nghiên cứu công nghệ sấy tảo xoắn bằng bơm nhiệt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI  PHÙNG VĂN LƯƠNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY TẢO XOẮN BẰNG BƠM NHIỆT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp Mã số chuyên ngành: 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Văn Xá HÀ NỘI - 2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn Tiến sỹ Nguyễn Văn Xá, người ñã trực tiếp hướng dẫn, cán bộ Trung tâm giáo dục và phát triển sắc ký, trường ðại học Bách Khoa Hà Nội, cùng tập thể thầy cô giáo Bộ môn Thiết bị bảo quản và chế biến nông sản, Viện Cơ ñiện Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội ñã giúp ñỡ tôi thực hiện ñề tài này. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn bè, ñồng nghiệp ñã quan tâm ñộng viên và giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian qua. Tác giả luận văn Phùng Văn Lương Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật iii LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng: - Toàn bộ số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực, chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. - Mọi sự giúp ñỡ cho quá trình thực hiện luận văn này tôi ñã trân trọng cảm ơn. - Các tài liệu, thông tin khai thác ñể phục vụ cho việc nghiên cứu ñề tài này, tôi ñã chỉ rõ nguồn gốc tên tài liệu và tên tác giả. Tôi xin chịu trách nhiệm trước pháp luật về những lời cam ñoan trên. Tác giả luận văn Phùng Văn Lương Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Ý nghĩa MN Máy nén NT Dàn ngưng tụ BH Dàn bay hơi TL Thiết bị tiết lưu TBHN Thiết bị hồi nhiệt VðT Van ñiện từ t m Nhiệt ñộ môi trường w ðộ ẩm của nguyên liệu φ ðộ ẩm của không khí C k Nhiệt dung riêng của không khí khô C a Nhiệt dung riêng của không khí ẩm d ðộ chứa hơi của không khí ẩm I Entanpi của không khí ẩm q Mật ñộ dòng nhiệt Q Nhiệt lượng α Hệ số trao ñổi nhiệt ñối lưu λ Hệ số dẫn nhiệt k Hệ số truyền nhiệt τ Thời gian r Nhiệt hóa hơi F Diện tích G Khối lượng sấy F(n-m-1; n.(r-1); α) Tiêu chuẩn Fisher C(r-1; n; 1- α) Tiêu chuẩn Cochran Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang B ảng 1.1 Thành phần tảo Spirulina 10 B ảng1.2 Bảng so sánh tảo Spirulina với các nguồn dinh dưỡng khác 13 B ảng 3.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến chi phí năng lượng riêng với lớp vật liệu dày 1 mm ( kWh/ kg ẩm) 70 B ảng 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến chi phí năng lượng riêng với lớp vật liệu dày 1,5 mm ( kWh/ kg ẩm) 71 B ảng 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến chi phí năng lượng riêng với lớp vật liệu dày 2 mm (kWh/ kg ẩm) 72 B ảng 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến hàm lượng protein (%) khi sấy với lớp vật liệu dày 1 mm 75 B ảng 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến hàm lượng protein (%) khi sấy với lớp vật liệu dày 1,5 mm 76 B ảng 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến hàm lượng protein (%) khi sấy với lớp vật liệu dày 2 mm 77 B ảng 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và tốc ñộ gió ñến màu sắc sản phẩm 78 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang H ình 1.1 Một số sản phẩm làm từ tảo xoắn 5 Hình 1.2 Hình ảnh trung tâm nuôi trồng tảo tại ðài Loan 6 Hình 1.3 Hình ảnh trung tâm nuôi trồng tảo tại Ấn ðộ 6 Hình 1.4 Hình ảnh trung tâm nuôi trồng tảo tại Thái Lan 7 Hình 1.5 Hình ảnh trung tâm nuôi trồng tảo tại Việt Nam 8 Hình 1.6 Thành phần của tảo xoắn 9 Hình 1.7 Quy trình công nghệ nuôi trồng tảo xoắn (Spirulina) 14 Hình 1.8 Quá trình ñốt nóng tăng ẩm 17 Hình 1.9 Sơ ñồ phương pháp sấy lạnh bằng chất hấp phụ và quá trình thay ñổi trạng thái không khí 21 Hình 1.10 Sơ ñồ phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt và quá trình thay ñổi trạng thái không khí 23 Hình 1.11 Phạm vi hoạt ñộng của bơm nhiệt và máy lạnh 29 Hình 1.12 Nguyên lý làm việc của bơm nhiệt nén hơi 30 Hình 1.13 Các dạng thiết bị phụ của bơm nhiệt 34 Hình 1.14 Sự phụ thuộc của lượng ẩm riêng vào ñộ ẩm tương ñối và nhiệt ñộ sấy trong quá trình tách 35 Hình 1.15 Bơm nhiệt hút ẩm có hòa trộn không khí ẩm 36 Hình 1.16 Bơm nhiệt thí nghiệm ñể sấy hạt ngũ cốc 37 Hình 1.17 Buồng sấy gỗ bơm nhiệt của hãng Westair 37 Hình 1.18 Sơ ñồ bơm nhiệt hút ẩm 38 Hình 1.19 Máy ñiều hòa 2 chiều 39 Hình 1.20 Máy ñiều hòa nhiệt ñộ 3 chức năng: làm lạnh, sưởi ấm, hút ẩm 40 Hình 1.21 Sơ ñồ máy sấy bơm nhiệt có hồng ngoại hỗ trợ 42 Hình 2.1 ðường cong sấy w = f(τ) 44 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vii Hình 2.2 ðường cong tốc ñộ sấy 45 Hình 2.3 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy ñến ñộng học quá trình sấy 49 Hình 2.4 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy ñến ñộng học quá trình sấy 50 Hình 2.5 Sơ ñồ nguyên lý của thiết bị sấy bơm nhiệt 51 Hình 2.6 Chu trình tuần hoàn của tác nhân lạnh trong thiết bị sấy bơm nhiệt 52 Hình 2.7 ðồ thị I – d biểu diễn chu trình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy bơm nhiệt 54 Hình 2.8 Sơ ñồ nguyên lý mô hình của thiết bị sấy bơm nhiệt 56 Hình 2.9 Sơ ñồ thiết bị thí nghiệm sấy bơm nhiệt 57 Hình 3.1 Máy sấy bơm nhiệt tại Phòng thí nghiệm Trung tâm 64 Hình 3.2 Bảng ñấu ñiện của Máy sấy bơm nhiệt 65 Hình 3.3 Máy ño ñộ ẩm và nhiệt ñộ không khí HTM-1004 65 Hình 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến chi phí năng lượng riêng với lớp vật liệu là 1 mm 93 Hình 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến chi phí năng lượng riêng khi chiều dày lớp vật liệu là 1,5 mm 94 Hình 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến chi phí năng lượng riêng khi bề dầy lớp vật liệu sấy là 2 mm 95 Hình 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến hàm lượng protein khi sấy với lớp vật liệu dày 1 mm 97 Hình 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến hàm lượng protein khi sấy với lớp vật liệu dày 1,5 mm 98 Hình 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến hàm lượng protein khi sấy với lớp vật liệu dày 1,5 mm 99 MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn i Lời cam ñoan ii Danh mục các ký hiệu iii Danh mục các bảng biểu iv Danh mục các hình vẽ v ðặt vấn ñề 1 Chương 1. Tổng quan, mục ñích và nhiệm vụ nghiên cứu 4 1.1.Vai trò của sản xuất sinh khối từ tảo xoắn và tình hình sản xuất trên thế giới và ở Việt Nam 4 1.1.1. Vai trò của sản xuất sinh khối prôtêin từ tảo 4 1.1.2. Tình hình sản xuất, tiêu thụ tảo xoắn trên thế giới và ở Việt Nam 6 1.2. ðặc ñiểm của tảo xoắn 8 1.3. Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy 15 13.1. Vật liệu ẩm 15 1.3.2. Quá trình ñốt nóng và làm lạnh 16 1.3.3. Các phương pháp sấy 17 1.4. Tổng quan về bơm nhiệt và ứng dụng bơm nhiệt trong công nghệ sấy 28 1.4.1. Tổng quan về bơm nhiệt 28 1.4.2. Các loại bơm nhiệt và thành phần cơ bản của bơm nhiệt 31 1.4.3. Ứng dụng của bơm nhiệt trong nền kinh tế quốc dân 35 1.4.4. Ưu nhược ñiểm của sấy bơm nhiệt 41 1.4.5. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy sấy bơm nhiệt 42 1.5. Mục ñích và nhiệm vụ nghiên cứu 43 1.5.1. Mục ñích nghiên cứu 43 1.5.2. Nhiệm vụ nghiên cứu 43 Chương 2.Cơ sở lý thuyết tính toán một số thông số của công nghệ sấy bằng bơm nhiệt 44 2.1.Các quy luật cơ bản của quá trình sấy 44 2.1.1. ðường cong sấy 44 2.1.2. ðường cong tốc ñộ sấy 45 2.1.3. Phân tích quá trình sấy 46 2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng ñến chế ñộ và cường ñộ sấy 48 2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán máy sấy bơm nhiệt 51 2.1.1. Cơ sở lý thuyết 51 2.2.2. Cơ sở lý luận xây dựng sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy bơm nhiệt mô hình thực nghiệm 54 2.3. Tính toán các thông số cơ bản của quá trình sấy lý thuyết 58 2.3.1. Các thông số ban ñầu 58 2.3.2. Tính nhiệt quá trình sấy 58 Chương 3. Kết quả thực nghiệm 63 3.1. Lựa chọn thông số ñầu vào và thông số mục tiêu 63 3.2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 64 3.2.1. Chuẩn bị vật liệu thí nghiệm 64 3.2.2. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 64 3.3. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của các thông số ñến chi phí năng lượng riêng 69 3.4. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của các thông số ñến chất lượng sản phẩm 74 Kêt luận và ñề nghị 81 Tài liệu tham khảo 82 Phụ lục 85 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 1 ðẶT VẤN ðỀ ðẩy mạnh phát triển và ứng dụng công nghệ chế biến, bảo quản nông, lâm, thủy sản là nội dung quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa – hiện ñại hóa nông nghiệp, nông thôn ở nước ta. Nghị quyết ðại hội ðảng lần thứ X ñã chỉ rõ: “Hiện nay và trong nhiều năm tới, vấn ñề nông nghiệp, nông dân và nông thôn vẫn có tầm chiến lược ñặc biệt quan trọng. Phải luôn luôn coi trọng ñẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện ñại hoá nông nghiệp, nông thôn hướng tới xây dựng một nền nông nghiệp hàng hoá lớn, ña dạng, phát triển nhanh và bền vững, có năng suất, chất lượng và khả năng cạnh tranh cao; ” và “Phát triển mạnh công nghệ bảo quản, chế biến, giảm nhanh tổn thất sau thu hoạch, ñồng thời nâng cao nhanh giá trị gia tăng cho các loại nông, lâm, thủy sản, nhất là sản phẩm xuất khẩu chủ lực, ”[1] Theo thống kê năm 2009 thì tỷ trọng tổng sản phẩm nông, lâm nghiệp chỉ chiếm 25 - 40% tổng giá trị sản phẩm trong nước. Trong khi lao ñộng nông, lâm nghiệp chiếm trên 70% lao ñộng trong toàn xã hội [2]. Vì vậy, ñể nâng cao tổng giá trị sản phẩm nông nghiệp, tương xứng với lực lượng lao ñộng vốn có, cần phải nâng cao năng suất trồng trọt, chăn nuôi và tăng cường công nghiệp chế biến nông sản. Trong khi năng suất cây trồng, vật nuôi ñã và ñang ngày càng tăng do áp dụng những thành tựu của công nghệ tiên tiến về giống, cũng như về phương pháp gieo trồng, chăm sóc, Vấn ñề còn lại thuộc về công tác bảo quản, chế biến ñể nâng cao chất lượng và giá trị nông sản. Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt ñới gió mùa nóng ẩm, ñộ ẩm không khí thường trên 70%, nhiệt ñộ cao nhất có thể lên tới 40 o C. Khí hậu nóng ẩm là ñiều kiện thuận lợi ñể nấm mốc và các loại vi sinh vật có hại phát triển làm hư hại các loại lương thực, thực phẩm, hoa quả, giống cây trồng, thuốc chữa bệnh, Bên cạnh ñó, trình ñộ khoa học kỹ thuật còn lạc hậu. Nhiều ñịa phương do không có trang bị kỹ thuật bảo quản hoa quả, nông lâm [...]... Ripley D.Fox - nhà nghiên c u v t o và các ch ph m c a nó t i "Hi p h i ch ng suy dinh dư ng b ng các s n ph m t t o" (A.C.M.A) t i Pháp ñưa vào Vi t Nam t 1985 Trong nh ng năm 1985-1995 ñã có nh ng nghiên c u thu c lĩnh v c công ngh sinh h c c p nhà nư c như nghiên c u c a GS.TS Nguy n H u Thư c và c ng s (Vi n Công ngh Sinh h c thu c Vi n Khoa h c và Công ngh Vi t Nam) v i ñ tài "Công nghi p nuôi tr... Nguy n Văn Xá, khoa Công ngh hóa h c, Trư ng ð i h c Bách khoa Hà N i; T p th cán b , gi ng viên B môn Thi t b b o qu n và ch bi n nông s n, Vi n Cơ ñi n – Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i, tôi ñã ti n hành th c hi n ñ tài Nghiên c u công ngh s y t o xo n b ng bơm nhi t ” Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t .3 CHƯƠNG I T NG QUAN, M C ðÍCH VÀ NHI M V NGHIÊN C U 1.1 VAI TRÒ... dân, vi c nghiên c u nâng cao ch t lư ng s n ph m sau thu ho ch là m t yêu c u c n thi t Nhi u công ngh ch bi n, b o qu n nông s n ñã và ñang ñư c ng d ng như ch bi n tươi; ñông l nh; chiên và s y, Tùy theo t ng lo i s n ph m và nhu c u th trư ng ñ l a ch n công ngh phù h p Trong ñó, công ngh s y ñóng vai trò vô cùng quan tr ng ñ i v i vi c ch bi n, b o qu n sau thu ho ch Trong quy trình công ngh s... Linavina c a xí nghi p Dư c 24 thành ph H Chí Minh (Công ty c ph n Hóa dư c ph m Mekofa), viên Spirulina c a Công ty n c su i Vĩnh H o Nay ñã có nhi u s n ph m Spir@ c a Công ty DETECH (Vi n Khoa h c và Công ngh Vi t Nam) ñư c C c An toàn v sinh th c ph m - B Y t c p phép lưu hành trên th trư ng 1.2 ð C ðI M C A T O XO N T ch c Y t th gi i (WHO/OMS) công nh n t o Spirulina là th c ph m b o v s c kh e... s d ng bơm nhi t t ra có nhi u ưu ñi m hơn so v i các phương pháp khác ð i v i các s n ph m c n m t ch ñ s y ôn hòa (nhi t ñ s y th p) và ch t lư ng s n ph m càng g n v i s n ph m ban ñ u càng t t, năng su t l n thì phương pháp s y bơm nhi t là thích h p nh t Hi n nay, s y b o qu n, gi ch t lư ng rau qu lâu dài trư c khi s d ng ngày càng nhi u Chính vì v y, vi c nghiên c u công ngh s y b ng bơm nhi... t là nh ng nư c công nghi p phát tri n, ñưa vào nuôi tr ng công nghi p và s d ng r ng rãi dư i nhi u d ng ch ph m khác nhau … * Quy trình công ngh s n xu t t o xo n Ngu n nư c T o gi ng Nhân gi ng c p 1 X lý Nhân gi ng c p 2 Khu y tr n Dinh Dư ng CO2/HCO-3 Ánh sáng Nhân gi ng c p 3 B nuôi t o Nhân gi ng c p 4 Thu h i môi trư ng L c và ép nư c Nghi n - s y T o thô Hình 1.7 Quy trình công ngh nuôi tr... phương pháp s y bơm nhi t có nhi u ưu ñi m hơn Chi phí ban ñ u c a phương án bơm nhi t ít hơn so v i phương pháp s d ng máy bài m vì phương pháp bơm nhi t ch c n s d ng m i máy l nh trong khi ñó phương pháp máy bài m c n không ch m t máy hút m mà còn c n c máy l nh ñ gi m nhi t ñ không khí khô xu ng Hơn n a giá thành chi phí cho ho t ñ ng cũng như vi c b o dư ng thi t b ñ i v i phương án bơm nhi t cũng... văn minh nhân lo i thì lĩnh v c công ngh sinh h c cũng ñang có nh ng bư c ti n m i và ñang d n chi m v trí quan tr ng trong s n xu t th c ph m ph c v cho ñ i s ng con ngư i, tr thành công c ñ c l c giúp chúng ta tìm ñư c các gi i pháp t i ưu M t trong nh ng công c h u hi u nh t ñó là s d ng ngu n vi sinh v t ñ s n xu t các ch ph m sinh h c Trong nh ng năm g n ñây thì công ngh năng lư ng sinh kh i ngày... c xem là thi t b s y có kh năng ti t ki m năng lư ng nh t hi n nay Qua nhi u năm nghiên c u và tri n khai ng d ng ñ hút m và s y l nh th y r ng: bơm nhi t có r t nhi u ưu ñi m và có kh năng ng d ng r ng rãi trong ñi u ki n khí h u nóng m, phù h p v i th c t Vi t Nam, mang l i hi u qu kinh t - k thu t ñáng k [9, 10, 11] Bơm nhi t s y l nh ñ c bi t phù h p v i nh ng s n ph m không cho phép s y nhi t ñ... ng ng ho t ñ ng ñ làm s ch cho ch t h p ph c a máy hút m 2 S y l nh dùng bơm nhi t có máy nén hơi Cũng gi ng như phuơng pháp dùng máy hút m chuyên d ng, nhưng ñây ngư i ta s d ng máy hút m ki u bơm nhi t nén hơi ñ kh m và chu n b s y Trên ñ th I-d(hình 1.9), không khí m trong phòng (ñi m 2) ñi qua giàn l nh c a máy hút m ki u bơm nhi t m trong không khí ñư c ngưng t trên giàn l nh Dung m c a dòng khí . phương pháp sấy 17 1.4. Tổng quan về bơm nhiệt và ứng dụng bơm nhiệt trong công nghệ sấy 28 1.4.1. Tổng quan về bơm nhiệt 28 1.4.2. Các loại bơm nhiệt và thành phần cơ bản của bơm nhiệt 31 . của bơm nhiệt trong nền kinh tế quốc dân 35 1.4.4. Ưu nhược ñiểm của sấy bơm nhiệt 41 1.4.5. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy sấy bơm nhiệt 42 1.5. Mục ñích và nhiệm vụ nghiên cứu 43 . ñề tài Nghiên cứu công nghệ sấy tảo xoắn bằng bơm nhiệt ”. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 4 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN, MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 1.1.