Để bảo quản tốt các sản phẩm trong thời gian dài, nhân loại đã ứng dụng rất nhiều phương pháp. Trong số những phương pháp được ứng dụng, con người đã biết ứng dụng những điều cơ bản về kỹ thuật sấy là đem phơi nắng sản phẩm, đó là kỹ thuật sấy ứng dụng tia bức xạ của ánh nắng mặt trời. Qua nhiều giai đoạn phát triển, các loại thiết bị sấy hoàn toàn tự động được các nhà nghiên cứu chế tạo ra, đó là một bước ngoặt lớn trong công nghiệp và đời sống. Các thiết bị sấy hiện đại đã giúp đáp ứng các nhu cầu: thời gian sấy, sản phẩm sấy xong được bảo quản lâu dài, có thể giữ nguyên được màu sắc mùi vị của sản phẩm trước cũng như sau khi sấy. Các nhà khoa học đã đưa ra rất nhiều phương pháp sấy: sấy bức xạ, tiếp xúc, đối lưu,… Gọi chung là kỹ thuật sấy, để đáp ứng nhu cầu của con người. Cũng từ nhu cầu đó, thiết bị sấy chân không ra đời đã đáp ứng tốt về nhu cầu bảo quản là nâng cao thời gian bảo quản, sản phẩm sau khi sấy được giữ nguyên về màu sắc mùi vị, thời gian sấy nhanh. Sự thành công của thiết bị này đã đem lại rất nhiều lợi ích cho nền công nghiệp nói chung và ngành công nghệ thực phẩm nói riêng. Chính vì vậy, nhóm đã tìm hiểu và cải tiến thiết bị sấy chân không, để tiện cho việc việc sử dụng chúng sau này. I.Tổng quan về thiết bị sấy 1.Khái niệm Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu rắn hay lỏng. Với mục đích làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền vật liệu, bảo quản tốt trong thời gian dài, nhất đối với lương thực thực phẩm. Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha của pha lỏng trong vật liệu thành hơi. Hầu hết các vật liệu trong quá trình sản xuất đều chứa pha lỏng là nước và thường được gọi là ẩm. Vậy trong thực tế có thể xem sấy là quá trình tách ẩm bằng phương pháp nhiệt. 2.Phân loại Dựa vào tác nhân sấy hay cách tạo ra động lực quá trình dịch chuyển ẩm mà chúng ta có hai phương pháp sấy: phương pháp sấy nóng và phương pháp sấy lạnh. 2.1.Phương pháp sấy nóng Trong phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy và vật liệu sấy được đốt nóng. Do tác nhân sấy được đốt nóng nên độ ẩm tương đối φ giảm dẫn đến phân áp suất hơi nước pam trong tác nhân sấy giảm. Mặt khác do nhiệt độ của vật liệu sấy tăng lên nên mật độ hơi trong các mao quản tăng và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật cũng tăng theo công thức:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM Môn: Thực Hành Thiết Kế Máy Thực Phẩm Đề Tài: Thiết Kế Thiết Bị Sấy Chân Không GVHD: Nguyễn Ngọc Thuần Nhóm TH: Nhóm Lớp: DHTP12A (sáng thứ 5) STT Họ tên MSSV Ngô Thị Hà Lan 16021381 Nguyễn Thị Kim Dung 16037381 Trần Thị Thu Ngân 16020011 Tp.HCM, tháng 11 năm 2018 Mục lục I Tổng quan thiết bị sấy Khái niệm Phân loại .4 II 2.1 Phương pháp sấy nóng 2.2 Phương pháp sấy lạnh Tổng quan thiết bị sấy chân không Khái niệm Phân loại 10 2.1 Thiết bị sấy chân không kiểu gián đoạn .10 2.2 Thiết bị sấy chân không liên tục 11 Nguyên lý làm việc 14 Đặc trưng trình sấy 18 Các yếu tố ảnh hưởng, thông số sấy 18 Ứng dụng 19 Ưu nhược điểm tiết bị 20 III Cấu tạo chi tiết phận máy 22 Buồng sấy 22 Bộ phận ngưng tụ ẩm 22 Bơm chân không .22 IV Bản vẽ chi tiết 24 LỜI MỞ ĐẦU Để bảo quản tốt sản phẩm thời gian dài, nhân loại ứng dụng nhiều phương pháp Trong số phương pháp ứng dụng, người biết ứng dụng điều kỹ thuật sấy đem phơi nắng sản phẩm, kỹ thuật sấy ứng dụng tia xạ ánh nắng mặt trời Qua nhiều giai đoạn phát triển, loại thiết bị sấy hoàn toàn tự động nhà nghiên cứu chế tạo ra, bước ngoặt lớn công nghiệp đời sống Các thiết bị sấy đại giúp đáp ứng nhu cầu: thời gian sấy, sản phẩm sấy xong bảo quản lâu dài, giữ nguyên màu sắc mùi vị sản phẩm trước sau sấy Các nhà khoa học đưa nhiều phương pháp sấy: sấy xạ, tiếp xúc, đối lưu,… Gọi chung kỹ thuật sấy, để đáp ứng nhu cầu người Cũng từ nhu cầu đó, thiết bị sấy chân không đời đáp ứng tốt nhu cầu bảo quản nâng cao thời gian bảo quản, sản phẩm sau sấy giữ nguyên màu sắc mùi vị, thời gian sấy nhanh Sự thành công thiết bị đem lại nhiều lợi ích cho cơng nghiệp nói chung ngành cơng nghệ thực phẩm nói riêng Chính vậy, nhóm tìm hiểu cải tiến thiết bị sấy chân không, để tiện cho việc việc sử dụng chúng sau I Tổng quan thiết bị sấy Khái niệm Sấy trình dùng nhiệt để làm bay nước khỏi vật liệu rắn hay lỏng Với mục đích làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền vật liệu, bảo quản tốt thời gian dài, lương thực thực phẩm Nguyên tắc trình sấy cung cấp lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha pha lỏng vật liệu thành Hầu hết vật liệu trình sản xuất chứa pha lỏng nước thường gọi ẩm Vậy thực tế xem sấy q trình tách ẩm phương pháp nhiệt Phân loại Dựa vào tác nhân sấy hay cách tạo động lực trình dịch chuyển ẩm mà có hai phương pháp sấy: phương pháp sấy nóng phương pháp sấy lạnh 2.1 Phương pháp sấy nóng Trong phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy vật liệu sấy đốt nóng Do tác nhân sấy đốt nóng nên độ ẩm tương đối φ giảm dẫn đến phân áp suất nước pam tác nhân sấy giảm Mặt khác nhiệt độ vật liệu sấy tăng lên nên mật độ mao quản tăng phân áp suất nước bề mặt vật tăng theo cơng thức: Như vậy, hệ thống sấy nóng có hai cách để tạo độ chênh phân áp suất nước vật liệu sấy môi trường Cách thứ giảm phân áp suất tác nhân sấy cách đốt nóng cách thứ hai tăng phân áp suất nước vật liệu sấy Như vậy, nhờ đốt nóng tác nhân sấy vật liệu sấy hay đốt nóng vật liệu sấy mà hiệu phân áp nước bề mặt vật (pab) phân áp nước tác nhân sấy (pam) tăng dần đến làm tăng trình dịch chuyển ẩm từ lòng vật liệu sấy bề mặt vào môi trường Dựa vào phương thức cấp nhiệt cho vật liệu sấy người ta phân phương pháp sấy nóng loại sau: 2.1.1 Hệ thống sấy xạ Thiết bị sử dụng phương pháp sấy xạ, gia nhiệt cho vật ẩm trao đổi nhiệt xạ Người ta thường dùng đèn hồng ngoại hay bề mặt rắn có nhiệt độ cao để xạ nhiệt tới vật ẩm, trường hợp môi chất sấy không làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật ẩm 2.1.2 Hệ thống sấy đối lưu Trong hệ thống sấy đối lưu, vật liệu sấy nhận nhiệt đối lưu từ dịch thể nóng mà thơng thường khơng khí nóng khói lò Các tác nhân sấy đốt nóng vận chuyển đến trao đổi nhiệt với vật sấy Hệ thống sấy đối lưu có nhiều phương pháp để thực hiện: sấy buồng, sấy hầm, sấy khí động, sấy thùng quay, 2.1.3 Hệ thống sấy tiếp xúc Thiết bị sử dụng phương pháp sấy tiếp xúc, cấp nhiệt cho vật liệu dẫn nhiệt vật sấy tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao Thiết bị thường gồm kiểu: thiết bị sấy tiếp xúc với bề mặt nóng kiểu tang quay hay lơ quay thiết bị sấy tiếp xúc chất lỏng Nguyên lý: vật liệu sấy nhận nhiệt trực tiếp dẫn nhiệt từ bề mặt nóng có đảo trộn vật sấy không Năng lượng cấp cho bề mặt nóng từ lửa, điện, nước nóng, nước nóng, 2.1.4 Hệ thống sấy dùng điện trường cao tần Thiết bị sử dụng phương pháp sấy điện trường cao tần Dùng điện áp có tần số cao, hay gọi vi sóng đặt vào tụ điện, vật liệu sấy gia nhiệt, làm ẩm bay ngồi 2.1.5 Thiết bị sấy phun Phương pháp sấy phun: công nghệ phổ biến dùng kỹ thuật chiết tách chất lỏng công nghiệp sấy Công nghệ sấy thích hợp cho sản xuất bột, hạt nhỏ mịn từ nguyên liệu dạng dung dịch, nhũ dịch, nhuyễn dịch bơm Bột sấy phun ứng dụng sản phẩm ngành dược phẩm, thực phẩm, hóa mỹ phẩm như: trà, cà phê hòa tan, tinh bột trái cây, sữa bột, xà phòng bột Nguyên lý hoạt động: nguyên liệu sấy dạng dung dịch hay huyền phù đặc lại (chỉ khoảng 40 – 60% độ ẩm) phun thành tia, giọt mịn vào dòng khơng khí nóng (khoảng 150 – 300 độ C) chuyển động chuyền ngược chiều buồng sấy lớn Kết trình sấy nước nhanh chóng, hạt sản phẩm thu tách nhờ phận thu hồi riêng biệt Ưu điểm Thời gian sấy nhanh Sản phẩm điều chỉnh tỷ trọng theo yêu cầu Thành phẩm chất lượng cao, có độ hòa tan gần 100%, độ ẩm thấp (3 – 4%) Hoạt động liên tục, tự động hóa hồn tồn Chi phí nhân cơng thấp Vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng Thiết kế đa dạng, phù hợp với nhiều loại sản phẩm Sản phẩm không tiếp xúc với bề mặt thiết bị Nhược điểm Chi phí đầu tư cao Yêu cầu độ ẩm ban đầu cao, để tạo giọt lỏng Tốn lượng Các chất dễ bay bị thất q trình sấy khơ * Ưu điểm phương pháp sấy nhiệt độ cao + Thời gian sấy phương pháp sấy nóng ngắn so với phương pháp sấy lạnh + Năng suất cao chi phí ban đầu thấp + Nguồn lượng sử dụng cho phương pháp sấy nóng khói thải, nước nóng, hay nguồn nhiệt từ dầu mỏ, than đá, rác thải, điện + Thời gian làm việc hệ thống cao * Nhược điểm hệ thống sấy nhiệt độ cao + Các vật sấy khơng cần có yêu cầu đặc biệt nhiệt độ + Sản phẩm sấy thường hay bị biến màu chất lượng không cao 2.2 Phương pháp sấy lạnh Khác với phương pháp sấy nóng, để tạo chênh lệch áp suất nước vật liệu sấy tác nhân sấy, người ta giảm phân áp suất nước tác nhân sấy cách giảm dung ẩm tác nhân sấy độ ẩm tương đối (φ) Theo công thức: pa= Trong đó: Pa: phân áp suất nước (kN/m2) B: áp suất khí trời (kN/m2) d: dung ẩm khơng khí Phân áp suất mơi trường khơng khí bên ngồi giảm xuống, độ chênh áp suất ẩm vật sấy vào môi trường xung quanh tăng lên Ẩm chuyển dịch từ vật bề mặt chuyển vào môi trường Nhiệt độ môi trường sấy lạnh thường thấp (có thể thấp nhiệt độ mơi trường bên ngồi, có nhỏ 0oC) 2.2.1 Hệ thống sấy lạnh nhiệt độ t > Với hệ thống sấy mà nhiệt độ vật liệu sấy nhiệt độ tác nhân sấy xấp xỉ nhiệt độ môi trường, tác nhân sấy thường khơng khí khử ẩm phương pháp làm lạnh máy khử ẩm hấp phụ, sau đốt nóng làm lạnh đến nhiệt độ yêu cầu cho qua vật liệu sấy Khi phân áp suất nước tác nhân sấy bé phân áp suất nước bề mặt vật liệu sấy mà ẩm từ dạng lỏng bay vào tác nhân sấy Như vậy, quy luật dịch chuyển ẩm lòng vật từ bề mặt vật vào môi trường hệ thống sấy lạnh loại hoàn toàn giống hệ thống sấy nóng Điều khác cách giảm pam cách đốt nóng tác nhân sấy (d = const) để tăng áp suất bão hoà dẫn đến giảm độ ẩm tương đối φ Trong đó, với hệ thống sấy lạnh có nhiệt độ tác nhân sấy nhiệt độ mơi trường ta tìm cách giảm phân áp suất nước tác nhân sấy pam cách giảm lượng chứa ẩm d kết hợp với trình làm lạnh (sau khử ẩm hấp phụ) đốt nóng (sau khử ẩm lạnh) 2.2.2 Hệ thống sấy thăng hoa Phương pháp sấy thăng hoa thực điều kiện nhiệt độ áp suất thấp Chế độ làm việc thấp điểm ba thể nước (t = 0,0098oC, p = 4,58mmHg) Quá trình sấy thực buồng sấy kín Giai đoạn đầu giai đoạn làm lạnh sản phẩm, giai đoạn hút chân không làm áp suất buồng sấy giảm, ẩm thoát chiếm khoảng 10÷15% Việc bay ẩm làm cho nhiệt độ vật liệu sấy giảm xuống điểm ba thể, làm lạnh vật liệu buồng làm lạnh riêng Giai đoạn giai đoạn thăng hoa, lúc này, nhiệt độ buồng sấy chế độ thăng hoa Ẩm vật dạng rắn thăng hoa thành thoát khỏi vật Hơi ẩm đến bình ngưng ngưng lại thành lỏng sau thành băng bám bề mặt ống Trong giai đoạn nhiệt độ vật không đổi Giai đoạn sau giai đoạn bay ẩm lại Trong giai đoạn nhiệt độ vật tăng lên, ẩm vật ẩm liên kết trạng thái lỏng Quá trình sấy giai đoạn giống trình sấy thiết bị sấy chân không thông thường Nhiệt độ môi chất lúc cao giai đoạn thăng hoa Ưu điểm phương pháp sấy thăng hoa nhờ sấy nhiệt độ thấp nên giữ tính chất tươi sống sản phẩm, dùng để sấy thực phẩm giữ chất lượng hương vị sản phẩm, không bị vitamin Tiêu hao lượng để bay ẩm thấp Tuy nhiên phương pháp có nhược điểm giá thành thiết bị cao, vận hành phức tạp, người vận hành cần có trình độ kỹ thuật cao, tiêu hao điện lớn., số lượng sản phẩm cần sấy bị giới hạn , tăng suất kích thước buồng sấy q lớn, thiết bị cho buồng chân không cần kín Dầu bơi trơn cho máy móc hoạt động loại đặc biệt, đắt tiền khó kiếm để thay thế, bổ sung 2.2.3 Hệ thống sấy chân khơng thơng thường Hệ thống sấy chân khơng gồm có buồng sấy, thiết bị ngưng tụ bơm chân không Vật sấy cho vào buồng kín, sau buồng hút chân khơng (ở áp suất lớn 4,56 mmHg) Lượng ẩm vật tách khỏi vật hút Nhiệt độ buồng sấy dao động xung quanh nhiệt độ trời Phương pháp phức tạp khả giữ buồng chân khơng, thể tích ln giới hạn đến mức độ Chính phương pháp khơng sử dụng phổ biến phương pháp khác mà sử dụng để sấy vật liệu, dược liệu quý hiếm, với số lượng nhỏ Do buồng sấy có chân khơng nên khơng thể dùng cấp nhiệt đối lưu, việc cấp nhiệt cho vật ẩm xạ hay dẫn nhiệt II Tổng quan thiết bị sấy chân không Khái niệm Sấy chân không q trình sấy áp suất chân khơng, lượng ẩm tách khỏi vật liệu bơm chân không hút khỏi buồng sấy Phân loại 2.1 Tủ sấy Thiết bị sấy chân không kiểu gián đoạn Tủ sấy chân không thiết bị sấy đơn giản nhất, có dạng hình trụ hình hộp chữ nhật, cấp nhiệt nước, nước nóng sợi đốt điện trở Vật liệu xếp vào khay cho vào tủ sấy đặt trực tiếp lên nguồn nhiệt cấp nhiệt xạ Trong thời gian làm việc tủ đóng kín nối với hệ thống tạo chân không (thiết bị ngưng tụ bơm chân không) Việc cho liệu vào lấy liệu thực tay Tủ sấy chân khơng có suất nhỏ hiệu thấp nên sử dụng chủ yếu phòng thí nghiệm Thùng sấy có cánh đảo Hình 1: Thùng sấy chân không cánh đảo 1-Thùng sấy 2-Áo nhiệt 3-Cánh đảo 4-Cửa tiếp liệu 5- Ống đảo phụ 6- Cửa tháo sản phẩm 7- Ống nối với thiết bi ngưng tụ Để tăng khả truyền nhiệt chuyển khối, sản phẩm thùng sấy đảo trộn nhờ trục gắn cánh đảo Thùng sấy hình trụ dài có hai lớp để chứa tải chất tải nhiệt (hơi nước nước nóng) Trục cánh đảo đổi chiều quay theo định kỳ (58 phút) để tăng đảo trộn đặn chống bết dính theo chiều quay Ngồi cánh đảo có ống đảo phụ để phá vỡ vón cục đảo theo chiều dọc thùng sấy Năng suất thùng sấy phụ thuộc vào tính chất, độ ẩm ban đầu vật liệu, nhiệt độ chất tải nhiệt độ chân không Ở thùng sấy này, tiếp liệu tháo sản phẩm phần lớn giới hóa Hơi thứ bốc từ sản phẩm dẫn qua lọc tới thiết bị ngưng tụ Đối với nước thường dùng thiết bị ngưng tụ dạng phun tia, với nhũng loại cần thu hồi dùng thiết bị ngưng tụ bề mặt Để hút khí khơng ngưng người ta thường dùng bơm chân khơng vòng nước Ngun liệu cho vào thùng sấy tốt khoảng 80% thể tích thùng 2.2 Thiết bị sấy chân không liên tục Quá trình sấy chân khơng liên tục thực theo nguyên lý: Thùng quay, băng tải, tháp cho vật liệu dạng hạt - Với vật liệu dạng hạt thường sấy tháp sấy chân khơng - Đối với vật liệu rời, sấy liên tục thiết bị sấy chân không băng tải Hình 2: Sơ đồ thiết bị sấy chân khơng băng tải Phểu tiếp liệu Băng tải Tang cấp liệu Con lăn Bộ dẫn động băng tải Con lăn đỡ Cửa quan sát 10 Cửa rút chân không Dàn cấp nhiệt 11 Vít tháo sản phẩm Ống dẫn cấp nhiệt 12 Thùng tháo sản phẩm Lô cho vật liệu dạng dịch nhão - Với loại vật liệu lỏng có độ dính ướt cao, sử dụng thiết bị sấy chân không lô Lô quay quanh trục nằm ngang đốt nóng từ bên nước Lơ quay vòng vật liệu sấy khô tay gạt gạt khỏi lơ cán tải vào vít tải hay tang tháo liệu liên tục mà đảm bảo độ chân không - Với vật liệu dạng bột nhão người ta sử dụng thiết bị sấy chân không hai lô cán Bột nhão cấp vào khe hai lô cán ngược quay chiều nhau, bị cán mỏng lên bề mặt hai lô cán, bên gia nhiệt nước Vật liệu lô quay gần vòng khơ dao gạt vào vít tải tải ngồi Hình 3: Thiết bị sấy chân không lô cán Ống dẫn liệu vào 4.Cửa quan sát Lô sấy Dao gạt Buồng chân khơng Vít tháo sấy bổ sung sản phẩm Sấy phun chân không vật liệu lỏng có độ nhớt khơng cao Hình 4: Sơ đồ hệ thống sấy phun chân khơng Thùng chứa Thiết bị gia nhiệt Bơm Buồng sấy phun Bộ lọc Vít tháo sản phẩm Thùng trung gian Bơm chân không Bơm Trong hệ thống sấy phun chân không này, dịch lỏng gia nhiệt sơ thùng chứa bơm bơm qua lọc 2, sang thùng trung gian 4, sau bơm cao áp đẩy qua thiết bị trao đổi nhiệt phun vào buồng chân không Ở ẩm bốc điều kiện chân không, sản phẩm làm khô kết tinh rơi xuống vít tải tải ngồi Những hạt vật liệu khơ nhỏ bị theo ẩm tách xyclon 10, ẩm hút qua thiết bị ngưng tụ bơm chân khơng ngồi Một số dịch lỏng có độ nhớt không cao sấy liên tục dạng màng mỏng chân khơng Hình 5: Sơ đồ thiết bị sấy chân khơng màng phun Vòi phun Bộ dẫn động cấp dịch Dao gạt Trong thiết bị này, dịch vòi phun phun lên bề mặt thiết bị hình trụ tạo thành màng mỏng cấp nhiệt áo nhiệt từ phía bên ngồi vào Vòi phun quay quanh trục tạo màng liên tục Màng sấy khô dao gạt gạt khỏi bề mặt dồn xuống đáy tháo qua cấu tháo liệu liên tục kín Bề mặt thiết bị vừa giải phóng phun tiếp màng tiếp tục chu trình Thời gian sấy hiệu chỉnh số vòng quay góc lệch vòi phun dao gạt Ngun lý làm việc Nguyên lý hoạt động hệ thống sấy ứng dụng cơng nghệ chân khơng sử dụng nguyên lý phụ thuộc vào áp suất điểm sôi nước Nếu làm giảm (hạ thấp) áp suất thiết bị chân không xuống đến áp suất mà nước vật bắt đầu sôi bốc tạo nên dòng chênh lệch áp suất đáng kể dọc theo bề mặt vật, làm hình thành nên dòng ẩm chuyển động vật liệu theo hướng từ bề mặt vật Điều có nghĩa áp suất định nước có điểm sơi định, hút chân không làm cho áp suất vật giảm đến mức nhiệt độ vật (cũng nhiệt độ nước vật) đạt đến nhiệt độ sôi nước áp suất đấy, nước vật hóa làm tăng áp suất vật tạo nên chênh lệch áp suất p = (pbh- ph) áp suất bão hòa nước bề mặt vật phân áp suất nước mơi trường đặt vật sấy, nguồn động lực tạo điều kiện thúc đẩy q trình di chuyển ẩm từ bên vật bề mặt bay q trình sấy chân khơng Hình 1: Cấu tạo máy sấy chân khơng Sau cho nguyên liệu cần sấy vào buồng sấy, bật máy, trình sấy bắt đầu Áp suất buồng sấy giảm dần hệ thống bơm hút tạo ra, áp suất giảm gần tới ngưỡng yêu cầu, hệ thống nhiệt bắt đầu cấp nhiệt cho buồng sấy Tại thời điểm này, áp suất buồng sấy thấp nên cần cấp nhiệt phạm vi 30-50ºC nước sơi, nước sản phẩm nhanh chóng hóa khuếch tán ngồi Khi nước sản phẩm sấy, áp suất buồng sấy tăng lên, lúc hệ thống điều khiển cấp tín hiệu cho bơm hút chân khơng làm việc Khơng khí buồng sấy mang nhiều nước hút cần đưa vào buồng ngưng tụ nước để ngưng tụ hồn tồn nước trước khơng khí vào máy hút chân khơng Q trình hút diễn liên tục, nước sản phẩm thoát bị hút khỏi buồng sấy nên sản phẩm nhanh khô đảm bảo màu sắc đẹp nhiệt độ sấy thấp Đó ngun lý sấy chân khơng máy sấy nói chung cơng nghệ sấy chân khơng thực phẩm nói riêng Các máy sấy ứng dụng chân không thường dùng nhiều ngành công nghiệp khác công nghiệp thực phẩm, chế tạo dược liệu, sản xuât gỗ quý nhiều ngành công nghiệp khác Chế độ sấy: tùy thuộc vào đặc tính, tính chất loại vật liệu sấy ảnh hưởng đến tốc độ sấy mà ta cần quan tâm xem xét để chọn thơng số áp suất, nhiệt độ thích hợp cho loại vật liệu sấy Bảng 1: Mối quan hệ áp suất nhiệt độ hóa nước mmH g o C 76 10 149, 60 92,5 50 55,3 40 31,8 30 17,5 20 9,2 10 6,5 Hình 2: Quan hệ nhiệt độ điểm sôi nước áp suất 6,1 5,6 5,2 4,9 4,5 Hình 3: Sơ đồ trạng thái nước Dựa vào biểu đồ trạng thái nước biểu đồ hình 3, cho thấy: Trên biểu đồ, đường cong OA đường cân lỏng - hơi, OB đường cân lỏng- rắn, OC đường cân rắn- khí Từ điểm ba thể nước (p = 4,56 mmHg, t = 0,098 oC) cho thấy: Nếu sấy điều kiện áp suất buồng sấy lớn 4,56 mmHg xảy q trình sấy chân khơng, cần sấy nhiệt độ sấy thấp, thấp nhiệt độ môi trường đủ xảy trình chuyển lỏng sang trạng thái Phương pháp cấp nhiệt: buồng sấy chân không, đối tượng sấy thường gia nhiệt phương pháp tiếp xúc xạ Với phương pháp cấp nhiệt tiếp xúc, đối tượng sấy đặt trực tiếp lên nguồn nhiệt tiếp xúc với nguồn nhiệt qua vật liệu dẫn nhiệt tốt Nguồn lượng nhiệt điện nước nóng Để nâng cao hiệu truyền nhiệt cần tạo điều kiện tiếp xúc tốt đối tượng sấy bề mặt dẫn nhiệt Cấp nhiệt xạ phương thức cấp nhiệt cho đối tượng sấy có hiệu cao, sử dụng rộng rãi Bởi xạ không tạo dòng cấp nhiệt lớn bề mặt vật (khoảng 20 100 lần so với dòng nhiệt cấp đối lưu), mà xuyên sâu vào lòng đối tượng lớp định (phụ thuộc vào đặc tính quang học nguồn đối tượng) 4 Đặc trưng trình sấy Quá trình sấy diễn phức tạp, đặc trưng cho tính khơng thuận nghịch khơng ổn định Nó diễn đồng thời q trình: Truyền nhiệt cho vật liệu Dẫn ẩm dòng vật liệu Chuyển pha Tách ẩm vào môi trường xung quanh Các yếu tố ảnh hưởng, thông số sấy Các yếu tố ảnh hưởng Ảnh hưởng nhiệt độ khơng khí Trong điều kiện độ ẩm khơng khí, tốc độ gió, nâng cao nhiệt độ làm khơ tốc độ làm khơ nhanh Nhưng tăng nhiệt độ giới hạn cho phép nhiệt độ làm khơ cao q dễ tạo nên màng cứng bề mặt nguyên liệu làm cản trở thoát nước từ nguyên liệu ngồi Nhiệt độ làm khơ thấp q khơng tốt, tốc độ làm khơ chậm, làm giảm suất thiết bị Nhiệt độ làm khơ thích hợp xác định dựa vào chất nguyên liệu Sự ảnh hưởng tốc độ chuyển động khơng khí Đây nhân tố có ảnh hưởng lớn đến q trình làm khơ Tốc độ gió q lớn nhỏ ảnh hưởng không tốt đến q trình làm khơ Bởi tốc độ chuyển động khơng khí q lớn khó giữ nhiệt lượng nguyên liệu sấy, tốc độ chuyển động khơng khí q nhỏ làm chậm lại q trình làm khơ, dẫn đến hư hỏng sản phẩm lên mốc, thối rửa Sự ảnh hưởng độ ẩm tương đối khơng khí Khả làm khơ khơng khí phụ thuộc nhiều vào độ ẩm Độ ẩm khơng khí thấp khả hút ẩm cao khả làm khô lớn Trong q trình sấy, độ ẩm khơng khí tăng lên tiếp xúc lấy ẩm nguyên liệu Các nhà khoa học cho rằng: Độ ẩm tương đối khơng khí lớn 65% tốc độ làm khơ chậm lại rõ rệt, độ ẩm tương đối 80% khơng q trình làm khơ ngừng lại mà xảy q trình ngược lại tức nguyên liệu hút ẩm khơng khí Các thơng số sấy + Nhiệt độ sấy: thơng số quan trọng q trình sấy, nhiệt độ buồng sấy định khả hóa nước, định màu sắc sản phẩm, định chất lượng sản phẩm sau sấy + Áp suất buồng sấy: trình sấy lượng nước khơng khí buồng sấy liên tục hút nhờ hệ thống bơm hút chân khơng Áp suất sấy q trình sấy có giá trị nằm khoảng – bar, giá trị áp suất chân không tuyệt đối, giá trị áp suất khí tức áp suất bình thường không hút Áp suất buồng sấy thấp, gần giá trị tốt nhiệt độ hóa nước giảm + Độ ẩm sản phẩm: giá trị đo độ ẩm buồng sấy q trình sấy khơ sản phẩm Thông số cho biết sản phẩm sấy đạt đạt độ khô đến mức + Thời gian sấy: thông số cần cài đặt rong trình sấy để mẻ sấy kết thúc theo u cầu mong muốn Ngồi số thơng số khác, phải điều chỉnh thuộc phần mặc định máy cài đặt sẵn Ứng dụng Sấy khô công nghệ chân khơng thường dùng cho vật liệu có đặc trưng nhiều tinh dầu, có mùi hương, loại dược phẩm loại nông sản, dược phẩm yêu cầu phải sấy nhiệt độ thấp để không làm biến đổi tính chất đặc biệt nguyên liệu trước sấy Bảng: Ứng dụng máy sấy chân không vào sản phẩm Ưu nhược điểm thiết bị Ưu điểm: • Hầu khơng làm biến đổi tính chất vật sấy: ưu điểm lớn sấy chân khơng khiến lựa chọn nhiều ngành công nghiệp khơng làm biến đổi tính chất sản phẩm trước sau sấy, giữ màu sắc sản phẩm tự nhiên, không hương vị, giữ nguyên chất dinh dưỡng hay hoạt chất sản phẩm sấy Ví dụ ngành công nghệ gỗ quý trầm hương Đây loại gỗ đặc biệt khó sấy, yêu cầu nhiệt độ sấy phải thấp nhiệt độ mơi trường nhiều lần để đảm bảo giữ ngun tính chất trầm • Phù hợp với việc sấy khơ sản phẩm sấy khô hoa quả, thực phẩm, nơng sản, dược liệu • nhỏ Phù hợp với nhiều quy mô sản xuất, đặc biệt phù hợp với quy mơ sản xuất vừa • Sản phẩm khơ nhanh nước buồng sấy liên tục hút ra, tránh trang thái bão hòa nước • Tiến hành sấy nhiệt độ thấp khoảng 20-50ºC (có thể thấp nhiệt độ mơi trường), cơng suất cấp nhiệt nhỏ, tiết kiệm chi phí • Máy sấy chân khơng hoạt động theo chương trình lập trình sãn, thao tác dễ dàng, thực nhanh • Các sản phẩm sấy khô công nghệ chân thời gian bảo quản lâu: Thời gian bao quản thường dài hẳn sản phẩm sấy công nghiệp khác Sản phẩm sau sấy chân khơng bị tác động từ điều kiện môi trường xung quanh • Chất lượng sản phẩm sấy cao: Đáp ứng nhiều yêu cầu khắt khe đảm bảo tiêu chuẩn kép nước • Giá máy sấy chân không đa dạng: Tùy theo quy mô sản xuất doanh nghiệp khiến giá thành sản phẩm cho có tính cạnh tranh • Thời gian sấy khô sản phẩm máy sấy ngắn nhiều so với hệ thống sấy nước, hay máy sấy ứng dụng công nghệ khác, thời gian sấy 1/3 loại sấy thông thường, tiết kiểm thời gian sủ dụng Nhược điểm: • Máy sấy chân khơng có kích thước lớn so với so với dòng máy thông thường, máy kèm theo phận bơm hút chân không, phận ngưng tụ nước, thành máy dãy lớn, cứng vững • Khối lượng máy nặng nhiều so với loại máy sấy thơng thường • Khơng phù hợp với sản phẩm cần phải sấy nhiệt độ cao • Khơng phù hợp với quy mơ sản xuất gia đình máy có kích thước lớn, khối lượng lớn • Giá thành máy sấy cao, thường gấp 3-5 máy sấy thông thường III Cấu tạo chi tiết phận máy Một hệ thống sấy chân khơng hồn chỉnh thường bao gồm phận nhiều chi tiết nhỏ cấu thành phận máy chuyên dụng cho sấy chân không là: Buồng sấy Bao gồm nhiều chi tiết nhỏ cấu thành như: công tắc, đồng hồ rơ- le nhiệt, chốt cửa tủ sấy, khay sấy, điện trở, van xả khí, van hút chân khơng, đồng hồ đo áp suất, cảm biến nhiệt Đây nơi sản phẩm cần sấy chứa bên sấy, buồng sấy máy sấy chân đảm bảo cứng vững, đủ độ dày thành máy, đảm bảo độ kín khít để chịu áp suất nén lớn Buồng sấy thường hình trụ áp suất chân khơng phân bố Bộ phận ngưng tụ ẩm Ngưng tụ ẩm có vật liệu, biến ẩm thành nước Các chi tiết phận ngưng tụ ẩm bao gồm: thiết bị ngưng tụ ẩm, ống xoắn đồng Giữa thiết bị sấy thiết bị ngưng tụ ẩm ống dẫn phía có gắn khóa chân khơng Đây phận cần lắp đặt trước cổng vào máy hút chân không, lượng nước nhiều nên cần phải lọc hết nước trước luồng khí hút vào bơm hút chân khơng Bơm chân không Bộ phận bơm chân không mắc nối tiếp thiết bị ngưng tụ ẩm ống dẫn, ống dẫn có gắn phin có chức lọc bụi, lọc ẩm Bơm hút chân khơng có tác dụng hút tồn lượng vật chất dạng khí oxy, CO2, nước khỏi buồng sấy Phân loại Bơm piston, bơm rotor, bơm trục vít, bơm li tâm… Bơm cấp, bơm hai hay nhiều cấp Bơm chân khơng vòng dầu hay vòng nước => Sử dụng bơm chân khơng vòng dầu Ngun lý hoạt động Các cánh bơm thiết kế đặt rotor Rotor đặt lệch tâm so với buồng bơm Khi rotor quay lực ly tâm làm cánh bơm văng ma sát với buồng bơm lấy không khí xả ngồi để tạo chân khơng Khơng khí trộn lẫn với dầu nên đầu bơm có hệ thống lọc tách dầu, dầu giữ lại cho vào buồng chứa dầu, dầu từ buồng chứa trở lại buồng làm việc để tiếp tục trình Cổng hút trang bị lọc khí nhằm giảm chất bẩn lượng nước lẫn vào dầu nhằm tăng hiệu suất làm việc bơm Các loại máy sấy chân không kiểu tủ thường xuất thêm vài phận khác, số loại khác lại bớt vài phận để đáp ứng đặc trưng sản phẩm yêu cầu riêng người dùng máy sấy PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN THIẾT BỊ SẤY CHÂN KHÔNG ¯ Thêm khay sấy, điện trở Tăng suất thiết bị sấy Giảm thời gian sấy nguyên liệu ¯ Thêm quạt buồng sấy Điều hòa nhiệt độ, áp suất buồng sấy Tăng hiệu suất tách ẩm từ nguyên IV Bản vẽ chi tiết TÀI LIỆU THAM KHẢO Tập thể tác giả (2012), “sổ tay Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, tập 2” NXB khoa học kỹ thuật Tập thể tác giả (2017), “giáo trình thực hành trình thiết bị cơng nghệ hóa học” NXB Đại học Cơng nghiệp Tp HCM Giáo trình Kỹ thuật sấy nơng sản, tr 91- 98 NXB Đại học Nông nghiêp Các q trình cơng nghệ sản xuất thực phẩm_ TS Lê Ngọc Thuy