công nghệ sấy lạnh thực phẩm

công nghệ sấy lạnh thực phẩm

Mục Lục

Lời mở đầu 3

Chương 1.TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY LẠNH 4

1.1. Một số nghiên cứu tiêu biểu trong lĩnh vực sấy lạnh thực phẩm 4

1.2. Giới thiệu phương pháp sấy lạnh 6

1.2.1 Hệ thống bơm nhiệt trong sấy lạnh 6

1.2.2 Phương pháp sấy lạnh 7

1.3. Sơ đồ nguyên lí, đặc điểm truyền nhiệt và truyền chất của hệ thống sấy lạnh 7

1.3.1 Nguyên lí của hệ thống sấy lạnh 8

1.3.2 Đặc điểm của quá trình truyền nhiệt và truyền chất của hệ thống sấy 9

1.4. Phân loại hệ thống sấy lạnh 10

1.4.1 Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ nhỏ hơn 0oc 10

1.4.2.Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ lớn hơn 0oc 11

1.5. Thiế bị sấy lạnh 13

1.6. So sánh phương pháp sấy lạnh với phương pháp sấy nóng 14

1.7. Ứng dụng công nghệ sấy lạnh tại việt nam và các đề tài nghiên cứu 18

Chương 2 NGUYÊN LIỆU SẤY LẠNH – PHƯƠNG PHÁP SẤY RAU QUẢ VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 20

2.1 Nguyên liệu sấy lạnh 20

2.2 Hình ảnh một số nguyên liệu ứng dụng công nghệ sấy lạnh 21

2.3 Phương pháp sấy rau quả 22

2.3.1 Quy trình xử lý trước khi sấy 22

2.3.2 Sơ đồ quy trình sấy rau quả 23

2.4 Một số phương pháp sấy rau quả 25

2.5 Ảnh hưởng của quá trình sấy đến chất lượng sản phẩm 26

2.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy 29

Chương 3 QÚA TRÌNH SẤY LẠNH SỬ DỤNG BƠM NHIỆT VÀ ỨNG DỤNG TRÊN CỦ CÀ RỐT 31

3.1 Giới thiệu chung 31

3.2 Xây dựng quy trình công nghệ sấy Cà rốt 31

3.2.1 Giới thiệu nguyên liệu sấy 31

3.2.1 Xây dựng quy trình công nghệ sấy Cà rốt 32

3.3 Xác định các thông số đầu vào của vật liệu 34

Chương 4 THIẾT BỊ VÀ SẢN PHẨM SẤY LẠNH 35

4.1 Thiết bị sấy lạnh 35

4.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sấy 36

4.3 Sản phẩm sấy lạnh 38

4.4 Ứng dụng công nghệ sấy lạnh vào bảo quản thực phẩm 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

Lời mở đầu

Việt Nam là một nước nhiệt đới có nhiều điều kiện để phát triển ngành trồng trọt vàchế biến rau quả Tuy nhiên, tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch là rất lớn 25-30% Nguyênnhân chính là do công nghệ chế biến và bảo quản của chúng ta còn lạc hậu nên đã làmcho rau quả của Việt Nam có giá trị thấp trong thị trường trong nước cũng như xuấtkhẩu, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của người nông dân, vì vậy việc nghiêncứu đưa ra các quy trình công nghệ cũng như ứng dụng triển khai chuyển giao các kếtquả nghiên cứu, các quy trình công nghệ bảo quản, chế biến rau quả, đóng vai trò hếtsức quan trọng trong chiến lức phát triển ngành rau quả

Rau quả hiện nay chủ yếu được sử dụng ở dạng tươi, như đã biết rau quả là loại sảnphẩm có tính thời vụ, thời gian thu hoạch ngắn, khả năng vận chuyển và bảo quản hạnchế, trong khi kỹ thuật bảo quản rau quả tươi vẫn chỉ dựa vào các kinh nghiện cổtruyền, mang tính thủ công chấp vá Công nghệ sấy ứng dụng trong chế biến rau quả

khô được tiến hành từ khá lâu nhưng cho đến nay vẫn bộc lộ nhiều hạn chế về côngnghệ chưa khắc phục được chất lượng đầu ra của sản phẩm, chưa đáp ứng được các yêucầu về đặc tính hóa lý, mùi, màu, thành phần dinh dưỡng nên khó đáp ứng cho nhu cầutiêu thụ và xuất khẩu trong và ngoài nước Việc đầu tư nghiên cứu một quy trình côngnghệ mới giải quyết những vấn đề này là thực sự cần thiết Công nghệ sấy lạnh đượcxem là một công nghệ mới, ra đời từ yêu cầu cấp thiết đó.

Ưu điểm của công nghệ sấy lạnh là có thể xây dựng được từng quy trình công nghệsấy hợp lý đối với từng loại rau, củ, quả Sản phẩm sấy giữ được nguyên màu sắc, mùi

vị, hạn chế tối đa thất thoát dinh dưỡng (khoảng 5%) [20], đạt tiêu chuẩn vệ sinh antoàn thực phẩm của Việt Nam và các chỉ tiêu kỹ thuật, chất lượng sản phẩm tươngđương một số nước khác trên thế giới

Việc phát triển công nghệ sấy lạnh đã có nhiều thành tựu Tuy nhiên, để có một quytrình công nghệ hoàn chỉnh, tối ưu với các thông số phù hợp nhất đòi hỏi chúng ta phảitiến hành nghiên cứu sâu rộng hơn

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY LẠNH

1.1 Một số nghiên cứu tiêu biểu về công nghệ sấy lạnh.

 Macio N Kohayakawa và các công sự đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu

tố như: vận tốc gió Var, chiều dày của vật liệu L đến hệ số khuếch tán quá trình sấy Def

trong hệ thống sấy xoài bằng bơm nhiệt Môi chất lạnh sử dụng trong hệ thống là R22

Hệ thống sấy xoài sử dụng hai dàn ngưng trong để gia nhiệt cho không khí Nhiệt độkhông khí trong quá trình thí nghiệm thay đổi từ 40oC đến 56oC Vận tốc gió thay đổi từ1,6 m/s đến 4,4 m/s, chiều dày vật liệu sấy thay đổi từ 5,8 mm đến 14,2 mm Khốilượng vật liệu sấy ở mỗi mẻ là 300g, thời gian sấy là 8h/mẻ Dựa vào các quan hệ lýthuyết tính toán hệ số khuếch tán, sử dụng phương pháp quy hoạch trực giao và kết hợpvới số liệu thực nghiệm, các tác giả đã xây dựng được phương trình hồi qui xác định hệ

số khuếch tán Def như sau:

Def=4,2625 - 0,61922.Var + 0,380538.Var2 + 1,012517.L – 0,90343.Var.L (1.1)

Phương trình (1.1) cho thấy rằng ảnh hưởng đồng thời của hai thông số cũng nhưmức độ ảnh hưởng của chúng đến hệ số khuếch tán Def Ở đây, ảnh hưởng của tốc độgió Var là lớn nhất, sau đó đến chiều dày của vật liệu sấy Phương trình (1.1) cũng chobiết ảnh hưởng lẫn nhau giữa hai thông số thông qua mối liên hệ chéo nhau giữa chúng.Tuy nhiên, phương trình này không đề cập đến ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm sấy mặc

dù ảnh hưởng của chúng là lớn đến hệ số khuếch tán Điều này cũng được chính tác giảkhẳng định trong nghiên cứu của mình Do vậy, cần có những nghiên cứu đánh giá vềảnh hưởng của các yếu tố này

 Phani K.Adapa, Greg J.Schoenau và Shahab Sokhansanj đã tiến hành nghiên cứu lýthuyết và thực nghiệm quá trình sấy bằng bơm nhiệt đối với các vật liệu đặc biệt Cáctác giả đã tiến hành thiết lập các quan hệ tính toán lý thuyết quá trình sấy lớp mỏng Cáctác giả đã thiết lập phương trình cân bằng năng lượng, cân bằng chất, truyền nhiệt vàtruyền ẩm giữa vật liệu và không khí cho một phân tố thể tích vật liệu sấy như sau:

Me - độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy, được xác định bằng thực nghiệm

t - thời gian sấy, s

k - hằng số sấy [1/s], được xác định như sau: k=0,2865.exp 0,179.Ta( )

(1.3)Giải phương trình (1.2) ta xác định được độ ẩm của vật liệu khi sấy tại thời điểm t nhưsau:

p a

Gp - lưu lượng vật liệu sấy chuyển động qua băng tải, kg/m.s

Ga - lưu lượng không khí chuyển động qua băng tải, kg/m2.s

y - quãng đường dịch chuyển của vật liệu sấy, m

Giải phương trình (1.5), thu được công thức xác định sự thay đổi của độ chứa hơi Wtheo chiều dày vật liệu sấy (giả thiết tính chất của vật liệu sấy là đồng đều theo phươngdịch chuyển y):

Tg - nhiệt độ của vật liệu sấy, 0C

hcv - hệ số truyền nhiệt thể tích, kJ/m3.ph.K

Cpa - nhiệt dung riêng của không khí khô, kJ/kgK

Cpw - nhiệt dung riêng của hơi nước, kJ/kgK

Giải phương trình (1.12), xác định được nhiệt độ không khí tại đầu ra:

( / ).

0

Ta0 - Nhiệt độ không khí tại vị trí ban đầu x0 = 0, 0C

1.2 Giới thiệu phương pháp sấy lạnh

1.2.1 Hệ thống bơm nhiệt trong sấy lạnh.

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 để đảongược quá trình đó là bơm nhiệt Đầu những năm 1850, Lord Kelvin đã phát triển các lý

thuyết về bơm nhiệt bằng lập luận, các thiết bị làm lạnh có thể được sử dụng để gianhiệt Sản phẩm bơm nhiệt đầu tiên được bán vào năm 1952 Từ khi xảy ra cuộc khủnghoảng năng lượng vào đầu thập kỉ 70, bơm nhiệt lại bước vào một bước tiến nhảy vọtmới Hàng loạt bơm nhiệt đủ mọi kích cỡ cho các ứng dụng khác nhau được nghiên cứuchế tạo, hoàn thiện và bán rộng rãi trên thị trường Ngày nay, bơm nhiệt đã trở nên rấtquen thuộc trong các lĩnh vực điều hòa không khí, sấy, hút ẩm, đun nước…

Hình 1-1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống bơm nhiệt

1.2.2 Phương pháp sấy lạnh

Trong phương pháp sấy lạnh, người taọ ra độ chênh lệch phân áp suất hơi nước giữavật liệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất trong tác nhân sấy nhờ giảmlượng chứa ẩm Ở phương pháp sấy lạnh, nhiệt độ bề mặt ngoài nhỏ hơn nhiệt độ bêntrong vật, đồng thời do tiếp xúc với không khí có độ ẩm và phân áp suất hơi nước nhỏnên lớp bề mặt cũng có phân áp suất hơi nước nhỏ hơn phía bên trong vật Nói khác đi,

ở đây gradient nhiệt độ và gradient áp suất có cùng dấu nên gradient nhiệt độ không kìmhãm quá trình dịch chuyển ẩm như khi sấy nóng mà ngược lại, nó có tác dụng tăngcường quá trình dịch chuyển ẩm trong lòng vật ra ngoài để bay hơi làm khô vật Khi đó,

ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường có thể lớn hơn haynhỏ hơn nhiệt độ môi trường hoặc cũng có thể nhỏ hơn 0o

Quá trình truyền nhiệt thực hiện được thông qua sự thay đổi pha làm việc của môichất lạnh Môi chất lạnh trong giàn bay hơi hấp thụ nhiệt và bay hơi ở nhiệt độ thấp và

tụ, nó thải nhiệt ở áp suất cao hơn Khi sử dụng trong quá trình sấy, hệ thống sấy sửdụng bơm nhiệt làm lạnh không khí của quá trình đến điểm bão hòa, và sau đó ngưng tụnước (khử ẩm), do đó làm tăng khả năng sấy của không khí Trong quá trình này chỉtuần hoàn mức nhiệt thấp (nhiệt hiện và nhiệt ẩn) từ không khí

1.3 Sơ đồ nguyên lý, đặc điểm truyền nhiệt và truyền chất của hệ thống sấy lạnh 1.3.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy lạnh

Khác với phương pháp sấy nóng, trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra độchênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân ápsuất trong tác nhân sấy nhờ giảm lượng chứa ẩm Ở phương pháp sấy lạnh, nhiệt độ bềmặt ngoài của vật nhỏ hơn nhiệt độ bên trong vật, đồng thời do tiếp xúc với không khí

có độ ẩm và phân áp suất hơi nước nhỏ nên bề mặt cũng có phân áp suất hơi nước nhỏhơn phía bên trong vật Nói khác đi, ở đây gradient nhiệt độ và gradient áp suất có cùngdấu nên gradient nhiệt độ không kìm hãm quá trình dịch chuyển ẩm như khi sấy nóng

mà ngược lại, nó có tác dụng tăng cường quá trình dịch chuyển ẩm trong lòng vật rangoài để bay hơi làm khô vật Khi đó ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bềmặt vào môi trường có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn nhiệt độ môi trường hoặc cũng có thểnhỏ hơn 0oC

Hình1-4 Sơ đổ hệ thống sấy lạnh

1.3.2 Đặc điểm quá trình truyền nhiệt và truyền chất

Trong kỹ thuật sấy lạnh, thế sấy của không khí tăng nhờ quá trình tách ẩm ở dàn bốchơi và quá trình gia nhiệt bằng chính dàn ngưng tụ trong các máy lạnh Yếu tố có tínhquyết định ở đây là quá trình làm lạnh không khí trong dàn lạnh, từ đây sẽ nhận được

không khí có nhiệt độ và độ chứa hơi (d) nhỏ đảm bảo cho quá trình truyền nhiệt, truyền

chất giữa vật sấy và tác nhân sấy trong buồng sấy xảy ra ở điều kiện gradient nhiệt độ

và gradient áp suất cùng chiều, không có giai đoạn nào xảy ra hiệu ứng Luikov A.V cảntrở quá trình sấy như trong phương pháp sấy nóng

Vì vậy, ngoài việc tính toán, thiết kế hệ thống nói

chung thì điều tối cần thiết là chế độ làm việc của

dàn lạnh hay nói cách khác là khả năng tối ưu nhất

của dàn lạnh có tầm quan trọng đặc biệt

Trong kỹ thuật sấy lạnh, để tăng cường tách ẩm cho hệ thống, không khí sấy trải quagiai đoạn tách ẩm ở dàn lạnh, vì thể ẩm trong không khí có thể tồn tại ở ba dạng hơi,

lỏng và rắn, với dung ẩm ở dạng hơi d h , dạng lỏng d l và dạng rắn d r, entanpi H củakhông khí ẩm:

H= tb + (2500+1,93tb)dh + 4,18d1tb + (-335+2,1 tb)dr , kJ/kgkk (1.8)

Trong quá trình khử ẩm ở dàn lạnh, chiều dài đường đi của dòng không khí là yếu tố

có tính quyết định, theo đó mà lưu lượng thể tích không khí cũng như công suất nhiệt

2

3

/, /

h

d P T

dVdt = Rdt

- trao đổi sẽ thay đổi, không khí được làm lạnh đến nhiệt

độ điểm sương ts Trên một đơn vị dài quan hệ truyền nhiệt, truyền chất này có thể biểudiễn dưới dạng:

d(P /T)

d m = ,kg/m KdVdt R.dt

(1.9)Trong đó:

- Ph- áp suất hơi bão hòa của hơi nước tương ứng với nhiệt độ của không khí ẩm

- Hằng số R đối với hơi nước trong không khí ẩm: R=8314/18=861,89 J/kgK

Mặt khác có thể tính nhiệt lượng do không khí truyền cho môi chất lạnh tương ứng vớimỗi đơn vị dài của thiết bị bay hơi bơm nhiệt:

Từ các cơ sở trên ta có quan hệ:

' s

1.4.Phân loại hệ thống sấy lạnh

1.4.1 Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ nhỏ hơn 0 0 C

a Hệ thống sấy thăng hoa

Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm khỏi vật liệu sấy trực tiếp từ trạng thái rắn biếnthành trạng thái hơi nhờ quá trình thăng hoa Để tạo ra quá trình thăng hoa, vật liệu sấyđược làm lạnh dưới điểm ba thể, nghĩa là nhiệt độ của vật liệu t < 00C, áp suất tác nhânsấy bao quanh vật P<620 Pa [19] Từ đó, vật liệu sấy nhận được nhiệt lượng để ẩm từtrạng thái rắn thăng hoa thành thể khí vào môi trường Như vậy, trong các hệ thống sấythăng hoa phải tạo được chân không trong vật liệu sấy và làm lạnh vật xuống dưới 0oC

 Ưu điểm: Phương pháp gần như bảo toàn được chất lượng sinh, hóa học của sản

phẩm (màu sắc, mùi vị, vitamin, hoạt tính,…)

b Hệ thống sấy chân không

Phương pháp sấy chân không là phương pháp tạo ra môi trường gần như chân khôngtrong buồng sấy, nghĩa là nhiệt độ vật liệu t < 0oC, áp suất tác nhân sấy bao quanh vật P

> 610 Pa Khi nhận được nhiệt lượng, các phần tử nước trong vật liệu sấy ở thể rắn sẽchuyển sang thể lỏng, sau đó mới chuyển sang thể hơi và đi vào môi trường

 Ưu điểm: Phương pháp này giữ được chất lượng sản phẩm, đảm bảo điều kiện

vệ sinh

 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 sảnphẩm quý, dễ biến chất

- Do tính phức tạp và không kinh tế nên các hệ thống sấy thăng hoa và hệ thốngsấy chân không chỉ dùng để sấy những vật liệu quí hiếm, không chịu được nhiệt

độ cao Vì vậy, các hệ thống sấy này là những hệ thống sấy chuyên dùng, khôngphổ biến

1.4.2 Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ lớn hơn 0 0 C

a) Phương pháp sử dụng máy hút ấm chuyên dụng kết hợp với máy lạnh

Phương pháp này sử dụng máy hút ẩm kết hợp với máy lạnh, để tạo ra môi trường

sấy có nhiệt độ khá thấp, có thể bằng hoặc bé hơn nhiệt độ môi trường từ 5 đến 150C

 Ưu điểm

- Năng suất hút ẩm của phương pháp này khá lớn

- Khả năng giữ chất lượng, hàm lượng dinh dưỡng sản phẩm cũng khá tốt (phụthuộc vào nhiệt độ sấy)

- Lắp đặt phức tạp, khó điều chỉnh các thông số để phù hợp với công nghệ

- Trong môi trường có bụi, cần dừng máy để vệ sinh chất hấp thụ, tuổi thọ thiết bịgiảm

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 sấy Nhiệt độ môi trường sấy có thể điều chỉnh trong giới hạn khá rộng từ nhiệt

độ xấp xỉ môi trường đến nhiệt độ âm, tùy thuộc yêu cầu của vật liệu sấy Khác với cácthiết bị nhiệt lạnh khác, khi sử dụng bơm nhiệt để sấy khô và hút ẩm thì cả dàn nóng vàdàn lạnh đều được sử dụng hữu ích nên năng suất tiêu thụ ở đây có thể được tận dụng

đến mức cao nhất mà nhiệt độ không khí lại có thể chỉ cần duy trì ở mức nhiệt độ môitrường hoặc thấp hơn.

 Ưu điểm:

- Khả năng giữ màu sắc, mùi vị và vitamin đều tốt

- Tiết kiệm năng lương nhờ sử dụng cả năng lượng dàn nóng và dàn lạnh, hiệuquả 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 năngchịu nhiệt của từng loại sản phẩm nhờ thay đổi công suất nhiệt của dàn ngưngtrong

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

1.5 Các thiết bị trong hệ thống sấy lạnh

Bơm nhiệt là một thiết bị dùng để bơm một dòng nhiệt từ mức nhiệt độ thấp lênmức nhiệt độ cao hơn, phù hợp với nhu cầu cấp nhiệt Máy lạnh cũng là một loại bơmnhiệt và có chung một nguyên lý hoạt động,các thiết bị của chúng về cơ bản là giốngnhau chỉ phân biệt máy lạnh với bơm nhiệt ở mục đích sử dụng Máy lạnh gắn với việc

sử dụng nguồn lạnh ở thiết bị bay hơi còn bơm nhiệt gắn với việc sử dụng nguồn nhiệt ởthiết bị ngưng tụ Do sử dụng nguồn nhiệt nên bơm nhiệt hoạt động ở cấp nhiệt cao hơn

a) Môi chất và cặp môi chất:

Môi chất và cặp môi chất của bơm nhiệt có yêu cầu như máy lạnh Một vài yêucầu đặc biệt hơn xuất phát từ nhiệt độ sôi và ngưng tụ cao hơn, gần giống như chế độnhiệt độ cao của điều hòa không khí, nghĩa là cho đến nay người ta vẫn sử dụng cácloại môi chất như: R12, R22, R502 và MR cho máy tuabin Gần đây người ta chú ý đếnviệc sử dụng các môi chất mới cho bơm nhiệt nhằm nâng cao nhiệt độ dàn ngưng như:R22, R113, R114, R12B1, R142…

b) Máy nén lạnh

Cũng như máy nén lạnh, máy nén là bộ phận quan trọng nhất của bơm nhiệt Tất

cả các dạng máy nén của máy lạnh đều được ứng dụng trong bơm nhiệt Đặc biệt quantrọng là máy nén piston trượt, máy nén trục vít và máy nén tuabin Một máy nén bơm

nhiệt cần phải chắc chắn, tuổi thọ cao, chạy êm và cần phải có hiệu suất cao trong điềukiện thiếu hoặc đủ tải.

c) Các thiết bị trao đổi nhiệt

Các thiết bị trao đổi nhiệt cơ bản trong bơm nhiệt là thiết bị bay hơi và thiết bịngưng tụ Máy lạnh hấp thụ có thêm thiết bị sinh hơi và hấp thụ Giống như máy lạnh,thiết bị ngưng tụ và bay hơi của bơm nhiệt cũng bao gồm các dạng: ống chùm, ống lồngngược dòng, ống đứng và ống kiểu tấm Các phương pháp tính toán cũng giống như cácchế độ điều hoà nhiệt độ

d) Thiết bị phụ của bơm nhiệt

Tất cả các thiết bị phụ của bơm nhiệt giống như thiết bị phụ của máy lạnh Xuấtphát từ yêu cầu nhiệt độ cao hơn nên đòi hỏi về độ tin cậy, công nghệ gia công thiết bịcao hơn Đây cũng là vấn đề đặt ra đối với dầu bôi trơn và đệm kín các loại trong hệthống

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 ngừa

hư 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

e) Thiết bị ngoại vi 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:

 Các phương án động lực của máy nén như: động cơ điện, động cơ gas, động cơdiesel hoặc động cơ gió…vv

 Các phương án sử dụng nhiệt thu ở dàn ngưng tụ Nếu là sưởi ấm thì có thể sử dụngdàn ngưng trực tiếp hoặc gián tiếp qua một vòng tuần hoàn chất tải nhiệt, có thể sửdụng để sấy, nấu ăn, hút ẩm…Mỗi phương án đòi hỏi những thiết bị hỗ trợ khácnhau

 Các phương án cấp nhiệt cho dàn bay hơi Trường hợp sử dụng dàn lạnh đồng thờivới nóng thì phía dàn bay hơi có thể là buồng lạnh hoặc chất tải lạnh Ngoài ra cũng

có thể sử dụng dàn bay hơi đặt ngoài không khí, dàn bay hơi sử dụng nước giếng làmôi trường cấp nhiệt Cũng có những phương án như dàn bay hơi đặt ở dưới nước,đặt ở dưới đất hoặc sử dụng năng lượng mặt trời

 Các thiết bị điều khiển, kiểm tra tự động sự hoạt động của bơm nhiệt và các thiết bị

hỗ trợ Đây là những thiết bị tự động điều khiển các thiết bị phụ trợ ngoài bơm nhiệt

để phù hợp với hoạt động của bơm nhiệt…

1.6 So sánh phương pháp sấy lạnh với phương pháp sấy nóng

Sấy là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật Tuy nhiên, sấy là một quátrình công nghệ đòi hỏi sau khi sấy vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn nănglượng ít và chi phí vận hành thấp Có hai phương pháp sấy:

 Giảm phân áp suất của hơi nước trong tác nhân sấy bằng cách đốt nóng

 Tăng phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy

Tóm lại, nhờ đốt nóng cả tác nhân sấy và vật liệu sấy hoặc chỉ đốt nóng vật liệu sấy màhiệu số giữa phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật Phb và phân áp suất hơi nước trongtác nhân sấy Ph tăng lên dẫn đến quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra

bề mặt và đi vào môi trường

Do đó, hệ thống sấy nóng thường được phân loại theo phương pháp cung cấp nhiệt:

 Hệ thống sấy đối lưu

Vật liệu sấy nhận nhiệt bằng đối lưu từ một dịch thể nóng mà thông thường làkhông khí nóng hoặc khói lò Hệ thống sấy đối lưu gồm: hệ thống sấy buồng, hệthống sấy hầm, hệ thống sấy khí động…

 Hệ thống sấy tiếp xúc

Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng Như vậy trong hệ thống sấy tiếp xúc,người ta tạo ra độ chênh lệch áp suất nhờ tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt vậtliệu sấy Hệ thống sấy tiếp xúc gồm: hệ thống sấy lô, hệ thống sấy tang…

 Hệ thống sấy bức xạ

Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để dẫn ẩm dịch chuyển từ lòng vậtliệu sấy ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường Ở đây người ta tạo ra độ chênh phân

áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường bằng cách đốt nóng vật

 Hệ thống sấy dùng dòng điện cao tần hoặc dùng năng lượng điện từ trường

Khi vật liệu sấy đặt trong môi trường điện từ thì trong vật xuất hiện các dòng điện

và chính dòng điện này sẽ đốt nóng vật

Ưu điểm của phương pháp sấy nóng

- Thời gian sấy bằng các phương pháp sấy nóng ngắn hơn so với phương phápsấy lạnh

- Năng suất cao và chi phí ban đầu thấp

- Nguồn năng lượng sử dụng cho phương pháp sấy nóng có thể là khói thải, hơinước nóng, hay các nguồn nhiệt từ dầu mỏ, than đá, rác thải, cho đến điệnnăng

- Thời gian làm việc của hệ thống cũng rất cao

Nhược điểm

- Chỉ sấy được các vật sấy không cần có các yêu cầu đặc biệt về nhiệt độ

- Sản phẩm sấy thường hay bị biến màu và chất lượng không cao

b) Phương pháp sấy lạnh

Trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra độ chênh áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy

và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy Ph nhờ giảm

độ chứa ẩm d Mối quan hệ đó được thể hiện theo công thức:

Ph =

d

d B

+

621,0

(1.10)Trong đóB - áp suất môi trường (áp suất khí trời)

Khi đó, ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường có thể trêndưới nhiệt độ môi trường (t > 0 oC) và cũng có thể nhỏ hơn 0 oC

c) So sánh phương pháp sấy lạnh và phương pháp sấy nóng

Dưới đây là bảng so sánh các phương pháp sấy khác nhau với phương pháp sấy lạnh

sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ của Viện Công Nghệ Thực Phẩm, sở Công Nghiệp Hà Nộidựa trên các tiêu chí về chất lượng sản phẩm, giá thành sản phẩm, thời gian sấy, chi phíđầu tư, chi phí vận hành và bảo vệ môi trường, phạm vi ứng dụng, vv…

Bảng1-1 Đánh giá so sánh chất lượng sản phẩm sấy bằng bơm nhiệt sấy lạnh với phương pháp sấy nóng truyền thống và sấy hồng ngoại [Viện Công Nghệ Thực Phẩm,

sở Công Nghiệp Hà Nội]

1 Chất lượng sản phẩm (màu

sắc, mùi vị, vitamin)

Kém hơn

2 Giá thành sản phẩm Thấp hơn Đắt hơn nhiều Đắt hơn

bằng

4 Chi phí đầu tư ban đầu Thường

thấp hơn Cao hơn nhiều Cao hơn

Khả năng điều chỉnh nhiệt

độ tác nhân sấy theo yêu cầu

công nghệ

7 Vệ sinh an toàn thực phẩm Thường

1.7.Ứng dụng công nghệ sấy lạnh tại việt nam và các đề tài nghiên cứu.

Tác giả Phạm Văn Tùy và các công sự đã tiến hành nghiên cứu và đã ứng dụng thànhcông hệ thống bơm nhiệt để sấy lạnh kẹo Jelly, kẹo Chew, Caramel, kẹo Cứng… tạicông ty bánh kẹo Hải Hà

Năm 1997, 1998 các tác giả đã thiết kế lần lượt hai hệ thống lạnh theo nguyên lý bơmnhiệt nhiệt độ thấp kiểu môđun Để sấy kẹo Jelly với năng suất 1100 kg/ngày và 1400kg/ngày hiện nay vẫn còn được sử dụng cho phòng sấy lạnh số 2 và số 3 Nhà máy thựcphẩm Việt Trì- Công ty cổ phần bánh kẹo Hải Hà Thông số nhiệt độ không khí buồngsấy 22-280C, độ ẩm 30-40%

 Hệ thống máy lạnh DSL - P - V - 01

Hiện nay, máy sấy lạnh tại Việt Nam chủ yếu được nhập từ nước ngoài với giácao Để có thể chủ động sản xuất trong nước, thay thế sản phẩm nhập ngoại, các nhàkhoa học thuộc Khoa Công nghệ hóa học và thực phẩm - Trường Đại học sư phạm kỹthuật TP Hồ Chí Minh đã nghiên cứu, chế tạo thành công hệ thống máy lạnh DSL - P -

V - 01 ở dạng Pilot với nhiều ưu điểm như: năng suất sấy tối đa: (5¸6) kg nguyênliệu/mẻ; nhiệt độ môi trường sấy: (30 ¸ 40)0C; nhiệt độ tại calorifer: (40 ¸ 60)0C, độ khôcủa không khí và hệ chân không đạt gần tuyệt đối; nhiệt độ ngưng tụ tách ẩm từ tácnhân sấy: (-12 ¸ 10)0C; thời gian sấy: (8 ¸ 14) h/mẻ; độ ẩm sản phẩm có thể đạt: (4 ¸8)%; hệ thống tự động điều khiển PLC Đặc biệt, máy có giá chỉ bằng 1/4 so với máynhập ngoại cùng công suất

Chương2 NGUYÊN LIỆU SẤY LẠNH – PHƯƠNG PHÁP SẤY RAU QUẢ

VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

2.1.Nguyên liệu trong sấy lạnh

Tất cả các sản phẩm đều chịu biến đổi trong quá trình sấy và bảo quản sau đó Yêucầu đặt ra đối với quá trình sấy là bảo vệ tới mức tốt nhất chất lượng, hạn chế những hưhại trong quá trình sấy, bảo quản đồng thời nâng cao hiệu quả kinh tế một cách tối ưunhất Xét về cơ bản những thay đổi trong quá trình sấy có thể chia ra:

• Những thay đổi lý học: sứt mẻ, gãy, vỡ,…

• Những thay đổi hóa lý: trạng thái tính chất của những keo cao phân tử bị thayđổi

• Những thay đổi hóa sinh: do sự oxi hóa của chất béo, phản ứng sẫm màu phienzim, phản ứng enzim,…

• Những thay đổi do vi sinh vật

Những thay đổi đó làm thay đổi cấu trúc màu sắc mùi vị, giá trị dinh dưỡng và cóảnh hưởng đến tính hồi nguyên của sản phẩm sau khi sấy Các phương pháp sấy khác

nhau có những ưu điểm và nhược điểm trong quá trình sấy các sản phẩm rau quả Trong

đó, phương pháp sấy nóng đáp ứng được các yêu cầu về năng suất, thời gian sấy nhưnglại không đáp ứng tốt các đòi hỏi về chất lượng sản phẩm Ngược lại, đối với các sảnphẩm sấy yêu cầu nhiệt độ thấp đòi hỏi phải có quy trình sấy phù hợp hơn Công nghệsấy lạnh là một công nghệ mới được dùng để giải quyết các vấn đề không thể giải quyếtđối với công nghệ sấy nóng Từ nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh những ưu điểmvượt trội của công nghệ sấy lạnh trong quá trình xây dựng quy trình sấy đối với các loạirau, củ, quả, nấm có giá trị kinh tế, các dược phẩm trong y học Ngoài ra, công nghệ sấylạnh còn ứng dụng trong ngành công nghiệp sản xuất kẹo Jelly, kẹo Chew, Caramel, kẹoCứng…

2.2 Hình ảnh một số nguyên liệu ứng dụng công nghệ sấy lạnh.