Kỹ thuật thực phẩm 2 báo cáo thực hành sấy Đối lưu

Khảo sát quá trình sấy đối lưu bằng thực nghiệm gồm: + Xây dựng được đường cong sấy và đường cong tốc độ sây + Xây dững các thông số sây: tốc độ sây đẳng tốc, độ âm tới hạn, độ âm cân b

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC

BAO CAO THUC HANH

SAY DOI LUU

THIÊN THANH TRÚC.

* TOM TAT

Say la qua trinh dung nhiét dé lam bốc hơi ấm ra khỏi vật liệu rắn hoặc lỏng Với mục đích giam bot khối lượng của vật liệu, tăng độ bên cho vật liệu, (gốm, su, 26, .} Và dé bảo quản trong một thời gian dài, nhất là đối với lượng thực và thực phẩm

Ban chat cua quá trình sấy là quá trình khuyếch tán do chênh lệch độ ấm ở bề mặt và bên trong của vật liệu, nói cách khác là do chênh lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu

và môi trường xung quanh Sấy là quá trình không ôn định, độ âm vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian sấy

Khảo sát sự biến đôi thông số không khí âm và vật liệu sấy của quá trình sấy lý thuyết

Xác định lượng không khí khô cần sử dụng và lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy lý

thuyết

So sánh và đánh giá sự khác nhau giữa quá trình say thực tế và quá trình say lý thuyết Khảo sát quá trình sấy đối lưu bằng thực nghiệm gồm:

+ Xây dựng được đường cong sấy và đường cong tốc độ sây

+ Xây dững các thông số sây: tốc độ sây đẳng tốc, độ âm tới hạn, độ âm cân bằng, thời gian sấy đăng tốc và giảm tốc

+ Đánh giá sai số của quá trình sấy

Qua đó cho người học biết được về cách vận hành may say và cũng như các thông số có trên máy, để người học có thể nắm được những kiến thức nền cũng như kiến thức chuyên môn trong bài sấy này, đề có thé vận dụng tốt vào trong các ứng dụng của đời sống trong việc sấy các lượng thực và thực phâm tương Và nó rất quan trọng đối với sinh viên ngành công nghệ thực phẩm trong việc nghiên cứu và áp dụng các quy trình sấy vào trong các sản phâm do mình tạo ra đề phục vụ cho cuộc sông hăng ngày của con người

8.1, Giới thiệu

Sấy là quá trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt

Nguyên tắc của quá trình sây là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha của pha lỏng trong vật liệu thành hơi Hầu hết các vật liệu trong quá trình sản xuất đều chứa pha lỏng là nước và thường được gọi là âm Vậy trong thực tế có thế xem sấy là quá trình tách âm bằng phương pháp nhiệt

Sấy đối lưu là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với không khí, khói lò, gọi chung là tác nhân sấy

Quá trình sây được khảo sát về hai mặt: tĩnh lực học và động lực học

Nghiên cứu về tĩnh lực học quá trình sấy nhằm xác định mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sây và của tác nhân sây dựa trên phương trình cân bằng vật chất, năng lượng từ đó xác định được thành phần vật liệu , lượng tác nhân và lượng nhiệt cần

thiết

Nghiên cứu về động lực học quá trình sây nhằm nghiên cứu sự biến đổi hàm 4m va nhiệt

độ trung bình của vật liệu trong thời gian sấy Trong phạm vi bài thực hành ta chỉ nghiên cứu về sự biến đổi hàm âm của vật liệu theo thời gian say từ đó xác định các thông số lý hóa của vật liệu và các thông số nhiệt động của quá trình sấy

- Xây dựng đường cong tốc độ sấy

- Xác định độ âm tới hạn, độ âm cân bằng của vật liệu sây

8.2 Cơ sở lý thuyết

8.2.1 Nguyên lý quá trình sấy bằng không khí

Trong quá trình sấy nêu dùng tác nhân sấy là không khí thì gọi là sây bằng không khí

Sơ đỗ nguyên lý làm việc của máy sấy bằng không khí được mô tả trên hình sau:

Khi sấy lý thuyết nhiệt lượng riêng của không khí không thay đổi trong suốt quá trình H=const (dang H), nói cách khác, tronp quá trình sây lý thuyết, một phần nhiệt lượng của không khí bị mất mát đi cũng chỉ đề làm bốc hơi nước trong vật liệu, do đó H không đối Trong quá trình sấy, thường thì không khí thay đối trạng thái vào phòng sấy và sau khi sây xong

Các thông số đặc trưng cho trạng thái không khí và từ đó xác định được các đại lượng

- Lượng không khí khô đi trong máy sấy:

Trong đó:

L: lượng không khí khô đi trong máy sấy (kø/h)

\W: lượng âm tách ra khỏi vật liệu (kg/h)

ham âm ban đầu của tác nhân sấy (kg/kgkkk)

hàm âm khi được đốt nóng của tác nhân sấy (kg/kgkkk)

ham âm sau khi sấy của tác nhan say (kg/kgkkk)

- Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình:

Trong đó:

: lượng nhiệt cung cấp cho quá trình say (kj/h)

: hàm nhiệt ban đầu của tác nhân say (ke/kgkkk)

: hàm nhiệt sau khi được đốt nóng của tác nhân sấy (kp/kgkkk)

Trường hợp lượng nhiệt bỗ sung chung khác với lượng nhiệt tôn thất chung gọi là sấy thực tế

8.2.2 Đường cong sấy và tốc độ sấy

- Đường cong biểu diễn sự thay đổi độ âm của vật liệu theo thời gian say duoc goi la đường cong say Đề tìm được sự phụ thuộc này, đem vật liệu âm đơn giản sây đối lưu

bằng không khí nóng với tốc độ và nhiệt độ không khí không đổi

Sự giảm độ âm của vật liệu trong một đơn vị thời ø1an gọi là tôc độ sây

- Từ biêu thức tốc độ sấy nhận thấy tốc độ sấy là tang góc nghiêng œ của đường tiếp tuyến với đường cong sấy Như vậy băng phương pháp vi phân đồ thị sẽ tìm được tốc độ sây và dựng được dé thi su phụ thuộc tốc đô sây với độ âm của vật liệu, đồ thị của sự phụ thuộc này được gọi là đường cong tốc độ sây

Phân tích đường cong sấy, đường cong tốc độ sấy và nhận thấy diễn biến của quá trình sấy gồm 3 giai đoạn: giai đoạn đốt nóng vật liệu, giái đoạn sấy đắng tốc và giai đoạn sây giảm tốc

8.2.2.1 Giai đoạn đốt nóng vật liệu

Đoạn AB trên hình 8.2 biểu diễn giai đoạn đốt nóng vật liệu: nếu ban đầu nhiệt độ của vật liệu thấp hơn nhiệt độ bay hơi đoạn nhiệt của không khí thì trong giai đoạn đốt nóng, nhiệt độ của vật liệu tăng lên Trong giai doan nay dé âm vật liệu thay đổi rất chậm và thời gian diễn tiến nhanh, kết thúc giai đoạn này, nhiệt độ của vật liệu đạt đến niệt độ bầu

ướt của không khí Nedu vật liệu có độ dày nhỏ và quá trình sấy là đối lưu thì thời gian

này không đáng kê

Doan BC trén hinh 8.2 biếu diễn giai đoạn sấy đẳng tốc: sau giai đoạn đốt nóng, độ âm của vật liệu giảm tuyến tính theo thời gian sấy Trong giai đoạn này sự giảm độ âm của vật liệu trong một đơn vị thời gian là không đổi (N=const) nên được gọi là giai đoạn sây đẳng tốc, giai đoạn sây đẳng tốc kéo dài cho đến thời điểm mà hàm âm của vật liệu đạt gia tri nao day thi kết thúc, được gọt là độ âm tới hạn của vật liệu Nhiệt độ nói chung và nhiệt độ ở tâm bề mặt vật đạt đến gia tri xap xi nhiệt độ bầu ướt của tác nhân sây nghĩa là toàn bộ nhiệt lượng vật liệu nhận được chỉ dé bay hoi âm

- Tốc độ sấy đăng tốc được tính theo công thức:

khối lượng riêng chất khô trong vật liệu (kg/m°)

: khối lượng vật liệu khô tuyệt đối (kg)

: bề mặt riêng khối lượng của vật liệu

: cường độ bay hơi (kg/m”h)

- Cường độ bay hơi giai đoạn đăng tốc được xác định từ phương trình của Dalton và

Newton

: hệ số trao đôi nhiệt (kj/m”.h.°C)

r: nhiệt hóa hơi của nước ở nhiệt độ bầu ướt (kj/kg)

- Nếu sấy đối lưu ở nhiệt độ không cao và vật liệu phẳng thì ta có công thức thực nghiệm xác định hệ số trao đổi nhiệt :

Trong đó:

R: nửa chiều dày của vật liệu (m)

: vận tốc tac nhan say (m/s)

: khối lượng riêng của tác nhân sấy (kp/m?)

- Thời gian sấy trong giai đoạn đẳng tốc:

Trong đó:

: độ âm ban đầu của vật liệu (tính theo vật liệu khô)

: độ âm tới hạn (tính theo vật liệu khô)

N: tốc độ sấy trong giai đoạn đăng tốc (%/h)

Khi độ 4m của vật liệu đạt giá trị tới hạn thì tốc độ sây bắt đầu giảm dần và đường cong sấy chuyên từ đường thăng sang đường cong tiệm cận dần đến độ âm cân bằng vật liệu trong điều kiện của quá trình sây Khi độ âm của vật liệu đạt đến gia tn can bang thi ham

âm của vật liệu không giảm nữa và tốc độ sấy bằng 0, quá trình sấy kết thúc Tốc độ sấy trong giai đoạn này thay đôi theo các quy luật khác nhau tùy thuộc tính chất và dạng vật liệu (hình §.3)

Đề dễ dàng cho việc tính toán, người ta thay các đường cong phức tạp của tốc độ sấy bằng đường thẳng giảm tốc quy ước sao cho việc thay thế này có sai số bé nhất, khi đó

giá trị độ âm tới hạn qui ước, được gọi là độ âm tới hạn qui ước là p1ao điêm g1iữa đường đẳng tốc N và đường giảm tốc qui ước

Toc độ say trong giai đoạn giảm (ốc

Dấu (-) chỉ tốc độ sấy giảm dan

K gọi là hệ số sấy, phụ thuộc vào chế độ sấy (tốc độ sấy đăng tốc N) và tính chất của vật liệu (1⁄h) K là hệ số góc của đường giảm tốc và được tính:

Thời gian sấy trong giai đoạn giảm tốc:

Trong đó: là độ âm cuối của vật liệu sấy ( tính theo vật liệu khô) (

8.4 MO HINH THI NGHIEM

8.4.1 sơ đồ hệ thống

Hình 8.4: Sơ đỗ hệ thống

Bảng 8.1: Bảng mô tả các bộ phận trên mô hình sây

A Công tắc điện trở 1| Đóng mở điện trở 1

B Công tắc điện trở2 | Đóng mở diện trở2 | Có bộ điều khiển

nhiệt độ

C Công tắc điện trở 3 | Đóng mở điện trở 3

quạt

E Bộ điều khiến nhiệt | Điều khiến nhiệt độ | Điện trở 2

độ Tk0 Đầu dò nhiệt độ bầu | Hiến thị nhiệt độ Tk

Tư0 Đầu dò nhiệt độ bầu | Hiển thị nhiệt độ Tư

8.4.2 Trang thiết bị hoá chất

- Vật liệu sấy: giấy lọc hoặc giấy carton

- Phong tốc kế

- Đồng hồ bắm giây (có thể sử dụng điện thoại đi động)

8.5 TIEN HANH THI NGHIEM

8.5.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát tĩnh học quá trình sấy

8.5.1.1 Chuẩn bị

- Kiểm tra nước vị trí đo nhiệt độ bầu ướt

- Kiém tra hoạt động của phong tốc kế

- Tắt tất cả công tắc trên tủ điều khiển

- Cài đặt nhiệt độ sấy

- Khởi động tủ điều khiển

- Kiểm tra hoạt động của cân

- Cân vật liệu sấy

- Làm âm vật liệu sây

- Khởi động quạt, điều chỉnh tốc độ của thí nghiệm

- Đo tốc độ của quạt, ghi nhận giá trị đo

- Bật công tắc điện trở 1,2 và 3

- Khi nhiệt độ đạt giá trị của thí nghiệm ổn định thì bắt đầu tiễn hành thí nghiệm

8.5.1.2 Các lưu ý

- Trước khi đặc vật liệu sấy vào phòng sấy phải điều chỉnh cân về 0

- Khi nhiệt độ sấy đạt giá trị thí nghiệm nhưng giá trị vẫn tăng thi tắt điện trở I hoặc 3 hoặc cả hai điện trở 1 và 3, tuyệt đối không được tắt điện trở 2 (do có bộ điều khiến)

Trường hợp sau khoảng thời sian nhất định không đạt thì kiểm tra điện trở I hoặc 3 đã bật chưa (đèn báo), nếu chưa thì bật lên

- Trong suốt quá trinh của thí nghiệm phải điều chỉnh sao cho nhiệt độ điểm 1, tốc độ tác nhân sấy không được thay đổi

- Khi kết thúc thí nghiệm:

+ Tắt công tắt điện trở 1 va 3 (nếu đang bật)

+ cài đặt nhiệt độ trên bộ điều khiến về nhiệt độ thí nghiệm tiếp theo Nếu là thí nghiệm cuối thì cải đặt nhiệt độ trên bộ điều khiến về C và tắt công tắt điện trở 2

+ Lay vat liệu sấy ra khỏi phòng sấy

8.5.1.3 Báo cáo

- Xác định các thông số của không khí âm ở các vị trí khác nhau

- Xác định thành phần vật liệu sây của quá trình say

- Xác định lượng không khí khô cần sử dụng và lượng nhiệt cần thiết cho quá trinh say

- So sánh và đánh giá sự khác nhau giữa quá trình sấy thực tế và quá trình sấy lý thuyết

8.5.1.4 Kết quả thí nghiệm 1:

Thí nghiệm 1: Sấy ở nhiệt độ 30°C (Gu=0,136z)

Kích thước mẫu: hình vuông cạnh 0,2 (m)

Nửa chiều dày của vật liệu: R = 0,001 (m)

Bề mặt riêng khối lượng vật liệu:

f= =0,711(m*/kg)

Hệ số trao đổi nhiệt :

Cường độ bay hơi

Độ âm tới hạn quy ước :

+ Thực nghiệm, ta các định trên đường cong tốc độ sấy khi giai đoạn đẳng tốc kết thúc

+ Lý thuyết:

Ð ườg cong sâây `

Đường cong sây ở nhiệt độ 30°C

D ườ cong tôâc đ @âây điển hình 0.06

Đường cong tốc độ sây ở 30

8.5.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát động lực học quá trình sấy

8.5.2.1 Chuẩn bị

- Kiêm tra nước vị trí đo nhiệt độ bầu ướt

- Kiêm tra hoạt động của phong tốc kế

- Tắt tất cả công tắc trên tủ điều khiến

- Cài đặt nhiệt độ sây

- Khởi động tủ điều khiển

- Kiểm tra hoạt động của cân

- Cân vật liệu sấy

- Xác định kích thước vật liệu sây

- Làm âm vật liệu sây

- Khởi động quạt, điều chỉnh tốc độ của thí nghiệm

- Đo tốc độ của quạt, ehI nhận giá trị do

- Bật công tắc điện trở 1,2 và 3

- Khi nhiệt độ đạt giá trị của thí nghiệm ổn định thì bắt đầu tiễn hành thí nghiệm

- Sauk hi kết thúc thí nghiệm ở 1 giá trị nhiệt độ sây, tiến hành thí nghiệm tiếp theo ở p1á

trị nhiệt độ sấy khác thì tiến hành tương tự từ bước cài đặt nhiệt độ sấy

8.5.2.2 Các lưu ý

- Đối với thí nghiệm đầu tiên, khi đặt vật liệu say vào thì bắt đầu tính thời gian, ghi nhan

giá trị cân, các giá trị nhiệt độ điểm 1

- Khối lượng vật liệu ban đầu giữa các thí nghiệm phải bằng nhau hoặc thí nghiệm sau phải lớn hơn thí nghiệm trước, trường hợp lớn hơn phải quan sát cân liên tục đến khi bằng thí nghiệm trước thì mới bắt đầu tính thời gian (thời điểm ban đầu)

- Trước khi đặc vật liệu sấy vào phòng sấy phải điều chỉnh cân về 0

- Khi nhiệt độ sấy đạt giá trị thí nghiệm nhưng giá trị vẫn tăng thi tắt điện trở I hoặc 3 hoặc cả hai điện trở 1 và 3, tuyệt đối không được tắt điện trở 2 (do có bộ điều khiến)

Trường hợp sau khoảng thời gian nhất định không đạt thì kiểm tra điện trở 1 hoặc 3 đã bật chưa (đèn báo), nếu chưa thì bật lên

- Trong suốt quá trinh của thí nehiệm phải điều chỉnh sao cho nhiệt độ điểm 1, tốc độ tác nhân sấy không được thay đổi

- Chọn bước thời gian ghi nhận giá trị cân và nhiệt độ điểm 1