp vỏ dày, lõi nhỏ là những củ có hàm lượng dinh dưỡng cao nhất

Thành phần hóa học

Trong 100g cà rốt, theo tỷ lệ phần trăm:

Bảng 1.3: thành phần hóa học của cà rốt

Thành phần Tỷ lệ (%) Nước 88,7 Protid 1,5 Glucid 8,8 Cellulose 1,2 Tro 0,8 Ngoài ra trong cà rốt còn có: K, Ca, Fe, P, Cu, Bo, Br, Mn, Mg…

Đường trong cà rốt chủ yếu là đường đơn (fructose, glucose) chiếm tới 50% tổng lượng đường có trong củ, là loại đường dễ bị oxy hóa dưới tác dụng của enzyme trong cơ thể, các loại đường như levulose và dextrose được hấp thụ trực tiếp

Trong cà rốt có rất nhiều vitamin C, D, E và các vitamin nhóm B, ngoài ra cà rốt còn chứa rất nhiều caroten ( cao hơn cà chua); sau khi vào cơ thể, chất này sẽ chuyển hóa dần thành vitamin A, là loại vitamin vo cùng thiết yếu

Hiện nay, cà rốt không những được sử dụng tươi sống, chế biến mà còn được sử dụng là thực phẩm sấy khô bổ sung vào các gói gia vị của thực phẩm ăn liền Tuy nhiên công nghệ sấy nóng cà rốt như hiện nay thì không những riêng cà rốt mà các loại rau củ quả khác đều giảm chất lượng của sản phẩm Cùng với các loại rau gia vị khác, cả rốt được sử dụng công nghệ sấy thăng hoa sẽ giảm tối thiểu tổn thất chất dinh dưỡng, vitamin cũng như màu sắc

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Tổng hợp tài liệu

- Xem xét tình hình nghiên cứu lĩnh vực này trên thế giới, ứng dụng những thành tựu khoa học mới của thế giới

- Tìm hiểu cơ sở khoa học của phương pháp sấy thăng hoa

- Tìm hiểu các thiết bị cơ bản trong hệ thống sấy thăng hoa

- Tìm hiểu đặc tính của vật liệu sấy

2.2 Các bước tính toán thiết kế

2.2.1 Tính toán cho hệ thống lạnh

2.2.1.1 Xác định những thông số yêu cầu ban đầu khi tính toán thiết kế

- Năng xuất nhập liệu G [kg/mẻ]

- Hệ thống sử dụng môi chất gì ?

- Nhiệt độ yêu cầu trong cấp đông phải đạt ở nhiệt độ bao nhiêu

- Máy nén sử dụng máy nén một cấp hay hai cấp

- Hệ thống được lắp đặt trong vùng miền khí hậu có nhiệt độ trung bình của môi trường trong những ngày nóng nhất của năm là bao nhiêu

- Thiết bị ngưng tụ của hệ thống làm mát bằng không khí hay bằng nước

Đây là những thông số cơ bản cho việc tính toán thiết kế hệ thống lạnh cấp đông

2.2.1.2 Các bước tính toán thiết kế hệ thống lạnh cấp đông

-Xác định thông số kỹ thuật của buồng cấp đông, cũng chính là buồng thăng hoa

- Xác định nhiệt tải của quá trình cấp đông vật liệu sấy

- Xây dựng chu trình nhiệt động học làm việc của hệ thống lạnh

- Xác định năng suất lạnh riêng của quy trình, lưu lượng khối lượng, lưu lượng thể tích môi chất lạnh tuần hoàn qua hệ thống lạnh

- Xác định hệ số cấp( năng suất hút) của máy nén và chọn máy nén

- Xác định công suất nén đoạn nhiệt của máy nén, công suất nén chỉ thị của máy nén, công suất ma sát, công hữu ích của máy nén, công suất tiết diện trên động cơ

- Xác định công suất động cơ cho máy nén và chọn động cơ

- Xác định các thông số tính toán các thiết bị trao đổi nhiệt và các thiết bị phụ

2.2.2 Các bước tính toán cho hệ thống sấy thăng hoa

2.2.2.1 Tính toán nhiệt cho buồng thăng hoa trong quá trình sấy

Để xác định các thông số kỹ thuật cho buồng thăng hoa thì phải xác định các đại lượng:

- Xác định lượng nước đóng băng của thực phẩm cần sấy

- Xác định nhiệt lượng cần thiết trong quá trình sấy thăng hoa

- Xác định diện tích truyền nhiệt trong quá trình sấy

2.2.2.2 Tính toán nhiệt cho thiét bị ngưng tụ - đóng băng

Nhiệt tỏa ra ở thiết bị ngưng tụ - đóng băng cũng chính là nhiệt tải của hệ thống lạnh Vì vậy

khi tính toán nhiệt cho thiết bị ngưng tụ - đóng băng ta phải tính được các thông số kỹ thuật

của hệ thống lạnh chạy cho thiết bị ngưng tụ - đóng băng

Để xác định các thông số kỹ thuật cho thiết bị ngưng tụ - đóng băng thì cần phải xác định các

đại lượng sau:

- Xác định nhiệt lượng tỏa ra ở thiết bị hóa đá

- Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị hóa đá

- Xác định thời gian xả băng và thời gian đuổi khí trong buồng thăng hoa

2.2.2.3 Tính toán bơm chân không

Để xác định các thông số kỹ thuật cho bơm chân không, tùy thuộc vào dung tích của buồng

thăng hoa hay năng suất sấy mà có thể cho sơ đồ bơm chân không mắc nối tiếp hay song song

hoặc chỉ dùng bơm chân không là đủ Muốn xác định công suất của bơm chân không thì phải

xác định các thông số:

-Xác định áp suất chân không của môi trường sấy

- Xác định áp suất chân không giới hạn mà bơm có thể tạo ra

- Xác định năng suất hút của bơm chân không

- Cuối cùng xác định công suất động cơ điện chạy cho bơm chân không

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

3.1.Những thông số kỹ thuật cần thiết cho quá trình tính toán, thiết kế

Vật liệu sấy là cà rốt

• Độ ẩm vật liệu sấy: W1 = 88,7 [%]

• Độ ẩm sản phẩm: W2 = 14 [%]

• Khối lượng riêng: = 1035 [Kg/m3]

• Nhiệt dung riêng: C = 3,87 [KJ/KgK]

Năng xuất nhập liệu: Gsp = 500 [Kg/mẻ], 1 mẻ từ 12 – 16 [h], chọn 1 mẻ 12 [h]

Thời gian, nhiệt độ và khối lượng ẩm bốc hơi trong từng giai đoạn:

9 Ở giai đoạn lạnh đông:

• Thời gian lạnh đông là: đ= 1 [h]

• Phần trăm lượng ẩm bốc hơi là : Wa1 = 10 [%]

• Nhiệt độ buồng lạnh đông của tủ cấp đông: tbl = – 40 [0C]

• Nhiệt độ trung bình của sản phẩm khi cấp đông là: – 18 [0C]

9 Ở giai đoạn thăng hoa:

• Thời gian thăng hoa là: = 7,5 [h]

• Phần trăm lượng ẩm bốc hơi là: Wa2 = 80 [%]

9 Ở giai đoạn sấy chân không

• Thời gian sấy chân không là: = 3,5 [h]

• Phần trăm lượng ẩm bốc hơi là: Wa3 = 10 [%]

• Nhiệt độ tấm đốt nóng bức xạ: tđn = 35 [0C]

Môi chất lạnh sử dụng là: R22

3.2.Tính toán thiết kế hệ thống lạnh cấp đông sản phẩm

3.2.1 Tính toán kích thước tủ cấp đông

3.2.1.1 Thể tích chứa sản phẩm

Thể tích chứa sản phẩm được tính theo công thức:

Vsp =

Trong đó : G1 - Khối lượng sản phảm chứa trong tủ sấy [kg]

Vsp - Thể tích nguyên liệu chứa tối đa trong tủ sấy [m3]

-Khối lượng riêng trung bình sản phẩm chứa trong tủ sấy [kg/m3]

Như vậy: Vsp = = = 0,483 [m3]

3.2.1.2 Thể tích buồng lạnh của tủ cấp đông

Thể tích chứa của buồng lạnh được tính theo công thức sau:

Vbl = ξ.

Trong đó: Vbl - Thể tích của buồng lạnh [m3]

Vsp – Thể tích nguyên liệu chứa tối đa trong tủ sấy [m3]

– Hệ số tính không gian không chứa sản phẩm, = 7,5 – 8, chọn = 7,8 – Hệ số lấp đầy của sản phẩm, = 0,65 – 0,95, chọn = 0,66

Như vậy: Vbl = ξ = 7,8 0,4830,66 = 5,7 [m3]

3.2.1.3 Kích thước tủ cấp đông cần thiết chế tạo

Kích thước tủ cấp đông được tính theo công thức:

Vbl = a b h [m3]

Trong đó: a – Kích thước chiều rộng của tủ [m]

b – Kích thước chiều dài của tủ [m]

h – Kích thước chiều cao của tủ [m]

3.2.2.Tính toán nhiệt tải cho tủ cấp đông

Nhiệt lượng cấp cho tủ cấp đông phải bảo đảm công suất lạnh của hệ thống lạnh sao cho tải hết lượng nhiệt Q [kW] tỏa ra từ sản phẩm trong quá trình cấp đông thải ra ngoài môi trường

Q = β.

Trong đó: - Hệ số kể đến tăng nhiệt độ ban đàu của sản phẩm

t – Thời gian một mẻ cấp đông [s]

Qsp – Chi phí lạnh cho quá trình cấp đông [kW]

Qk – Nhiệt lượng lấy ra từ khuôn [kJ]

Qkk – Nhiệt lượng lấy ra làm lạnh không khí [kJ]

Qmt – Nhiệt lượng từ môi trường xâm nhập qua vách và cửa tủ [kW]

Qqn – Nhiệt lượng môi trường xâm nhập đường ống làm quá nhiệt hơi về máy nén [kW]

3.2.2.1 Chi phí lạnh cho quá trình cấp đông

Qsp = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5

Trong đó: Q1 – Lượng nhiệt lấy ra để làm giảm nhiệt độ sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ đóng băng của nước trong sản phẩm [kJ]

Q2 – Lượng nhiệt lấy ra để toàn bộ nước trong sản phẩm đóng băng [kJ]

Q3 – Lượng nhiệt lấy ra để làm giảm nhiệt độ của băng đến nhiệt độ cuối cùng của quá trình cấp đông [kJ]

Q4 – Lượng nhiệt lấy ra để làm giảm nhiệt độ của thành nước không đóng băng trong sản phẩm [kJ]

Q5 – Lượng nhiệt cần thiết lấy ra để làm giảm nhiệt độ của thành phần chất khô [kJ]

Ta có:

t1 : Nhiệt độ ban đầu của sản phẩm, lấy ở nhiệt độ phòng t1 = 250C

t2: Nhiệt độ sản phẩm cuối quá trình cấp đông

C1 = C’ + C’’ (1- ): nhiệt dung của sản phẩm trước khi đóng băng [kJ/kgK]

C’ = 4,19 [(kJ/kg0C)]: nhiệt dung riên của nước

C’’ = 1,3 [(kJ/kg0C)]:nhiệt dung riêng của chất khô

= 0,887: hàm lượng nước trung bình của sản phẩm thực phẩm

Gsp = 500 [kg]: khối lượng của sản phẩm

t1 = 250C: Nhiệt độ ban đầu của sản phẩm

tđb = - 1,2 [0C]: Nhiệt độ trung bình của nước trong thực phẩm đóng băng

Q2 = L.Gsp. [kJ]

Trong đó:

L = 355 [kJ/kg]: Nhiệt đóng băng của nước ( ẩn nhiệt nước đóng băng)

Gsp = 500 [kg]: Khối lượng sản phẩm cấp đông

= 0,887: Hàm lượng nước trung bình trong sản phẩm thực phẩm

= 0,95: Hàm lượng nước đóng băng trong sản phẩm so với lượng nước ban đầu Như vậy Q2 tính được là: Q2 = 355.500.0,887.0,95 = 149570,4 [kJ]

3.2.2.1.3 Tính Q 3

Q3 được tính theo công thức:

Q3 = C3.G. (tđb – t2) [kJ]

Trong đó:

C3 = 2,1 [kJ/(kg0C)]: Nhiệt dung riên của băng

t2 = -180C: Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cuối quá trình cấp đông

tđb = - 1,2 [0C]: Nhiệt độ trung bình của nước trong thực phẩm đóng băng

= 0,887: Hàm lượng nước trung bình trong sản phẩm thực phẩm

= 0,95: Hàm lượng nước đóng băng trong sản phẩm so với lượng nước ban đầu

Như vậy ta tính được: Q3 = 2,1.500.0,887.0,95[(-1,2) – (-18)] = 14864,35 [kJ]

3.2.2.2.4 Tính Q 4

Q4 được tính theo công thức:

Q4 = C4.Gsp. .(1 – ).( tđb – t2) [kJ]

Trong đó:

C4 = 2.9 [kJ/(kg0C)]: Nhiệt dung riêng của phần nước không đóng băng

Các thông số khác giống như trên

Như vậy ta tính được: Q4 = 2,9.500.0,887.(1 - 0,95).[(-1,2) – (-18)] = 1080,4 [kJ]

3.2.2.1.5 Tính Q 5

Q5 được tính theo công thức:

Q5 = C’’ G.(1 – ).( tđb – t2) [kJ]

Trong đó:

C’’ = 1,3 [kJ/(kg0C)]: Nhiệt dung riêng của phần chất khô trong sản phẩm

Các thông số còn lại như trên

Như vậy ta tính được: Q5 = 1,3.500.(1 – 0,887).[(-1,2) – (-18)] = 1234 [kJ]

Như vậy chi phí lạnh cho quá trình cấp đông sản phẩm là:

Qsp = 50605,3 + 149570,4 + 14864,35 + 1080,4 + 1234 = 217354,45 [kJ]

3.2.2.2 Nhiệt lấy ra từ khuôn hoặc khay chứa sản phẩm

Số lượng khay chứa 500kg sản phẩm là 20 khay

Mỗi khay nặng 10 [kg]

Như vậy khối lượng khay chứa sản phẩm là: Gk = 10.20 = 200 [kg]

Xem nhiệt độ của khay khi vào tủ đông bằng nhiệt độ phòng tk1 = 250C

Nhiệt độ khay cuối quá trình cấp đông bằng nhiệt độ không khí trong tủ dao động trong khoảng ( -45 đến – 40) [0C], ta chọn t2

2 = - 400C

Nhiệt dung riêng của tôn thép làm khuôn: Ck = 0,49 [kJ/(kg0C)]

Như vầy nhiệt lấy ra từ khay được tính theo công thức:

Qk = Gk.Ck.(tk1 – tk2) [kJ]

Qk = 200.0,49.[25 – (-40)] = 6370 [kJ]

3.2.2.3 Nhiệt lấy ra để làm lạnh không khí trong tủ

Dòng nhiệt lấy ra để làm lạnh không khí trong tủ cấp đông được tính theo công thức:

Qkk = 2.Gkk (h1 – h2) [kJ]

Trong đó:

Gkk [kg]: Lượng không khí khô ứng với lượng không khí trong thể tích tủ

h1 [kJ/kg]: Entalpi của không khí lúc bắt đầu quá trình cấp đông sản phẩm

h2 [kJ/kg]: Entalpi của không khí lúc kết thúc quá trình cấp đông sản phẩm

số “2” là xem toàn bộ không khí trong tủ lúc bắt đầu đã bị thay thế khi mở tủ xem sản phẩm

đã đạt yêu cầu chưa

3.2.2.3.1 Entalpi của không khí trước khi cấp đông

Entalpi của không khí ở trong tủ trước quá trình cấp đông là h1 được tính theo công thức:

h1 = t1 + (2500 + 2t1).d1 [kJ/kg]

Không khí vào tủ đông trước quá trình cấp đông là không khí từ phòng chế biến có t1, 1 theo quy trình công nghệ thì: t1 = 25 [0C], 1 = 85 [%]

Tra trạng thái ( 250C,85%) trên đồ thị h-d không khí ẩm, tìm được d1 = 0,017 [kJ/kg]

Như vậy ta xác định được: h1 = 25 + (2500 + 2.25).0.017 = 68,35 [kJ/kg]

3.2.2.3.2 Khối lượng không khí khô trong tủ

Khối lượng không khí khô được xác định theo phương trình trạng thái sau:

Gk = ( )

Trong đó:

P = 9,81.104 [N/m2]: Áp suất khí quyển

Rkk = = 287 [J/kgK]: hằng số khí của không khí khô

Tkk = (25 + 273) [K] = 298 [K]: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí khô

Vkk = [m3]: thể tích không khí khô trong tủ

Pn = [N/m2]: Áp suất riêng phần của hơi nước,

3.2.2.3.3 Entalpi của không khí trong tủ cuối quá trình cấp đông

Entalpi của không khí trong tủ cuối quá trình cấp đông được tính theo công thức:

3.2.2.4 Nhiệt lượng do môi trường xâm nhập vào vách và cửa

Tủ cấp đông có bốn mặt tiếp xúc với không khí trong phòng chờ cấp đông

Có nhiệt độ là: tkk = 250C Tủ có một bề mặt là cửa và năm bề mặt là vách

Dòng nhiệt xâm nhập vàp từ môi trường bên ngoài vào bên trong tủ cấp đông được tính theo công thức:

Qmt = Kc.Fc.∆t + Kv.Fv.∆t

Trong đó:

Kv, Kc [W/(m20C)]: lần lượt là hệ số truyền nhiệt qua vách tủ và cửa tủ

Fv, Fc [m2]: lần lượt là diện tích của cách và cửa tủ

∆t [0C]: Độ chênh lệch nhiệt độ giữa phòng chờ cấp đông và tủ đông

3.2.2.4.1 Tính F v , F c

Kích thước bên ngoài của tủ được xác định như sau:

Dài : (b + 2 v) = (2 + 2.0,2) = 2,4 [m]

Nhiệt độ không khí trong tủ t1 = - 400C, nhiệt độ của không khí trong phòng chờ cấp đông là

tkk = 250C Như vậy ta xác định được:

Độ dày lớp polymethan ở cửa tủ: c = 0,01 [m]

Độ dày lớp inox – thiếc: inox = 0,001 [m]

Bề dày của vách trong cùng của tủ bằng thép: th = 0,01 [m]

Bề dày cửa tủ bằng thép: th = 0,02 [m]

Hệ số dẫn nhiệt của inox – thiếc: inox = 63 [W/(mK)]

Hệ số dẫn nhiệt của polemethan: p = 0,047 [W/(mK)]

Hệ số dẩn nhiệt của thép: th = 64 [W/(mK)]

Hệ số tỏa nhiệt của không khí và vách tủ ngoài: ∝1= 11,2 [W/(m2K)]

Hệ số tỏa nhiệt của không khí ở mặt trong của vách tủ: ∝2 = 8,2 [W/(m2K)]

Hệ số truyền nhiệt qua cửa và vách tủ được xác định theo công thức:

Kv =

Kv = 0,224 [W/(m2K)] < Ks thỏa mãn điều kiện đọng sương

Như vậy dòng nhiệt từ môi trường xâm nhập vào tủ đông là:

m1 [kg/s]: lưu lượng thực tế môi chất lạnh thuần hoàn qua máy nén

h1 ’ [kJ/kg]: entalpi của môi chất lạnh trước khi ra khỏi thiết bị bay hơi

h2’ [kJ/kg]: entalpi của môi chất lạnh trước khi vào máy nén

Ta qui định thời gian cấp đông trung bình cho một mẻ là:

Chọn nhiệt độ sôi (t0): nó phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh t0 = tbl + ∆t0

Trong đó: tbl – nhiệt độ buồn lạnh( nhiệt độ không khí trong buồng lạnh)

∆t0 – Hệ số chênh lệch nhiệt độ tối ưu ∆t0 = (5 – 15) [0C], chọn ∆t0 = 10 [0C] Như vậy: t0 = - 40 – 8 = - 48 [0C], ứng với P0 = 0,7152 [bar]

Chọn nhiệt độ ngưng tụ (tk): tk phụ thuộc vào môi trường làm mát cho thiết bị ngung tụ, môi trường làm mát cho thiết bị trong hệ thống này là không khí

tk = tf + ∆tk

trong đó: tf – nhiệt độ môi trường không khí làm mát

∆tk = (3 – 5) [0C] : Hệ số chênh nhiệt độ giữa nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ không khí làm mát Chọn tf sao cho vào ngày mùa hè nóng nhất Nhiệt độ môi trường trung bình trong những ngày hè khắc nghiệt nhất là 35 [0C] Lúc đó, nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh

tk được chọn: tk = 35 + 5 = 40 [0C], ứng với Pk = 15,315 [bar]

Chọn nhiệt độ quá lạnh (tql): phụ thuộc vào nhiệt độ môi chất lạnh tiết lưu vào bình trung gian

ttg để làm mát hoàn toàn môi chất từ máy nén cấp thấp nén lên, đồng thời làm quá lạnh môi chất lạnh đi trong ống xoắn ruột gà: tql = ttg + (4 – 6) [0C]

Trong đó: th : Nhiệt hơi hút về trước khi về máy nén

t0: Nhiệt độ sôi của môi chất

1(P0, x = 1), 1’(P0, tqn), 2(s1’ = s2), 3(Ptg, x = 1), 4(s3 = s4, Pk), 4’(x = 1, Pk), 5(x = 0, Pk), 6(h5 =

h6, Ptg), 7(Pk, tql), 8(h7 = h8,P0 ) được xác định trên đồ thị lgP – h hoặc có thể tra bảng R22

Bảng 3.1: các thông số trạng thái của chu trình hệ thống lạnh cấp đông

Chọn máy nén Mycom, năng suất 87,5 kW Tốc độ 780 vòng/phút

3.2.3 Tính toán chọn máy nén lắp đặt phù hợp với năng suất lạnh

3.2.3.1.2 Tính hơi hút thực tế vào xi lanh

Trong đó: P0 = 0,7152 [bar]; Ptg = 3,309 [bar]

C = 0.05: là hệ số không gian có hại ( C = 0,03 – 0,05)

n = 1,12: hệ số mũ đa biến của quá trình nén

∆P = ∆P = 0,051 [bar]: tổn thất áp suất hút và áp suất trung gian

b = 0,0025: hệ số xác định bằng thực nghiệm của môi chất lạnh R22

Trong đó: η đ= 0,71: hiệu suát truyền động

η = 0,7: hiệu suất động cơ

Do quá trình tiết lưu đẳng entalpi nên: h5 = h6

Trong đó: Pk = 15,315 [bar]; Ptg = 3,309 [bar]

C = 0.05: là hệ số không gian có hại ( C = 0,03 – 0,05)

n = 1,12: hệ số mũ đa biến của quá trình nén

∆P = ∆P = 0,051 [bar]: tổn thất áp suất hút và áp suất trung gian

Trong đó: η đ= 0,95: hiệu suất truyền động

η = 0,85: hiệu suất động cơ

Khi lắp đặt đông cơ thì ta phải lường trước động cơ làm việc ở chế độ khắc nhiệt nhất, vì thế cần lắp đặt động cơ với tổng công suất: 154,72 [kW] = 207,48 [Hp]

Từ các kết quả tính toán trên ta chọn động cơ lắp đặt như sau:

Động cơ có công suất: 160 [kW]

3.2.4.1.1 Tính nhiệt tải của thiết bị ngưng tụ

Nhiệt lượng thải ra ở thiết bị ngưng tụ của hệ thống lạnh được xác định theo công thức:

Qk = m2(h4 – h5) + (N2i - N2s ) [kW]

Như vậy: Qk = 0,702.(445,5 – 250) + (41,68 – 33,35) = 145,57 [kW]

3.2.4.1.2 Tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ

Để tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí của hệ thống lạnh cấp đông sản phẩm, thì trước hết ta phải biết các thông số như:

• Nhiệt tải của thiết bị ngưng tụ là: Qk = 145,57[kW]

• Hiệu số entalpi của tác nhân lạnh trong thiết bị ngưng tụ là: ∆h = h4 – h5 = 445,5 - 250 195,5 [kJ/kg]

• Nhiệt độ của không khí cần làm mát ở đầu ra là: tf2 = 38 [0C]

• Nhiệt độ của không khí cần làm mát ở đầu vào là: tf1 = tf2 - ∆t = 38 – 5 = 33 [0C], ∆t = (5 ÷ 10)

• Nhiệt độ ngưng tụ là: tk = 40 [0C]

• Nhiệt độ cuối tầm nén của máy nén cấp cao: t4 = 73 + (3 ÷ 6) = 79 [0C].( Thông số được tra trên đồ thị lgP-h ), (3÷6): sự tăng nhiệt cuối tầm nén do tích lũy nhiệt hay do quá trình nén trong thực tế đa biến

Bề mặt truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí có các thông số kỹ thuật ban đầu:

- Đường kính trong của ống thép: dtr = 20 [mm] = 0,02 [m]

- Đường kính ngoài của ống nhôm( tính từ chân cánh): dng = 28 [mm] = 0,028 [m]

Nhiệt độ của không khí đầu vào và đầu ra làn lượt là: tf1 = 33 [0C], tf2 = 38 [0C]

Như vậy nhiệt độ trung bình của không khí trong thiết bị ngưng tụ là:

Để xác định hệ số tỏa nhiệt về phía không khí, ta phải xác định chuẩn số Nuxel theo phương trình: Nu = C.Cz.Cs –m.Re n

Đối với chùm ống bố trí so le tìm có: C = 0,32 và m = 0,5 Chọn số hàng ống theo chuyển động của không khí x = 4, tìm được Cz = 1

Mật độ làm cánh bên ngoài là:

ng = = ,

Số mũ n được xác định: n = 0,6 ng0,07 = 0,6.9,050,07 = 0,7

Như vậy tính được chuẩn số Nu = 0,32.1.1.9,02-0,5 27522,90,7 = 136,56

Hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía không khí là:

• nh = 1,5 [mm] = 0,0015 [m] – bề dày của ống nhôm bên trong

• nh = 203,5 [W/mK] – hệ số dẫn nhiệt của nhôm

, +

,, = 0,4.10-4 [m2K/W]

Ta sẽ tính được: qkh.tr = 1049,63.(14 – ) [W/m2]

Với : θ – độ chênh nhiệt độ trong vách ống, [0C]

Các thông số vật lý của R22 lỏng ở nhiệt độ tk = 400C là:

L = .

=

, , , , = 277,8 [m]

Trong đó: β = 1,12 ÷ 1,15 hệ số tỏa nhiệt an toàn

Chọn chiều dài mỗi ống là 2 [m]

qa.tr = 2932,4 0,75

qkh.tr = 1049,63(14 – )