tài liệu sấy chân không

1.TRÍCH YẾU 1.1 Mục đích thí nghiệm: Tiến hành thí nghiệm sấy chân không để : -Khảo sát đường cong sấy,đường cong tốc độ sấy -Tính thời gian sấy lý thuyết và thực tế -Tính độ ẩm tới hạn -Tốc độ sấy đẳng tốc -So sánh với sấy đối lưu 1.2 Phương pháp thí nghiệm: - Tiến hành sấy ở nhiệt độ 60 0 C - Đặt khoai tây đã thái mỏng vào buồng sấy,tiến hành sấy, ghi nhận khối lượng, nhiệt độ, và áp suất sau những khoảng thời gian. - Khi khối lượng của khoai tây không đổi, dừng thí nghiệm. 1.3 Kết quả thí nghiệm: Khối lượng bì m o = 400g. t(phút) G(G o +m o )(g) P(Kg/cm 2 ) t( o C) 0 500 -0.84 27 20 498 -0.905 30 40 497 -0.91 33 60 490 -0.91 57 80 482 -0.91 69 100 472 -0.91 68 120 466 -0.91 63 140 460 -0.91 59 160 455 -0.91 63 180 450 -0.91 63 200 445 -0.91 59 220 440 -0.91 63 240 435 -0.91 63 260 430 -0.91 59 280 428 -0.91 62 300 428 -0.91 64 2.LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM: 2.1. Định nghĩa: Sấy chân không là quá trình sấy dưới áp suất chân không,lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu được bơm chân không hút ra khỏi thùng sấy. 2.2. Đặc trưng quá trình sấy: Quá trình sấy diễn ra rất phức tạp, đặc trưng cho tính không thuận nghịch và không ổn định. Nó diễn ra đồng thời 4 quá trình: - Truyền nhiệt cho vật liệu. - Dẫn ẩm trong lòng vật liệu. - Chuyển pha. 1 - Tách ẩm vào mơi trường xung quanh. 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình sấy: - Bản chất của vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hố học, đặc tính liên kết ẩm,… - Hình dạng vật liệu sấy: kích thước mẫu sấy, bề mặt lớp vật liệu Diện tích bề mặt riêng của vật liệu càng lớn thì tốc độ sấy càng nhanh. - Độ ẩm đầu, độ ẩm cuối và độ ẩm tới hạn của vật liệu. - Cấu tạo thiết bị sấy, phương thức và chế độ sấy. 2.4 Tác nhân sấy : - Tác nhân sấy là những chất dùng để gia nhiệt cho vật liệu sấy, nhằm tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu sấy. - Các loại tác nhân sấy: + Không khí nóng: là loại môi chất phổ biến, rẻ tiền thường dùng làm tác nhân sấy. + Khói lò: có thể dùng than, củi, trấu, dầu, khí… để tạo khói lò. + Hơi quá nhiệt. - Bài thí nghiệm của ta được sấy ở điều kiện chân khơng. Độ chân khơng trong thùng sấy được tao ra nhờ bơm chân khơng. Thùng sấy được gia nhiệt bằng điện trở, được đặt xung quanh thùng sấy. Phương thức trao đổi nhiệt trong bài là bức xạ nhiệt. 2.5 Động lực q trình sấy: Là chênh lệch giữa áp suất hơi của nước (ẩm) trên bề mặt vật liệu (P m ) và áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm (P h ) : • Nếu P m > P h : vật nhả ẩm ⇒ Quá trình sấy. • Nếu P m < P h : vật hút ẩm ⇒ Làm ẩm vật liệu. • Nếu P m = P h : có cân bằng động giữa hút và nhả ẩm. 3.DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ SẤY: 3.1. Dụng cụ-thiết bị: Hệ thống sấy được trang bị: - Máy bơm chân khơng: để hút khí và hút ẩm, tạo độ chân khơng. - Cân : xác định khối lượng vật liệu sấy. - Thùng sấy có gắn điện trở gia nhiệt xung quanh: truyền nhiệt cho ẩm bốc hơi. - Thùng chứa silicagel và zeolite: hút ẩm thốt ra từ vật liệu. - Máy nén: dùng cho q trình nhả hấp 3.2. Vật liệu sấy: khoai tây đựơc cắt lát mỏng 3.3. Ngun lí của thiết bị sấy chân khơng. - Vật liệu sấy sau q trình thanh trùng (ngâm trong nước muối nồng độ cao), được đưa vào buồng sấy. 2 - Buồng sấy được tạo chân không nhờ bơm chân không và được điện trở gia nhiệt đến nhiệt độ cần thiết cho quá trình sấy.Ẩm thoát ra đuợc bơm chân không hút qua cột ẩm silicagel và lượng ẩm còn lại chưa được silicagel hấp phụ sẽ được zeolite hấp phụ 4.PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM: 4.1Quan sát hệ thống: Trước khi tiến hành thí nghiệm sinh viên phải quan sát hệ thống Tìm vị trí các nút điều khiển.Tìm hiểu chức năng của các bộ phận.Cách vận hành. 4.2Chuẩn bị thí nghiệm: - Kiểm tra hệ thống. - Khoai tây cắt lát ngâm trong dung dịch muối nồng độ cao - Khối lượng ban đầu đặt vào buồng sấy là 500g. 4.3Vận Hành a)Quá trình sấy: -Đặt cái cân vào buồng sấy -Cho vật liệu cần sấy vào vĩ sấy, sau đó đặt lên cân buồng sấy. Lưu ý:khay sấy không được chạm vào vách của buồng sấy. -Đóng kín cửa buồng sấy,siết chặt bằng bộ cảo(4hoặc 6 cái) -Khoá van 1 và 2,mở van 3 -Bật CB nguồn,đèn SẴN SÀNG sáng -Xoay công tắc ở vị trí 1 -Cài đặt nhiệt độ cần sấy 3 -Tạo chân không cho hệ thống sấy bằng cách nhấn nút màu xanh(phía dưới,bên trái), khi đó đèn hoạt động (màu đỏ ở giũa) sáng. Lúc này bơm chân không hoạt động. -Nhiệt độ bên trong buồng sấy được hiển thị ở đồng hồ nhiệt độ nằm bên trái mặt tủ điện. -Khối lượng vật liệu sấy giảm theo thời gian bằng cách quan sát cân bên trong buồng sấy -Lượng ẩm bên trong vật liệu thoát ra sẽ được hấp thụ bởi silicagel và zeolite. b)Kết thúc -Sau khi vật liệu được sấy khô (đến khối lượng không đổi), mở từ từ van 1 để xả chân không trong hệ thống.Sau đó nhấn nút màu đỏ bên trái để dừng quá trình sấy,lúc này bơm chân không dừng hoạt động. -Mở cửa buồng sấy lấy sản phẩm ra -Tắt CB nguồn b) Quá trình tái sinh: -Bật CB nguồn,đèn SẴN SÀNG sáng - Xoay công tắc ở vị trí 2 -Đóng van 1và 3,mở van 2 -Mở cửa buồng sấy -Cài đặt nhiệt độ tái sinh.Nhiệt độ tái sinh cài đặt ở 150 0 C -Tái sinh silicagel và zeolite bằng cách nhấn nụt màu xanh(phía dưới bên phải),khi đó dèn hoạt động ( màu đỏ) sáng.Lúc này máy cấp không khí hoạt động và điện trở bắt đầu gia nhiệt 4 cột silicagel và zeolite cho đến khi đạt nhiệt độ cần thiết cho quá trình tái sinh.Ẩm hấp thụ trên silicagel và zeolite được giải hấp và được không khí mang đi thải ra ngoài.Thời gian tái sinh khoảng 30 đến 60 phút tính từ khi nhiệt độ tái sinh hiển thị trên tử điện đạt được nhiệt độ cài đặt 150 0 C. c) Kết thúc: -Nhấn nút màu đỏ bên phải để dừng quá trình tái sinh -Tắt CB nguồn 5. XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 1. Cách tính toán - Độ ẩm cân bằng u cb = 5 % (thầy cho). - Hằng số sấy K = 0.47 (hệ số góc của đường thẳng quá trình giai đoạn giảm tốc (vì khoai tây được cắt lát rất mỏng nên ta có thể xem khoai tây là vật liệu dạng bảng mỏng có độ xốp)) (thầy cho). - Khối lượng của khoai tây ở phút thứ 280 và 300 là như nhau. Ta có thể xem khối lượng vật liệu ở phút thứ 280 và 300 là khối lượng vật liệu lúc quá trình sấy đạt cân bằng. khối lượng vật liệu khi khô tuyệt đối: Độ ẩm trong khoai tây theo thời gian Ví dụ Tốc độ của quá trình sấy Theo định nghĩa (Một cách gần đúng ta có thể tính theo cách này) Cách vẽ đồ thị đường cong sấy khi đã tính toán • Tốc độ sấy đẳng tốc: Dựa vào lượng ẩm thoát ra khỏi khoai tây theo từng khoảng thời gian 20 phút một, ta dễ dàng nhận ra giai đoạn sấy đẳng tốc. Vì tốc độ của giai đoạn này là không đồng đểu, ta tính tốc độ sấy trung bình trong giai đoạn này 5 ( ) g u G G c c k 667.26 05.01 28 1 = + = + = ( ) % )( )( k k G GtG tu − = %495.267 667.26 667.2698 )20(min20 %9995.274 667.26 667.26100 )0(min0 = − == = − == ust ust t u dt du N ∆ ∆ == ∑ = )/(%)( htNN • Tìm độ ẩm tới hạn • Xác định các điểm cần thiết Thời gian sấy • Thời gian sấy thực tế t = 300 phút (theo thời gian tiến hành thí nghiệm) Trong đó - Thời gian đốt nóng t dn = 40 phút - Thời gian sấy đẳng tốc t dt = 220 phút - Thời gian sấy giảm tốc t dt =40 phút • Thời gian sấy tính theo lý thuyết (cho rằng thời gian đốt nóng là không đáng kể) 2. Biểu diễn kết quả thí nghiệm 2.1. Bảng xử lý kết quả thí nghiệm: t(h) Go (g) ∆t Ga u(%) ∆u% N(%ẩm/h) P(Kg/cm2) t(oC) 0 100 0 0 274.9995 0 -0.84 27 0.333333 98 0.333333333 2 267.4995 7.499991 22.49997188 -0.905 30 0.666667 97 0.333333333 1 263.7495 3.749995 11.24998594 -0.91 33 1 90 0.333333333 7 237.4996 26.24997 78.74990156 -0.91 57 1.333333 82 0.333333333 8 207.4996 29.99996 89.9998875 -0.91 69 1.666667 72 0.333333333 10 169.9997 37.49995 112.4998594 -0.91 68 2 66 0.333333333 6 147.499 7 22.49997 67.49991563 -0.91 63 2.333333 60 0.333333333 6 124.9997 22.49997 67.49991563 -0.91 59 2.666667 55 0.333333333 5 106.2497 18.74998 56.24992969 -0.91 63 3 50 0.333333333 5 87.49977 18.74998 56.24992969 -0.91 63 3.333333 45 0.333333333 5 68.74979 18.74998 56.24992969 -0.91 59 3.666667 40 0.333333333 5 49.99981 18.74998 56.24992969 -0.91 63 4 35 0.333333333 5 31.24984 18.74998 56.24992969 -0.91 63 4.333333 30 0.333333333 5 12.49986 18.74998 56.24992969 -0.91 59 4.666667 28 0.333333333 2 4.999869 7.499991 22.49997188 -0.91 62 5 28 0.333333333 0 4.999869 0 -0.91 64 Với Ga: lượng ẩm thoát ra khỏi vật liệu sấy theo từng 20 phút một 2.2. Đồ thị 6 cbth cbth u K N u uu N K +=⇒ − = )0,(),,(),,(),,0( cbthoo uuNNuu )(min82.378 5499,12 57929.150 ln 52264.68 57929,150 ln )(min76.108 52264,68 7929.1509995.274 )(min58.487 2 s uu uu N uu t s N uu t stttt cb cbthcbth gt tho dt gtdtdn = − −− = − −− = = − = − = =++= Đồ thị 1: đường cong sấy Đồ thị 2: đường cong tốc độ sấy vẽ từ số liệu thí nghiệm 7 Đồ thị 3: đường cong sấy vẽ khi đã tính toán 3. Nhận xét 3.1. so sánh với sấy đối lưu: Chọn chế độ sấy 50 o C Thời gian gian sấy thực tế t = 50 phút Thời gian sấy lý thuyết t= 143.28 phút Nhận xét: - Cả hai quá trình sấy, thời gian sấy thực tế nhỏ hơn rất nhiều so với thời gian sấy lý thuyết. Đó có thể là do sai số trong quá trình thí nghiệm, hay có thể do giả định và cách tính toán của chúng ta không đúng về độ ẩm cân bằng, độ ẩm tới hạn trong vật liệu. - Mặt dù vật liệu sấy khác nhau, nhưng chúng ta vẫn có thể đánh giá rằng thời gian sấy chân không rất lâu. - So với chế độ sấy đối lưu, sấy chân không cho ta kết quả khá chính xác, thể hiện trên đường cong sấy, được chia làm 3 giai đoạn rõ ràng. 3.2. Lợi ích của quá trình sấy chân không - Quá trình sấy chân không, làm bay hơi ẩm trong vật liệu ở nhiệt độ thấp, nhờ đó những loại thực phẩm có chứa các chất dễ biến tính khi nhiệt độ cao, có thể được sấy khô đến độ ẩm cần thiết để bảo quản. - Hiệu quả của quá trình sấy chân không rất tốt, có thể sấy đến vật liệu khô dòn. 8 - Quá trình sấy được tiến hành bằng phương pháp trao đổi nhiệt bằng bức xạ nhiệt, chính vì vậy mà sản phẩm sấy đảm bảo được độ sạch cần thiết. 3.3. Các nguyên nhân có thể dẫn đến sai số cho thí nghiệm - Nguyên gốc của bài là sấy thăng hoa, có nghĩa là ta đã bỏ qua quá trình làm lạnh vật liệu. - Độ chính xác của cân không cao. - Độ lệch của mắt khi đọc kết quả. 9 . Định nghĩa: Sấy chân không là quá trình sấy dưới áp suất chân không, lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu được bơm chân không hút ra khỏi thùng sấy. 2.2. Đặc trưng quá trình sấy: Quá trình sấy diễn. buồng sấy là 500g. 4.3Vận Hành a)Quá trình sấy: -Đặt cái cân vào buồng sấy -Cho vật liệu cần sấy vào vĩ sấy, sau đó đặt lên cân buồng sấy. Lưu ý:khay sấy không được chạm vào vách của buồng sấy. -Đóng. đối lưu, sấy chân không cho ta kết quả khá chính xác, thể hiện trên đường cong sấy, được chia làm 3 giai đoạn rõ ràng. 3.2. Lợi ích của quá trình sấy chân không - Quá trình sấy chân không, làm