Nội dung chính của luận văn bao gồm tính toán, thiết kế và chếtạo hệ thống thiết bị sây lạnh sử dụng bơm nhiệt với sự hỗ trợ của năng lượng mặt trờiđể phục vụ mục đích nghiên cứu ứng dun
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYEN QUANG HUNG
UNG DUNG KỸ THUAT SAY LẠNH VỚI SU HỖ TRỢCUA BOM NHIỆT VA NANG LƯỢNG MAT TRỜI
TRONG QUA TRINH SAY NONG SAN.
Chuyên ngành: Cong nghệ thực phẩmMã so: 60540101
LUAN VAN THAC SI
TP HO CHI MINH, thang 07 nam 2015
Trang 2CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA —DHQG -HCMCán bộ hướng dẫn khoa học : Tiến Sĩ Lại Quốc Đạt
5 TS Tôn Nữ Minh Nguyệt (Ủy viên, thư ký)Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyênngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.
CHỦ TỊCH HỘI DONG TRUONG KHOA KY THUẬT HÓA HỌC
Trang 3ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập
-TRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA Tự do - Hanh phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYÊN QUANG HƯNG MSHV: 13110561Ngày, tháng, năm sinh: 08/11/1990 Nơi sinh: TT-HUE
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHAM Mã số: 60540101
I TÊN ĐÈ TÀI:ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SÂY LẠNH VỚI SỰ HỒ TRỢ CỦA BƠM NHIỆT VÀ NĂNGLƯỢNG MAT TRỜI TRONG QUÁ TRINH SAY NÔNG SAN
Il NHIEM VU VÀ NOI DUNG:Thiét ké va ché tao hé thong may say lanh su dung bom nhiét va nang luong mat troi Thucnghiệm sây lạnh và mô hình hóa quá trình sây lạnh củ dén Thực nghiệm sây lạnh và vàmô hình hóa quá trình sấy lạnh mực Thực nghiệm sấy lạnh và và mô hình hóa quá trìnhsay lạnh dâu tây Đánh giá hiệu quả năng lượng va kinh tế của hệ thông sấy lạnh khi áp
dụng sây các nông sản, thực phẩm: mực, dâu tây, củ dén
Ill NGÀY GIAO NHIEM VU : 07/07/2014Iv NGAY HOAN THANH NHIEM VU: 10/05/2015V CAN BO HUONG DAN : Tiến Si Lai Quốc Dat
Tp HCM, ngày thang năm 20
CAN BO HUONG DAN CHU NHIEM BO MON DAO TAO(Họ tên va chữ ky) (Họ tên và chữ ký)
TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
(Họ tên và chữ ký)
Trang 4LỜI CÁM ƠN
CPOS? COS) HPS
Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm on Thay Lai Quốc Dat đã tận tình chi bảo, giúp đỡvà tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập cũng như thực hiện nghiêncứu này Đồng thời, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể quý thầy cô bộmôn Công nghệ Thực phẩm trường, khoa Kỹ thuật Hóa học, trường Đại học Bách KhoaTP.HCM đã tận tâm giảng dạy và giúp đỡ trong suốt thời gian tôi theo học tại trường vàcung cấp kiến thức nên tảng giúp tôi hoàn thành nghiên cứu
Thứ hai, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tập thể công ty TNHH CôngNghệ Môi Trường Bắc Nam đã hỗ trợ tôi trong quá trình chế tạo, lắp đặt và vận hànhthiết bị phục vụ nghiên cứu
Thứ ba, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của anh Nguyễn Vũ Thùy trong côngtác nghiên cứu, thiết kế, thu thập dữ liệu và tiễn hành thí nghiệm Tôi cũng xin chânthành cảm ơn tập thể các bạn sinh viên là thực nghiệm viên đã hỗ trợ tôi hết lòng trongquá trình thực hiện nghiên cứu.
Sau cùng là lời cảm ơn tôi xin gửi đên gia đình, người thân và bạn bè của tôi đã luônđộng viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn thạc sĩ
Tp Hỗ Chí Minh, ngày tháng năm
Học viên thực hiện
Nguyễn Quang Hưng
Trang 5TOM TAT LUẬN VAN
Trong phạm vi luận van này, kỹ thuật sây lạnh được tiễn hành nghiên cứu để ứngdụng vào quá trình say nông sản thực phẩm nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và cắtgiảm chỉ phí năng lượng Nội dung chính của luận văn bao gồm tính toán, thiết kế và chếtạo hệ thống thiết bị sây lạnh sử dụng bơm nhiệt với sự hỗ trợ của năng lượng mặt trờiđể phục vụ mục đích nghiên cứu ứng dung kỹ thuật say lạnh vào quá trình say nông san
Kết quả thu được từ nghiên cứu cho thấy, hệ thống thiết bị sây lạnh hoạt động hiệu quả
và 6n định ở điều kiện khí hậu Việt Nam Cho ra sản phẩm với mức độ ton thất chất dinhdưỡng thấp, hàm lượng chất màu betacyanin tôn thất dưới 22% Mô hình toán học mô tảđặc điểm đường cong say của nguyên liệu củ dén, mực va dâu tây trong quá trình saylạnh cũng được xây dựng, cho phép dự đoán và tối ưu hóa quá trình say loại nguyên liệunày Chi phí năng lượng riêng của hệ thống thiết bị sấy lạnh đạt 1,81 kWh/kg am
ABSTRACTIn this research, heat pump convection drying technology was applied for dryingagro-products, aims to improve product quality and reduce specific energy costs A heatpump convection drying system with solar assisted were designed and manufactured.This drying system was used for performing experiments in drying beetroot, squidmantle and strawberries From the experimental results, the mathematical model, thatdescribes characteristic of beetroot, squid mantle and strawberries drying curver at lowtemperature were constructed This model allowed to predict and optimization beetrootdrying process The experimental results also show that the drying system workingstability and efficiency in climate condition of Vietnam The specific energy costs of thissystem reached 1,81 kWh/kg water The quality of drying product was conserved withlow betacyanin loss rate (lower 22%).
Trang 6LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân tôi,được thực hiện dưới sự hướng dân khoa học của Tiên sĩ Lại Quôc Đạt.
Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này trungthực và chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào
Tôi xin chịu trách nhiệm ve nghiên cứu của mình.
Tp Hỗ Chí Minh, ngày tháng năm
Học viên
Nguyễn Quang Hưng
Trang 7MỤC LỤCDANH MUC HINH 0201 viDANH MỤC BÁNG - - G1111 5111111111 1111111111111 1111111 viiDANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIET TẮTT -G-G- scE+E+EsESEEEkrkrkeeeeeeeed viiiMỞ ĐẦU Q00 00T TH TH TH TT TH nh chà ch rệt |CHUONG 1 TONG QUAN VE NGHIÊN CỨU -5- 2 255 cs+£ecszeecxez 2
1.1 Tình hình sản xuất và chế biến rau quả trong nƯỚC ¿6s s+x+k+E+Eseeesese 21.2 Tình hình sử dụng bơm nhiệt trong công nghệ sấy - 5-5 6 +x+x+xsesescse 21.3 Tổng quan về quá trình Sấyy - «s31 E111 5 111111 1 18g ng greg 31.3.1 Khái niệm về quá trình SẤy - - - - St E*E9ESESEx E99 E1 vn rerree 31.3.2 Đặc điểm quá trình Sấy - - k1 S1 919 5E 1E 11T TT ng greg 41.3.3 Sự khuếch tán của nước trong nguyên liệu ¿66 + +x+E+E+xeeeeeeseee 51.3.4 Các yếu tổ ảnh hưởng đến tốc độ sấy tk EE#ESESESEeEkrkrkrkeeeeeed 91.3.4.1 Anh hưởng của nhiệt độ không khií 2-2 + kk+E#E£E+EeEeEeEererees 91.3.4.2 Anh hưởng của tốc độ chuyển động của không khií 5-5-5 91.3.4.3 Anh hưởng của độ 4m tương đối của không khí 55 «se: 101.3.4.4 Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu - - - - + + s+x+EsEsEsrereree 101.3.4.5 Anh hưởng của quá trình ủ âm - << St #EEEeEeEeEererererees 111.3.4.6 Anh hưởng của bản chất nguyên liệu - - 5 + x+E£EeE+EsEsEerererees 111.4 Giới thiệu phương pháp sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt - 2-5-5 +s+ssss£: 111.4.1 Khái niệm về bơm nhiét occ eccscsesescscscssssesescssesescssesessssesesssrseesesvees 111.4.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy lạnh ¿6 +6 sx+x+x+x+Eeeeeeesese 121.4.3 Phân loại hệ thống sây lạnhh - - c HT vớ 13
Trang 81.4.3.1 Hệ thơng say lạnh ở nhiệt độ nhỏ hơn 0°C , 5 + +csEeEsesEsrererxei 131.4.3.2 Hệ thơng say lạnh ở nhiệt độ lớn hơn 0°C - - +c+c+EeEsEsEsEererxe 151.4.4 Các thiết bi trong hệ thống sấy lạnh - - - 6k k#E#E+ESESEeEeEkrkrkrereeeeed 161.4.4.1 Mơi chất lanh voces csceescsescecsesescssscscssssesssssscstssssessseseesseseeen 161.4.4.2 Máy nén lank cccccccssssssssssceeeeeeecceeeeesseesssseeeeeeesceeeeeeseeesssssaeeeeees 181.4.4.3 Các thiết bị trao đối nhiỆt - - + S2 SE E3 E5 E1 151111711111 xe 181.4.4.4 Thiết bị phụ của bom nhiét + << E‡E#E#E#ESESEeEEerkrerkeerees 191.4.4.5 Thiết bị ngoại vi của bơm nhiỆt - s kx+k+k+E#E#EeEeEeEererererees 191.5 Tổng quan về nguyên liệu Sấyy - + s11 E111515111 1115111 reo 201.5.1 Giới thiệu vỀ củ đn ¿-¿- + 6 +ESEE E19 3E E5 521E15111111511 11511 te 201.5.2 Phân loại khoa hOC - << - E112 0611130301 111111 3 11k vn ve 201.5.3 Đặc điỂm - -c- Sàn 1 1 1 1211110111 111111110111010111101 2111111111112 201.5.4 Thành phần hố hoc - 6k EEE9E9E#ESEEE SE Svcc cv gerreg 211.5.5 Betalain và be†aCVAnI1T - - - << << c0 0111111111111 1 1111 1k ng và 221.5.5.1 PefaÏa1rn . - - - cc c1 nh re 22
CHƯƠNG2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU -2- + 2 s25 s+£z£sz£ecxez 272.1 Thiết kế thiết bị sây lạnh su dụng bơm nhiệt và năng lượng mặt trời 272.1.1 Yêu cầu thiẾt kẾ ¿5562k E2 E21 E5 1215151121515 11111511 1151101111101 T1 L0 272.1.2 Tính tốn thiết kế buồng Say c- - kk+ESE*E#ESESEEEEEkEkrkckekekrkrkeeeed 272.1.3 Chọn chế độ sấyy - -i- - tk 119151511 11111 1 1 1111111111111 292.1.4 Tính tốn quá trình sấy lý thUyẾT - - s11 SE Egnntccngnreg 292.1.4.1 Trạng thái tác nhân sấy - - «s91 E111 111111 reo 29
li
Trang 92.1.4.2 Trạng thái không khí thải ra khỏi buồng sấy 5-5-5 +c+cs+ssx2 302.1.4.3 Trạng thái không khí sau khi đi qua thiết bị làm lạnh tách âm 312.1.4.4 Lượng không khí khô tiêu hao cho hệ thống say lý thuyết 312.1.4.5 Nhiệt lượng tiêu hao cho hệ thống sấy lý thuyết - 5-5 s55: 322.1.5 Tính toán quá trình sấy thỰC - G3311 SE SE ngnncrcveeg 322.1.5.1 Cân băng nhiệt lượng của hệ thống sấy thực s se xxx: 322.1.5.2 Tinh ton thất nhiệt qua kết câu bao che - - + + x+x+EsEsEsEreree 342.1.5.3 Tính toán quá trình sấy thực - 6E E*E#E#E#ESESESEEEEkrkrkrkrecees 362.1.5.4 Lượng không khí khô tiêu hao cho hệ thống sấy thực - 372.1.5.5 Nhiệt lượng tiêu hao cho hệ thống sây thực tẾ sccccccsesesszsecez 372.1.6 Tinh chọn thiết bị làm lạnh và gia nhiệt không khií - 2-5-5 56552 372.1.6.1 Năng suất lạnh cần thiẾT - «s31 181915 E1 11x Exrxreei 372.1.6.2 Tính chọn thiết bị làm lạnh không khí - - - + + +s+S+E+EsEsE£ezee: 382.1.6.3 Tính chọn thiết bị gia nhiệt không khí - - - + +s+E+EsEsEeEzezxe: 382.1.6.4 Tinh Chon Quat 0070 CA a 392.1.6.5 Tính chọn bơm cho thiết bị gia nhiệt - - 5 5+ x+E+E+E+EsEsEsErereei 392.1.7 Chọn máy nén và hệ thống lạnh - CS nh vớ 402.1.7.1 Máy nÉn c1 HH vn 402.1.7.2 Dàn bay hƠï c1 1100111 nọ ok 402.1.7.3 Dàn ngưng {Ụ TQ 000 0000111111111111 1111111111 kh 412.1.8 Tính chọn hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời - 2 - sss+xssẻ 412.2 Thực nghiệm sây lạnh củ dén, mực va dâu 0 412.2.1 Chuẩn bi nguyên liu ccccccccssssscesescsesesesecscscscsssvsvevevsvsvsvsnsvsesesesssnenenees 4]
1H
Trang 102.2.2 Phương pháp sấy nguyên liệu -¿- - kkE#E#E#ESESEEEEEEkEkrkrkekekrkrkeeeed 422.2.3 Phương pháp xây dựng đường cong sấy -c-ccctsrsrsErrkrkrxekexeed 422.2.3.1 Xác định hàm âm tuyệt đối của nguyên liệu - + s sec: 422.2.3.2 Xác định tỷ lệ hàm âm của nguyên liệu - - + + + k+EsesesEsrreree 432.2.3.3 Tốc độ sấy HH1 511151 111111101111 T111 111111 greg 43
2.2.3.4 Mô hình hóa và đánh giá mô hình đường cong sấy - - - +: 43
2.2.4 Phương pháp phân tÍch - 5133 333313131155933111 1111111111111 111111 1 332 442.2.4.1 Độ ấm cccrt th Hee 442.2.4.2 Hàm lượng chất màu («+ sex EE E111 E511 44CHƯƠNG3 KET QUÁ VA BAN LUẬN Ă Ăn ExeEeEsEsrerrrees 473.1 Hệ thống máy sây lạnh sử dụng bơm nhiệt và năng lượng mặt trời 47
3.2 Đường cong sấy của củ dỀỂN ¿xxx SE9E9E5 5E 11111 ng greg 503.2.1 Đặc điểm đường cong sấy của củ đn - ss xxx EEeEeEeEerrerees 503.2.2 Ảnh hưởng của quá trình say lạnh đến hàm lượng betacyanin 53
3.2.3 Đánh giá các mô hình toán học biểu diễn quá trình say lạnh củ dễn 56
3.3 Thực nghiệm sây lạnh mựỰC - C1 S11 SH vớ 583.3.1 Đặc điểm đường cong sấy của MUC - «+ sex EEgEgEererrerees 583.3.2 Đánh giá các mô hình toán hoc biểu diễn đường cong sấy lạnh mực 60
3.4 Thực nghiệm say lạnh dâu tÂy - - - - E+E*ESES SE SvcvSvvgvgvg vgvgvgererree 623.4.2 Đánh giá các mô hình toán học biểu diễn đường cong sấy lạnh dâu tây 63
3.5 Đánh giá hiệu quả năng lượng và kinh tế của hệ thống sấy lạnh 64
3.5.1 Đánh giá hiệu quả năng lượng va kinh tế của quá trình say củ dến 64
3.5.2 Đánh giá hiệu qua năng lượng va kinh tế của quá trình say mực 65
IV
Trang 113.5.3 Đánh giá hiệu quả năng lượng va kinh tế của quá trình say dâu tây 66CHƯƠNG 4 KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 6 6xx +E#EeEeEsEsrerrerees 68TÀI LIEU THAM KHẢOO G3331 93919 5E 1 1111 11g11 H11 1 xxx 69PHU LUC 1 Số liệu thí nghiệm sấy củ dền Gv EeEeEeEersreerrerred 73PHU LUC 2 Kết quả thí nghiệm đo hàm lượng betacyanin 5-5 55a 75PHU LUC 3 Số liệu sấy mực - - - - s11 111111 TT ng grkg 77
Trang 12DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đô nguyên lý hệ thông bơm nhiệt + 5S St SE EEEEESEErExErE eo 12Hình 1.2: Sơ đồ hệ thong sấy lạnh - ST SE TT TT ST HT HH He ri 13Hình 1.3: Cau trúc hóa hoc của anthocyanins, betacyanins và betaxanthins 23
Hình 1.4: Betanidin và isobetanidin được phán biệt bởi C- ÏŠ c«ccSS << sS+ 25
Hình 3.1: Sơ đô nguyên lý của hệ thong sấy lạnh - St TT TT reo 48Hình 3.2: Sơ đô nguyên lý hệ thong năng lượng của máy sấy LaMI eeccccccsccesesescscsveseseseeeees 49Hình 3.3: Cấu tạo PuÔng Sấy ác Sn TT TS ST HH HH HH HH He ro 50Hình 3.4: Do thị biểu diễn sự thay đổi hàm dm tuyệt doi của cu den theo thời gian sây 31Hình 3.5: Do thị biểu diễn sự thay đôi độ dm tương đối của tác nhân sấy theo thời gian sdy 52Hình 3.6: Đồ thị biếu diễn sự thay đổi nhiệt độ tác nhân say theo thời gi4qH «- 52Hình 3.7: Ty lệ hàm lượng betacyanin ton thất theo thời gian SAY cccccccccccecscesesesvsseseseseeeees 34Hình 3.8: Nguyên liệu củ dén sau quá trình sấy ÏẠHH ST EEEEEEEteerrerrrerrei 55Hình 3.9: Sự thay đổi ty lệ ham am theo thời gian sây cua mô hình Page va Page II 57Hình 3.10: Sự thay đối ty lệ ham am theo thời gian sdy của mô hình Modified Page II 58Hình 3.11: Đường cong sấy lanl Mc ceccccccccccceccscscscsvssssesvsesesvscesesesveusususecsssvsvevsvsusesesavevavevenees 59Hình 3.12: Mô hình toán hoc dạng Two-Term biểu dién đường cong sấy lạnh mực 61Hình 3.13: Mô hình toán hoc dang Logarithmic biếu diễn đường cong sdy lạnh mực 61Hình 3.14: Đường cong sấy lạnh dâu tây nguyên triccceccccccccccccccsssesescscsssssvevsesesvsseevsvevseeees 62
vi
Trang 13Bang 1.1:Bang 2.1:Bang 3.1:Bang 3.2:Bang 3.3:Bang 3.4:Bang 3.5:Bang 3.6:Bang 3.7:Bang 3.8:
DANH MUC BANG
Thành phân hóa học của củ An cieccecececcccceseccevecscscsvssssesesvsvsvsvsvststsessesevavsvens 21Các dang mô hình của quá trÌnh SAY veccccccecccccccescscscsvscsvscssssssvscsvsvsvsvststsseeees 44Danh mục các thiết bị của hệ thông say 27/1 47Sự thay đổi hàm lượng betacyanin trong củ dén theo thời gian sây 53Kết qua phân tích thong kê các dang mô hình của đường cong say củ dén.56Kết quả thực nghiệm quá trình sấy lạnh Mc ceccccccccccscscssssesescsvevsvecsvsvevsceeees 59Kết quả đánh giá các mô hình toán học biểu diễn đường cong sấy mực 60Điện năng tiêu thụ của các thiết bị trong quá trình sấy củ dễn 64Điện năng tiêu thu cua các thiết bị trong quá trình sấy mực ó2Điện năng tiêu thụ của các thiết bị trong quá trình sấy dâu tây 66
vil
Trang 14DANH MỤC KÝ HIỆU VA TỪ VIET TAT
STT| KY HIỆU Y NGHIA1 jt Nhiệt độ
2 |P Áp suất
3 | Elem Hệ số hap thụ khôi4 |œ Độ âm tương doi của vật liệu say5 |G Khối lượng vật liệu say
6 |1 Thời gian sây7 |W Khối lượng hoi 4m9 | Dx Chiêu dai của vat liệu say10 | Rx Chiéu rong cua vat liéu sayII | Hk Chiêu cao của vật liệu say
12 | pm Khối lượng riêng của vật liệu say13 | Vi Thé tích của vat liệu say
14 | Nal Số lát hoặc miéng vật liệu saylã | Sm Diện tích chiêm chỗ của vật liệu sây
l6 | Sk Diện tích khay say
17 | Nk Số lượng khay sây18 lọ Độ âm tác nhân sây19 | po Phan áp suất hơi nước bão hòa20 |x Lượng chứa âm
21 II Enthanpy22 | Li Luong không khí khô tiêu hao chung23 | In Lượng không khí khô tiêu hao dé bay hơi 1 kg âm24 | Vi Lưu lượng thé tích trung bình của tác nhân say25 |v Thể tích riêng của không khí khô
Vill
Trang 15STT| KÝ HIỆU Y NGHĨA26 | Qh Nhiệt lượng tiêu hao cho hệ thông say ly thuyết27 | Cụ Nhiệt dung riêng của vật liệu sây
28 | mx Khôi lượng khay say29 | Ck Nhiệt dung riêng của vật liệu làm khay say30 | t Nhiệt độ khay say
31 | Ca Nhiệt dung riêng cua nước32 | tu Nhiệt độ của vật liệu say33 | F Dién tich xung quanh34 | te Nhiệt độ cua tac nhân sây35 | ty Nhiệt độ tường buông say36 | A Hệ số dẫn nhiệt
37 18 Chiêu dày vật liệu38 |g Gia tộc trọng trường39 | Nu Chuan s6 Nusselt40 |Gr Chuan sô Grashof41 |Pr Chuan sô Prandl42 |u Độ nhot động lực43 lơ Hệ số trao đối nhiệt đôi lưu44 | A Ton that nhiệt
45 | Qu Nhiệt lượng tiêu hao thực tế46 | Lu Luong không khí khô tiêu hao chung thực tế47 | Lt Lượng không khí khô tiêu hao dé bay hoi 1 kg âm thực tế48 | Atiog Chênh lệch nhiệt độ logarit
49 | AP Tro luc50 | Qin Céng suat lanh51 | Qan Công suất nhiệt
IX
Trang 16STT| KY HIỆU Ý NGHĨA52 | Xt Hàm âm tuyệt đối của mau ở thời gian say t53 | Xo Ham âm tuyệt đôi của mau ở thời gian say t = 054 | Xe Hàm âm tuyệt đối của mau khi kết thúc quá trình say55 |DR Tốc độ sây
56 |mạ Hàm lượng âm của vật liệu sây57 | Meck Ham luong chat khô của vật liệu sây58 |MR Tý lệ hàm âm của vật liệu sây
59 | ME Sai s6 trung binh60 | MAE Sai số tuyệt đôi trung bình61 | MSE Sai sô bình phương trung bình62 |ei Sai số của mô hình
63 | SEC Nang luong tiéu hao dé béc hoi 1 kg 4m64 | Co Chi phi năng lượng trung bình dé bay hoi 1 kg âm
Trang 17MỞ ĐẦUKỹ thuật say lạnh có ưu điểm là có thé say nông sản, thực phẩm mà vẫn giữ đượcnguyên màu sắc, mùi vị, thành phân dinh dưỡng thất thoát không đáng kể Việt Nam làmột nước có khí hậu nóng âm, vi thế kỹ thuật say lạnh là công nghệ đặc biệt phù hợp vớicác loại nông sản, thực phẩm, đảm bảo được chất lượng cũng như hàm lượng dinh dưỡng,mau sắc, mùi vị cho sản phẩm Thế mạnh của kỹ thuật say lạnh là quá trình sấy được
thực hiện ở nhiệt độ thấp, phù hợp với các sản phẩm có tính nhạy cảm với nhiệt độ
Sự hỗ trợ của hệ thống bơm nhiệt và năng lượng mặt trời sẽ làm giảm chỉ phínăng lượng của hệ thống, tận dụng được nguồn năng lượng sạch là năng lượng mặt trời
Củ dén là một sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cũng như cảm quan rất cao Vì hamlượng betalain, đặc biệt là betacyanin ở trong cu dén rất lớn nên loại nông sản này khánhạy cảm với các quá trình sấy sử dụng nhiệt độ cao Do đó, củ dên là đối tượng phùhợp dé đánh giá quá trình say của hệ thống sấy lạnh Đồng thời, dâu tây và mực cũng
được tiễn hành sây thực nghiệm để đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống
Trong phạm vi dé tai này, kỹ thuật sấy lạnh với sự hỗ trợ của bơm nhiệt sẽ đượcáp dụng để sây củ dén, dâu tây và mực Thiết bị sây sẽ được tính toán thiết kế và chế tạo.Quá trình say củ dén sẽ được đánh giá để thu thập dữ liệu về đường cong sấy, động họcquá trình say, chất lượng của sản phẩm sau say và đánh giá hệ thông sấy về mặt nănglượng Toàn bộ hệ thống say va quá trình say sẽ được mô hình hóa dé cung cấp công cụdự đoán chính xác khi áp dụng mô hình hệ thống sấy này vào quy mô công nghiệp
Trang 18CHUONG 1 TONG QUAN VE NGHIÊN CỨU1.1 Tình hình sản xuất và chế biến rau quả trong nước
Theo báo cáo của bộ Công Thương vẻ tình hình sản xuất 6 tháng đầu năm 2015,cả nước hiện có khoảng 845 nghìn ha rau các loại, cho sản lượng hàng năm khoảng 14,5triệu tan Trong đó, Đồng bằng Sông Hồng và Sông Cửu Long là hai vùng sản xuất raulớn nhất nước Đối với cây ăn quả, hiện cả nước có khoảng 700 nghìn ha cây ăn quả, chosản lượng hàng năm khoảng 7 triệu tân quả các loại.
Kim ngạch xuất khẩu rau quả trong 5 năm qua tăng trưởng ở mức cao, bình quân26.5% mỗi nam, từ 439 triệu USD trong năm 2009 lên gần 1,1 ty USD vào năm 2013.Trong 3 tháng đầu năm 2015, xuất khẩu rau quả đạt kim ngạch 368 triệu USD, tăng 26%so với cùng kỳ năm 2014 Rau quả Việt Nam đã được xuất đi trên 40 quốc gia và vùnglãnh thổ 10 thị trường xuất khẩu chính là Trung Quốc, Nhật Bản, Hoa Ky, Nga, ĐàiLoan, Han Quốc, Indonexia, Ha Lan, Thái Lan va Singapore.
Loi thé của của Việt Nam là sản lượng rau quả lớn, tuy nhiên khó khăn cơ bảncủa ngành sản xuất, chế biến rau quả hiện nay chủ yếu vẫn là do chất lượng chưa đượccải thiện, phương thức sản xuất kinh doanh lạc hậu, thiếu chủ động Trong khi đó, yêucầu về chất lượng hàng hóa của các nước nhập khẩu đòi hỏi ngày cảng cao hơn, cùngvới đó là sự cạnh tranh của các quốc gia xuất khẩu rau quả khác ngày càng gay gắt trêncả phương diện chất lượng hàng hóa, giá cả hàng hóa và phương thức kinh doanh
Nhăm đáp ứng yêu câu bức thiệt về việc nang cao chat lượng sản pham, cân phảiáp dụng công nghệ tiên tiên vào sản xuât, chê biên đê tạo ra các sản phâm với chât lượngdinh dưỡng cao, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước cũng như xuất khâu
1.2 Tình hình sử dụng bơm nhiệt trong công nghệ sấy
Trang 19Bơm nhiệt đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành có yêu cầu sử dụngnguồn nhiệt thấp Công nghệ say lạnh sử dụng bơm nhiệt đã được nghiên cứu rộng rãitrong nghành sản xuất gỗ để đảm bảo chất lượng gỗ sấy.
Máy sấy dùng bơm nhiệt đã được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệpthực phẩm Nghiên cứu thực nghiệm về quá trình say bơm nhiệt sử dụng dé sấy trái câytại Thái Lan đã cho thay mức độ tiêu thụ năng lượng khoảng 3,33 kWh/kg am [1] Nghiêncứu về say nam rơm ở Thổ Nhĩ Kỳ cho thay mức độ tiêu thụ năng lượng chi 1,08 kWh/kgâm [2] Cunney va cộng sự đã nghiên cứu và công bồ sử dụng bơm nhiệt có thé giảm chỉphí năng lượng trong quá trình say xuống 30 — 50% [3] Soylemez (2008) đã nghiên cứuvà tối thiểu hóa chi phí năng lượng trong quá trình say sử dung bom nhiệt [4]
Ở trong nước, các nghiên cứu về quá trình sấy sử dụng bơm nhiệt cũng đã và đangđược tiễn hành Tác giả Hoàng Ngọc Đồng cùng các cộng sự đã nghiên cứu về thựcnghiệm quá trình say gỗ, đồng thời xây dựng chương trình tính toán quá trình say lạnhgố [5].Viện cơ điện Nông nghiệp va Công nghệ Sau thu hoạch Hà Nội cũng đã công bốnghiên cứu về quy trình và thiết bị sấy rau quả bằng bơm nhiệt với mức tiêu thụ nănglượng tương đương 0,341 kWh/kg am
1.3 Tổng quan về quá trình say1.3.1 Khái niệm về quá trình say
Quá trình sây là quá trình làm khô các vật thể, các vật liệu, các sản phẩm băngphương pháp bay hơi nước Như vậy, quá trình sấy khô một vật thể diễn biến như sau:Vật thể được gia nhiệt để đưa nhiệt độ lên đến nhiệt độ bão hòa ứng với phân áp suất củahơi nước trên bề mặt vật thé Vật thé được cấp nhiệt dé làm bay hơi âm Vận chuyén hơiâm đã thoát ra khỏi vật thể vào môi trường
Tóm lại, trong quá trình sây xảy ra các quá trình trao đôi nhiệt và trao đôi chât cụthể là quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt cho vật sấy, quá trình truyền âm từ trong vật
Trang 20sây ra ngoài bê mặt sây, quá trình truyền âm từ bê mặt vật sây ra ngoài môi trường Cácquá trình truyên nhiệt truyền chât trên xảy ra đông thời trên vật sây, chúng có qua lại lânnhau.
1.3.2 Đặc điểm quá trình sấy
Đặc điểm của quá trình sấy đối với vật thé có độ âm tương đối cao, nhiệt độ sayvà tốc độ chuyển động của không khí không quá lớn xảy ra theo ba giai đoạn đó là giai
đoạn làm nóng vật, giai đoạn sây tốc độ không đổi, giai đoạn tốc độ sây giảm dần Đối
với các trường hợp sấy với điều kiện khác thi quá trình say cũng xảy ra ba giai đoạnnhưng các giai đoan có thể đan xen khó phân biệt hơn
e Giai đoạn làm nóng vật liệu sâyGiai đoạn nay bắt đầu từ khi đưa vật liệu vào buồng sấy tiếp xúc với không khínóng cho tới khi nhiệt độ vật liệu đạt được bằng nhiệt độ kế ước Trong quá trình sấynày toàn bộ vật được gia nhiệt Am long trong vat được gia nhiệt cho dén khi datđược nhiệt độ sôi ứng với phân áp suất hoi nước trong môi trường không khí trongbuông sấy Do được làm nóng nên độ am của vật có giảm chút ít do bay hơi âm cònnhiệt độ của vật thì tăng dần cho đến khi bằng nhiệt độ kế ước Tuy vậy, sự tăng nhiệtđộ trong quá trình xảy ra không đều ở phần ngoài va phan trong vật Vùng trong vậtđạt đến nhiệt độ kế ước chậm hơn Đối với vật dễ sây thì giai đoạn làm nóng vật xảyra nhanh.
e Giai đoạn sấy đăng tốcKết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ vật bang nhiệt độ kế ước Tiếp tục cung cấpnhiệt, âm trong vật sẽ hóa hơi còn nhiệt độ của vật giữ không đối nên nhiệt cung cấpchỉ để làm hóa hơi nước Âm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt vật, âm lỏng ở bêntrong vật sẽ truyền ra ngoài bề mặt vật để hóa hơi Do nhiệt độ không khí nóng khôngđôi, nhiệt độ vật cũng không đổi nên chênh lệch nhiệt độ giữa vật và môi trường cũng
Trang 21không đổi Điều này làm cho tốc độ giảm của độ chứa 4m vật theo thời gian cũngkhông đổi, có nghĩa là tốc độ sấy không đổi.
Trong giai đoạn này biến thiên của độ chứa 4m theo thời gian là tuyến tính Amđược thoát ra trong giai đoạn này là âm tự do Khi độ âm của vật đạt đến trị số tớihạn thì giai đoạn sấy tốc độ không đổi chấm dứt Đồng thời cũng là chấm dứt giaiđoạn thoát âm tự do chuyền sang giai đoạn sấy tốc độ giảm
e Giai đoạn sấy giảm tốcKết thúc giai đoạn sây tốc độ không đôi âm tự do đã bay hơi hết, còn lại trong vậtlà âm liên kết Năng lượng dé bay hơi 4m liên kết lớn hơn ẩm tự do và càng tăng lênkhi độ 4m của vật càng nhỏ Do vậy tốc độ bay hơi 4m trong giai đoạn này nhỏ hongiai đoạn say tốc độ không đổi có nghĩa là tốc độ sấy trong giai đoạn này nhỏ hơn vàcàng giảm đi theo thời gian sấy Quá trình sấy càng tiếp diễn, độ âm của vật cànggiảm, tốc độ say cũng giảm cho đến khi độ âm của vật giảm đến bằng độ âm cân bằngvới điều kiện môi trường không khí 4m trong buông sấy thi quá trình thoát 4m củavật ngưng lại, có nghĩa tốc độ say băng không
1.3.3 Sự khuếch tán của nước trong nguyên liệue Sự khuếch tan của nước trong nguyên liệu
Dưới sự ảnh hưởng của các nhân tố lý học như: hấp thụ nhiệt, khuếch tán, bay hơi lam nước trong vật liệu tách ra ngoài, đây là một quá trình rất phức tạp gọi là làm khô.Nếu quá trình cung cấp nhiệt ngừng lại mà vẫn muốn duy trì quá trình sấy thì quá trìnhlàm khô vật liệu phải được cung cấp một lượng nhiệt nhất định dé vật liệu có nhiệt độcần thiết
Khi nhiệt lượng cung cấp đủ cho nguyên liệu thì nước sẽ thoát ra khỏi nguyên liệubăng hai quá trình: khuếch tán ngoại và khuếch tán nội
Nhiệt cung cấp cho vật liệu Q được đưa tới bằng ba phương thức: bức xạ, truyềnvà đối lưu Sự cân bằng nhiệt khi làm khô được biểu thi:
Trang 22Q=Q¡+Q;+Q;Trong đó:
Q - là nhiệt lượng cung cấp cho nguyên liệuQ1 — là nhiệt lượng làm cho các phan tử hơi nước tách ra khỏi nguyên liệuQ2 — là nhiệt lượng cung cấp để cắt đứt mối lên kết mỗi giữa nước vàprotein trong nguyên liêu.
Q3 — là nhiệt lượng dé làm khô các tổ chức tế bào.Sau khi sây khô còn phải tính đến nhiệt lượng làm nóng dụng cụ thiết bịQ, và nhiệt lượng hao phí ra môi trường xung quanh Qs.
Trong quá trình làm khô nước ở trong vật liệu khuếch tán chuyển dần ra bề mặtnguyên liệu và môi trường xung quanh, làm cho không khí trong môi trường xung quanhâm lên, néu không khí âm đó không được phân tán thì cho đến một lúc nào đó quá trìnhsây khô sẽ dừng lại
— Khuếch tán ngoạiSự chuyền động của hơi nước trên bé mặt nguyên liệu vào không khí gọi là khuếchtán ngoại Lượng nước bay hơi do khuếch tán ngoại thực hiện được dưới điều kiện: ápsuất hơi nước bão hòa trên bề mặt nguyên liệu E lớn hơn áp suất riêng phân của hơi nướctrong không khí e, sự chênh lệch áp suất đó là:
AP=E-eLượng nước bay hơi đi W tỉ lệ thuận với AP, với bề mặt bay hơi F và thời gianlàm khô là:
dW = B(E - e)F.dtVà tốc độ bay hơi nước được biểu thi như sau :
aw
—_ Tt (E — e)= BF(E —
Trong đó:
Trang 23W — lượng nước bay hơi (kg)B—- hệ số bay hơi nước, nó phụ thuộc vào tốc độ 210, hướng gió và trang thái bềmặt nguyên liệu.
E— áp suất hơi nước bão hòa trên bể mặt nguyên liệu (mmHg)e — áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí (mmHg)
F — diện tích bay hơi nước (m7)
t -thời gian bay hơi (g1Ò)— Khuếch tán nội
Khuếch tán nội là do sự chênh lệch giữa các lớp trong nguyên liệu tạo nên sựchuyển động của hàm 4m ở trong nguyên liệu từ lớp này đến lớp khác dé tạo sự cân bangâm trong bản thân nguyên liệu Động lực của khuếch tán nội là sự chênh lệch về độ amgiữa các lớp trong va lớp ngoài, nếu sự chênh lệch độ am càng lớn tức là gradian độ âmcàng lớn thì tốc độ khuếch tán nội xảy ra càng nhanh Ta có thé biểu thi tốc độ khuếchtán nội bằng phương trình:
K —hé số khuếch tánF — diện tích bề mặt khuếch tán (m?)
Trang 24e Môi quan hệ giữa khuêch tán ngoại và khuêch tán nộiKhuêch tán ngoại và khuêch tán nội có môi liên quan mật thiệt với nhau, tức làkhuéch tán ngoại có được tiên hành thì khuêch tán nội mới được tiép tục và như thê độâm của nguyên liệu mới được giảm dân.
Trong quá trình say nếu khuếch tán nội lớn hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bayhơi sẽ nhanh, nhưng điều này rất ít gặp trong quá trình sấy Thông thường, khuếch tánnội của hơi nước trong nguyên liệu thường nhỏ hơn tốc độ bay hơi trên bề mặt Khikhuếch tán nội nhỏ hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hoi sẽ gián đoạn vì thế điềuchỉnh khuếch tán nội sao cho phủ hợp với khuếch tán ngoại là van dé rất quan trọng trongquá trình sấy
Trong quá trình làm khô, ở giai đoạn đầu lượng nước trong nguyên liệu nhiều, sựchênh lệch độ 4m lớn, do đó khuếch tán nội thường phù hợp với khuếch tán ngoại nêntốc độ làm khô tương đối nhanh Nhưng, ở giai đoạn cuối thì lượng nước còn lại trongnguyên liệu ít, tốc độ bay hơi bề mặt nhanh mà tốc độ khuếch tán nội lại chậm tạo thànhmột màng cứng làm ảnh hưởng rất lớn cho quá trình khuếch tán nội Vì vậy làm ảnhhưởng đến quá trình làm khô nguyên liệu
Sự dịch chuyển của nước trong quá trình làm khô trước hết là nước tự do, sau đómới đến nước kết hợp Trong suốt quá trình làm khô, lượng nước tự do luôn giảm xuống.Lượng nước trong nguyên liệu dịch chuyển dưới hai hình thức là thé lỏng và thé hơi dophương thức kết hợp của nước trong nguyên liệu quyết định
Trong quá trình làm khô sự di chuyển âm phụ thuộc vao độ chênh lệch am và chênhlệch nhiệt:
Sự phụ thuộc chênh lệch độ âm AU đến tốc độ thoát 4m W?
Trong đó:
Trang 25W’ - lượng nước của nguyên liệu đi qua một đơn vi diện tích trong mộtđơn vi thời gian
Yo — khối lượng riêng của chất khô tuyệt đối.K —hé số truyền dẫn am phan
Dấu (-) biểu thi độ âm di chuyển theo hướng giảm dan
1.3.4 Các yếu tổ anh hưởng đến tốc độ say1.3.4.1 Ánh hưởng của nhiệt độ không khí
Trong các điều kiện khác nhau không đối như độ am không khí, tốc độ2i0 ,viéc nâng cao nhiệt độ sẽ làm tăng nhanh tốc độ làm khô do lượng nước trongnguyên liệu giảm xuống cảng nhiều Nhưng tăng nhiệt độ cũng ở giới hạn cho phép vìnhiệt độ làm khô cao sẽ làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, dé làm cho nguyênliệu bị chín và gây nên sự tạo màng cứng ở lớp bề ngoài cản trở tới sự chuyển động củanước từ lớp bên trong ra bề mặt ngoài Nhưng với nhiệt độ làm khô quá thấp, dưới giớihạn cho phép thì quá trình làm khô sẽ chậm lại dẫn đến sự thối rữa, hủy hoại nguyênliệu.
Quá trình làm khô tiến triển, sự cân bằng của khuếch tán nội và khuếch tán ngoại bị phávỡ, tốc độ khuếch tán ngoại lớn nhưng tốc độ khuếch tán nội thì chậm lại dẫn đến hiệntượng tạo vỏ cứng ảnh hưởng đến quá trình làm khô
1.3.4.2 Anh hưởng của tốc độ chuyển động của không khí
Tốc độ chuyển động của không khí có ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy, tốc độgió quá lớn hoặc quá nhỏ đều không có lợi cho quá trình say Vì, toc độ chuyển độngcủa không khí quá lớn khó giữ nhiệt lượng trên nguyên liệu dé cân bang quá trình sấy,còn toc độ quá nhỏ sẽ làm cho quá trình say chậm lại, dan dén sự hư hỏng sản phầm, mặt
Trang 26ngoài sản phẩm sẽ lên mốc gây thối rita tạo thành lớp dịch nhây có mùi vị khó chịu Vìvay, cần phải có một tốc độ gió thích hợp, nhất là giai đoạn đầu của quá trình làm khô.
Hướng gió cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình làm khô, khi hướng gió songsong với bề mặt nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất nhanh Nếu hướng gió thôi tới nguyênliệu với góc 45° thì tốc độ làm khô tương đối chậm, còn thôi thăng vuông góc với nguyênliệu thì tốc độ làm khô rất chậm
1.3.4.3 Ánh hưởng của độ âm tương đối của không khí
Độ 4m tương đối của không khí cũng là nhân tô ảnh hưởng quyết định đến quátrình làm khô, độ âm của không khí càng lớn quá trình làm khô sẽ chậm lại Độ âm tươngđối của không khí lớn hơn 65% thì quá trình sây sẽ chậm lại rõ rệt, còn độ âm tương đốicủa không khí khoảng 80% trở lên thì quá trình làm khô sẽ dừng lại và bắt đầu xảy rahiện tượng ngược lại, tức là nguyên liệu sẽ hút âm trở lại
Dé cân bằng âm, khuếch tán nội phù hợp với khuếch tán ngoại và tránh hiện tượngtạo mảng cứng, người ta áp dụng phương pháp làm khô gián đoạn tức là vừa sấy vừa ủ.Làm khô trong điều tự nhiên khó đạt được độ âm tương đối của không khí 50% đến 60%do nước ta khí hậu nhiệt đới thường có độ âm cao Do đó, một trong những phương phápđể làm giảm độ âm của không khí có thể tiến hành làm lạnh để cho hơi nước ngưng tụlại Khi hạ thấp nhiệt độ của không khí dưới điểm sương hơi nước sẽ ngưng tụ, đồng thờihàm âm tuyệt đối của không khí cũng được hạ thấp Như vậy để làm khô không khíngười ta áp dụng phương pháp làm lạnh.
1.3.4.4 Ánh hưởng của kích thước nguyên liệu
Kích thước nguyên liệu cũng ảnh hưởng đến quá trình say Nguyên liệu càng bé,càng mỏng thì tốc độ say càng nhanh, nhưng nếu nguyên liệu có kích thước quá bé vaquá mỏng sẽ làm cho nguyên liệu bị cong, dê gây vỡ.
10
Trang 27Trong những điều kiện giống nhau vẻ chế độ sấy (nhiệt độ, áp suất khí quyền) thìtốc độ sấy tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt S và tỷ lệ nghịch với chiều dày nguyên liệu}.
1.3.4.6 Anh hướng của bản chất nguyên liệuTùy vào bản chất nguyên liệu mà người ta chọn chế độ làm khô cho phù hợp, cầnphải xét đến thành phần hóa học của nguyên liệu như: nước, lipid, protein, chấtkhoáng, Vitamin, kết cầu tổ chức chắc hay lỏng léo
1.4 Giới thiệu phương pháp sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt1.4.1 Khái niệm về bơm nhiệt
Bơm nhiệt có quá trình phát triển lâu dài, bắt đầu từ khi Nicholas Carnot đề xuấtnhững khái niệm đầu tiên Một dòng nhiệt thông thường di chuyển từ một vùng nóngđến một vùng lạnh, Carnot đưa ra lập luận rằng một thiết bị có thể được sử dụng dé đảongược quá trình đó là bơm nhiệt Đầu những năm 1850, Lord Kelvin đã phát triển các lýthuyết về bơm nhiệt băng lập luận, các thiết bị làm lạnh có thé được sử dụng dé gia nhiệt
11
Trang 28Sản phẩm bơm nhiệt đầu tiên được bán vào năm 1952 Từ khi xảy ra cuộc khủng hoảngnăng lượng vào đầu thập kỉ 70, bơm nhiệt lại bước vào một bước tiến nhảy vọt mới.Hàng loạt bơm nhiệt đủ mọi kích cỡ cho các ứng dụng khác nhau được nghiên cứu chếtạo, hoàn thiện và bán rộng rãi trên thi trường Ngày nay, bơm nhiệt đã trở nên rat quen
thudc trong cac linh vuc diéu hoa khong khi, say, hút âm, dun nước
Dàn ngưng tụngoài
~ Binh tách lỏng
Van giãn nở
Dàn bay hơi“
Nước ngưng
Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thong bơm nhiệt
1.4.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy lạnhKhác với phương pháp sấy nóng, trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra độchênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu say và tác nhân say bang cách giảm phân ápsuất hơi nước trong tác nhân say nhờ giảm lượng chứa âm Lượng chứa âm của tác nhânsay được giảm xuống băng phương pháp cho không khí trao đổi nhiệt với tác nhân tảilạnh, từ đó giảm nhiệt độ xuống thấp dé hơi 4m trong tác nhân say ngưng tụ thành nướcdạng lỏng và tách ra Sau đó, không khí lạnh được gia nhiệt lên lại nhiệt độ sây để đạttrạng thái với phân áp suất hơi nước mong muốn
Hình 2.2 thể hiện một hệ thong bom nhiét su dung truc tiép môi chất lạnh làmchất tải nhiệt Không khí sau khi đi qua dàn bay hơi, nhiệt độ sẽ giảm xuống đến nhiệt
12
Trang 29độ bão hòa, tiếp tục giảm nhiệt độ sẽ dẫn đến âm ngưng tu va được tách ra, không khísau đó được gia nhiệt lên nhiệt độ say ở dàn ngưng tụ trong, phân áp suất hơi nước sẽgiảm tương ứng với nhiệt độ tác nhân say và lượng âm tách ra được.
1.4.3 Phân loại hệ thống sấy lạnh1.4.3.1 Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ nhỏ hơn 0°Ca) Hệ thong sấy thăng hoa
13
Trang 30Say thăng hoa là quá trình tach âm khỏi vật liệu sấy trực tiếp từ trạng thái rắn biếnthành trạng thái hơi nhờ quá trình thăng hoa Đề tạo ra quá trình thăng hoa, vật liệu sấyđược làm lạnh dưới điểm ba thé, nghĩa là nhiệt độ của vật liệu t < 0°C, áp suất tác nhânsay bao quanh vat P< 620 Pa [19] Từ đó, vật liệu say nhận được nhiệt lượng để âm từtrạng thái ran thăng hoa thành thé khí vào môi trường Như vậy, trong các hệ thống sấythăng hoa phải tao được chân không trong vật liệu say và làm lạnh vật xuống dưới 0°C.
e Ưu điểm: Phương pháp gần như bảo toàn được chất lượng sinh, hóa học của sảnphẩm (màu sắc, mùi vị, vitamin, hoạt tính )
e Nhược điểm:— Chi phi đầu tu cao, phải dùng đồng thời bơm chân không, máy lạnh (dé kết
đông sản phẩm và làm ngưng kết hơi nước)— Hệ thông công kềnh nên vận hành phức tạp, chi phí vận hành và bảo dưỡng
cao.
b) Hệ thống sấy chân khôngPhương pháp say chân không là phương pháp tạo ra môi trường gần như chân khôngtrong buông sấy, nghĩa là nhiệt độ vật liệu t < 0°C, áp suất tác nhân say bao quanh vật P> 610 Pa Khi nhận được nhiệt lượng, các phần tử nước trong vật liệu sây ở thể rắn sẽchuyền sang thê lỏng, sau đó mới chuyên sang thê hơi và đi vào môi trường.
e Ưu điểm: Phương pháp này giữ được chất lượng sản phẩm, đảm bảo điều kiệnvệ sinh.
e Nhược điểm: Hệ thống có chi phí đầu tư lớn, vận hành phức tạp.— Phương pháp sấy chân không thường chỉ sấy các loại vật liệu sấy là các sản
phẩm quý, dễ biến chất.— Do tính phức tạp và không kinh tế nên các hệ thông sấy thăng hoa và hệ thống
say chân không chi dùng dé say những vật liệu quí hiếm, không chịu được
14
Trang 31nhiệt độ cao Vì vậy, các hệ thống say này là những hệ thong say chuyên dùng,không phô biến.
1.4.3.2 Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ lớn hơn 0°Ca) Phương pháp sử dụng máy hút âm chuyên dụng kết hop với máy lạnh
Phương pháp này sử dụng máy hút 4m kết hợp với máy lạnh, dé tạo ra môi trườngsay có nhiệt độ khá thấp, có thé băng hoặc bé hơn nhiệt độ môi trường từ 5 đến 15°C
e Uudiem— Năng suất hút âm của phương pháp nay khá lớn.— Khả năng giữ chất lượng, hàm lượng dinh dưỡng sản phẩm cũng khá tốt
(phụ thuộc vào nhiệt độ say).e Nhược điểm
— Chỉ phí đầu tư ban đầu khá lớn do phải sử dụng cả máy hút âm chuyên dụngvà máy lạnh
— Chất hút âm phải thay thế theo định kì— Vận hành khá phức tạp nên chi phí vận hành lớn— Điện năng tiêu tốn lớn do cần chạy máy lạnh và đốt nóng dây điện trở dé
hoàn nguyên chat hap thụ.— Lắp đặt phức tạp, khó điều chỉnh các thông số để phù hợp với công nghệ— Trong môi trường có bụi, cần dùng máy để vệ sinh chất hấp thụ, tuổi thọ
thiết bị giảm.b) Phương pháp dùng bơm nhiệt nhiệt độ thấp
Trong phương pháp này, người ta chỉ dùng một hệ thống bơm nhiệt để tạo ra môitrường say Nhiệt độ môi trường sấy có thé điều chỉnh trong giới hạn khá rộng từ nhiệtđộ xấp xi môi trường đến nhiệt độ âm, tùy thuộc yêu cầu của vật liệu say Khac voi cacthiết bi nhiệt lạnh khác, khi sử dung bơm nhiệt dé sấy khô va hút âm thì cả dan nóng vadàn lạnh đều được sử dụng hữu ích nên năng suất tiêu thụ ở đây có thể được tận dụng
15
Trang 32đến mức cao nhất mà nhiệt độ không khí lại có thể chỉ cần duy trì ở mức nhiệt độ môitrường hoặc thấp hơn.
e Uudiém:— Khả năng giữ mau sắc, mùi vị và vitamin đều tốt—_ Tiết kiệm năng lương nhờ sử dụng cả năng lượng dàn nóng và dàn lạnh, hiệu
quả sử dụng nhiệt cao— Bảo vệ môi trường, vận hành an toàn.— Có khả năng điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy tùy thuộc vào yêu cầu và khả
năng chịu nhiệt của từng loại sản phẩm nhờ thay đổi công suất nhiệt của dan
ngưng trong
— Công suất khá lớnChi phí đầu tư hệ thống thấp hơn so với các phương pháp sấy lạnh khác— Van hành đơn giản.
e Nhược điểm—_ Thời gian sấy thường khá lâu do độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu
say và tác nhân sấy không lớn.—_ Phải có giải pháp xả băng sau một thời gian làm việc.
1.4.4 Các thiết bị trong hệ thống sấy lạnhBơm nhiệt là một thiết bị dùng để bơm một dòng nhiệt từ mức nhiệt độ thấp lên mứcnhiệt độ cao hơn, phù hợp với nhu cầu cấp nhiệt Máy lạnh cũng là một loại bơm nhiệtvà có chung một nguyên lý hoạt động, các thiết bị của chúng về cơ bản là giống nhau.chỉ phân biệt máy lạnh với bơm nhiệt ở mục đích sử dụng Máy lạnh gan VỚI VIỆC SỬdụng nguồn lạnh ở thiết bị bay hơi còn bơm nhiệt gan voi viéc su dung nguồn nhiệt ởthiết bị ngưng tụ Do sử dụng nguồn nhiệt nên bơm nhiệt hoạt động ở cấp nhiệt cao hơn
1.4.4.1 Môi chất lạnh
16
Trang 33Môi chất lạnh của hệ thống bơm nhiệt là môi chất lạnh của máy nén lạnh Môi chấtnay là chất tuần hoan trong hệ thông lạnh, có nhiệm vụ hấp thu nhiệt từ thiết bị bay hơivà thải nhiệt ra môi trường ở thiết bị ngưng tụ sau quá trình nén ở áp suất cao trong máynén lạnh.
e_ Các yêu câu chung doi với môi chất lạnh:
Không độc hại đôi với cơ thê sông:
Không gây cháy, gây nỗ;
— Không gây han ri vật liệu chế tao máy;— Nhiệt độ đóng băng thấp, thấp hơn nhiều nhiệt độ sôi yêu cầu.— Phải bền vững hóa học, không dé phân hủy
— Phù hợp với dau bôi trơn dé dé dàng bôi trơn các chỉ tiết chuyển động.— Tỷ số nén càng thấp càng tốt dé dat được hiệu suất máy nén cao.— Thân thiện với môi trường, không phá hủy môi trường.
Thông thường, không thể có môi chất lạnh lý tưởng đáp ứng được tất cả các yêu cầutrên Do đó, môi chất lạnh được chọn tùy vào mục đích sử dụng nhăm đáp ứng đượccàng nhiêu yêu câu chung càng tot.
e Các môi chất lạnh thường dùng:— R12 (CCI;F;): R12 là chất khí không mau, mùi thơm rất nhẹ Sôi ở áp suất
khí quyền ở -29.8°C Ở thé hơi, R12 nặng hon không khí khoảng 4 lần và cóthể lỏng nặng hơn nước khoảng 1.3 lần R 12 không độc hại với cơ thể sống,không gây cháy nỗ, không gây han ri vật liệu chế tạo máy, tuy có làm trươngphông cao su, rất bền vững, hòa tan dau hoản toàn, dé bôi trơn Nhược điểmchủ yếu của R12 là không hòa tan trong nước nên rất dễ gây tắc van tiết lưu.Giống như R11, R12 phá hủy tầng ozon và gây hiệu ứng lồng kính nên đã bịcâm từ 1/1/1996
17
Trang 34— R22 (CHCIF;) là chất khí không màu có mùi thơm rất nhẹ nhiệt độ sôi 40.8°C R22 không độc hai với cơ thé sống, không gây cháy nỗ, không gâyhan rỉ vật liệu chế tạo máy, rất bền vững, hòa tan dầu hoàn toàn, dé bôi trơn áp suất làm việc cao R22 ít gây tắc âm cho van tiết lưu, nhưng R22 lại hòatan hạn chế dầu nên khó bôi trơn Do khả năng phá hủy tầng ozon của R22nhỏ (chi bang 2.5% của R11 và R12) nên R22 được coi là ga lạnh chuyền tiếphoặc ga lạnh ngắn hạn Đối với Việt Nam, thời hạn loại bỏ R22 là 1/1/2040.Các máy đã nạp R22 được sử dụng đến hết tuổi thọ máy R22 sẽ được thaythế băng R407C và R410A.
-— R407C (CHF, CFzCHF¿, CF3;CH2F) là loại gas có môi chất lạnh HFC khônggây hại cho tầng ô zôn dùng thay thế cho R-22, cung cấp hiệu suất tương tựnhư R-22 và có thé được sử dụng dé nạp thêm cho các hệ thống điều hòa đangsử dụng R-22 R407C có thé được sử dụng dé thay thế R-502 cho một số ứngdụng có nhiệt độ trung bình với nhiệt độ bay hơi trên 20 ° F (-7°C) R407C làdạng khí hóa lỏng không mau ,có mùi nhẹ ,có nguy cơ cháy nỗ khi nung nóngở nhiệt độ cao.
1.4.4.2 Máy nén lạnhCũng như máy nén lạnh, máy nén là bộ phận quan trọng nhất của bơm nhiệt Tất cảcác dạng máy nén của máy lạnh đều được ứng dụng trong bơm nhiệt Đặc biệt quan trọnglà máy nén piston trượt, máy nén trục vít và máy nén tuabin Một máy nén bơm nhiệtcần phải chắc chắn, tuổi thọ cao, chạy êm va cần phải có hiệu suất cao trong điều kiệnthiểu hoặc đủ tải
1.4.4.3 Các thiết bị trao đối nhiệtCác thiết bị trao đôi nhiệt co bản trong bơm nhiệt là thiết bị bay hơi và thiết bị ngưngtụ Máy lạnh hấp thụ có thêm thiết bị sinh hơi và hấp thụ Giống như máy lạnh, thiết bịngưng tu và bay hoi của bơm nhiệt cũng bao gồm các dạng: ông chùm, ống lồng ngược
18
Trang 35dong, ống đứng và ông kiểu tam Các phương pháp tính toán cũng giống như các chế độđiều hoà nhiệt độ.
1.4.4.4 Thiết bị phụ của bơm nhiệtTất cả các thiết bị phụ của bơm nhiệt giống như thiết bị phụ của máy lạnh Xuất pháttừ yêu cau nhiệt độ cao hơn nên đòi hỏi về độ tin cậy, công nghệ gia công thiết bị cao
hơn Đây cũng là van dé đặt ra đối với dau bôi trơn và đệm kín các loại trong hệ thống
Do bơm nhiệt phải hoạt động ở chế độ áp suất và nhiệt độ gần sát với giới hạn tối đanên các thiết bị tự động rất cần thiết và phải hoạt động với độ tin cậy cao để phòng ngừahư hỏng các thiết bị khi chế độ làm việc vượt quá giới hạn cho phép Đối với van tiếtlưu, bơm nhiệt có chế độ làm việc khác máy lạnh nên cũng cần có van tiết lưu phù hợp.1.4.4.5 Thiết bị ngoại vỉ của bơm nhiệt
Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt là những thiết bị hỗ trợ cho bơm nhiệt phù hợp vớitừng phương án sử dụng của nó Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt gồm một số loại sau:
e Cac phương án động lực của máy nén như: động cơ điện, động cơ gas, động cơdiesel hoặc động cơ gid vv
e Các phương án sử dụng nhiệt thu ở dàn ngưng tụ Nếu là sưởi 4m thì có thé sửdung dan ngưng trực tiếp hoặc gián tiếp qua một vòng tuần hoan chất tải nhiệt, cóthé sử dụng dé sấy, nau ăn, hút âm Mỗi phương án đòi hỏi những thiết bị hỗ trợkhác nhau.
e Các phương án cấp nhiệt cho dàn bay hơi Trường hop sử dụng dàn lạnh đồngthời với nóng thì phía dàn bay hơi có thé là buông lạnh hoặc chat tải lạnh Ngoàira cũng có thể sử dụng dàn bay hơi đặt ngoài không khí, dàn bay hơi sử dụngnước giếng là môi trường cấp nhiệt Cũng có những phương án như dan bay hơiđặt ở dưới nước, đặt ở dưới đất hoặc sử dụng năng lượng mặt trời
19
Trang 36e Các thiết bị điều khiển, kiểm tra tự động sự hoạt động của bơm nhiệt và các thiếtbị hỗ trợ Day là những thiết bị tự động điều khiến các thiết bị phụ trợ ngoài bơmnhiệt để phù hợp với hoạt động của bơm nhiệt
1.5 Tổng quan về nguyên liệu sấy1.5.1 Giới thiệu về củ dền
Tên gọi khác: Cây củ dền đỏTên tiếng Anh: Common beetroot
Tên khoa học: Beta vulgaris var rubra (L.) Mod.Tên dong nghĩa: Beta vulgaris L subsp vulgaris
1.5.2 Phan loai khoa hoc
Bộ: Cam chướng (Caryophyllales)Ho: Rau dén (Amaranthaceae)
Chi: Cu cai ngot (Beta)
Loai: Beta vulgaris
Phan loai: Beta vulgaris var.rubraLoài Củ dén Beta vulgaris có 3 Phân loài quan trọng là: Phan loài Củ dén: Betavulgaris (Beta vulgaris ssp vulgaris convar vulgaris) Phân loài Củ cải đường biến:Beta maritima (Beta vulgaris ssp maritima).La t6 tiên chung của các loài củ cải đượng.Phân loài Củ cải đường Thuy sĩ: Beta cicla (Beta vulgaris ssp vulgaris convar cicla).1.5.3 Đặc điểm
Củ dén là cách gọi của người Việt nam có thê dé chỉ một loại rau ôn đới có tên làBeetroot, hay còn được gọi là Beet Tên khoa học cua Beetroot là Beta vulgaris.
20
Trang 37Củ dén có hai màu: tím than va đỏ tham, vỏ đen xù xì Trong tự nhiên cũng cóhai dang củ: củ dén dải và củ dén tròn Khi cắt ngang củ thấy ruột củ có nhiều khoangđậm nhạt khác nhau tạo thành các vòng tròn đồng tâm Cây củ dén là loài cây thân thaomột năm.
Củ dén thường được chế biến thành các món luộc, nướng, nấu canh, salad hoặccũng có thé ăn sống, ép nước Củ dén cũng có thé được sản xuất thương mại băng cáchđun sôi và khử trùng hoặc muối dưa Ở Đông Au, súp củ dén Phan lá xanh bên trên củacủ cũng ăn được Cách chế biến pho biến nhất là luộc và hấp, khi đó nó có mùi vị và bềngoai giống như rau chân vịt
Vitamin A quy đổi tương đương 2 ugThiamin (Vitamin Bì) 0,031 mgRiboflavin (Vitamin Ba) 0,04 mgNiacin (Vitamin B3) 0,331 mgAxit pantothenic (Vitamin Bs) 0,145 mgVitamin Be 0,067 mg
21
Trang 38Axit folic (Vitamin Bo) 80 ugVitamin C 4,9 mg
Khoang
Canxi 16 mgSắt 0.79 mg
Magie 23 mg
Phospho 38 mg
Kali 305 mgNatri 77 mg
Kém 0,35 mg(Nguén: USDA Nutrient Database)
Trong cu đều có các vitamin A, B, C, PP, nhiều duong, cac chat khoang nhu K(chi thua men bia), Mg, P, Rb, Ca, Fe, Cu, Br, Zn, Mn, va cac acid amin; asparagin,betain, glutamin Mau đỏ của củ đều là do có chất Betacyanin (betanidin) Ham lượngchất sắt tỏng củ dền mặc dù không cao nhưng có chất lượng cao nhất và tốt nhất
1.5.5 Betalain và betacyanin
1.5.5.1 Betalain
a) Giới thiệu va phân loại
Betalain là là các sắc tố có chứa nito tan trong nước tạo sắc tố đỏ và vàng đượctim thay trong các loài thực vật họ Caryophyllales, thay thé sắc tổ anthocyanin Betalaincũng có trong các họ nam Chúng thường có nhiều trong cánh hoa, tạo mau sắc cho cácloại trái cây, lá, thân và rễ của cây có chứa chúng Màu đỏ đậm của củ cải, hoa giấy, raudén và các loại xương rồng đều do sự có mặt của thành phần betalain Thường thay nhiềunhất là trong củ dén
22
Trang 39Tên “betalain” xuất phát từ tên Latin của loại củ mà được dùng để trích ly betalainđầu tiên là củ dén (Beta vulgaris) Các sắc thái từ màu đỏ đến màu tím thì rất đặc biệt vàkhông giống như của sắc tố anthocyanin được tìm thay trong hau hết các loại thực vật.
Có hai loại betalain:e Betacyanin bao gồm các betalain tạo màu đỏ đến tím Các betacyanin có
trong thực vật gồm betanin, isobetanin, probetanin và neobetanin.e Betaxanthin là các betalain tạo màu từ vàng đến cam Cac betaxanthin có
trong thực vật gồm vulgaxanthin, miraxanthin, portulaxanthin vàindicaxanthin.
Sinh ly hoc thuc vat khong chắc chăn về chức năng của betalain đối với các thựcvật có chứa chúng, nhưng có một số băng chứng sơ bộ rang chúng có tính diệt nam Hơnnữa, betalain còn được tìm thấy trong hoa huỳnh quang
HO
HO
Anthecyanin Botacyanin Betaxanthin
Hình 1.3: Cấu trúc hóa học của anthocyanins (delphinidin), betacyanins (betanidin)
và betaxanthins [6]
b) Chức nang sinh hoc và ứng dung
Betalain/betacyanin tao mau sac cho hoa cua nhiéu loại thực vat, hap dan các loàicôn tring và giúp cho quá tinh thụ phan cũng như phát tan hạt được dé dang
23
Trang 40Từ lâu người ta đã sử dụng betalain làm chất tao màu cho thực phẩm (chất màucó mã số E162) Đặc biệt betacyanin được ứng dụng để tạo màu cho nhiều loại thựcphẩm khác nhau như thịt, xíc xích, thịt muối, kem lạnh, yaourt, các loại nước giải khát,các loại mứt kẹo, các sản phâm từ ca chua,
Do betalain/betacyanin bị phân hủy do pH, nhiệt độ và hoạt độ nước trong quatrình bảo quản nên sẽ bị phai màu dan Với đặc điểm do, betalain/betacyanin có thé sửdụng như chất chỉ thị màu trong thực phẩm để cho biết độ tươi mới của sản phẩm
Betalain có nhiều ứng dụng trong nhéu loại thực phẩm như các món tráng miệng,bánh kẹo, đỗ khô, sữa và các sản phẩm từ thịt nông độ của các sắc tô tinh khiết cần thiếtđể có được màu sắc mong muốn là tương đối nhỏ, hiểm khi vượt quá 50 mg/kg, đượctính băng lượng betanin
c) Biến đổi của Betalain trong bảo quản và chế bién
Betalanin có thé bị phân hủy thành betalamic acid và glucoside do: Điều kiện bình thường, màng tế bao bị phá hủy và xúc tác của enzyme ab-glucosidase.
cyclo-DOPA-5-O-b-D-Ảnh hưởng của bảo quản lạnh đến hàm lượng betalain được thấy trong vỏ của củcải đường Lượng betanin giảm trong 140 ngày trữ ở 5°C, sau đó lại bắt đầu tăng trongsuốt 46 ngày tiếp theo Điều nay là hợp ly vì phản ứng giảm sắc t6 của betalain va phảnứng tái tổng hợp trong suốt thời gian bảo quản đó là thuận nghịch [6]
1.5.5.2 Betacyanina) Cau trúc hóa hoc
Betacyanin được hình thành do sự kết hợp của axit betalamic với nguyên tử DOPA (cyclo-dihydroxy-phenylalanin) Tất cả các betacyanin đều cần hai nguyên tửtyrosine như là tiễn chất [7]
cyclo-24