đồ án tốt nghiệp nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm máy sấy lạnh vi sóng

Phần lớn người ta dùng phương pháp sấy nóng để sấy các VLS nhưng có một số vật liệu hay nông thủy sản thực phẩm sấy nóng thì không phù hợp.. Qua nghiên cứu, tôi thấy rằng có một số những

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Giáo viên hướng dẫn : Th.S KHỔNG TRUNG THẮNG

Sinh viên thực hiện : LÊ NGỌC LINH Lớp: 47 NL

Nha Trang, 2009

LỜI CẢM ƠN

Sau 4 năm trôi qua, được các Thầy, các Cô trong trường đại học Nha Trang tận tình giảng dạy, trang bị cho tôi những hành trang tri thức quý báu trước khi tôi bước vào ngưỡng cửa của cuộc đời Và cuối khóa học này tôi đã hoàn thành bản đồ

án tốt nghiệp

Để hoàn thành được đề tài này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Th.S Khổng Trung Thắng, người đã tận tình hướng dẫn tôi trong thời gian qua Đồng thời xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, các cô trong khoa Chế Biến, bộ môn Kỹ Thuật Lạnh, cùng các thầy tại phòng thí nghiệm, thực hành Công Nghệ Nhiệt Lạnh đã nhiệt tình tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi

Tuy nhiên với thời gian tương đối ngắn, khối lượng công việc lại không nhỏ nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình tính hoàn thành đồ án

Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do khả năng có hạn cũng như kinh nghiệm còn thiếu nên tôi rất mong được các thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến chỉ bảo thêm

Nha Trang, ngày 1 tháng 7 năm 2009

Lê Ngọc Linh

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY VÀ SỬ DỤNG SÓNG

VI SÓNG 3

1.1 Tổng quan về kỹ thuật sấy .3

1.1.1 Tìm hiểu về quá trình sấy và các phương pháp sấy 3

1.1.1.1 Khái niệm 3

1.1.1.2 Mục đích của quá trình sấy 3

1.1.1.3 Các phương pháp tách ẩm ra khỏi nguyên liệu khác .3

1.1.1.4 Phân loại các phương pháp sấy 4

1.1.1.5 Các ứng dụng của sấy lạnh 7

1.2 Quá trình truyền ẩm trong vật thể sấy: 8

1.3 Tổng quan về tình hình sử dụng sóng vi sóng 10

1.3.1 Sử dụng sóng vi sóng trong lò vi sóng 10

1.3.1.1 Lịch sử ra đời 10

1.2.1.2 Tại sao lò vi sóng đốt nóng được thức ăn 11

1.3.2 Sử dụng sóng vi sóng để sấy phân bón 12

1.3.3 Sử dụng sóng vi sóng để sấy nệm cao su 13

1.3.4 Máy sấy chân không vi sóng 14

1.3.5 Sử dụng sóng vi sóng để sấy gỗ tươi 16

Chương 2:TÍNH TOÁN CÁC QUÁ TRÌNH TRONG HỆ THỐNG SẤY 17

2.1 Nhiệm vụ thiết kế và phương án thiết kế 17

2.1.1 Nhiệm vụ thiết kế 17

2.1.1 Phương án thiết kế 17

2.2 Tính toán thông số của vật liệu sấy 18

2.2.1 Tính khối lượng VLS vào và ra 18

2.2.2 Lượng ẩm cần bốc hơi 18

2.3 Xây dựng quá trình sấy lý thuyết 19

2.3.1 Xác định các thông số không khí trong quá trình sấy 19

2.3.1.1 Quá trình sấy trên đồ thị I-d 19

2.3.1.2 Xác định thông số các điểm trên đồ thị I-d 20

2.3.2 Lượng không khí lý thuyết 22

2.3.3 Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy lý thuyết 22

2.4 Tính tổn thất nhiệt 23

Chương 3:TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ 26

3.1 Tính chọn thiết bị cho buồng lạnh 26

3.1.1 Tính chọn máy lạnh 26

3.1.2 Tính kiểm tra cách nhiệt buồng lạnh 27

3.2 Tính chọn thiết bị cho buồng gia nhiệt không khí 28

3.2.1 Tính chọn điện trở 28

3.2.2 Tính kiểm tra cách nhiệt buồng gia nhiệt không khí 28

3.2.3 Tính chọn quạt buồng gia nhiệt 30

3.3 Năng Lượng Vi Sóng 34

Chương 4:TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG SẤY 35

4.1 Tự động hóa hệ thống làm lạnh 35

4.2 Tự động hóa cho buồng gia nhiệt không khí 35

4.3 Tự động điều chỉnh cấp vi sóng 35

Chương 5:SẤY THỬ NGHIỆM MỘT SỐ SẢN PHẨM VÀ SO SÁNH VỚI PHƯƠNG PHÁP SẤY LẠNH 37

5.1 Sấy tôm thẻ chân trắng (Penaeus Vannamel) 37

5.1.1 Sấy lạnh kết hợp phát vi sóng 37

5.1.2 Sấy tôm bằng phương pháp sấy lạnh 40

5.2 Sấy mực ống Trung Hoa (loligo chinensis ) 42

5.2.1 Sấy mực với phương pháp sấy lạnh kết hợp vi sóng 42

5.2.2 Sấy Mực với phương pháp sấy lạnh 45

KẾT LUẬN VÀ Ý KIẾN ĐỀ XUẤT 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Thông số cơ bản của một số máy sấy chân không vi sóng 15

Bảng 2.1 Thông số các điểm trong quá trình sấy lý thuyết: 22

Bảng 2.2 Thông số các điểm trên đồ thị I-d của quá trình sấy thực : 24

Bảng 3.1 Tổng hợp các thiết bị được sử dụng trong hệ thống sấy 34

Bảng 5.1 Bảng thông số kết quả TN25 39

Bảng 5.2 Bảng thông số kết quả TN26 40

Bảng 5.3 Bảng thông số kết quả TN27 44

Bảng 5.4 Bảng thông số kết quả TN28 45

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Lò vi sóng 10

Hình 1.2 Cấu tạo phân tử nước 11

Hình 1.3 Máy sấy chân không vi sóng 14

Hình 2.1 Đồ thị I-d của quá trình sấy lý thuyết 19

Hình 2.2 Quá trình sấy thực tế trên đồ thị I-d 25

Hình 5.1 Hình mẫu thí nghiệm phương pháp sấy lạnh kết hợp vi sóng 41

Hình 5.2 Hình mẫu với thí nghiệm sấy lạnh 41

Hình 5.3 Đồ thị đường cong sấy của mẫu TN25 và mẫu TN26 42

Hinh 5.4 Hình mẫu thí nghiệm với phương pháp sấy lạnh kết hợp vi sóng 46

Hình 5.5 Hình mẫu với thí nghiệm sấy lạnh 46

Hình 5.6 Đồ thị đường cong sấy của TN27 và TN28 47

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

TNS : Tác nhân sấy TBS : Thiết bị sấy VLS : Vật liệu sấy KH-CN : Khoa học công nghệ

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nhiều năm trở lại đây, ngành thủy sản nước ta liên tục phát triển mạnh

và đóng góp đáng kể vào sự phát triển của đất nước Việt Nam trở thành một trong những nước xuất khẩu thủy sản hàng đầu thế giới chiếm lĩnh nhiều thị trường lớn

Trước những điều kiện thuận lợi và tiềm năng cho thấy xuất khẩu thủy sản sẽ ngày càng tăng mạnh về số lượng, chất lượng cũng như lợi nhuận thu được Vì lẽ đó mà ngành thủy sản cũng ngày càng được ưu tiên và quan tâm

Trong các mặt hàng thủy sản xuất khẩu thì tỷ lệ sản phẩm khô chiếm tỷ trọng khá lớn Tuy nhiên, mặt hàng thủy hải khô xuất khẩu hiện nay vẫn còn sử dụng phương pháp sấy nóng và phơi nắng truyền thống nên chất lượng sản phẩm không cao, điều kiện vệ sinh an toàn thực phẩm không được đảm bảo làm giảm giá trị kinh

tế, không phù hợp xuất khẩu vào các thị trường lớn và khó tính Sự biến đổi chất lượng như trên là do ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ và thời gian sấy Do đó, việc nghiên cứu các phương pháp sấy mới đi đôi với việc thiết kế thiết bị sấy mới cho các mặt hàng khô nói chung và mực nói riêng để áp dụng vào sản xuất là vấn đề

rất cần thiết cấp bách hiện nay

Phần lớn người ta dùng phương pháp sấy nóng để sấy các VLS nhưng có một

số vật liệu hay nông thủy sản thực phẩm sấy nóng thì không phù hợp Khi phương pháp sấy lạnh ra đời thì chất lượng và giá trị cao hơn phương pháp sấy nóng rất

nhiều Nhưng trên thực tế thì phương pháp sấy lạnh vẫn chưa được ứng dụng vào

thực tiễn sâu rộng, lý do chủ yếu là thiết bị này thời gian sấy vẫn còn dài và chi phí điện cao làm tăng chi phí sản xuất Như vậy để phát huy ưu điểm của công nghệ sấy

nhiệt độ thấp (sấy lạnh) chúng ta nên tìm cách giảm thời gian sấy và giảm chi phí sản xuất Để có thể có được sản phẩm chất lượng cao mà chi phí sản xuất ở mức chấp nhận được

Trước thực tế trên đòi hỏi phải ra đời những phương pháp sấy mới với công nghệ hiện đại để có chất lượng sản phẩm tốt hơn Qua nghiên cứu, tôi thấy rằng có một số những phương pháp rất ngắn, thời gian gia nhiệt cho vật liệu sấy như sử dụng sóng viba, làm nóng vật liệu, cho kết quả tốt, với thời gian sấy rất ngắn, chi

phí chấp nhận được Tôi thấy rằng chúng ta có thể tiếp tục phát triển kỹ thuật này

để cho ra đời những sản phẩm có chất lượng và giá trị kinh tế cao

Được sự chấp thuận của khoa Chế biến – Trường Đại học Nha Trang và sự hướng dẫn của Thầy giáo – ThS Khổng Trung Thắng, tôi thực hiện đồ án tốt

nghiệp: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm máy sấy lạnh vi sóng” nhằm

hướng tới một công nghệ sấy nhiệt độ thấp (sấy lạnh) có thời gian sấy ngắn hơn và giảm chi phí sản xuất

Người thực hiện

Lê Ngọc Linh

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY VÀ SỬ DỤNG SÓNG VI SÓNG 1.1 Tổng quan về kỹ thuật sấy

1.1.1 Tìm hiểu về quá trình sấy và các phương pháp sấy

1.1.1.1 Khái niệm

 Quá trình sấy là quá trình làm khô các vật thể, các vật liệu, các sản phẩm

bằng phương pháp bay hơi Như vậy muốn sấy khô một vật ta phải tiến hành các biện pháp kỹ thuật sau :

 Gia nhiệt cho vật để đưa nhiệt độ của nó lên tới nhiệt độ bão hòa ứng với phân áp suất của hơi nước trên bề mặt vật

 Cấp nhiệt để làm bay hơi ẩm trong vật thể

 Vận chuyển hơi ẩm đã thoát từ vật thể ra môi trường bên ngoài

Có nhiều cách gia nhiệt vật thể và cũng có nhiều cách vận chuyển ẩm từ bề mặt vật thể ra môi trường Tương ứng sẽ có nhiều phương pháp sấy khác nhau

1.1.1.2 Mục đích của quá trình sấy

Sấy là một khâu quan trọng trong dây chuyền công nghệ được sử dụng trong nhiều ngành chế biến nông lâm thủy hải sản Quá trình sấy không phải là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu sấy một cách thuần túy mà là một quá trình công nghệ phức tạp Sản phẩm sau khi sấy phải đảm bảo chất lượng theo một chỉ tiêu nào đó với chi phí năng lượng ở mức tối thiểu

Sấy nhằm mục đích vận chuyển và bảo quản sản phẩm được dễ dàng hơn

1.1.1.3 Các phương pháp tách ẩm ra khỏi nguyên liệu khác

Có một số quá trình làm giảm ẩm trong vật liệu, nguyên liệu nhưng không phải là quá trình sấy khô :

- Phương pháp cơ học: vắt ly tâm, ép lực cơ học Phương pháp này chỉ làm cho ẩm tự do thoát ra

- Dùng các chất hút ẩm: Silicagel, Reolet Phương pháp này dùng khi lượng

ẩm đó rất nhỏ và sau một thời gian sử dụng các hạt này sẽ bão hòa ẩm mất khả năng hút thêm ẩm vào

 Các phương pháp này tốn kém và không hiệu quả Trong thực tế tùy tình huống cụ thể mà có thể kết hợp các phương pháp tách ẩm này với phương pháp sấy

1.1.1.4 Phân loại các phương pháp sấy

Phương pháp sấy được chia ra làm hai loại lớn cơ bản là:

xa xưa tới hiện nay vẫn còn được sử dụng Phương pháp này có một ưu điểm lớn là tận dụng được nguồn năng lượng bức xạ từ mặt trời tới vật có mật độ lớn (tới 1000 W/m2

) và gió lưu thông tự nhiên nên chi phí sản xuất thấp hầu như không đáng kể

Nhưng quá trình làm khô không được liên tục vì chỉ phơi được ban ngày, khó và có thể nói là không thể điều chỉnh được các thông số cho quá trình sấy (nhiệt

độ sấy và độ ẩm) Hơn nữa phương pháp sấy này còn có những nhược điểm rất đáng ngại là: cần diện tích sân bãi lớn, vệ sinh thực phẩm kém, ô nhiễm môi trường lớn

Quá trình làm khô không liên tục thì đối với các nguyên liệu nông sản không ảnh hưởng nhiều lắm nhưng đối với nguyên liệu thủy sản thì ảnh hưởng rất lớn

 Các giải pháp khắc phục :

- Ban đêm đưa vào hệ thống sấy để sấy cho đến khi sản phẩm đạt yêu cầu

- Đưa vào kho lạnh để bảo quản (Cá cơm khô, mực khô, ruốc khô thường

sử dụng phương pháp này)

b Sấy nhân tạo

Có nhiều phương pháp sấy nhân tạo khác nhau, các phương pháp sấy nhân tạo được thực hiện trong các thiết bị sấy Các thông số của quá trình sấy được kiểm soát nghiêm ngặt và chính xác bằng cách tác động trực tiếp vào tác nhân sấy

- Tác nhân sấy: tác nhân sấy thường dùng là không khí ẩm, khói nóng , hơi quá nhiệt Chất lỏng cũng được sử dụng làm tác nhân sấy như các loại dầu, một số loại muối nóng chảy Trong quá trình sấy môi trường buồng sấy luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ vật sấy Nếu như lượng ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấy tăng lên, đến một lúc nào đó sẽ đạt đến sự cân bằng giữa vật sấy và môi trường trong buồng sấy và quá trình thoát ẩm từ vật sấy sẽ ngừng lại, lúc này phân áp suất hơi nước thoát ra từ vật sấy bằng với phân áp suất của hơi nước trong buồng sấy Do vậy cùng với việc cung cấp nhiệt cho vật để hóa hơi ẩm lỏng đồng thời phải tải ẩm đã thoát ra khỏi vật ra khỏi buồng sấy Trong một số quá trình sấy tác nhân sấy còn làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật liệu sấy ví dụ như quá trình sấy đối lưu tác nhân sấy vừa làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật liệu sấy vừa làm nhiệm vụ tải ẩm Ở một số quá trình sấy như sấy bức xạ tác nhân sấy còn có nhiệm

vụ bảo vệ sản phẩm sấy khỏi bị quá nhiệt

+ Tác nhân sấy là không khí ẩm : không độc hại, ít cháy nổ, vệ sinh tốt, dễ biến đổi trạng thái, dễ kiếm, rẻ tiền

+ Khói lò: vệ sinh kém, dễ cháy nổ, gây các phản ứng phụ cho nguyên liệu

Nhưng có ưu điểm tận dụng được nguồn nhiệt thừa nên giảm chi phí sản suất

+ Hơi quá nhiệt: tốn kém nhưng sản phẩm ít bị oxi hóa

- Phương pháp sấy nhân tạo được chia làm hai mảng chính dựa theo

phương pháp tạo ra động lực quá trình sấy:

* Phương pháp sấy nóng: Sấy nóng, TNS và vật liệu sấy được đốt nóng và

nhờ độ chênh phân áp suất hơi trên bề mặt VLS và TNS làm ẩm bay hơi và độ ẩm VLS giảm như vậy đã thực hiện quá trình sấy

* Phương pháp sấy lạnh: Sấy ở nhiệt độ thấp là quá trình tách ẩm ra khỏi

VLS bằng cách làm bay hơi nước, tức người ta tạo ra độ chênh phân áp suất giữa

VLS và TNS nhờ giảm lượng ẩm trong TNS bằng cách cho TNS sau quá trình sấy qua thiết bị tách ẩm thường là dàn lạnh hoặc vật liệu hút ẩm

Ưu và nhược điểm của phương pháp sấy nóng:

Ưu điểm:

 Phương pháp sấy nóng phổ biến và TBS đa dạng, áp dụng cho nhiều loại VLS

 Dải nhiệt độ nóng rộng dễ điều chỉnh cho mỗi loại VLS

 Nguồn nhiệt cung cấp phong phú

 Chi phí đầu tư thiết bị không cao

Nhược điểm:

 Không thích hợp cho một số loại vật liệu

 Chất lượng sản phẩm không cao, màu sắc sản phẩm dễ biến đổi

Ưu điểm và hạn chế của sấy lạnh :

Ưu điểm :

 Chất lượng sản phẩm tốt hơn với các lịch trình kiểm soát nhiệt độ tốt để

thỏa mãn các yêu cầu sản xuất cụ thể

 Hiệu suất năng lượng cao hơn cùng với sự thu hồi nhiệt được cải thiện dẫn

đến tiêu thụ năng lượng ít hơn cho mỗi đơn vị nước bay hơi

 Có thể phát ra một khoảng rộng các chế độ sấy, tiêu biểu là nhiệt độ từ

200 C đến 100 0 C (với nhiệt phụ trợ), và ẩm độ tương đối không khí từ 15% đến 80%

(với hệ thống tạo ẩm)

 Chi phí điện năng giảm 50% so với phương pháp sấy nóng

 Không phụ thuộc vào môi trường xung quanh

Nhược điểm:

 Chi phí đầu tư ban đầu cao

 Đòi hỏi kiểm tra bảo dưỡng thường xuyên cho hệ thống máy lạnh (máy nén, môi chất, dầu v.v…)

 Rò rỉ môi chất lạnh ra môi trường

1.1.1.5 Các ứng dụng của sấy lạnh

Các nhà khoa học tại Phân viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã nghiên cứu công nghệ sấy lạnh và đã ứng dụng sấy một số sản phẩm nông sản như sấy mít, sấy nhãn …kết quả khi thực hiện quá trình sấy lạnh thì thời gian sấy giảm đi rất nhiều, chỉ bằng một nửa thời gian sấy nóng, nhưng sản phẩm vẫn thỏa mãn yêu cầu về độ ẩm Xí nghiệp chế biến xuất khẩu thủy sản Bình thuận (Thaimex) chuyên sản xuất mực sấy khô để xuất vào thị trường Nhật Bản và thị trường Châu Âu và cơ sở sản xuất long nhãn Tân phú (Đồng Nai) là hai đơn vị đã được Phân viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch chuyển giao công nghệ sấy thành công Hiện nay hai cơ sở này đang tiếp tục sản xuất theo công nghệ mới này Có thể so sánh trực tiếp chất lượng của một số sản phẩm như sau:

 Đối với sản phẩm là mít: Khi sấy lạnh có màu vàng tươi, khi sấy nóng có màu vàng nâu

 Đối với sản phẩm là mực: Khi sấy lạnh có màu trắng, khi sấy nóng có màu vàng

Phạm Văn Tùy, cùng các nhà khoa học đã nghiên cứu thành công công nghệ sấy lạnh (sấy bằng bơm nhiệt) và đã ứng dụng sấy một số sản phẩm như: Cà rốt, củ cải, hành lá… Kết quả thu được là các sản phẩm sau khi sấy vẫn giữ được màu sắc

tự nhiên dù đã sấy rất khô, hàm lượng vitamin C cao hơn hẳn so với các sản phẩm

rau quả sấy bằng các phương pháp khác như sấy bằng không khí nóng và sấy bằng hồng ngoại

Công nghệ sấy này đã được Viện KH-CN Nhiệt Lạnh đại học Bách Khoa Hà Nội chuyển giao cho nhà máy chế biến thực phẩm Việt Trì, công ty bánh kẹo Hải Hà

để sấy kẹo Jelly, viện công nghệ thực phẩm, bệnh viện Y học cổ truyền dân tộc…Sau một thời gian vận hành thiết bị công ty Hải Hà nhận thấy chi phí điện năng bằng 42%

chi phí điện năng cho hệ thống sấy nóng nhưng chất lượng của kẹo vẫn đáp ứng được yêu cầu

Trần Đại Tiến và các cộng sự (2004), đã nghiên cứu cộng nghệ sấy lạnh cho sản phẩm mực ống lột da Kết quả là chất lượng của sản phẩm rất tốt, màu sắc mực trắng trong đồng thời rút ngắn được thời gian sấy

Ngô Đăng Nghĩa và các cộng sự (2004), đã nghiên cứu ứng dụng công nghệ sấy lạnh kết hợp với sấy hồng ngoại bước đầu thử nghiệm trên một số sản phẩm như sấy mực Kết quả thu được rất tốt, đặc biệt là về mặt chất lượng cảm quan của sản phẩm, an toàn về mặt vi sinh, đồng thời rút ngắn được thời gian sấy rất nhiều

Từ những nghiên và cứu thực tế đi trước, việc tính toán thiết kế hệ thống sấy lạnh kết hợp vi sóng là hoàn toàn có cơ sở lý thuyết cũng như thực tiễn

1.2 Quá trình truyền ẩm trong vật thể sấy:

Quá trình sấy bao gồm hai quá trình xảy ra liên tiếp là : Truyền ẩm từ trong vật sấy ra ngoài bề mặt và thoát hơi ẩm từ bề mặt vào môi trường Tốc độ sấy phụ thuộc vào biến đổi ẩm trong vật sấy và trên bề mặt vật sấy

Trong nhiều nghiên cứu người ta xem quá trình truyền nhiệt và truyền chất đồng dạng nhau Vì vậy tương tự như phương trình Furiê về dẫn nhiệt ta có phương trình dẫn chất mô tả sự dẫn ẩm trong vật thể như sau:

Như vậy nếu kể đến ảnh hưởng của hiện tượng khuếch tán nhiệt thì phương trình dẫn ẩm có dạng:

qm = - am. o.u+ am. o. t = qma - q mt

Trong đó :  - hệ số gradien nhiệt độ

qm = qma - qmt

Khi sấy đối lưu vật sấy đặt trong dòng không khí hay khói nóng Quá trình truyền nhiệt thực hiện từ bề mặt vào trong vật sấy Nhiệt độ bề mặt vật lớn hơn nhiệt độ bên trong vật sấy, do đó chênh lệch nhiệt độ này ảnh hưởng xấu đến quá trình dẫn ẩm từ trong vật sấy ra ngoài Nói cách khác trong quá trình sấy đối lưu việc dẫn ẩm từ trong vật sấy ra ngoài gây nên do gradien độ ẩm, còn gradien nhiệt

độ ngược lại làm kìm hãm sự dẫn ẩm

Dòng ẩm từ trong vật sấy truyền ra ngoài trong sấy đối lưu là :

qm = qma - qmt

Khi sấy tiếp xúc sự gia nhiệt thực hiện ở một phía của vật sấy, gradien độ

ẩm có chiều từ bề mặt tiếp xúc hướng ra ngoài còn gradien nhiệt độ có chiều ngược lại Trường hợp này gradien nhiệt độ tăng cường quá trình sấy còn gradien độ ẩm kìm hãm quá trình sấy Dòng ẩm thoát ra từ vật sấy là:

q = q - q

Khi sấy bức xạ, lúc đầu bề mặt được gia nhiệt rất nhanh gây nên độ chênh

ẩm rất lớn giữa tâm và bề mặt vật Độ chênh này gây nên ứng suất cơ học đáng kể

Nếu vật liệu là loại xốp mao dẫn thì khi ứng dụng cần phải kèm theo các phương pháp gia nhiệt khác nữa

Khi sấy bằng bức xạ hồng ngoại, tia này có thể đâm xuyên thâm nhập vào chiều sâu vật thể 35 mm, vì vậy ở chiều sâu này nhiệt độ vật thể lớn hơn nhiệt độ

bề mặt vật thể Ở khoảng chiều sâu này gradien độ ẩm và gradien nhiệt độ đều gia tăng dòng ẩm thoát ra từ vật Vì vậy sấy bức xạ bằng tia hồng ngoại rất hiệu quả với các vật liệu mỏng (chiều dày nhỏ hơn 10 ~12 mm)

chương trình áp dụng cho nhà bếp và trình tòa lò vi-ba đầu tiên theo kiểu này

Lúc đó nó có tên là Radarange (do chữ Radar và Range) Máy này có công suất

1600 watt Nặng, cồng kềnh và đắt tiền, lúc đầu dùng cho bệnh viện và căng tin quân đội Mãi đến năm 1967 hãng Amana, một chi nhánh của Raytheon mới đưa các lò micro-waves ra thị trường Có những nguồn cho rằng Percy Spencer phát minh ra lò vi

ba nhờ tình cờ thấy miếng chocolate

mà ông để gần bộ hướng sóng bị mềm

đi khi ông làm việc về radar cho Hình 1.1 Lò vi sóng

viện kỹ thuật MIT ở Massachusetts năm 1945.Thấy có ích, phương thức này được kỹ nghệ hóa dưới hình thức một cái máy hâm nóng thức ăn Có nguồn khác cho rằng nước Anh đã sáng chế magnétron, máy tạo ra những làn sóng ngắn nhưng vào những năm 50 chính hãng Raytheon Hoa Kỳ đã áp dụng máy magnétron để hâm nóng thức ăn và được làm cho hoàn hảo vào cuối thập niên 60

1.2.1.2 Tại sao lò vi sóng đốt nóng được thức ăn ?

Sự đốt nóng được chia ra làm hai giai đoạn :

- Nước chứa trong thức ăn được hâm nóng bằng các sóng cực ngắn

- Nước nóng sẽ truyền nhiệt cho các phần khác của thức ăn

Ta biết rằng sóng kết hợp với một điện từ trường sẽ thay đổi chiều một cách định kì Nếu sóng điện từ có tần số 1 Hz, nó sẽ tạo ra một điện từ trường (nơi mà nó

đi qua) thay đổi chiều một lần trong một giây Các sóng cực ngắn 2450 MHz đổi chiều 2,45 tỉ lần mỗi giây

Phân tử nước Các phân tử nước nối với nhau

bằng nối hydrogen

Hình 1.2 Cấu tạo phân tử nước

Phân tử nước được cấu tạo bởi một nguyên tử oxygen (O) và hai nguyên tử hydrogen (H), chúng không mang điện Tuy nhiên những electron có khuynh hướng kéo về nguyên tử oxygen (vì oxygen có tầng ngoài cùng chứa 6 điện tử nên có khuynh hướng thu thêm 2 điện tử để bão hoà, bền hơn do đó có âm tính), kết quả nguyên tử hydrogen bị mất bớt tính âm điện nên có khuynh hướng mang điện tích

dương Nghĩa là trong phân tử nước có hai đầu dương của hydrogen và một đầu âm của oxygen Sự mất thăng bằng tạo một điện trường nhỏ trong mỗi phân tử nước

Ðiều này gây cho phân tử nước trở nên rất nhạy cảm đối với tia điện từ, đặc biệt là tia sóng vi-ba Tia vi-ba trong lò có tần số lý tưởng là 2,45 GHz để cho năng lượng của chúng có thể hấp thu bởi phân tử nước Trong một điện từ trường mạnh, phân tử nước hướng theo chiều các đường sức Sự cọ xát giữa các phân tử với nhau tạo ra nhiệt (giống như khi bạn xoa hai tay với nhau, sẽ thấy nóng) Không khí, chén dĩa bằng thủy tinh hay sành sứ đều không bị ảnh hưởng của sóng micro nhưng kim loại thì tác động trên sóng này Cách nấu từ "bên trong" sẽ nhanh chóng, thức ăn ít bị mất nước

1.3.2 Sử dụng sóng vi sóng để sấy phân bón

Trong sản xuất phân hỗn hợp, quá trình sấy ảnh hưởng nhiều tới số lượng và chất lượng của sản phẩm Phương pháp sấy phân bón thông thường có một số nhược điểm là: làm hao hụt các chất dinh dưỡng và làm xảy ra hiện tượng đóng tảng khi nhiệt độ sấy vượt quá điểm nóng chảy Sử dụng sóng vi sóng để sấy phân hỗn hợp có thể hạn chế được các nhược điểm trên, quá trình sấy bằng sóng vi sóng còn

có nhiều ưu điểm như: nó nhanh hơn rất nhiều so với phương pháp sấy thông thường, phù hợp với các sản phẩm có chất lượng cao và các vật liệu nhậy cảm với nhiệt độ sấy, thân thiện với môi trường

Từ các kết quả thí nghiệm người ta có một số kết luận như sau:

* Nhiệt độ của không khí thổi vào lò sấy ảnh hưởng nhiều tới năng suất sấy

Việc thổi không khí có nhiệt độ thấp (100

C) làm giảm năng suất sấy so với khi không dùng quạt gió Khi thổi không khí nóng, năng suất sấy tăng lên, tuy nhiên nếu nhiệt độ sấy tăng quá cao sẽ tăng mức tiêu thụ năng lượng, làm giảm hiệu quả của việc sử dụng năng lượng Nhiệt độ gió ở mức tối ưu là 400

C

*Khối lượng vật liệu sấy phải tương ứng với công suất nguồn sóng vi sóng

Tuy nhiên, nếu công suất vi sóng quá cao sẽ làm urê bị phân hủy

*Giai đoạn áp dụng sấy vi sóng hiệu quả nhất là nửa phần sau của quá trình sấy (phần đầu sấy theo phương pháp thông thường), tại đây hầu hết phần ẩm trong

lõi của hạt phân bón sẽ bốc hơi trực tiếp nhờ có nhiệt độ cao Ở các quá trình sấy thông thường, việc làm bốc hơi phần ẩm trong lõi của hạt phân bón là rất khó khăn, việc áp dụng sấy bằng sóng vi sóng đã giải quyết được khó khăn này

(nguồn của VŨ TRUNG Theo Fertilizer International, 7-8/2004)

1.3.3 Sử dụng sóng vi sóng để sấy nệm cao su

Trước đây việc sản xuất nệm hơi và gối ngủ cao su được làm theo qui trình thủ công, sản phẩm khi qua lò sấy nhiệt độ chỉ đạt từ 70 - 150o

C nên sản phẩm vẫn còn độ ẩm nhất định (khoảng 30%) Điều này khiến cho độ bền của nệm, gối không được cao Khi xử lý bằng sóng vi sóng, nhiệt độ lên tới 300o C nên được sấy khô hoàn toàn, đảm bảo an toàn cho nguời sử dụng về mặt vệ sinh đồng thời kéo dài tuổi thọ của sản phẩm đến 7 năm (không bị biến dạng, mất màu),việc áp dụng sấy nóng bằng sóng vi sóng còn làm rút ngắn thời gian sản xuất, hạ giá thành sản phẩm

Đây là công nghệ hiện đại của Đức lần đầu tiên được ứng dụng ở nước ta để sản xuất nệm cao su thiên nhiên và gối ngủ cao cấp Với qui trình công nghệ tự

động, nệm gối cao su vừa ra khuôn sẽ đi qua băng chuyền có hệ thống sóng vi ba xử lý

Công ty nệm Vạn Thành đã đầu tư 1 triệu USD để nhập công nghệ Đức đưa vào sản xuất tại nhà xưởng ở huyện Củ Chi (thuộc ấp Bến Đò, xã Tân Phú Trung)

từ cuối năm 2006

1.3.4 Máy sấy chân không vi sóng

Hình 1.3 Máy sấy chân không vi sóng

Máy sấy hút chân không kết hợp gia nhiệt bằng sóng vi ba nhằm tăng hiệu suất bay hơi, ẩm trong nguyên liệu được gia nhiệt nhanh và bay hơi thoát ra môi trường bên ngoài Tốc độ sấy tăng so với kiểu gia nhiệt truyền dẫn, phương pháp gia nhiệt kiểu này tạo hiệu suất sấy cao ít hao phí năng lượng Thiết bị được chế tạo theo công nghệ tiên tiến Ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau: Thực phẩm, dược phẩm, hóa chất xuất sứ Trung Quốc

Đặc thù của thiết bị :

+ Bên cạnh sự vượt trội của gia nhiệt vi sóng như tốc độ gia nhiệt nhanh, hiệu suất gia nhiệt cao, bảo đảm 100% nguyên liệu được gia nhiệt đồng đều, ngoài

ra thiết bị còn có những điểm đặc biệt như sau:

+ Vì nhiệt độ sấy (điểm bay hơi của nước) thấp nên phù hợp cho sấy các nguyên liệu nhạy nhiệt

+ Vì kết cấu của tủ cho phép nguyên liệu quay vòng bên trong nên năng lượng của vi sóng được tiếp xúc đồng đều với nguyên liệu nên tác động gia nhiệt sấy lên nguyên liệu đầy đủ, tránh được các hiện tượng không đồng đều ví dụ như

một số thì quá khô, một số phần thì bị ướt điều này hay xảy ra ở dạng tủ sấy chân không thông thường

+ Bên trong tủ nhẵn bóng, không có các góc cạnh rất dễ lau chùi rửa, đạt tiêu chuẩn GMP trong dược phẩm

Ứng dụng

+ Phù hợp cho sấy nhiều loại nguyên liệu khác nhau, nhiều kiều hình dạng nhiều mức độ hàm ẩm

+ Ứng dụng trong sấy đông dược: toàn bộ các loại thuốc đông y, viên hoàn,

so sánh với dùng loại máy sấy khác thì tiết kiệm tới 2/3 năng lượng…

+ Khi ứng dụng cho cao đặc đông y, thiết bị làm khô rất tốt so với máy sấy phun thì năng lượng tiêu hao chỉ bằng 1/5 và thu hồi sản phẩm là 100% không gian chiếm dụng cho tủ chỉ bằng 1/3 các máy sấy khác

Bảng 1.1 Thông số cơ bản của một số máy sấy chân không vi sóng

Ký hiệu

Số lượng đầu

vi sóng

Công suất vi sóng (kw)

Kích thước khay chứa (mm)

Số lượng khay

Khối lượng nguyên liệu/mẻ

Kích thước máy (mm)

WHZ - 0 3 3 550*190*85 4 2-5 1600*1000*2250

WHZ - 1 6 6 650*300*130 5 4-10 1800*1400*2300

WHZ - 2 12 12 850*300*130 6 8-20 2000*1400*2350

WHZ - 3 18 18 630*300*130 12 12-30 2400*1400*2350

1.3.5 Sử dụng sóng vi sóng để sấy gỗ tươi

Trước đây việc sấy gỗ thường sử dụng các phương pháp sấy nóng hoặc sấy lạnh Nhưng các phương pháp này có nhược điểm là thời gian sấy kéo dài chi phí năng lượng cho sản xuất lớn Công ty TNHH Minh Dư (70Bis Trần Đình Xu, phường Cô Giang, quận 1, TP.HCM) vừa nghiên cứu và chế tạo thành công máy sấy gỗ tươi hiệu Gosaviba 20 Đây là loại máy sấy gỗ đầu tiên được một DN trong nước chế tạo theo nguyên lý dùng sóng cao tần (sóng viba) làm nóng và tách ẩm ra khỏi gỗ Gosaviba 20 được thiết kế với công suất 100kW, có thể sấy 4m3

gỗ tươi/ngày, sấy được các loại gỗ tròn có đường kính 20cm Gỗ sau khi sấy trong 4 giờ, độ ẩm chỉ còn 8%-10%, chất lượng đạt 90% (trong khi sấy bằng công nghệ nhiệt phải mất tới 15 ngày) Ngoài ra, Gosaviba 20 còn dùng để sấy các loại nguyên vật liệu khác như carton, vải và sấy khô các loại nông sản thực phẩm với hiệu quả cao mà không làm thay đổi tính chất ban đầu (Theo Sài Gòn giải phóng)

Chương 2

TÍNH TOÁN CÁC QUÁ TRÌNH TRONG HỆ THỐNG SẤY 2.1 Nhiệm vụ thiết kế và phương án thiết kế

2.1.1 Nhiệm vụ thiết kế

- Thiết kế thiết bị sấy lạnh–vi sóng dạng buồng sấy với năng suất 1kg/mẻ

- Thiết bị về kết cấu phải đơn giản, dễ vận hành bảo dưỡng, sửa chữa, giảm chi phí đầu tư kinh tế cho một mẻ sấy

- Chất lượng sản phẩm sấy phải cao, đảm bảo các chỉ tiêu về chất lượng như giá trị dinh dưỡng, giá trị cảm quan phải cao hơn các phương pháp sấy phổ biến khác

- Thời gian sấy của một mẻ sấy phải ngắn hơn so với phương pháp sấy lạnh

Phần lớn người ta dùng phương pháp sấy nóng để sấy các VLS nhưng có một

số vật liệu hay nông thủy sản thực phẩm sấy nóng thì không phù hợp Khi đó dùng phương pháp sấy lạnh thì chất lượng và giá trị cao hơn phương pháp sấy nóng rất

nhiều Nhưng trên thực tế thì phương pháp sấy lạnh vẫn chưa được ứng dụng vào

thực tiễn sâu rộng, lý do chủ yếu là thiết bị này thời gian sấy vẫn còn dài và chi phí

điện cao làm tăng chi phí sản xuất

Như vậy để phát huy ưu điểm của công nghệ sấy nhiệt độ thấp (sấy lạnh) chúng ta nên tìm cách giảm thời gian sấy và giảm chi phí sản xuất Để có thể có được

sản phẩm chất lượng cao mà chi phí sản xuất ở mức chấp nhận được.Trong bài luận

án tốt nghiệp này xin tôi giới thiệu một mô hình sấy bằng sóng vi sóng kết hợp với

sấy lạnh

Trong hệ thống này các bộ phận được bố trí với chức năng nhiệm vụ như sau:

- Hệ thống lạnh được sử dụng để ngưng ẩm, tách phần ẩm trong tác nhân

sấy (không khí ẩm) và làm mát bộ phận phát vi sóng và quạt cấp gió.Để đảm bảo các bộ phận này làm việc ổn định lâu dài,tuổi thộ cao

- Hệ thống điện trở được sử dụng để gia nhiệt cho tác nhân sấy, làm giảm

độ ẩm tương đối  (%) Tăng khả năng nhận ẩm thoát ra

- Hệ thống phát vi sóng được sử dụng để kích động ẩm bên trong vật sấy,

tăng cường khếch tán nội, tạo cho chiều của gradien nhiệt độ theo chiều làm tăng dòng ẩm thoát ra

- Quá trình sấy được thực hiện trong buồng sấy kín

- Nhiệt độ tác nhân sấy và thời điểm phát vi sóng được kiểm soát một cách

chặt chẽ thông qua rơle nhiệt độ và rơle thời gian

2.2 Tính toán thông số của vật liệu sấy

2.2.1 Tính khối lượng VLS vào và ra

Nếu gọi G 1 , W 1 và G 2 , W 2 tương ứng là khối lượng và độ ẩm tương đối của VLS đi vào và đi ra khỏi TBS thì rõ ràng lượng ẩm đã bốc hơi trong TBS bằng:

2

1 G G

W  

Do khối lượng vật liệu khô tuyệt đối trước và sau quá trình sấy không đổi và bằng nhau nên ta có :

)1()1

)1(

)1(2

)8.01(

Thay số :

8

744 , 0



h

W = 0,093 (kg/h)

2.3 Xây dựng quá trình sấy lý thuyết

2.3.1 Xác định các thông số không khí trong quá trình sấy

2.3.1.1 Quá trình sấy trên đồ thị I-d

Hình 2.1 Đồ thị I-d của quá trình sấy lý thuyết

Quá trình sấy được biểu diễn bằng đường 41234  Giải thích các giai đoạn trong quá trình sấy:

- Giai đoạn 4-1: Xảy ra tại buồng gia nhiệt, không khí tại điểm 4(t4,4) chuyển động đối lưu cưỡng bức xung quanh điện trở và nhận nhiệt từ điện trở, kết

quả tại điểm 1 (ở cuối buồng gia nhiệt – tại cửa buồng sấy) không khí có trạng thái

là 1(t1,1)

- Giai đoạn 1-2: Xảy ra tại buồng sấy, không khí có trạng thái tại điểm 1(t1,1) chuyển động đối lưu cưỡng bức quanh vật sấy và trao đổi nhiệt, ẩm với vật sấy, kết quả tại điểm 2 (cửa ra của buồng sấy) không khí có trạng thái 2(t2,2)

- Giai đoạn 2-3-4: Xảy ra tại dàn lạnh, không khí sau ra khỏi buồng sấy

có trạng thái 2(t2,2) được đưa tới dàn lạnh nhờ quạt ly tâm, tại đây không khí trao đổi nhiệt với dàn lạnh Kết quả môi chất trong dàn lạnh nhận nhiệt chuyển pha, không khí đi qua dàn lạnh bị mất nhiệt, khi nhiệt độ không khí giảm đến nhiệt độ đọng sương thì ẩm trong không khí bắt đầu ngưng tụ thành nước bão hòa tại dàn lạnh kết quả không khí ra khỏi dàn lạnh có trạng thái 4(t4,4)

 Các thông số được chọn trước:

- Nhiệt độ TNS tại buồng sấy thường được sử dụng là t1= 45o C

- Nhiệt độ TNS sau quá trình sấy t2= 30o Cđược chọn theo kinh nghiệm sao

- Nhiệt độ không khí trung bình t0 = 26,5 0 C

Từ các thông số trên tra đồ thị I-d ta được d0= 17,2 (g/kgkk)

 Xác định thông số điểm 1:

Không khí từ thông số điểm 0 được điện trở đốt nóng từ t0 = 26,5 0 C lên

nhiệt độ t1= 45o C Entanpi tăng từ I0 đến I1, độ ẩm tương đối giảm từ 0 đến 1

Nhưng độ chứa hơi không đổi d = const, d = d = 17,2 (g/kgkk) Để xác định điểm

1, từ điểm 0(t0, 0) kẻ đường song song với đường d = const giao với đường t1=

45o C Tại điểm 1 ta xác định được I1= 92 (KJ/kgkk), 1=28 %

 Xác định thông số điểm 2:

Quá trình 1-2 có entanpi không đổi, I1= I2= 92 (KJ/kgkk), độ ẩm tương đối tăng từ 1 đến 2, độ chứa hơi tăng từ d1 đến d2 Để xác định điểm 2, từ điểm 1(t1,1) ta kẻ đường thẳng song song với đường I = const, giao với đường t2=

30o C, tại điểm 2 tra trên đồ thị I-d ta được 2= 88 % và d2= 23,8 (g/kgkk) Kiểm

chứng lại ta thấy rằng: 85% < 2= 88 % < 90 %, vì vậy giá trị của t2= 30o C được

chọn đã thỏa mãn yêu cầu

 Xác định thông số điểm 3:

Quá trình 2-3-4 là quá trình làm lạnh tách ẩm, điểm 3 là điểm hơi nước trong TNS đạt trạng thái bão hòa, vì vậy d2= d3= 23,8 (g/kgkk) Độ ẩm tương đối tăng từ 2 đến 3 = 100 % Để xác định điểm 3, từ điểm 2 ta kẻ đường thẳng song song với đường d = const, giao với đường 3 = 100 % Tại điểm 3 xác định trên đồ thị I-d ta được t3= 27,5o C và I3 = 88 (KJ/kgkk)

 Xác định thông số điểm 4:

Tại điểm 4 lượng ẩm mà TNS nhận của vật liệu sấy đã được tách hết tại dàn lạnh, độ chứa hơi giảm từ d3đến d4, vì vậy điểm 4 có độ chứa hơi d4= d1=17,2 (g/kgkk) TNS đang ở trạng thái bão hòa nên độ ẩm tương đối không đổi 4 = 100

% Để xác định điểm 4, từ điểm 1 ta kẻ một đường thẳng song song với đường d = const, giao với đường 4 = 100 % được điểm 4 Tại điểm 4 xác định trên đồ thị I-d

ta được t4= 22,8 o C

và I4= 67,5 (KJ/kgkk)