Ứng dụng công nghệ sấy bằng hơi nước quá nhiệt cho sản phẩm nông nghiệp việt nam

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Ứng dụng công nghệ sấy nước nhiệt cho sản phẩm nông nghiệp Việt Nam HOÀNG THỊ HOÀI THU Ngành: Kỹ thuật Nhiệt Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Thị Thu Hằng Trường: Cơ Khí HÀ NỘI, 0/2023 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ LUẬN VĂN Ứng dụng cơng nghệ sấy nước nhiệt cho sản phẩm nông nghiệp Việt Nam Hoàng Thị Hoài Thu Thu.HTH202068M@sis.hust.edu.vn Ngành: Kỹ thuật Nhiệt Chuyên ngành: Hệ thống – Thiết bị Nhiệt Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Thị Thu Hằng Chữ ký GVHD Nhóm chun mơn: Kỹ thuật Nhiệt Khoa: Năng Lượng Nhiệt HÀ NỘI, 0/2023 CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Hoàng Thị Hồi Thu Đề tài luận văn: Ứng dụng cơng nghệ sấy nước nhiệt cho sản phẩm nông nghiệp Việt Nam Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt Mã số SV: 20202068M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 24/4/2023 với nội dung sau: - Sửa lại số lỗi trình bày, Việt hố hình - Sửa lại số từ ngữ theo văn phong khoa học kỹ thuật - Đổi mục 2.1 thành “Thí nghiệm sấy bơ nước nhiệt” - Chuẩn hoá đại lượng sử dụng cho đồng luận văn - Bổ sung bảng ký hiệu - Chỉnh sửa lại kết luận Ngày 05 tháng 05 năm 2023 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn 767UҫQ7Kӏ7KX+ҵQJ Hoàng Thị Hoài Thu CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TS Nguyễn Đức Quang LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ khoa học đề tài: “Ứng dụng công nghệ sấy nước nhiệt cho sản phẩm nông nghiệp Việt Nam” cơng trình nghiên cứu cá nhân tôi, thực hướng dẫn TS Trần Thị Thu Hằng Các kết trình bày luận văn hồn tồn đáng tin cậy Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm có khơng trung thực thông tin sử dụng luận văn thạc sĩ này, Học viên viên thực Hoàng Thị Hoài Thu BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI *** CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Thị Thu Hằng Học viên thực hiện: Hoàng Thị Hoài Thu Mã số học viên: 20202068M Đề tài luận văn: Ứng dụng công nghệ sấy nước nhiệt cho sản phẩm nông nghiệp Việt Nam Số liệu ban đầu: - Đối tượng sấy bơ cắt lát có chiều dày khoảng mm - Tác nhân sấy nước nhiệt, áp suất bar - Hệ thống thí nghiệm cho phép sấy thử nghiệm mẫu củ cắt lát điều kiện nước nhiệt, nhiệt độ lớn lên tới 150 oC Mơ tả tóm tắt nội dung u cầu tính tốn: - Tổng quan nghiên cứu công nghệ sấy nước nhiệt lựa chọn sản phẩm sấy thử nghiệm - Nghiên cứu thực nghiệm trình sấy - Lập mơ hình lý thuyết, đánh giá mơ hình phân tích biến đổi phân bố nhiệt độ độ ẩm bên vật liệu theo thời gian Hà Nội, ngày 30 tháng 09 năm 2021 Giảng viên hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) TS Trần Thị Thu Hằng Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn TS Trần Thị Thu Hằng tận tình hướng dẫn, bảo em suốt thời gian thực luận văn thạc sĩ Nhờ công giúp đỡ cô mà em them phần hiểu bước thực hoàn thành tốt luận văn bổ sung kiến thức hữu ích cho thân, góp phần chuẩn bị hành trang vững vàng trước tốt nghiệp Em xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến thầy cô Đại học Bách khoa Hà Nội nói chung thầy khoa Năng Lượng Nhiệt, trường Cơ Khí, Đại học Bách khoa Hà Nội nói riêng truyền đạt cho em kiến thức vơ hữu ích, qua giúp em có sở vững để vận dụng vào luận văn thạc sĩ Bên cạnh em xin gửi lời cảm ơn tới anh chị em bạn bè đồng học giúp đỡ em trình học tập trường Tóm tắt nội dung luận văn Trong luận văn này, hệ thống sấy bơ sử dụng tác nhân sấy nước nhiệt đề xuất sử dụng cường độ sấy cao khơng khí, chất lượng sản phẩm tốt hạn chế phản ứng oxy hóa, tác nhân sấy rẻ Quá trình sấy nước nhiệt cho bơ cắt lát nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm Một hệ thống thí nghiệm xây dựng sử dụng để nghiên cứu thực nghiệm q trình sấy cùi bơ Booth cắt lát Mơ hình thực nghiệm xây dựng mơ tả độ biến thiên hàm lượng ẩm bơ theo thời gian Đây mơ hình đơn giản, dễ sử dụng, độ xác cao so sánh với số liệu thực nghiệm Bên cạnh khả ngoại suy mơ hình thực nghiệm yếu nên mơ hình lý thuyết xây dựng dựa định luật Fick Hệ số khuếch tán ẩm hiệu dụng xác định có khả ứng dụng cao Bên cạnh đó, chất lượng sản phẩm đánh giá cảm quan thông qua độ thay đổi màu hàm lượng phenol MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Kỹ thuật sấy lĩnh vực bảo quản thực phẩm 1.2 Quá trình sấy môi trường nước nhiệt 1.3 Tổng quan bơ Giới thiệu Thành phần Công dụng 1.4 Tình hình nghiên cứu sấy nước nhiệt giới 11 1.5 Nhu cầu ứng dụng công nghệ sấy bơ sử dụng nước nhiệt 19 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH SẤY BƠ TRONG MƠI TRƯỜNG HƠI NƯỚC Q NHIỆT 21 2.1 Thí nghiệm sấy bơ nước nhiệm 21 Thiết bị thí nghiệm 21 Vật liệu thí nghiệm 22 Chế độ thí nghiệm 22 Quy trình thí nghiệm 23 2.2 Cân nhiệt cân chất trình sấy bơ 24 2.3 Kết nghiên cứu thực nghiệm 26 Động học trình sấy 26 Xác định đặc tính chống oxy hoá 34 Sự thay đổi màu sắc 38 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM Q TRÌNH SẤY BƠ TRONG MƠI TRƯỜNG HƠI NƯỚC Q NHIỆT 44 3.1 Mơ hình tốn học đường cong sấy 44 3.2 Phương pháp xây dựng mơ hình thực nghiệm 45 Công cụ 45 Sai số mơ hình 46 3.3 Kết 47 CHƯƠNG MƠ HÌNH LÝ THUYẾT MƠ TẢ ĐỘNG LỰC Q TRÌNH SẤY 53 4.1 Các phương trình truyền nhiệt truyền chất 53 4.2 Xác định hệ số khuếch tán ẩm hiệu dụng 55 4.3 Kết mô 55 Đánh giá mơ hình 55 Phân bố độ ẩm nhiệt độ vật liệu sấy 57 CHƯƠNG KẾT LUẬN 60 5.1 Kết luận 60 5.2 Hướng phát triển luận văn tương lai 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC 63 DANH MỤC KÝ HIỆU cp,o – Nhiệt dung riêng đẳng áp vật liệu khô [J/kgK] ceff – Nhiệt dung riêng hiệu dụng vật liệu sấy [J/kgK] cp,w – Nhiệt dung riêng đẳng áp vật liệu ẩm [J/kgK] Deff –Hệ số khuếch tán hiệu dụng ẩm [m2/s] F – Diện tích bề mặt vật liệu sấy [m2] G0 – Khối lượng vật liệu khô [kg] G – Khối lượng khô mẫu[kg] Gw – Khối lượng vật liệu ẩm [kg] G߬ – Khối lượng mẫu thời điểm ߬[kg] MR – Độ ẩm không thứ nguyên Mev – Dịng ẩm khỏi vật liệu sấy [kg/s] mev – Mật độ dịng ẩm khỏi vật liệu sấy [kg/m2s] X0 – Độ ẩm tuyệt đối thời điểm ban đầu [kg ẩm/kg khô] Xτ – Độ ẩm tuyệt đối thời điểm τ [kg ẩm/kg khô] Xe – Độ ẩm tuyệt đối thời điểm cân [kg ẩm/kg khô] Xirr – Độ ẩm tuyệt đối thời điểm chuyển tiếp [kg ẩm/kg khô]\ Pv,sat – Áp suất nước bão hòa [Pa] Pv,surf – Áp suất nước bề mặt vật liệu [Pa] r – Nhiệt ẩn hoá ẩm [J/kg] t – Nhiệt độ trung bình vật liệu sấy [oC] tf – Nhiệt độ tác nhân sấy [oC] tsurf – Nhiệt độ bề mặt vật liệu sấy [oC D – Hệ số toả nhiệt đối lưu [W/m2K] β – Hệ số truyền chất [m/s] ߣeff – Hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng vật liệu sấy [W/mK] υ – Độ nhớt động học tác nhân sấy [m2/s] ρ0 – Khối lượng riêng phần rắn [kg/m3] ρeff – Khối lượng riêng hiệu dụng vật liệu sấy [kg/m3] Uv,s – Khối lượng riêng nước bề mặt vật liệu sấy [kg ẩm/m3] U v ,b – Khối lượng riêng nước tác nhân sấy [kg ẩm/m3] τ – Thời gian sấy [s] ω – Tốc độ tác nhân sấy qua bề mặt cắt lát [m/s] ω0 – Độ ẩm tương đối thời điểm ban đầu [%] (4.3) (4.4) Trong đó: α (W/m2K) and β (m/s) hệ số truyền nhiệt truyền chất từ bề mặt ngồi mơi trường tg nhiệt độ (oC), tsurf nhiệt độ bề mặt vật liệu (oC), r nhiệt ẩn hóa (J/kg), ρv,s ρv,b khối lượng riêng bề mặt vật liệu sấy tác nhân sấy Khối lượng riêng nước nhiệt lấy từ bảng [24] Khối lượng riêng bề mặt vật liệu sấy xác định từ phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt cùi bơ [25, 26]: 53 Uv , s Pv , surf Pv , sat (T ) U sat (t ) Pv , surf (4.5) Psat (t ) ­1 if X t X irr X đ X ê X ô1  a - a X » if X  X irr irr ẳ irr (4.6) Xirr c xỏc nh từ độ ẩm cân vật liệu thí nghiệm, Xirr = 0.411 (kg/kg khô), a = 0,9 Pv,sat (t) áp suất nước bão hòa nhiệt độ t xác định công thức: 3984, Ã Đ Pv,sat 133,32exp ă18,5848  233, 426  t áạ â (4.7) H s truyn nhit, truyn cht c xác định từ phương trình tiêu chuẩn sau [27]: (4.8) Sh  0,6.Re1/2 Sc1/3 Nu  0, 6.Re1/2 Pr1/3 (4.9) Trong đó, miếng bơ đặt dịng nước q nhiệt thổi ngang nên kích thước xác định xác định thương diện tích bề mặt tiếp xúc với dịng khí chu vi phần tiết diện vng góc với dịng [28]: ds S d12  d22 4l  d1  d 2S l d1  d  (4.10) Tính chất nhiệt vật lý vật liệu vị trí tức thời hàm độ ẩm nhiệt độ theo phương trình sau: (4.11) Ueff U s  X Ceff t Us Cs t  Us X Cw t Us  X Oeff t H p O p t  H f O f t  H c Oc t  H w Ow t