báo cáo thí nghiệm quá trình và thiết bị công nghệ thực phẩm iii

Khi sử dụngbơm nhiệt để sấy khô và hút ẩm, cả dàn nóng và dàn lạnh đều được sử dụnghữu ích nên năng lượng tiêu thụ được tận dụng ở mức cao nhất.Ưu điểm:- Khả năng điều chỉnh dải nhiệt độ

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG HOÁ VÀ KHOA HỌC SỰ SỐNG

***

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

III

Sinh viên : Đoàn Khánh Linh MSSV : 20211482

Lớp : KTTP03-K66

Mã lớp : 738126

Hà Nội 12/2023

BÀI THÍ NGHIỆM SẤY BƠM NHIỆT

I CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Phương pháp sấy bơm nhiệt

Phương pháp sấy bơm nhiệt là phương pháp dùng một hệ thống bơm nhiệt

để tạo ra môi trường sấy Nhiệt độ môi trường sấy có thể điều chỉnh trong giới hạn khá rộng tùy theo yêu cầu của vật liệu sấy (VLS) Khi sử dụng bơm nhiệt để sấy khô và hút ẩm, cả dàn nóng và dàn lạnh đều được sử dụng hữu ích nên năng lượng tiêu thụ được tận dụng ở mức cao nhất

Ưu điểm:

- Khả năng điều chỉnh dải nhiệt độ và độ ẩm tác nhân sấy (TNS) tùy thuộc vào yêu cầu và khả năng chịu nhiệt của từng loại sản phẩm

- Giữ màu sắc, mùi vị và vitamin tốt với các sản phẩm sấy trong thực phẩm

- Tiết kiệm năng lượng nhờ sử dụng cả năng lượng dàn nóng và dàn lạnh, hiệu quả sử dụng nhiệt cao

- Vận hành đơn giản

- Bảo vệ môi trường, tuổi thọ thiết bị cao

- Có khả năng tăng công suất thiết kế đáp ứng các quy mô khác nhau Nhược điểm:

- Thời gian sấy thường khá lâu do không có thế sấy lớn như sấy nóng, độ chênh phân áp suất hơi nước giữa VLS và TNS không lớn, đặc biệt ở giai đoạn VLS có hàm lượng ẩm nhỏ (gần khô kiệt)

- Phải có giải pháp xả băng sau một thời gian làm việc

2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

2.1 Sơ đồ cấu tạo

Hình 1: Sơ đồ cấu tạo hệ thống sấy bơm nhiệt

Thiết bị sấy bơm nhiệt theo nguyên lý trên gồm các thành phần như sau:

I – Calorife, trong calorife này có các dàn lạnh để tách ẩm và dàn nóng để gia nhiệt cho TNS

II – Buồng sấy

III, IV – Kênh gió vào và ra của buồng sấy

V – Hộp kỹ thuật, nơi chứa máy nén, các van tiết lưu, dàn nóng và dàn lạnh phụ

2.2 Nguyên lý làm việc

Thiết bị sấy bơm nhiệt làm việc dựa trên 2 chu trình tuần hoàn khép kín như sau:

1 Chu trình của TNS:

TNS được tách ẩm bởi dàn bay hơi BH1 và được nâng nhiệt độ ở dàn ngưng tụ NT1 nằm trong calorife I Sau đó quạt QTN đưa vào buồng sấy II qua kênh gió vào III, tại đây TNS lấy ẩm của VLS và đi ra theo kênh gió IV rồi quay lại calorife I Cứ như vây, chu trình được tuần hoàn kín

2 Chu trình bơm nhiệt

Chu trình bơm nhiệt tuần hoàn liên tục 4 giai đoạn sau:

Giai đoạn 1 – nén đoạn nhiệt: quá trình nén môi chất lạnh từ áp suất thấp, nhiệt độ thấp lên áp suất cao, nhiệt độ cao trong máy nén

Giai đoạn 2 – ngưng tụ đẳng nhiệt: trạng thái môi chất lạnh thay đổi từ hơi bão hòa khô hoặc hơi quá nhiệt về trạng thái lỏng hoặc hơi ẩm thông qua quá trình thải nhiệt ra ngoài nhờ thiết bị ngưng tụ (dàn nóng)

Giai đoạn 3 – Tiết lưu, entanpy không đổi: Môi chất lạnh bị giảm áp suất khi đi qua van tiết lưu, quá trình này không làm thay đổi entanpy của môi chất lạnh

Giai đoạn 4 – Bay hơi đẳng nhiệt: Trạng thái môi chất lạnh thay đổi từ hơi

ẩm thành hơi bão hòa khô hoặc hơi quá nhiệt thông qua quá trình thu nhiệt nhờ thiết bị bay hơi (dàn lạnh)

II MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

1 Làm quen và nắm vững quy trình vận thành thiết bị sấy bơm nhiệt thí nghiệm

2 Xác định quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với thời gian sấy (đường cong sấy)

3 Xác định quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với tốc độ sấy (đường cong tốc độ sấy)

III TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

1 Kiểm tra:

- Hệ thống thiết bị thí nghiệm theo sơ đồ

- Dụng cụ đo: cân

- Dụng cụ thí nghiệm: găng tay, dao gọt

2 Chuẩn bị:

- Nguyên liệu: sơ chế nguyên liệu sấy (rau, củ, quả, miến), cắt lát theo chiều dày xác định

- Cân khối lượng vật liệu ban đầu và đặt lên đĩa sấy.

- Khởi động hệ thống sấy bơm nhiệt và đặt nhiệt độ sấy yêu cầu

3 Tiến hành thí nghiệm:

- Đợi đến khi nhiệt độ và độ ẩm TNS ổn định mới đưa vật liệu vào

- 10 phút một lần lấy VLS ra cân lại để biết lượng ẩm bốc hơi và ghi lại

khối lượng VLS Tiến hành như vậy cho đến khi khối lượng cân được

không thay đổi sau 3 lần đo thì ngừng thí nghiệm

4 Dừng thí nghiệm:

- Tạm dừng hệ thống, đợi 5 phút chờ hệ thống dừng hoàn toàn rồi ngắt

cầu dao

- Lấy vật liệu sấy ra, đưa vào túi zip

- Vệ sinh khay sấy, khoang sấy và các dụng cụ thí nghiệm

- Báo cáo với cán bộ thí nghiệm và ghi nhật ký PTN

- Dọn dẹp sạch sẽ nơi thí nghiệm

IV SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM

Bảng kết quả thí nghiệm

Thời gian

(phút)

Nhiệt độ

buồng sấy

( )

Khối lượng VLS (g)

Lượng ẩm bay hơi (g)

Khối lượng ẩm

(g)

Độ ẩm VLS

W (%)

Vấn tốc sấy dW dτ (g/ph)

11 50 42 420 1 1 16.67 0.2

V ĐỒ THỊ VÀ NHẬN XÉT

1 Đồ thị đường cong sấy

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

Đường cong sấy

Thời gian (phút)

Nhận xét: - Độ ẩm giảm so với thời gian

2 Đồ thị đường cong tốc độ sấy

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Đường cong tốc độ sấy

Độ ẩm VLS W (%)

Nhận xét:

- Đường cong tốc độ sấy liên tíc thay đổi không ổn định

- Đến 1 giai đoạn đạt cân bằng Sau đó, giảm dần

THÍ NGHIỆM SẤY ĐỐI LƯU TUẦN HOÀN KHÍ THẢI

I Lý thuyết:

Sấy là quá trình tách một phần hay phần lớn lượng ẩm có trong vật ẩm Quá trình sấy rất phức tạp và không ổn định, trong đó đồng thời xảy ra nhiều quá trình như quá trình truyền nhiệt từ tác nhân sấy cho vật sấy, dẫn nhiệt trong vật sấy, bay hơi của ẩm, dẫn ẩm từ trong ra bề mặt của vật sấy, truyền ẩm từ bề mặt vật sấy vào môi trường sấy Các quá trình trên đều tuân theo quá trình truyền

ẩm

Trong quá trình sấy, độ ẩm của vật sấy liên tục thay đổi theo hướng giảm dần và được chia làm 3 giai đoạn:

- Giai đoạn đầu: giai đoạn nung nóng vật sấy đến nhiệt độ bay hơi của ẩm

- Giai đoạn thứ nhất (giai đoạn có tốc độ sấy không đổi): chủ yếu làm bay hơi nước tự do trong vật sấy Hơi bay lên từ bề mặt vật sấy là hơi nước bão hoà, nhiệt hoá hơi đúng bằng nhiệt hoá hơi của nước tự do

- Giai đoạn thứ hai (giai đoạn tốc độ sấy giảm dần): khi ẩm bên trong truyền ra

bề mặt của vật sấy nhỏ hơn lượng ẩm có thể bốc hơi trên bề mặt vật liệu Giai đoạn này kéo dài tới khi vật sấy đạt tới độ ẩm cân bằng

Đường cong sấy:

Đường cong biểu diễn sự thay đổi độ ẩm của vật sấy theo thời gian sấy gọi là đường cong sấy: w = f(t) Đồ thị hàm f(t) phụ thuộc vào nhiều yếu tố như dạng liên kết giữa nước và vật sấy, hình dáng, kích thước và đặc tính của vật sấy, phương pháp và chế độ sấy, tuy nhiên chúng đều có dạng chung như minh hoạ ở hình 1

Đường cong tốc độ sấy:

Đường cong tốc độ sấy biểu diễn quan hệ giữa tốc độ sấy và hàm ẩm của vật sấy, thu được bằng cách đạo hàm đường cong sấy theo thời gian: dw/dt = f(w) Hình 2 minh hoạ một dạng đường cong tốc độ sấy Trong giai đoạn sấy thứ nhất, tốc độ sấy không đổi nên đồ thị của hàm f(w) là đoạn thẳng AB song song với trục hoành Đoạn biểu diễn giai đoạn thứ hai của quá trình sấy có hình dạng phức tạp, phụ thuộc vào cấu trúc vật liệu sấy và dạng liên kết giữa ẩm với vật chất khô trong vật sấy

w wA w

B

w đ wc

A B

dw/dt

w

B

w

A

A

B

w

II Mục đích thí nghiệm:

- Làm quen và nắm vững quy trình vận hành thiết bị thí nghiệm sấy đối lưu có tuần hoàn khí thải

- Xác định quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với thời gian sấy (đường cong sấy)

- Xác định quan hệ giữa tốc độ sấy và độ ẩm của vật liệu (đường cong tốc độ sấy)

10

7

4

III Sơ đồ thí nghiệm và nguyên lý làm việc của thiết bị thí nghiệm:

11

1 Cân

2 Vật liệu sấy

3.Buồng sấy

4 Cửa lấy KK

5.Quạt

6 Cửa thải TNS

7 Caloriphe

8 Tủ điều khiẻn

9 Bích nối

10 Giá đỡ

11 Atomat tổng

12 Công tắc điều khiển

On

12

Off

Nguyên tắc làm việc:

Không khí ở bên ngoài do quạt 5 hút qua cửa 4 rồi được đun nóng trong caloriphe điện 7 Khống chế nhiệt độ không khí nhờ hệ thống nhiệt kế tiếp xúc Vật liệu ẩm xếp vào trong các khay đặt trong 1 cái khung của buồng sấy Khung được treo trên đĩa cân 1 Quan sát sự thay đổi khối lượng vật liệu sấy trên kim của cân Điều chỉnh lượng không khí thải nhờ cửa có tấm chắn 6

IV Trình tự thí nghiệm:

- Bước 1 Cân vật liệu cần sấy (rau, củ, quả, miến)

- Bước 3 Quan sát và kiểm tra hệ thống thí nghiệm theo sơ đồ

- Bước 4 Mở quạt và đóng cầu giao nguồn nhiệt để tăng nhiệt cho caloriphe

- Bước 5 Đợi đến khi nhiệt độ sấy (tác nhân sấy) ổn định (sấy ở nhiệt độ nhất định nào đấy thì điều chỉnh nhiệt kế tiếp xúc) mới cho vật liệu vào

và đọc chỉ số trên cân

- Bước 6 Đọc và ghi lại chỉ số trên cân 5 phút một lần để biết lượng ẩm bốc hơi Tiến hành như vậy cho đến khi chỉ số trên cân không thay đổi sau 3 lần đo thì ngừng thí nghiệm

- Bước 7 Ngắt cầu dao calorife, đợi 10 phút rồi mới tắt quạt Lấy vật liệu sấy ra quan sát và cân vật liệu Ghi các số liệu thu được và báo cáo với người hướng dẫn

- Bước 8 Dọn dẹp sạch sẽ nơi thí nghiệm trước khi ra về

V Tính toán

1 Lượng ẩm ban đầu có trong vật liệu:

g = G - G (g)ư k Trong đó: G - Khối lượng vật liệu ướt, gư

Gk- Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối, g

2 Lượng ẩm bay hơi:

Wi= G - G , (g)i i-1

Gi , Gi-1:Làkhối lượng vật liệu ứng với thời gian i và i-1

3 Lượng ẩm chứa trong vật liệu:

W’ = g - ∑ Wi, (g)

4 Độ ẩm của vật liệu:

W = W’.100 / G , (%)ư

VI Bảng số liệu thí nghiệm và kết quả tính toán:

STT

lần

đo

Thời

gian

t(ph)

Nhiệt độ buồng sấy (0C)

Số chỉ của cân

G (g)

Lượng

ẩm bay hơi

Wi (g)

Lượng

ẩm trong vật liệu sấy W’ (g)

Độ ẩm của vật liệu sấy

W (%)

Tốc độsấy

(g/ph)

Fd dW

VII Báo cáo:

1 Đồ thị đường cong sấy:

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Đường cong sấy

Thời gian t (phút)

Nhận xét:

Ở đây ta coi như vật liệu sấy ở cuối quá trình sấy đạt độ ẩm 0%, nên đồ thị đường cong sấy có hình như trên

Và từ đồ thị ta có:

- Giai đoạn đầu: giai đoạn nung nóng vật sấy đến nhiệt độ bay hơi của ẩm

- Giai đoạn thứ nhất (giai đoạn có tốc độ sấy không đổi): chủ yếu làm bay hơi nước tự do trong vật sấy Hơi bay lên từ bề mặt vật sấy là hơi nước bão hoà, nhiệt hoá hơi đúng bằng nhiệt hoá hơi của nước tự do

- Giai đoạn thứ hai (giai đoạn tốc độ sấy giảm dần): khi ẩm bên trong truyền ra

bề mặt của vật sấy nhỏ hơn lượng ẩm có thể bốc hơi trên bề mặt vật liệu Giai đoạn này kéo dài tới khi vật sấy đạt độ ẩm cân bằng

2 Đồ thị đường cong tốc độ sấy:

0 2 4 6 8 10 12 14 0

5

10

15

20

25

Đường cong tốc độ sấy

Độ ẩm (%)

Nhận xét:

Ở đây ta coi như vật liệu sấy ở cuối quá trình sấy đạt độ ẩm cân bằng (= 0%), nên đồ thị đường cong sấy có hình như trên

Và từ đồ thị ta có:

- Giai đoạn đầu: giai đoạn nung nóng vật sấy đến nhiệt độ bay hơi của ẩm thì độ

ẩm từ vật liệu sấy giảm

- Giai đoạn thứ nhất (giai đoạn có tốc độ sấy không đổi): chủ yếu làm bay hơi nước tự do trong vật sấy Hơi bay lên từ bề mặt vật sấy là hơi nước bão hoà, nhiệt hoá hơi đúng bằng nhiệt hoá hơi của nước

- Giai đoạn thứ hai (giai đoạn tốc độ sấy giảm dần): khi ẩm bên trong truyền ra

bề mặt của vật sấy nhỏ hơn lượng ẩm có thể bốc hơi trên bề mặt vật liệu

THÍ NGHIỆM TRÍCH LY

Trích ly là quá trình tách một hoặc một số chất tan trong chất lỏng hoặc chất rắn bằng một chất lỏng khác gọi là dung môi Trong nội dung thí nghiệm này sẽ thực hiện quá trình trích ly rắn – lỏng

II Mục đích thí nghiệm

1 Làm quen với các thiết bị dùng cho quá trình trích ly: soxhlet, thiết bị cô

quay chân không

2 Xác định hàm lượng cấu tử cần trích ly và so sánh hiệu quả khi sử dụng

bằng các dung môi khác nhau

III Sơ đồ thí nghiệm

IV Các bước tiến hành thí nghiệm

1 Kiểm tra hệ thống thiết bị thí nghiệm theo sơ đồ, lắp đặt thiết bị

2 Chuẩn bị các dụng cụ đo: Cân, cốc đong…, dung môi, mẫu cần trích ly

3 Cho mẫu trích ly, dung môi vào Soxhlet

4 Cho nước làm mát qua ống sinh hàn, bật gia nhiệt (tùy theo dung môi mà

có giá trị gia nhiệt hợp lý)

5 Bắt đầu tính thời gian trích ly

6 Sau khi thực hiện xong quá trình trích ly, đem dịch cô quay chân không

để tách dung môi và cấu tử cần trích ly

7 Ghi các số liệu vào bảng

8 Sau khi lấy tất cả các số liệu xong thì tắt máy, làm vệ sinh sạch sẽ chỗ làm thí nghiệm, báo cáo kết quả thí nghiệm với cán bộ hướng dẫn

Bảng 1: Bảng kết quả thí nghiệm

Lượng mẫu khô: 30g

Lượng dung môi: 200ml

Nhiệt độ trích ly: 100 C0

Thời gian trích ly: 2h12p

Lượng cấu tử trích ly thu hồi: 6,2g

Lượng mẫu khô: 30g Lượng dung môi: 200ml Nhiệt độ trích ly: 78 C0 Thời gian trích ly: 1h30p Lượng cấu tử trích ly thu hồi: 6,6g

V So sánh kết quả thí nghiệm

- n hexan có khả năng trích ly dầu ra khỏi lạc tốt hơn nước vì:

+ Dầu không hòa tan được trong nước

bao gồm các liên kết carbon-hydrogen và carbon-carbon không phân cực Vì vậy, chúng thường hòa tan tốt trong các dung môi không phân cực như n-hexane Nói cách khác, tính chất hòa tan của n-hexane cho phép nó tương tác hiệu quả với các phần không phân cực trong cấu trúc của chất béo, làm cho chúng hòa tan và tạo thành một hỗn hợp homogenous

- Lượng cấu tử trích ly thu hồi với dung môi là n-hexan cao hơn lượng cấu tử trích ly thu hồi với dung môi là nước Do:

+ Độ hòa tan vào nhau của hai chất lỏng phụ thuộc vào hằng số điện môi, hai chất lỏng có hằng số điện môi càng gần nhau thì khả năng tan lẫn vào nhau càng lớn, dầu có hằng số điện môi khoảng 3-3,2, các dung môi hữu cơ có hằng số điện môi khoảng 2-10 Trích ly dầu là phương pháp dùng dung môi hữu cơ để hòa tan dầu chứa trong nguyên liệu rắn ở điều kiện xác định Vì vậy bản chất của quá trình trích ly là quá trình khuếch tán, bao gồm khuếch tán đối lưu và khuếch tán phân tử Dung môi n-hexan là hidrocacbua mạch thẳng đảm bảo khả năng hòa tan dầu theo bất cứ tỉ lệ nào và không hòa tan các tạp chất khác có trong nguyên liệu chứa dầu, đồng thời có nhiệt độ sôi

thấp để dễ dàng tách ra khỏi dầu triệt để Chính vì vậy mà dung môi là n-hexan sẽ cho hiệu suất trích ly tốt hơn dung môi là nước

- Nguyên tắc chọn dung môi

Phân cực: Dung môi có thể làm tăng độ phân cực của chất cần trích ly để tăng hiệu suất chiết tách

Độ hoà tan: Dung môi phải có khả năng hoà tan tốt chất cần trích ly Khả năng tương tác hóa học: Dung môi có thể tạo ra tương tác hóa học với chất cần trích ly, giúp tăng hiệu suất trích ly

Chọn lọc: Dung môi có thể được chọn để chọn lọc chất cần trích ly so với các thành phần khác trong mẫu