Bài giảng kỹ thuật thực phẩm 2 chương 5 kỹ thuật sấy ths trần văn hùng

I.1 Mục đích, yêu cầu• Bốc hơi nước bằng nhiệt độ dựa vào chênh lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh • Mục đích – Chuẩn bị: chuyên chở, tẩm – Khai thác:

I.1 Mục đích, yêu cầu

• Bốc hơi nước bằng nhiệt độ dựa vào chênh lệch áp

suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trường xung

quanh

• Mục đích

– Chuẩn bị: chuyên chở, tẩm

– Khai thác: tăng hàm lượng chất khô

– Chế biến: tăng độ giòn

– Bảo quản: giảm họat tính của nước

I.2 Vật liệu và quá trình biến đổi

– Hóa học( Tốc độ phản ứng tăng hoặc giảm )

– Sinh hóa( Họat động của Enzym tăng hgoặc

giảm )

– Sinh học( Cấu tạo tế bào, VSV…)

– Cảm quan( Màu sắc, mùi, vị, trạng thái )

I.3 Năng lượng sử dụng

- Hơi nước bão hòa

- Sản xuất cà phê hòa tan

- Chế biến bảo quản Rau, Quả…

- ………

Qui trình sản xuất sữa bột

Sản xuất bột cam

Coh đặc

Lĩ tahm Hồi dïná

Nư ớc thakm thấï

Tìao đoki ion Bốc hơi

Nấï

đư ờná R2 Tìợ tinh chahn khohná

Lĩ tahm R2 Nấï

đư ờná R3

Tìợ tinh chahn khohná

Lĩ tahm R3

Sấĩ

Chư ùa vào cĩclon

Sản xuất đường mía

SẤY RAU QUẢ

II.2 Liên kết ẩm trong vật liệu ẩm

- Liên kết hóa học

- Liên kết hóa lý

+ Liên kết hấp thụ+ Liên kết thẩm thấu

- Liên kết cơ lý

+ Liên kết cấu trúc+ Liên kết mao dẫn+ Liên kết dính ướt

 Liên kết hóa học

- Liên kết hóa học giữa ẩm và vật khô rất bền

vững trong đó các phần tử nước đã trở thành một bộ

phận trong thành phần hóa học của phân tử vật ẩm

- Ẩm liên kết hóa học chỉ được tách ra ở nhiệt độ

rất cao

- Sau khi tách ẩm liên kết hóa học tính chất hóa lý

của vật thay đổi

 Liên kết hóa lý

- Liên kết hấp thụ: trong vật ẩm có những hạt keo

Hạt keo có năng lượng bề mặt tự do lớn Khi tiếp

xúc với không khí ẩm hay trực tiếp với nước, ẩm sẽ

xâm nhập vào vật theo các bề mặt tự do này tạo

thành liên kết hấp thụ giữa nước và bề mặt

- Liên kết thẩm thấu: là sự liên kết hóa lý giữa nước

với vật rắn khi có chênh lệch nồng độ các chất hòa

tan ở trong và ngoài tế bào, tức là có sự chênh lệch

áp suất hơi nước

 Liên kết cơ lý

Đây là dạng liên kết giữa nước và vật liệu được tạo

thành do sức căng bề mặt của nước trong các mao dẫn

hay trên bề mặt ngoài của vật ẩm

II 3 Độ chứa ẩm

Độ chứa ẩm là tỷ số giữa lượng chứa ẩm trong vật liệu

với khối lượng khô tuyệt đối Độ chứa ẩm ký hiệu là u

) khô vât am/kg

(kg

G

G u

k n



II.4 Nồng độ ẩm

Là khối lượng ẩm chứa trong 1m3vật thể Nồng độ ẩm ký

hiệu là N

) / (kg m3V

%

G G

G x

G

G

k n

n n









III TÁC NHÂN SẤY

A KHÔNG KHÍ ẨM

III.1 Độ ẩm tương đối

‘Độ ẩm tương đối của không khí ẩm là tỉ số giữa

lượng hơi nước chứa trong không khí ẩm với lượng

hơi nước lớn nhất có thể chứa trong không khí ẩm đó

ở cùng nhiệt độ Độ ẩm tương đối đo bằng %, ký

hiệu là’

% 100

III.2 Độ ẩm tuyệt đối

‘Độ ẩm tuyệt đối là thuật ngữ được dùng để mô tả

lượnghơi nước tồn tại trong một thể tích hỗn hợp dạng

khí nhất định Các đơn vị phổ biến nhất dùng để tính độ

ẩm tuyệt đối là gam trên mét khối (g/m³).’

) (g/m 1000

III.3 Độ ẩm cực đại

Chúng ta đã biết là áp suất hơi nước ở nhiệt độ đã cho

không thể lớn hơn áp suất của hơi bão hoà ở nhiệtđộ ấy

Nếu hơi nước lẫn với không khí thì áp suất riêng phần*

của hơi nước không thể lớn hơn áp suất của hơi bão hoàở

cùng nhiệt độ Độ cực đại (A) ở nhiệt độ đã cho chính là

đại lượng đo bằng khối lượng (tính bằng gam) của hơi

nước bão hoà chứa trong 1m3 hơi nước có khối lượng

30,3 g Vậy ở nhiệt độ 300C độ ẩm cực đại của không

khí là 30,3 g

Ví dụ

Vào một ngày nào đónhiệt độ là 300C, trong 1m3 khí quyển

có chứa 20,6 g nước Vậy:

- Độ ẩm tuyệt đối của kk là: 20,6g nước

- Độ ẩm cực đại: 30,3 g

- Độ ẩm tương đối: 20,6/30,3 = 68%

III.4 Điểm sương

Nếu không khí ẩm bị lạnh đi, đến một nhiệt độ nào đó,

hơi nước trong không khí trở thành bão hoà Nếu lạnh

xuống dưới nhiệt độ ấy thì hơi nước đọng lại thành

sương Nhiệt độ mà tại đó hơi nước trong không khí trở

thành bão hoà gọi làđiểm sương

Ví dụ:

Xét không khí ở 300C có độ ẩm tuyệt đối là 20,6 g/m3

Xem trong bảng đặc tính hơi nước bão hoà ta thấy rằng

đó là khối lượng riêng của hơi nước tại 230C Vậy nếu ta

làm không khí lạnh đến 230C thì hơi nước trong không

khí trở thành bão hoà Tiếp tục làm lạnh nữa thì hơi nước

ngưng tụ thành nước Điểm sương của không khí mà ta

đang xét là 230C

III.5 Độ chứa ẩm của không khí ẩm

‘Độ chứa ẩm của không khí ẩm là khối lượng hơi

nước chứa trong 1 kg không khí khô’

) khô /

( 1000 g kgKK G

G d

k

h



III.6 Entanpi

III.7 Đồ thị I-D

III.8 Các quá trình biến đổi cơ bản của không khí

ẩm

- Quá trình nung nóng và làm lạnh

- Quá trình bay hơi nước vào không khí

- Quá trình hỗn hợp của hai dòng khí ẩm

Quá trình sấy lý thuyết

B KHÓI LÒ

1 Nguyên lý hệ thống sấy lò

Ưu điểm

- Có thể điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy trong khoảng rộng

- Cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo

- Đầu tư vốn ít vì không phải dùng calorife

- Giảm tiêu hao năng lượng, do giảm trở lực hệ thống

- Nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị

Nhược điểm

- Gây bụi bẩn cho thiết bị và sản phẩm

- Có thể gây ra các phản ứng hóa học không mong muốn

- Gây hỏa hoạn

Qúa trình hỗn hợp giữa khói và không khí

B 0 -nhiên liệu có độ ẩm w=0 B-nhiên liệu có độ ẩm w

B 1 - nhiên liệu có độ ẩm w 1 > w

C 1 C

C 0

B1B

B0

A

dA

=100%

Sấy một tầng sử dụng khói lò

) /

( 1000

âm kg kg d d

l

M c K





(kg/s)

.W

l

(kW) q.W Q

âm) (kJ/kg ) (





l K I M I A q

d

C’

C M

C A

.2

Tiêu hao riêng hỗn hợp khói + không khí là

) / (

1000

âm kg kg d d

l

C E C





)/

( kg kg âm AB

AC l

l B  C

Khối lượng khói cần sản xuất tại buồng đốt

Khối lượng không khí cần đưa vào buồng hòa trộn

B A C

C A

l l l

âm kg kg AB

BC l l

IV QUAN HỆ GIỮA VẬT LIỆU VÀ KK ẨM XUNG

QUANH

IV.1 Độ ẩm cân bằng

- Độ ẩm cân bằng là độ ẩm của vật khi ở trạng thái

cân bằng với môi trường xung quanh vật đó

- Trong kỹ thuật sấy, độ ẩm cân bằng dùng để xác

định giới hạn quá trình sấy và dùng để xác định độ

ẩm bảo quản của mỗi loại vật liệu trong những điều

kiện môi trường khác nhau

IV.2 Độ ẩm tới hạn

Độ ẩm cân bằng của vật ẩm trong môi trường

không khí có độ ẩm tương đối = 100% gọi là độ

ẩm tới hạn

Hấp thụ

Thải ẩm

wcb wcbmax wA40%

V CƠ SỞ KỸ THUẬT SẤY

– Sấy bằng dòng điện cao tần

– Sấy thăng hoa

– Sấy ngược chiều

– Sấy xuôi chiều

– Sấy chéo dòng

– Sấy tầng sôi…

V.2 Cân bằng vật chất của máy sấy

Trong đó

Phương trình cân bằng

V.3 Sấy lý thuyết

Giả thiết đối với máy sấy lý thuyết:

- Nhiệt cho quá trình sấy là do bộ phận đun nóng cung cấp

- Trong máy sấy không có bộ đun nóng bổ sung: Qbs = 0

- Bỏ qua tổn thất nhiệt: Qtt = 0

- Hàm nhiệt của SP sấy và TB sấy không đổi: IGv= IGr

- Nhiệt liên kết của nước không đáng kể = 0

Lượng kk khô tuyệt đối qua máy sấy:

1 2

2

x x

W L

x L W x L

2 1 2

2

2 1 1

2 2

1 1

1 2

100

100

100

100.100

100

W

W W G

W

W

W W G

W

W G

W G

G

G G

G1, G2- lượng vật liệu đưa vào sấy (kg/h)

W-lượng nước bốc hơi trong quá trình sấy (kg/h)

W1, W2- độ ẩm của sản phẩm (%)

V.5 SỬ DỤNG BIỂU ĐỒ I-D (I-X) TRONG TÍNH TOÁN

QUÁ TRÌNH SẤY

1 Tính toán cho máy sấy một cấp

Đoạn 1-2: tiêu tốn nhiệt q tính theo phương trình

q=di/dx, giá trị có thể đọc trược tiếp từ đồ thị theo đường

song song với đường 1-2

Nhu cầu nhiệt: chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối

của quá trình

Để không khí sấy tiếp nhận một lượng ẩm cao hơn (X3

-X1) cần phải đun nóng nhiệt lên cao hơn (t’2>t2)

Tiêu hao nhiệt:

Q = L (I2-I1) (KW)

Tiêu hao không khí:

L = 1000.W/(d3– d1) (kg)

2 Máy sấy nhiều cấp

3 Máy sấy tuần hoàn

(3)

Tiêu hao ở calorifer là:

1

2’

2 I

d

V.7 Chuyển động ẩm trong vật sấy

- Chuyển động ẩm từ bên trong vật ẩm lên bề mặt

- Ẩm bay hơi ở bề mặt

- Chuyển dời ẩm ở dạng hơi từ bề mặt vật ẩm vào không

khí khô quanh vật ẩm

V.8 Vận tốc sấy

Nếu vận tốc sấy khô đổi, có thể xác định được thời gian sấy:

Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy

VI PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ SẤY

VI.1 SẤY ĐỐI LƯU

1 Nguyên lý hoạt động

- TNS hòa trộn với vật ẩm Ẩm từ vật ẩm tách ra và

theo TNS đi ra khỏi buồng sấy

- TNS có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược

chiều hoặc cắt dòng

- Calorife có thể gia nhiệt băng than hoặc điện

- Đối lưu có thể thực hiện gián đoạn hoặc liên tục

So sánh các hình thức chuyển động của TNS

Vấn đề chi phí năng lượng?

2 Thiết bị sấy

- Hầm sấy

- Máy sấy tầng sôi

- Máy sấy phun

- Máy sấy thùng quay

- Tủ sấy

- Máy sấy khí động

2.1 Sấy hầm

- Sấy hầm cùng chiều

- Sấy hầm ngược chiều

2.2 Máy sấy tầng sôi

2.3 Máy sấy phun

- Nguyên liệu phải được cô đặc trước (40-60% ẩm)

- Nhiệt độ buồng sấy lớn (150 – 3000C)

2.4 Máy sấy thùng quay

2.5 Tủ sấy

- Tủ sấy thường

- Tủ sấy chân không

2.6 Máy sấy khí động

- Sấy bột ẩm hay nguyên liệu dạng

hạt có độ ẩm dưới 40%

- Kích thước hạt 10 – 500 µm

VI.2 SẤY THĂNG HOA

- Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm ra khỏi vật ẩm bằng

sự thăng hoa của nước

- Quá trình thăng hoa là quá trình chuyển từ thể rắn sang

thể hơi

- Quá trình sấy

+ Lạnh đông vật sấy

+ Sấy chân không

1 Các giai đoạn sấy

2 Sơ đồ hệ thống sấy

VII LỰA CHỌN MÁY SẤY

1 Cơ sở để lựa chọn

- Tính chất vật liệu

- Năng suất sản phẩm

- Tính chất của sản phẩm sau khi sấy

- Khắc phục bụi và hơi nước

- Làm vệ sinh máy sấy

- Diện tích hoạt động của máy sấy

- Nhu cầu về năng lượng

- Giá thành sản phẩm

 Tính chất vật liệu

a Hình dạng và kích thước

- Nguyên liệu giàu tinh bột, lớp sấy dày do đó thời gian

sấy chậm: phòng sấy, hầm sấy, tháp sấy…

- Nguyên liệu rời, nhỏ, lớp sấy mỏng: máy sấy phun, máy

sấy khí động…

b Tính chất ẩm

- Để bốc ẩm tự do: máy sấy tuần hoàn

- Để tách ẩm: dùng máy sấy có nhiệt độ cao

- Cần quan tâm đến độ ẩm cuối của sản phẩm

c Tính nhạy cảm với nhiệt

2 Phương pháp lựa chọn

- Thử nghiệm chế tạo thiết bị để có chế độ sấy tối ưu

nhất: kích thước, nhiệt độ sấy, và cấu tạo của các chi

tiết đặc biệt của máy

- Tiến hành đánh giá về năng suất, nhu cầu nhiệt và

giá cả

- Thiết kế hoàn chỉnh và sản xuất

VIII THIẾT KẾ MÁY SẤY

VIII.1 YÊU CẦU TÍNH TOÁN

Khi tính toán cần biết hoặc chọn các số liệu sau:

 Về thiết bị

- năng suất TNS

- phương thức truyền nhiệt

- phương thức tuần hoàn TNS (đối lưu, hay cưỡng bức)

- thời gian sấy

- nhiệt độ vào và ra của TNS

- nhiệt độ gia nhiệt cực đại cho phép

VIII.2 NỘI DUNG TÍNH TOÁN

VIII.3 MỘT SỐ CÔNG THỨC CƠ BẢN TRONG TÍNH TOÁN

c

I I L t

k

Q F



).(

Thể tích máy sấy thùng quay

)(

1

m

G V

Q- lượng nhiệt TNS truyền cho VLS(kJ/m3.K)

v- hệ số trao đổi nhiệt thể tích (kJ/m3.K)

∆t- chệnh lệch nhiệt độ trung bình giữa TNS và VLS

) ( 2 ,

t

Q V

v 





Ví dụ-thiết kế máy sấy phun sữa bột

IX ẢNH HƯỞNG QUÁ TRÌNH SẤY ĐẾN CHẤT

LƯỢNG SẢN PHẨM

Các biến đổi chủ yếu trong quá trình sấy:

ép và thay đổi hình dạng vĩnh viễn, làm cho bề mặt

ngoài sản bị co ngót và nhăn nheo

2 Mùi vị

- Nhiệt làm bay các thành phần bay hơi giảm mùi vị

- Mức độ bay hơi phụ thuộc vào t0C,  của sản phẩm,

áp suất và độ hòa tan của các chất bay hơi trong

hơi nước

- Những sản có giá trị kinh tế cao nhờ mùi vị cần

được sấy ở nhiệt độ thấp

- Những sản phẩm có cấu trúc xốp, tạo điều kiện cho

oxy dễ dàng tiếp xúc với sản phẩm, gây ra phản

ứng oxy hóa các chất tan và chất béo làm thay đổi

chất lượng sản phẩm

3 Màu sắc

Nguyên nhân

- Sự thay đổi đặc trưng của bề mặt sản phẩm gây ra

sự thay đổi phản xạ ánh sáng và màu sắc

- Nhiệt và sự oxi hóa trong quá trình sấy làm thay đổi

hóa học đối với carotenoit và clorophyl, cũng như

hoạt động của enzim polyphenoloxidaza gây ra sẩm

màu trong quá trình bảo quản rau quả

- Các phản ứng Maillard

4 Giá trị dinh dưỡng

- Tổn thất các loại Vitamin

- Biến tính protein

5 Sự hoàn nguyên của sản phẩm

- Sản phẩm sau khi sấy không trở lại trạng thái ban

đầu, do tế bào mất áp suất thẩm thấu, tính thẩm

thấu của màng tế bào bị thay đổi, các chất tan di

chuyển, polysacarit kết tinh, protein bị đông tụ, tất

cả góp phần vào thay đổi cấu trúc, làm thất thoát

các chất dễ bay hơi và đây đều là quá trình không

thuận nghịch

- Trong quá trình sấy làm giảm khả năng hydrat hóa

của tinh bột và tính đàn hồi của tế bào, làm biến tính

protein, giảm khả năng giữ nước của chúng