Tính toán thiết kế hệ thống sấy thăng hoa sấy sữa ong chúa

V: thể tích của không khí ẩm, không khí khô m3 t: nhiệt độ của không khí ẩm, không khí khô 0C Vh: phân thể tích của hơi nước m3 Vk : phân thể tích của không khí khô m3 G : khối lượng

LỊCH SỬ SẤY THĂNG HOA

Sấy thăng hoa (thực phẩm đông khô) là một phương pháp chế biến cao cấp nhất hiện nay.

Lịch sử về đông khô thực phẩm bắt đầu vào năm 1100 do người Indas ở Peru thực hiện bằng cách lợi dụng vị trí cao (4500m) của vùng núi Ande ở Nam Mỹ Họ sử dụng vị trí cao này có áp suất cao và không khí lạnh để đông lạnh thực phẩm Nhờ tác dụng của bức xạ mặt trời và áp suất thấp nên các sản phẩm thực phẩm sau khi bị đông lạnh liền có xu hướng bị đông khô Người Incas của Peru đã sử dụng phương pháp chế biến đông khô thiên nhiên này trong nhiều thế kỷ Các chế phẩm thực phẩm đã được bảo quản trong những tâm bố (một loại ba lô) của quân đội hành quân Với những kết quả sử dụng tốt đẹp của các sản phẩm thực phẩm đông khô thiên nhiên như vậy, cho nên những kho dự trữ sống về rau quả có sức chứa đủ nuôi sống 25-30 ngàn người đã được thay thế bằng đông khô thiên nhiên trên cao nguyên này từ năm 1533.

Sau đó, năm 1906 hai nhà vật lý người Pháp là Bordas và Darsonval đã sang chế được thiết bị làm ngưng đá hơi nước bằng tuyết trộn với axeton trong quá trình sấy Tiếp theo, các nhà khoa học khác của Pháp, Mỹ đã hoàn thiện phương pháp đông khô huyết tương sử dụng tốt trong chiến tranh Mỹ - Nhật (1941) Năm 1942-1943 đã có những thiết bị đông khô hoàn chỉnh với công suất lớn cho công nghiệp dược phẩm Các nhà nghiên cứu đã phải mất tiếp 15 đến 20 năm tìm tòi áp dụng phương pháp đông khô cho công nghiệp cho các loại sản phẩm Ngày nay, thực phẩm đông khô đã trở thành thực phẩm có quy mô sản xuất công nghiệp trên thế giới, đặc biệt ở thị trường Âu – Mỹ Người ta sản xuất thực phẩm đông khô để phục vụ cho xuất khẩu vì đó là sản phẩm chế biến cho ra chất lượng cao nhất.

Sản phẩm đông lạnh cũng giữ được hầu như nguyên vẹn tính chất tươi sống, hoạt tính sinh học, các hoạt tính đặc biệt như sản phẩm đông khô trong quá trình bảo quản, vận chuyển tiếp theo đều cần phải giữ khép

nếu vận chuyển xa quá 300km, hoặc bảo quản quá 6 tháng thì tổng giá thành của sản phẩm đông lạnh sẽ cao hơn tổng giá thành của sản phẩm đông khô Mặt khác sản phẩm đông khô có nhiều ưu điểm trong bảo quản

ở nhiệt độ dài hạn ở nhiệt độ bình thường ( khác với trữ đông, phải ở

với sản phẩm đông lạnh.

Từ 20 năm nay ở Italia đã có những nhà máy đông khô thực phẩm cực lớn, trang bị hiện đại để chế biến đông khô các loại nông sản như các loại đậu Cô-ve, đậu Hà Lan, súp lơ, cà chua, bắp cải, hành tây, cam quýt, chuối, táo, lê, dâu tây và các loại súp thịt, súp cua, cá… Các loại thực

trong chương trình viện trợ lương thực, thực phẩm cho những nước thiếu

ăn và những nơi bị thiên tai (động đất, núi lửa, hạn hán…) Họ đã kết luận thực phẩm đông khô có nhiều ưu việt hơn các sản phẩm đông lạnh,

có thể cất giữ bình thường trong nhiều năm ngay ở những điều kiện khí hậu nhiệt đới, khối lượng của nó thấp hơn đến 12 lần so với khối lượng của thực phẩm đông lạnh cùng loại hay đóng hộp.

Khi đưa ra không khí ẩm hoặc đổ nước vào, sản phẩm đông khô phục hồi nguyên vẹn tính chất tươi sống, màu sắc và cả hương vị lúc đầu Chính vì vậy mà hiện nay nhiều nước Tây Âu đang cố gắng triển khai mạnh công nghiệp đông khô các loại thực phẩm và nhiều nước coi đây là một cuộc cánh mạng về công nghệ chế biến hiện đại.

Trang thiết bị cho đông khô ngày càng được hiện đại hóa Nhiều hãng chế tạo máy đông khô công nghiệp như Usifroid (Pháp), Atlas (Đan Mạch), Leybold-Heraeus… Các loại máy đông khô kiểu RAY, CONRAD, CQC, SM.H.15, đến SM.H.1501, SERAIL (dùng nhiệt ngưng tụ) YBC8,

… các cơ sở chế tạo máy đông khô nhỏ cho sản xuất dược phẩm , cho sản xuất pilot thực phẩm đông khô như Leybold, Atlas, Edwasds, Vacuummas, Cadan-Nga… với các loại máy đông khô LYOVAC GT1 đến GT20 (Leybold- Heraeus), RAY_1A (Atlas), FKM (Tây Đức), MODUYO, YBC-4… là các hãng nổi tiếng về chế tạo máy đông khô có chất lượng cao Ở Mỹ, Canada, Nhật, Trung Quốc cũng đã có nhiều cơ sở chế tạo máy đông khô các loại Nhiều loại máy đông khô ra đời trong thập kỉ 80

đã được trang bị đầy đủ các thiết bị kiểm tra, điều chỉnh tự động bằng điện tử và vi điện tử hiện đại.

Nội dung nghiên cứu:

- Lý thuyết về kỹ thuật sấy

- Lý thuyết sấy thăng hoa

- Tính toán thiết kế hệ thống sấy thăng hoa sấy sữa ong chúa

- Tính toán kinh tế của hệ thống

- Kết luận.

chúng em đã được sự chỉ dạy ân cần và giúp đỡ tận tình của các thầy côgiáo trong trường, đặc biệt là các thầy cô giáo trong khoa Công NghệNhiệt - Lạnh Chúng em xin chân thành cảm ơn:

 Toàn thể giáo viên trong trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM đãdạy dỗ, giúp đỡ em trong quá trình học tập

 Toàn thể thầy giáo, cô giáo trong khoa Công Nghệ Nhiệt - Lạnh đãcung cấp cho em những kiến thức bổ ích trong quá trình học tập

 Gia đình và bạn bè đã cổ vũ, động viên, khích lệ em trong thời gianngồi trên giảng đường

Chúng em xin gửi những lời cảm ơn chân thành nhất tới:

Thầy Phạm Quang Phú đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ

chúng em trong thời gian qua để chúng em có thể hoàn thành tốt đồ án 3của mình

Trong quá trình tính toán thiết kế đồ án, chắc chắn không tránh khỏinhững thiếu sót Chúng em rất mong được sự chỉ bảo tận tình của cácthầy, các cô để chúng em có thêm những kiến thức bổ ích làm hànhtrang bước vào đời

TPHCM,Ngày Tháng Năm

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 4

MỤC LỤC 1

2

CHƯƠNG 1 1

TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU SẤY 1

CHƯƠNG 2 5

LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT SẤY 5

φ = = exp (1.9) 18

Trong đó: 18

Pr: áp suất trên bề mặt cột mao dẫn (N/m2) 18

Po: áp suất trên bề mặt thoáng (N/m2) 18

δ: Sức căng bề mặt thoáng (N/m2) 18

: mật độ hơi trên cột dịch thể trong ống mao dẫn ( kg/m3) 18

Ưu điểm của phương pháp sấy nóng: 19

+Thời gian sấy bằng các phương pháp sấy nóng ngắn hơn so với phương pháp sấy lạnh 19

+ Năng suất cao và chi phí ban đầu thấp 19

+ Nguồn năng lượng sử dụng cho phương pháp sấy nóng có thể là khói thải, hơi nước nóng, hay các nguồn nhiệt từ dầu mỏ, than đá, rác thải, cho đến điện năng 19

+ Thời gian làm việc của hệ thống cũng rất cao 19

Nhược điểm: 19

+ Chỉ sấy được các vật sấy không cần có các yêu cầu đặc biệt về nhiệt độ.19 + Sản phẩm sấy thường hay bị biến màu và chất lượng không cao 19

CHƯƠNG 3 22

LÝ THUYẾT VỀ SẤY THĂNG HOA 22

CHƯƠNG 4 32

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY THĂNG HOA 32

CHƯƠNG 6 69

CHẾ TẠO LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA.69 CHƯƠNG 7 72

KẾT LUẬN 72

HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU SẤY

SỮA ONG CHÚA

1.1 TÌNH HÌNH NUÔI ONG HIỆN NAY

1.1.1 Trên thế giới:

Trên thế giới có trên 40 triệu đàn ong , đứng đầu xuất khẩu mật ong là TrungQuốc với sản lượng xuất khẩu khoảng 100.000 tấn/năm, chiếm gần 1/3 thị trường mậtong trên thế giới Argentina là nước xuất khẩu mật ong lớn thứ hai trên thế giới vớisản lượng xuất khẩu 80.000 tấn/năm

2008 là một năm thành công nhất của nước ta trong việc xuất khẩu mật ong vào thịtrường Mỹ, sản lượng mật ong xuất khẩu vào thị trường Mỹ đạt 19.387 tấn mật ongtăng 23% so với năm 2007 Theo cục chăn nuôi (bộ nông nghiệp và phát triển nôngthôn) năm 2009 cả nước sản xuất được 18.6 ngàn tấn mật ong, xuất khẩu được 14nghìn tấn mật ong, xuất khẩu giảm 30% nguyên nhân chủ yếu là giá nguyên liệu tăngcao và nhiều lô hàng không đạt chuẩn vệ sinh thực phẩm

Tuy nhiên để thâm nhập vào những thị trường khó tính trên thế giới, các nhànuôi ong ở Việt Nam cần đáp ứng được tiêu chí về vệ sinh an toàn thực phẩm, cần sựphát triển đồng bộ, thực hiện dây chuyền sản xuất khép kín từ hộ nuôi ong cho đến cácnhà máy và các bên nhập khẩu để ngành ong trở thành ngành kinh tế mũi nhọn

1.2 SẢN PHẨM SỮA ONG CHÚA

Hình1.1 - Ấu trùng ong

Sữa ong chúa là một loại dịch thể đặc biệt được tiết ra từ tuyến họng của conong Được dùng để nuôi ấu trùng và suốt cuộc đời ong chúa, Y học cổ truyền còn gọisữa ong chúa là phong nhũ tinh

Người đầu tiên dùng thuật ngữ Geleeroyal (sữa chúa) là Francois Huber (1793).Những người bán loại sản phẩm này đã dùng một trong những thuật ngữ đó với dụng

ý quảng cáo Ấu trùng chúa tiêu thụ một lượng sữa chúa rất lớn nên trong 6 ngày thểtrọng của chúng tăng lên 1300 lần Hiệu quả to lớn đó làm cho người ta quan tâmngay từ trước thế kỷ 20 và đến những năm 1950 đã trở thành sản phẩm của đàn ongmới được khai thác đầu tiên Johanson đã công bố tài liệu chi tiết về thành phần, đặctính và cách sử dụng sữa ong chúa Sữa ong chúa đã giành được vị thế trên thị trườngthế giới, sản lượng sữa ong chúa hàng năm vào khoảng 500 đến 600 tấn

Bảng 1.1 - Thành phần của sữa ong chúa

Nước 66.9 %

Protein 11.4 % Trong protein tổng số

Protein tan trong nướcĐạm protein

Đạm phi proteinAxit amin tự doTrong tổng số axit amin

tự doProlinLysineAxit amin khácProtein không tan trongnước

75 – 85 %65-70%

6.2% Axit chủ yếu : 10 hydroxy – 2 decenoic axit

Tro 0.94% Các muối khoáng (xếp theo tầm quan trọng)

K, Na, Mg, Ca, Zn, Fe, Cu, Mn

Các

vitamin

Vitamin B complex, B1 (thiamin) axitpantothenic, B2 (riboflavin) biotin, niacin axitfolc, inositol, axetincolin

Thu hoạch và xử lý sữa ong chúa

Ngành công nghiệp sản xuất sữa ong chúa được phát triển mạnh mẽ từ năm

1950 Mặt khác, sản xuất sữa ong chúa đòi hỏi quy trình lao động thâm canh do ngườithao tác thạo nghề thực hiện theo một thời gian biểu chặt chẽ Trong mỗi tổ ong tựnhiên hay tổ ong nuôi lấy mật số lượng ổ ong chúa rất ít khoảng 5 đến 10 cái mỗi năm

và vì vậy khối lượng sữa ong chúa lấy được từ những ổ ong này khoảng 5 đến 10 gammỗi năm Trong khi đó các tổ ong nuôi để sản xuất sữa ong chúa có thể cho từ 2 đến 3kilôgam sữa ong chúa mỗi năm, bởi vì con người đã tìm được cách lừa gạt ong thợkhiến cho chúng phải nhả sữa ong chúa vào các ổ ong chúa giả suốt ngày này quangày kia bằng cách lấy ấu trùng từ ổ ong cấy vào những ổ ong chúa giả Khoảng 60đến 90 ổ ong chúa giả được làm bằng lastic và gắn trên khung gỗ hay giọi là khungcầu Sau đó người nuôi ong bỏ những cầu ong vào tổ ong để ong thợ nhả sữa ong chúavào những ổ ong chúa giả.Sau 2 đêm để trong thùng ong ngày thứ 3 khung cầu đượclấy ra thu hoạch sữa ong chúa Những ổ ong chúa giả bây giờ có đầy sữa ong chúa bêntrong, người công nhân gắp ấu trùng ra trước khi dùng máy hút sữa ong chúa Sữa ongchúa được hút ra và cất ngay vào tủ đá lạnh bởi vì sữa ong chúa dạng lỏng rất rễ bị hư.Sau đó các nhà máy lớn với phương tiện tối tân sẽ sấy khô sữa ong chúa dạng lỏng radạng bột để làm thành những viên sữa ong chúa có thể để lâu mà không sợ hư Quacác nghiên cứu khoa học cho thấy công dụng của sữa ong chúa dạng viên không có gìkhác so với sữa ong chúa dạng lỏng Ngày nay sữa ong chúa tiêu thụ trên thị trườngđều là dạng thuốc viên.

Công dụng :

Sữa ong chúa được coi là sản phẩm cao cấp, trong các sản phẩm ong

Tạo năng lượng cho cơ thể, chống mệt mỏi kinh niên, tăng khả năng sinh `lý.Tăng cường khả năng miễn dịch, phục hồi sức khỏe điều hòa cholesterol, điềuhòa tim mạch, kháng trầm cảm, trị lo âu, tăng trí nhớ……

Đẩy lùi sự lão hóa bằng cách lưu thông máu

dư lượng thuốc kháng sinh chloramphenicol, chất này bị cấm trong thực phẩm Vì lý

do đó mật ong Trung Quốc đã bị cấm nhập khẩu vào thị trường Hoa Kỳ

Hiện nay trên thế giới sản xuất khoảng 500 đến 600 tấn sữa ong chúa nhưng tậptrung hầu hết ở các nước có ngành ong phát triển và có khâu thu hoạch sữa ong chúatiên tiến như Achentina, Mexico, Trung Quốc, Hoa Kỳ, Brazil…

Ở Việt Nam ngành sữa ong chúa mới phát triển, hàng năm Việt Nam tiêu thụkhoảng 5 đến 6 tấn sữa ong chúa, đây là một tiềm năng rất lớn thúc đẩy nghành sữaong chúa phát triển trong những năm tới

2.1.1 Các thông số cơ bản của vật liệu ẩm

1 Độ ẩm toàn phần:

Độ ẩm toàn phần là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật liệu với khốilượng vật liệu ẩm Ký hiệu: W Ta có:

Là khối lượng ẩm chứa trong một kg vật liệu khô Kí hiệu: u (kg ẩm / kg vậtliệu khô) Được tính theo công thức:

5 Độ ẩm cân bằng:

Ở trạng thái cân bằng ẩm giữa vật và môi trường không khí xung quanh, độ ẩmcủa vật không đổi (vật không hút ẩm cũng không thải ẩm) Độ ẩm của vật ở trạngthái cân bằng với môi trường không khí xung quanh vật ẩm gọi là độ ẩm cân bằng

Wcb ( hoặc W0cb, Ucb, Ncb, …) Như vậy nếu độ ẩm của vật W>Wcb vật sẽ thải ẩmđến trạng thái cân bằng, ngược lại nếu W < Wcb vật sẽ hút ẩm đến trạng thái cânbằng

Trong kỹ thuật sấy, độ ẩm cân bằng có ý nghĩa lớn, nó dùng để xác định giớihạn quá trình sấy và độ ẩm cuối cùng trong quá trình sấy của mỗi loại vật liệu trongnhững điều kiện môi trường khác nhau.

2.2 CÁC DẠNG LIÊN KẾT TRONG VẬT ẨM

Khi nghiên cứu quá trình sấy cần phải xác định các dạng tồn tại và cáchình thức liên kết giữa ẩm với vật khô Vật ẩm thường là tập hợp của ba pha:rắn, lỏng và hơi Các vật rắn đem sấy thường là các vật xốp mao dẫn hoặc keoxốp mao dẫn Trong kỹ thuật sấy thường coi vật thể chỉ gồm phần rắn khô và

ẩm lỏng

Diễn biến quá trình sấy các vật ẩm sẽ bị chi phối bởi các dạng liên kết ẩmtrong vật Có nhiều cách phân loại các dạng liên kết ẩm trong đó cách phân loạicủa P.H Rôbinde được sử dụng rộng rãi hơn vì nó nêu được bản chất hìnhthành các dạng liên kết ẩm trong vật liệu Theo cách này, tất cả các dạng liênkết ẩm được chia thành 3 nhóm chính là: liên kết hoá học, liên kết hoá lý và liênkết cơ lý

2.2.1 Liên kết hoá học:

Thể hiện dưới dạng liên kết ion hay liên kết phân tử Lượng ẩm trong liên kếthoá học chiếm tỉ lệ nhất định Liên kết ion được hình thành bởi những phản ứng hoáhọc rất bền vững Muốn phá vỡ các liên kết này phải dùng các phản ứng hoá học hoặcnung đến nhiệt độ rất cao Còn liên kết phân tử ta có thể quan sát qua quá trình kết tủacủa các dung dịch Vật liệu khi bị tách ẩm liên kết hoá học thì tính chất của nó thayđổi Nói chung trong quá trình sấy (nhiệt độ từ 120÷150 oC) không tách được ẩm liênkết hoá học, quá trình sấy yêu cầu giữ nguyên các tính chất hoá lý của vật

Liên kết thẩm thấu:

Liên kết thẩm thấu là liên kết hoá lý giữa nước và vật rắn khi có sự chênh lệchnồng độ các chất hòa tan ở trong và ngoài tế bào, tức là có sự chênh lệch áp suất hơinước Quá trình thẩm thấu không kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt và không làm cho vậtbiến dạng Về bản chất, ẩm thẩm thấu trong các tế bào không khác với bình thường vàkhông chứa các chất hòa tan vì các chất hoà tan sẽ không thể khuếch tán vào trong tếbào cùng với nước

2.2.3 Liên kết cơ lý:

Đây là mối liên kết giữa vật và nước với tỉ lệ không hạn định, được hình thành

do sức căng bề mặt của nước trong các mao dẫn hay trên bề mặt ngoài của vật Liênkết cơ học được chia làm ba dạng: liên kết cấu trúc, liên kết mao dẫn và liên kết dínhướt

Liên kết cấu trúc:

Được hình thành trong quá trình hình thành vật (ví dụ như quá trình đôngđặc ) Để tách nước trong trường hợp này có thể dùng phương pháp nén ép, làm chonước bay hơi hoặc phá vỡ cấu trúc của vật Sau khi tách nước, vật bị biến dạngnhiều, có thể thay đổi tính chất, thậm chí có thể thay đổi cả trạng thái pha

Liên kết mao dẫn:

Nhiều vật ẩm có cấu tạo mao quản, ví dụ như gỗ, vải Trong các vật thể này có

vô số các mao quản Các vật thể này khi để trong không khí, nước sẽ theo các maoquản xâm nhập vào vật thể Khi vật thể này đặt trong môi trường không khí ẩm thì hơinước sẽ ngưng tụ trên bề mặt mao dẫn và theo các mao quản xâm nhập vào vật thể.Tách ẩm liên kết mao dẫn bằng phương pháp làm cho ẩm bay hơi hoặc đẩy ẩm rabằng áp suất lớn hơn áp suất mao dẫn Vật sau khi tách ẩm mao dẫn nói chung vẫn giữđược kích thước, hình dáng và các tính chất hoá lý

Liên kết dính ướt:

Được hình thành do nước bám dính vào bề mặt vật với góc dính ướt <90oC vàdính ướt nhờ vào sức căng bề mặt Ẩm liên kết dính ướt được tách khỏi vật dễ dàngbằng phương pháp bay hơi, đồng thời cũng có thể tách ra bằng các phương pháp cơhọc như: lau, thấm, thổi, vắt ly tâm

2.3 KHÔNG KHÍ ẨM

2.3.1.Các quan hệ nhiệt động của không khí ẩm:

Chúng ta ký hiệu p, ph, pk, tương ứng là áp suất của không khí ẩm, phân áp suấthơi nước và phân áp suất không khí khô Đơn vị chuẩn của áp suất và phân áp suất làN/m2

V: thể tích của không khí ẩm, không khí khô (m3)

t: nhiệt độ của không khí ẩm, không khí khô ( 0C)

Vh: phân thể tích của hơi nước (m3)

Vk : phân thể tích của không khí khô ( m3 )

G : khối lượng của không khí ẩm (kg)

Gh : khối lượng của hơi nước (kg)

Gk : khối lượng của không khí khô (kg)

R : hằng số khí của không khí ẩm (J/kg K hay cal/kg K)

Rh : hằng số khí của hơi nước (J/kg K hay cal/kg K)

Rk : hằng số khí của không khí khô (J/kg K hay cal/kg K)

Phương trình trạng thái có dạng :

Đối với không khí ẩm: pV = GRT

Đối với hơi nước: phV = GhRhT

Đối với không khí khô: pkV = GkRkT

Quan hệ giữa phân áp suất và thể tích: phV = pVh

2.3.2.Các tính chất của không khí ẩm:

2.3.2.1 Tính chất của không khí ẩm:

- Không khí ẩm là hỗn hợp của không khí khô và hơi nước Vì phân áp suất của hơi nước trong không khí ẩm nhỏ nên hơi nước ở đây có thể xem là khí lý tưởng

- Áp suất của không khí ẩm p (là áp suất khí trời) bằng tổng phân áp suất của không khí khô pk và hơi nước ph : p = pk +ph

- Nhiệt độ của không khí ẩm bằng nhiệt độ của không khí khô tk, bằng nhiệt độ của hơi nước th: t = th = tk

- Thể tích của không khí ẩm V bằng thể tích của không khí khô và hơi nước: V = Vh + Vk

- Khối lượng của không khí ẩm G bằng tổng khối lượng của không khí khô

ẩm là hơi quá nhiệt

Không khí ẩm bão hòa là không khí ẩm trong đó không thể nhận thêm mộtlượng hơi nước nào nữa từ các vật khác bay hơi vào Hơi nước ở đây là hơi bão hòakhô

Không khí ẩm quá bão hòa là không khí ẩm bão hòa và còn chứa thêm đượcmột lượng nước nhất định

2.3.2.3 Các thông số của không khí ẩm:

2 Độ ẩm tương đối ϕ:

Là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm chưa bão hòa ph và củakhông khí ẩm bão hòa phmax ở cùng nhiệt độ

ϕ = ph/phmax

ph : phân áp suất hơi nước trong không khí ẩm chưa bão hòa

phmax : phân áp suất hơi nước trong không khí ẩm bão hòa

3 Độ chứa hơi d (dung ẩm):

Độ chứa hơi d là lượng hơi nước chứa trong không khí ẩm ứng với 1kg khôngkhí khô

p

p G

−

=

=

1 622

4 Entanpi của không khí ẩm I:

Là tổng entanpi của 1 kg không khí khô và d kg hơi nước

I = t + d(2500 + 1.93t) (kJ/kg kk)

5 Nhiệt độ bão hòa đoạn nhiệt :

Khi không khí tiếp xúc với nước, nếu sự bay hơi của nước vào không khí chỉ

do nhiệt của không khí truyền cho thì nhiệt độ không khí ẩm bão hòa gọi là nhiệt độbão hòa đoạn nhiệt (t=tư)

6 Nhiệt độ đọng sương:

Là nhiệt độ tại đó không khí ẩm chưa bão hòa trở thành không khí ẩm bão hòa trongđiều kiện phân áp suất hơi nước không đổi

2.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH SẤY

100 oC, sau đó giảm dần xuống

Quá trình sấy còn phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt độ của VLS Nếu tốc độ tăngnhiệt quá nhanh thì bề mặt mặt VLS bị rắn lại và ngăn quá trình thoát ẩm Ngược lại,nếu tốc độ tăng chậm thì cường độ thoát ẩm yếu

2.4.2 Độ ẩm không khí:

- Muốn nâng cao khả năng hút ẩm của không khí thì phải giảm độ ẩm tương đốicủa nó xuống Có 2 cách làm giảm độ ẩm tương đối của không khí:

 Tăng nhiệt độ không khí bằng cách dùng calorife

 Giảm nhiệt độ không khí bằng cách dùng máy hút ẩm

- Nếu độ ẩm của không khí quá thấp sẽ làm rau quả nứt hoặc tạo ra lớp vỏ khôtrên bề mặt, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình thoát hơi ẩm tiếp theo Nhưngnếu độ ẩm quá cao sẽ làm tốc độ sấy giảm

- Khi ra khỏi lò sấy, không khí mang theo hơi ẩm của rau quả tươi nên độ ẩmtăng lên (thông thường khoảng 40 - 60%) Nếu không khí đi ra có độ ẩm quáthấp thì sẽ tốn năng lượng; ngược lại, nếu quá cao sẽ dễ bị đọng sương, làm hư

hỏng sản phẩm sấy Người ta điều chỉnh độ ẩm của không khí ra bằng cáchđiều chỉnh tốc độ lưu thông của nó và vật liệu sấy chứa trong buồng sấy.

2.4.3 Lưu lượng của không khí:

Trong quá trình sấy, không khí có thể lưu thông tự nhiên hoặc cưỡng bức Trongcác lò sấy, không khí lưu thông tự nhiên với tốc độ nhỏ (nhỏ hơn 0,4m/s), do vậy thờigian sấy thường kéo dài, làm chất lượng sản phẩm sấy không cao Để khắc phụcnhược điểm này, người ta phải dùng quạt để thông gió cưỡng bức với tốc độ trongkhoảng 0,4 ÷ 4,0 m/s trong các TBS Nếu tốc độ gió quá lớn (trên 4,0 m/s) sẽ gây tổnthất nhiệt lượng

2.4.4 Độ dày của lớp VLS:

Độ dày của lớp rau quả sấy cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy Lớp nguyên liệucàng mỏng thì quá trình sấy càng nhanh và đồng đều, nhưng nếu quá mỏng sẽ làmgiảm năng suất của lò sấy Ngược lại, nếu quá dày thì sẽ làm giảm sự lưu thông củakhông khí, dẫn đến sản phẩm bị "đổ mồ hôi" do hơi ẩm đọng lại

2.5 Quá trình đốt nóng và đốt nóng tăng ẩm:

2.5.1 Quá trình đốt nóng không tăng ẩm (AB):

Hình 2.1 - Biểu diễn quá trình đốt nóng không tăng ẩm

Quá trình này xảy ra nhờ thiết bị trao đổi nhiệt (calorife) trong hệ thống sấy.Giả sử không khí tại điểm A(t0,ϕ 0) được đốt nóng không tăng ẩm đến điểm B(t1,ϕ 1).

Đặc điểm của quá trình đốt nóng là nhiệt độ tăng và độ ẩm tương đối của không khígiảm, lượng chứa ẩm d không đổi

2.5.2 Quá trình đốt nóng tăng ẩm(AN):

Quá trình đốt nóng tăng ẩm thường được sử dụng trong kỹ thuật xử lý khôngkhí bằng cách phun nước hoặc hơi nước có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ không khí vàokhông khí Chẳng hạn, không khí ở trạng thái A(t0,ϕ 0 ) cần đốt nóng tăng ẩm đến

trạng thái N(tn,ϕn) (tn>t0; ϕn > ϕ0) thì quá trình đó được biểu diển trên đồ thị theo

đường AN, trong đó N là giao điểm của 2 đường t = tn =const và ϕ = ϕn= const.

Quá trình này xảy ra khi phun nước có cùng nhiệt độ với không khí vào khôngkhí Chẳng hạn không khí tại điểm A được làm lạnh đẳng entanpi đến nhiệt độ t1 nào

đó thì điểm cuối của quá trình làm lạnh B1’ là điểm cắt nhau giữa đường I = I0 = const

và đường t = t1 = const Nếu muốn khử ẩm theo quá trình làm lạnh đẳng entanpi thìkhông khí ở điểm B1’ phải được tiếp tục làm lạnh đến trạng thái bảo hoà B2” có nhiệt

độ đọng sương tS1.Điểm B2” chính là giao điểm của đường I = I0 = const và đường ϕ

= 100% Nếu không khí tại điểm B2” tiếp tục được làm lạnh thì quá trình khử ẩm bắtđầu và sẽ diễn ra dọc theo đường ϕ = 100% về phía d giảm

2.6.2 Quá trình làm lạnh đẳng ẩm:

Quá trình này xẩy ra khi không khí ẩm ở một trạng thái nào đó bị mất nhiệt dotrao đổi nhiệt với môi trường Do đó lượng chứa ẩm của nó không đổi Không khí tạiđiểm A được làm lạnh theo quá trình d = const đến nhiệt độ đọng sương tS2 thì điểmđọng sương B3’ sẽ là giao điểm của đường d = do = const và đường ϕ=100% Tương

tự nếu không khí ở điểm B3’ tiếp tục được làm lạnh thì quá trình khử ẩm sẽ bắt đầu vàđược thực hiện dọc theo đường ϕ = 100% về phía d giảm

2.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY

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 tốnnăng lượng ít và chi phí vận hành thấp Có hai phương pháp sấy:

2.7.1 Phương pháp sấy nóng:

Trong phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy và vật liệu sấy được đốt nóng Dotác nhân sấy được đốt nóng nên độ ẩm tương đối φ giảm dẫn đến phân áp suất hơinước pam trong tác nhân sấy giảm Mặt khác do nhiệt độ của vật liệu sấy tăng lên nênmật độ hơi trong các mao quản tăng và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật cũngtăng theo công thức: (công thức Kenvin)

φ =

o

r p

Pr: áp suất trên bề mặt cột mao dẫn (N/m2)

Po: áp suất trên bề mặt thoáng (N/m2)

- 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 liệusấy mà hiệu số giữa phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật Phb và phân áp suất hơinước trong tác nhân sấy Ph tăng lên dẫn đến quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lòng vậtliệu sấy ra bề mặt và đi vào môi trường

2.7.2 Phân loại phương pháp sấy nóng thường được phân loại theo cung cấp

nhiệt

2.7.2.1 Hệ thống sấy đối lưu:

Vật liệu sấy nhận nhiệt bằng đối lưu từ một tác nhân nóng mà thông thường làkhông khí nóng hoặc khói lò Hệ thống sấy đối lưu gồm: hệ thống sấy buồng, hệ thốngsấy hầm, hệ thống sấy khí động, hệ thống sấy thùng quay,…

2.7.2.2 Hệ thống sấy tiếp xúc:

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

2.7.2.3 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

2.7.2.4 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 dòngđiện 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 pháp sấylạnh

+ 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 điện năng.+ 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: 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 cóthể trên dưới nhiệt độ môi trường (t > 0 oC) và cũng có thể nhỏ hơn 0 oC

Có thể phân loại hệ thống sấy lạnh như sau:

2.7.2.6 Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 0 o C:

Với hệ thống sấy này, nhiệt độ vật liệu sấy cũng như nhiệt độ tác nhân sấy xấp

xỉ bằng nhiệt độ môi trường Tác nhân sấy thường là không khí Trước hết, không khíđược khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh hoặc bằng các máy khử ẩm hấp phụ Sau đóđược đốt nóng hoặc làm lạnh đến nhiệt độ yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu sấy Khi đó,phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy bé hơn phân áp suất hơi nước trên bề mặt vậtliệu sấy nên ẩm từ dạng lỏng sẽ bay hơi và đi vào tác nhân sấy Như vậy, quy luật dịchchuyển ẩm trong lòng vật liệu sấy và từ bề mặt vật vào môi trường trong các hệ thốngsấy lạnh giống như các loại hệ thống sấy nóng Điều khác nhau ở đây là cách giảmphân áp suất hơi nước Ph trong tác nhân sấy Trong các hệ thống sấy nóng đối lưungười ta giảm Ph bằng cách đốt nóng tác nhân sấy (d = const) để tăng áp suất bão hoàdẫn đến giảm độ ẩm tương đối ϕ Còn các hệ thống sấy lạnh có nhiệt độ tác nhân sấybằng nhiệt độ môi trường chẳng hạn, người ta tìm cách giảm phân áp suất hơi nướccủa tác nhân sấy bằng cách giảm lượng chứa ẩm d kết hợp với quá trình làm lạnh (sau

2.7.2.7 Hệ thống sấy thăng hoa:

Hệ thống sấy thăng hoa là hệ thống sấy lạnh mà trong đó ẩm trong vật liệu sấy

ở dạng rắn trực tiếp biến thành hơi đi vào tác nhân sấy Trong hệ thống sấy này người

ta tạo ra môi trường trong đó nước trong vật liệu sấy ở dưới điểm ba thể, nghĩa lànhiệt độ của vật liệu T < 273 K và áp suất tác nhân sấy bao quanh vật P < 610 Pa Khi

đó nếu vật liệu sấy nhận được nhiệt lượng thì nước trong vật liệu sấy ở dạng rắn sẽchuyển trực tiếp sang dạng hơi và đi vào tác nhân sấy Như vậy trong hệ thống sấythăng hoa, một mặt ta làm lạnh vật xuống dưới 0 oC mặt khác tạo chân không xungquanh vật liệu sấy

2.7.2.8 Hệ thống sấy chân không:

Nếu nhiệt độ vật liệu sấy vẫn nhỏ hơn 273 K nhưng áp suất tác nhân sấy baoquanh vật P>610 Pa thì khi vật liệu sấy nhận nhiệt lượng, nước trong vật liệu sấy ởdạng rắn không thể chuyển trực tiếp thành hơi để đi vào tác nhân sấy mà trước khibiến thành hơi, nước phải chuyển từ thể rắn qua thể lỏng

Ưu điểm của phương pháp sấy lạnh:

+ Các chỉ tiêu về chất lượng như màu cảm quan, mùi vị, khả năng bảo toànvitamin C cao

+ Thích hợp để sấy các loại vật liệu sấy yêu cầu chất lượng cao, đòi hỏi phảisấy ở nhiệt độ thấp

+ Sản phẩm bảo quản lâu và ít bị tác động bởi điều kiện bên ngoài

+ Quá trình sấy kín nên không phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trường

Nhược điểm của phương pháp sấy lạnh:

+ Giá thành thiết bị cao, tiêu hao điện năng lớn

+ Vận hành phức tạp, người vận hành cần có trình độ kỹ thuật cao

+ Cấu tạo thiết bị phức tạp, thời gian sấy lâu

+ Nhiệt độ môi chất sấy thường gần nhiệt độ môi trường nên chỉ thích hợp vớimột số loại vật liệu, không sấy được các vật liệu dể bị vi khuẩn làm hư hỏng ở nhiệt

độ môi trường như bị ôi, thiu, mốc

CHƯƠNG 3

LÝ THUYẾT VỀ SẤY THĂNG HOA

3.1 LÝ THUYẾT VỀ SẤY THĂNG HOA

3.1.1 Khái quát về sấy thăng hoa:

Hiện nay trong công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dược cũng như côngnghiệp hóa học nói chung, hệ thống sấy thăng hoa được dùng khá phổ biến Sấy thănghoa là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy nhờ quá trình thăng hoa của nước Quátrình thăng hoa là quá trình chuyển trực tiếp từ thể rắn qua thể hơi Ở điều kiện bìnhthường ẩm trong thực phẩm ở dạng lỏng, nên để thăng hoa chúng phải chuyển sangthể rắn bằng phương pháp lạnh đông, chính vì vậy nên còn gọi là phương pháp lạnhđông (Freeze Drying hay lyophillisation)

Quá trình sấy thăng hoa gồm 3 giai đoạn: giai đoạn làm lạnh, giai đoạn thănghoa, giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại, hệ thống sấy hoạt động ở chân không thấp và hoạtđông theo mẻ vì vậy rất tốn kém chi phí vận hành càng tăng cao Hiện nay đã có hệthống thăng hoa hoạt động liên tục nhưng chi phí đầu tư rất cao Vì vậy phương phápsấy thăng hoa chỉ sử dụng cho những sản phẩm đắt tiền, những sản phẩm không thểsấy được bằng phương pháp khác Bên cạnh đó không phải bất cứ nguyên liệu nàocũng sấy bằng phương pháp lạnh đông, đối với những nguyên liệu có cấu trúc dễ bị hưhại trong quá trình lạnh đông sản phẩm sau quá trình thăng hoa sẽ có kết quả xấu

Sấy thăng hoa là phương pháp sấy nhanh được sử dụng ở những nước có nềncông nghiệp tiên tiến đặc biệt là ở nước Mỹ sử dụng để sấy các nguyên vật liệu đắttiền như thịt gia súc, gia cầm, cà phê, dược phẩm…….

Ưu điểm lớn nhất của sấy thăng hoa là bảo toàn được chất lượng sinh học củasản phẩm

3.1.2 Các giai đoạn của sấy thăng hoa:

Hình 3.1- Giản đồ pha của nước

Điểm O gọi là điểm ba thể : thể rắn, thể lỏng và thể hơi

Nhiệt độ và áp suất của điểm ba thể O tương ứng t = 0.0098 0C và p = 4,58 mmHg

- Đường BO biểu diễn ranh giới giữa pha rắn và pha hơi

- Đường OA biểu diễn ranh giới giữa pha rắn và pha lỏng

- Đường OK biểu diễn ranh giới giữa pha lỏng và pha khí

- Điểm K là điểm tới hạn ở đó nhiệt ẩn hóa hơi có thể xem bằng không

Nếu ẩm trong vật liệu sấy có trạng thái đóng băng ở điểm F và được đốt nóngđẳng áp đến nhiệt độ tD ứng với điểm D thì nước ở thể rắn sẽ thực hiện quá trình

thăng hoa DE Áp suất càng thấp thì nhiệt độ thăng hoa càng thấp Do đó khi cấpnhiệt cho vật liệu sấy ở áp suất càng thấp thì độ chênh lệch nhiệt độ giữa nguồnnhiệt và vật liệu sấy càng tăng.Đứng về mặt truyền nhiệt thì đây là ưu điểm củasấy thăng hoa so với sấy chân không

Các giai đoạn của sấy thăng hoa :

Giai đoạn làm lạnh:

Trong giai đoạn này, vật liệu sấy được làm lạnh từ nhiệt độ môi trường khoảng 200Cxuống đến nhiệt độ -10÷-400C, hình 2 nhiệt độ vật liệu sấy biểu diễn bởi đường A.Đồng thời trong giai đoạn này không gian của bình thăng hoa được hút chân không và

áp suất trong bình giảm xuống Do áp suất giảm nên phân áp suất hơi nước trongkhông gian bình thăng hoa cũng giảm so với phân áp suất hơi nước trong lòng vật kiệusấy Điều đó dẫn đến hiện tượng thoát ẩm từ vật liệu sấy vào không gian bình thănghoa Như vậy kết thúc giai đoạn làm lạnh nhiệt độ vật liệu sấy nhỏ hơn nhiệt độ điểm

3 thể Áp suất trong bình thăng hoa cũng nhỏ hơn áp suất điểm 3 thể Theo số liệuthực nghiệm có khoảng 10÷15% toàn bộ ẩm thoát ra khỏi vật liệu trong giai đoạn này.

Hình 3.2- Đồ thị nhiệt độ làm việc của bình thăng hoa

A- Nhiệt độ vật liệu sấy; B- Nhiệt độ khay sấy; C- Áp suất trong bình thăng hoa

Trong giai đoạn này dòng nhiệt chủ yếu cấp cho vật liệu sấy do sự dẫn nhiệthoặc do vi sóng cấp hay là bức xạ từ các tấm bức xạ, nước trong vật liệu sấy bắt đầuthăng hoa mãnh liệt, hơi nước được tách khỏi sản phẩm bằng cách giữ cho áp suấttrong buồng sấy thăng hoa thấp hơn áp suất hơi nước trên bề mặt của băng, đồng thờitách hơi nước bằng máy bơm chân không và ngưng tụ nó bằng dàn lạnh trong bìnhđông đá Khi quá trình tiếp diễn bề mặt thăng hoa di chuyển vào sâu bên trong vật liệusấy, làm vật liệu sấy được sấy khô Trong quá trình thăng hoa, độ ẩm của vật liệu sấygiảm rất nhanh gần như tuyến tính Như vậy giai đoạn thăng hoa có thể xem là giaiđoạn có tốc độ sấy không đổi Nhiệt lượng vật liệu sấy nhận được trong giai đoạn nàydùng để biến thành nhiệt ẩn thăng hoa Nhiệt độ vật liệu sấy trong quá trình thăng hoahầu như không đổi, cuối giai đoạn này nhiệt độ sấy mới tăng dần từ -(10 ÷15)0C lên

00C Đến đây quá trình thăng hoa kết thúc

Giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại :

Sau giai đoạn thăng hoa, do trạng thái của nước trong vật liệu sấy nằm trênđiểm ba thể nên ẩm trong vật liệu sấy trở về dạng lỏng Vì khi đó áp suất trong bìnhthăng hoa vẫn duy trí nhỏ hơn áp suất khí trời nhờ bơm chân không và vật liệu sấy vẫntiếp tục được gia nhiệt nên ẩm vẫn không ngừng chuyển từ dạng lỏng sang dạng hơi

và đi vào không gian bình thăng hoa Như vậy giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại chính làquá trình sấy chân không bình thường

Hình 3.3 - Đường cong sấy:

Hình trên là đường cong sấy và nhiệt độ của vật liệu sấy trong quá trình sấythăng hoa, trong đó vật liệu sấy tự lạnh đông trong buồng thăng hoa Khi hút chânkhông xuống ẩm tự do bay hơi mạnh làm giảm nhanh nhiệt độ của vật liệu sấy xuốngđến nhiệt độ đóng băng tB của ẩm đường (A-B) Quá trình đóng băng của ẩm có tỏanhiệt nên nhiệt độ vật liệu sấy tăng lên đường (B-C) quá trình sấy thăng hoa nhiệt độtăng lên một ít theo thời gian sấy (đoạn C-D dốc lên), điều đó giải thích là ở lớp sâubên trong vật liệu sấy còn có ẩm đang đóng băng

Giai đoạn sấy tiếp theo là giai đoạn bay hơi ẩm liên kết nhiệt độ của vật liệu sấytăng lên rất nhanh

Tốc độ sấy phụ thuộc phần lớn tính cản trở nhiệt của sản phẩm và ở mức độthấp hơn vào độ cản trở đòng hơi ra khỏi bề mặt thăng hoa

3.1.3 Ưu nhược điểm của phương pháp sấy thăng hoa:

Ưu điểm:

Quá trình dịch chuyển ẩm trong sấy thăng hoa khác với quá trình dịch chuyển ẩmtrong các hệ thống sấy khác làm việc ở áp suất khí quyển Khi thăng hoa các phân tửnước không va chạm nhau, nhờ đó mà sấy thăng hoa có một ưu điểm rất lớn là bảođảm được chất lượng sinh học của sản phẩm sấy:

• Giữ được nguyên hình dạng và màu sắc ban đầu của sản phẩm

• Một yếu tố nổi bật khác trong sấy thăng hoa là cấu trúc cứng rắn tạo ra trongquá trình lạnh đông, ngăn cản sự biến dạng cấu trúc sa khi sấy Đây cũng là lý

do giải thích sản phẩm sấy thăng hoa có đặc tính hút nước trở lại nhanh hơn sovới sản phẩm sấy thông thường Sản phẩm có thể hút nước trở lại hầu như hoàntoàn trong khoảng 1 đến 3 phút và vẫn giữ lại hình dạng cấu trúc ban đầu

• Quá trình thăng hoa tạo ra các sản phẩm ổn định với thời gian bảo quản rất lâu

• Các sản phẩm thăng hoa bền trong các khoảng nhiệt độ rộng mà không cần các

hệ thống phân phối lạnh phức tạp Các sản phẩm này còn có trọng lượng nhỏ,

dễ dàng vận chuyển nên giảm được công chuyên chở

Nhược điểm:

Nhược điểm lớn nhất của hệ thống sấy thăng hoa là chi phí sấy của 1 kg sảnphẩm rất cao, hệ thống phức tạp, cồng kềnh đồng thời phải dùng bơm chân không vàmáy lạnh Do đó vận hành phức tạp , đòi hỏi công nhân vận hành phải có trình độ cao

3.1.4 Tốc độ truyền nhiệt :

Có ba phương pháp truyền nhiệt đến bề mặt thăng hoa:

- Nhiệt truyền xuyên qua các lớp đóng băng.

Tốc độ truyền nhiệt phụ thuộc vào độ dày và độ dẫn nhiệt của lớp băng, khi quátrình sấy xảy ra, chiều dày lớp băng giảm xuống và tốc độ truyền nhiệt tăng lên Nhiệt

độ bề mặt của thiết bị cấp nhiệt được giới hạn để tránh làm tan băng

- Nhiệt truyền qua lớp khô.

Tốc độ truyền nhiệt đến bề mặt thăng hoa phụ thuộc vào chiều dày và diện tíchvật liệu sấy, độ dẫn nhiệt lớp khô và độ chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt vật liệu sấy và

bề mặt băng Khi áp suất buồng sấy không đổi, nhiệt độ bề mặt băng duy trì khôngđổi Lớp khô của sản phẩm có độ dẫn nhiệt rất thấp (tương tự như vật liệu cách nhiệt)

vì thế gây ra sự cản trở dòng nhiệt Khi quá trình sấy tiếp diễn, lớp này trở lên dày hơn

và sự cản trở nhiệt tăng lên Làm giảm kích thước nguyên liệu và tăng chênh lệchnhiệt độ sẽ làm tăng tốc độ truyền nhiệt Tuy nhiên ở sấy thăng hoa, nhiệt độ bề mặt bịgiới hạn 40 – 65 0C để tránh sự biến tính của protein và các thay đổi hóa học khác,cóthể làm giảm chất lượng sản phẩm

- Truyền nhiệt bằng vi sóng :

Nhiệt được tạo ra trên bề mặt băng và tốc độ truyền nhiệt không bị ảnh hưởngbởi độ dẫn nhiệt của băng và chất khô hay độ dày lớp khô Tuy nhiên, nhiệt vi sóngkhó kiểm soát và có nguy cơ bị tình trạng quá nóng cục bộ dẫn đến sự tan chảy củabăng.

- Tốc độ truyền khối :

Khi nhiệt độ truyền tới bề mặt thăng hoa, nhiệt độ và áp suất hơi nước của băngđược tăng lên Hơi nước di chuyển xuyên qua lớp khô đến vùng có áp suất hơi thấptrong buồng sấy Ở áp suất 67 Pa 1g băng hình thành 2m3 hơi, do đó máy sấy thănghoa cần lấy đi hàng trăm mét khối hơi trong một giây qua các lỗ hổng của chất khô.Các yếu tố kiểm soát chênh lệch áp suất hơi nước là :

Áp suất trong buồng sấy

Nhiệt độ của thiết bị ngưng tụ hơi, cả hai cần để thấp đến mức chi phí chophép

Nhiệt độ băng ở bề mặt thăng hoa, cần càng cao càng tốt nhưng không đểtan chảy

Chú ý rằng : Thời gian sấy tỉ lệ với bình phương độ dày vật liệu sấy: do đónếu gấp đôi chiều dày vật liệu sấy thì sẽ kéo dài thời gian sấy gấp 4 lần

3.1.5 Thiết bị sấy thăng hoa:

Phương pháp thăng hoa thực hiện bằng cách làm lạnh vật liệu sấy, đồng thời hútchân không để cho vật liệu sấy đạt đến trạng thái thăng hoa

Các thiết bị chính trong hệ thống sấy thăng hoa:

Bình thăng hoa:

Cấu tạo bình thăng hoa là một hình trụ tròn nằm ngang được làm bằng inox

304 Một đáy được hàn liền với thân hình trụ, đáy kia là một chỏm cầu được gắn vớithân hình trụ bằng 2 vít xiết lớn và được có định bằng bản lề , có roong bằng cao su đểlàm kín (cửa bình thăng hoa) Trên thân có các lỗ khoan để gắn các thiết bị áp suất,đường ống ga, có đường nối thông giữa bình thăng hoa và bình đông đá ở phần cuối

bình thang hoa Bên trong bình thăng hoa có gắn các thanh đỡ khay và đường ống ga,điện trở gia nhiệt nằm bên mặt dưới khay.

Mục đích :

Làm lạnh đông vật liệu sấy

Đảm bảo cho quá trình thăng hoa không có không khí lọt vào bình

Đảm bảo độ bền khi bơm chân không hút đạt áp suất thăng hoa

Hình 3.4 – Một số

buồng thăng hoa trong thực tế

Bình đông đá:

Cấu tạo bình thăng hoa là một hình trụ tròn nằm ngang được làm bằng 304 Mộtđáy được hàn liền với thân hình trụ, đáy kia là một chỏm cầu được gắn với thân hìnhtrụ bằng các bulong, có ren cao su làm kín Trong bình đông đá là dàn lạnh có cánh đểngưng tụ hơi nước thoát ra từ vật liệu sấy Trên thân bình đông đá có gắn các thiết bị

áp suất,đường ống ga ra và ống ga vào, có van kết nối với bơm chân không

Mục đích :

Ngưng tụ lại lượng ẩm, không khí thoát ra từ vật liệu sấy

Để bơm chân không hút không khí khô ra ngoài

Tạo áp suất chân không

Bơm chân không

Mục đích : Hút hơi ẩm, không khí thoát ra ngoài, tạo áp suất thăng hoa

Một số hệ thống sấy thăng hoa trong thực tế:

Hình 3.5 - Sơ đồ hệ thống sấy liên tục 60 tấn/ngày của hãng NIRO

Bảng 3.1 – Thông số hệ thống sấy thăng hoa của hãng NIRO

3.2 ỨNG DỤNG CỦA SẤY THĂNG HOA TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN :

Hiện nay trên thế giới máy sấy thăng hoa tương đối phổ biến đối với các nước

có nền kinh tế phát triển mạnh

Ở Việt Nam máy sấy thăng hoa xuất hiện chưa nhiều, toàn bộ máy sấy thănghoa phải nhật khẩu từ nước ngoài làm cho chi phí rất cao, chỉ sử dụng trong một số

ngành công nghiệp trọng điểm như sấy thuốc Hiện nay nước ta đã chế tạo thành công

hệ thống sấy thăng hoa nhưng còn đang trong gia đoạn thử nghiệm chưa sản xuất quy

mô Trong tương lai hệ thống máy sấy thăng hoa được sử dụng trong nhiều ngànhcông nghiệp như ngành công nghiệp sản xuất thuốc, công nghệ thực phẩm, như sảnxuất rau củ quả, thịt gia cầm, đặc biệt là trong sản xuất thủy sản…

CHƯƠNG 4

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN QUÁ

TRÌNH SẤY THĂNG HOA

4.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY

Như chúng ta đã biết sữa ong chúa rất nhạy cảm với với các yếu tố nhiệt độ và

độ ẩm, vì vậy cần có một chế độ sấy thích hợp để sữa ong chúa đạt chất lượng cao,giữa nguyên được màu sắc, mùi vị Từ những phân tích về quá trình thăng hoa cũngnhư những ưu điểm và mục đích nghiên cứu, chúng tôi chọn hệ thống sấy thăng hoa

để sử dụng sấy sữa ong chúa

4.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA

4.2.1 Sơ đồ nhiệt hệ thống sấy thăng hoa:

Hình 4.1 - Sơ đồ nguyên lý

Hình 4.2 - Đồ thị lg-p , T-s Nguyên lý chu trình lạnh:

Hơi môi chất từ bình tách lỏng hồi nhiệt được máy nén hút về và nén lên thànhhơi có áp suất cao và nhiệt độ cao, và được đưa vào dàn ngưng tụ, ở thiết bị ngưng tụ

hơi có áp suất cao và nhiệt độ cao trao đổi nhiệt với không khí cưỡng bức nhờ quạt vàngưng tụ lại thành lỏng cao áp Lỏng cao áp được đưa đến bình chứa cao áp, lỏng từbình chứa cao áp sẽ đưa đến thiết bị tách lỏng hồi nhiệt ở đây lỏng cao áp sẽ trao đổinhiệt với hơi có áp suất thấp và nhiệt độ thấp để được quá lạnh một phần sau đó lỏngquá lạnh sẽ đi qua mắt ga, phin lọc và đi vào van tiết lưu cân bằng trong, giản áp suất

và nhiệt độ đến áp suất P0 và nhiệt độ t0 và đi vào dàn lạnh, thu nhiệt của môi trườngcần làm lạnh sôi và hóa hơi Sau đó hơi ra khỏi thiết bị bay hơi đi vào bình tách lỏnghồi nhiệt trao đổi nhiệt với lỏng cao áp để được quá nhiệt sau đó được máy nén hút vềkhép kín chu trình

Nguyên lý chu trình sấy:

Sữa ong chúa được đổ vào khay rồi được để thanh đỡ khay trong bình thănghoa Sau đó sữa ong chúa được cấp đông nhờ dan 2 lạnh trong bình thăng hoa, làmlạnh xuống -30 0C ở áp suất điểm ba thể Sau khi được cấp đông xong rồi tiến hànhhút chân không trong bình thăng hoa, đồng thời dùng điện trở gia nhiệt cho nước đangđóng băng trong sữa ong chúa thăng hoa thoát ra ngoài

4.3 CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN

4.3.1 Thông số vật liệu sấy, không khí ban đầu :

Chọn vật liệu sấy là sữa ong chúa, các thông số của sữa ong chúa:

Công suất 4(kg/mẻ)

Độ ẩm ban đầu:ϕ = 70 %

Độ ẩm sau khi sấy: ϕ = 5 %

Nhiệt độ sản phẩm: tsp = -30 0C

Nhiệt độ môi trường: tmt = 37.3 0C

Nhiệt độ bay hơi môi chất R507: t0 = - 400C

Gas lạnh R507

Số khay 2 khay: 280 x 360 x2 (mm)

4.3.2 Thông số của không khí ẩm trên đồ thị I-d: