Tính toán, thiết kế hệ thống sấy cá bằng phương pháp sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại năng suất 100kg sản phẩm khô mẻ sấy

 Phân loại quá trình sấy Người ta phân biệt 2 phương pháp sấy: Sấy tự nhiên: Sấy bằng không khí không được đốt nóng, phương pháp này thời gian sấy dài, khó điều chỉnh quá trình và độ ẩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Giảng viên hướng dẫn : TS TRẦN ĐẠI TIẾN

Sinh viên thực hiện : TRẦN TRUNG VŨ

Mã số sinh viên : 56135087

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

LỜI CẢM ƠN

Sau bốn năm học tại trường Đại học Nha Trang, đến nay tôi đang ở trong giai đoạn cuối của chương trình đào tạo tại trường và hoàn thành đồ án tốt nghiệp đại học

Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự giúp đỡ vô cùng quý giá

từ Ban chủ nhiệm Khoa Cơ Khí đã tạo điều kiện hết sức thuận lợi, cùng sự chỉ bảo, sẵn sàng giúp đỡ của các Thầy Cô trong bộ môn Kỹ thuật Nhiệt – Lạnh Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban chủ nhiệm Khoa Cơ Khí cùng toàn thể các Thầy, Cô giáo đã tham gia giảng dạy tôi trong suốt bốn năm qua

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành, lời biết ơn sâu sắc tới Thầy Trần Đại Tiến

đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo, đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Cha, Mẹ, các Anh Chị, và tất cả những người bạn

đã giúp tôi suốt chặng đường học tập cũng như suốt thời gian làm đề tài tốt nghiệp, đã cho tôi động lực để hoàn thành khóa học và đề tài tốt nghiệp của mình

Tôi xin chân thành cảm ơn !

Nha Trang, tháng 6 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Trần Trung Vũ

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI viii

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SẤY THỦY SẢN 2

1.1 Quá trình sấy 2

1.2 Đặc điểm của quá trình sấy 3

1.3 Những biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy 4

1.4 Cơ chế thoát ẩm của ra khỏi vật liệu sấy 5

1.5 Một số nhân tố ảnh hưởng tốc độ sấy 8

1.6 Các phương pháp sấy 10

1.7 Giới thiệu phương pháp sấy lạnh 11

1.8 Giới thiệt về sấy hồng ngoại 13

1.8.1 Khái niệm về bức xạ hồng ngoại 13

1.8.2 Nhiệt bức xạ hồng ngoại 14

1.8.3 Sấy khô bằng phương pháp hồng ngoại 14

1.8.4 Ưu điểm của sấy hồng ngoại 15

1.8.5 Hạn chế của phương pháp sấy hồng ngoại 16

1.9 Tổng quan về vật liệu sấy cá cơm 16

CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 19

2.1 Xác định các thông số thiết kế 19

2.1.1 Xác định thông số tại nơi lắp đặt 19

2.1.2 Các thông số ban đầu 19

2.1.3 Xây dựng đường cong sấy, tốc độ sấy 20

2.1.4 Thiết lập đường cong sấy 22

2.2 Lựa chọn phương án thiết kế 24

2.2.1 Đồ thị I-d 25

2.2.1.1 Chế độ sấy lạnh 25

2.2.1.2 Chế độ sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại 29

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC PHÒNG SẤY VÀ NHIỆT TẢI CHO PHÒNG SẤY 33

3.1 Tính toán kích thước phòng sấy 33

3.1.1 Khối lượng vật liệu sấy trước khi sấy 33

3.1.2 Số lượng xe goòng, kích thước phòng sấy 33

3.2 Tính lượng nhiệt tải của buồng sấy 38

3.3 Tổn thất nhiệt 42

3.3.1 Tổn thất làm nóng vật liệu sấy 42

3.3.2 Tổn thất nhiệt qua vách 43

3.3.3 Tổn thất nhiệt trong phòng sấy 44

3.3.3.1 Đối với sấy lạnh 44

3.3.3.2 Đối với sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại 44

CHƯƠNG 4: CHU TRÌNH VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ HỆ THỐNG 45

4.1 Sơ đồ nguyên lí và đồ thị p-i 45

4.1.1 Sơ đồ nguyên lí 45

4.1.3 Môi chất 46

4.2 Tính toán thiết bị cho hệ thống 47

4.2.1 Nhiệt độ ngưng tụ 47

4.2.2 Nhiệt độ bay hơi 47

4.2.3 Tính toán chu trình 47

4.2.4 Chọn thiết bị cho hệ thống 48

CHƯƠNG 5: TRANG BỊ TỰ ĐỘNG HÓA 55

5.1 Mạch điện điều khiển cơ 55

5.1.1 Mạch động lực 55

5.1.2 Mạch điều khiển 56

5.1.3 Mạch sự cố 60

5.2 Mạch điều khiển PLC 61

5.2.1 Bảng kí hiệu trong chương trình PLC 61

5.2.1.1 Bảng kí hiệu ngõ vào 61

5.2.1.2 Bảng kí hiệu ngõ ra 62

5.2.2 Chương trình PLC 62

5.2.2.1 Chương trình viết PLC 62

5.2.2.2 Thuyết minh chương trình PLC 68

5.2.2.3 Sơ đồi nối dây PLC S7-300 với hệ thống 71

5.3 Cách cài đặt và sử dụng ewelly 181-H 72

CHƯƠNG 6: VẬN HÀNH HỆ THỐNG 75

6.1 Chuẩn bị chạy máy 75

6.2 Khởi động máy và chạy máy bằng mạch cơ có dùng Ewelly 75

6.3 Khởi động máy và chạy máy bằng PLC 76

6.4 Dừng máy 76

CHƯƠNG 7: SƠ BỘ GIÁ THÀNH, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78

7.1 Bảng giá thành 78

7.2 Kết luận 78

7.3 Kiến nghị 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Các giá trị lý thuyết sấy lạnh 21

Bảng 2.2 Các giá trị lý thuyết sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại 21

Bảng 2.3 Các thông số của không khí ẩm 26

Bảng 2.4 Các thông số của không khí ẩm 29

Bảng 4.1 Bảng thông số của chu trình 47

Bảng 4.2 Bảng dàn nóng 50

Bảng 4.3 Thông số tổn thất áp suất 52

Bảng 5.1 Bảng kí hiệu ngõ vào 60

Bảng 5.2 Bảng kí hiệu ngõ ra 61

Bảng 5.3 Các thông số thủ tục 73

Bảng 7.1 Sơ bộ giá thành 77

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cá cơm nguyên liệu tươi 17

Hình 1.2- 1.3 Cá cơm sau khi sấy 18

Hình 2.1 Độ ẩm giảm trong thời gian sấy lạnh 22

Hình 2.2 Độ ẩm giảm trong thời gian sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại 23

Hình 2.3 Đường cong sấy lạnh 23

Hình 2.4 Đường cong sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại 24

Hình 2.5 Biến đổi không khí ẩm trên đồ thị i – d 25

Hình 2.6 Bố trí thiết bị trong hệ thống (sấy lạnh) 27

Hình 2.7 Biến đổi không khí ẩm trên đồ thị i – d 28

Hình 2.8 Bố trí thiết bị trong hệ thống (sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại) 30

Hình 3.1 Kích thước xe goong 33

Hình 3.2 Chiều cao của phòng sấy (theo chế độ sấy lạnh) 34

Hình 3.3 Chiều cao của phòng sấy (theo chế độ sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại) 35

Hình 3.4 Biểu diễn bố trí xe goòng trong phòng sấy theo chiều rộng (1 tầng) 36

Hình 3.5 Biểu diễn bố trí xe goòng trong phòng sấy theo chiều dài (1 tầng) 37

Hình 3.6 Vách cách nhiệt của phòng sấy 42

Hình 4.1.Sơ đồ nguyên lí 44

Hình 4.2 Đồ thị p – i 45

Hình 4.3 Thông số kĩ thuật của mén nén 48

Hình 4.4 Hình ảnh dàn lạnh DL70/554A 49

Hình 4.5 Thông số kĩ thuật của dàn lạnh DL42/503A 49

Hình 4.6 Hình ảnh dàn nóng 50

Hình 4.7 Hình ảnh của van tiết lưu 51

Hình 4.8 Hình ảnh của đèn hồng ngoại 51

Hình 4.9 Hình ảnh quạt gió 53

Hình 5.1 Mạch điện động lực 53

Hình 5.2 Mạch tự động hóa khi sấy lạnh 55

Hình 5.3 Mạch điều khiển giảm tải cho máy nén 56

Hình 5.4 Mạch tự động hóa khi sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại 58

Hình 5.5 Mạch sự cố 60

Hình 5.6 Khởi động quạt chính, quạt dàn lạnh, quạt dàn nóng 60

Hình 5.7 Khởi động máy nén, đèn hồng ngoại và cấp dịch cho máy nén 62

Hình 5.8 Tín hiệu analog từ cảm biến truyền về điều khiển dàn nóng phụ 1 và van điện từ 1 63

Hình 5.9 Khởi động cuộn biến tần hay van điện từ 1 và quạt dàn ngóng phụ 1 63

Hình 5.10 Tín hiệu analog từ cảm biến truyền về điều khiển dàn nóng phụ 2 và van điện từ 2 64

Hình 5.11 Khởi động cuộn biến tần hay van điện từ 2 và quạt dàn ngóng phụ 2 64

Hình 5.12 Dừng hệ thống, tắt quạt chính, quạt dàn lạnh và đèn hồng ngoại 65

Hình 5.13 Tắt quạt dàn nóng 65

Hình 5.14 Tắt van cấp dịch và máy nén 66

Hình 5.15 Sự cố 66

Hình 5.16 Tắt sự cố 67

Hình 5.17 Bảng điều khiển mô phòng chương trình PLC 67

Hình 5.18 Hình ảnh bộ điều khiển PLC S7-300 69

Hình 5.19 Sơ đồ nối dây PLC S7-300 69

Hình 5.20 Sơ đồ nối dây 70

Hình 5.21 Rơ le nhiệt ewelly 181-H 71

Hình 5.22 Sơ đồ kết nối EW 72

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI

STT Ký hiệu, viết tắt Ý nghĩa tương đương

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc đổi mới đất nước hiện nay thì vấn đề xuất khẩu hàng hóa để thu

về ngoại tệ cho đất nước là một vấn đề cực kì quan trọng đòi hỏi các ngành phải nỗ lực hết mình để thực hiện điều đó.Trong đó ngành kỹ thuật lạnh và chế biến thủy sản cũng đóng góp một phần quan trọng

Việt Nam là nước có sản lượng sản phẩm trong lĩnh vực nông, lâm, ngư nghiệp lớn, tuy nhiên chủ yếu ở dạng thô chưa chế biến nên thời gian bảo quản thấp, ảnh hưởng đến chất lượng và giá trị của sản phẩm

Hiện nay cũng có rất nhiều phương pháp để bảo quản và sấy là một trong số đó Trong sấy cũng có nhiều phương pháp khác nhau tùy thuộc vào từng loại sản phẩm

và chất lượng theo yêu cầu Nhưng hiện nay vấn đề năng lượng và giá thành là phần rất qua trọng trong thời buổi hội nhập của Việt Nam trên trường quốc tế Nước ta cũng được biết đến là quốc gia dồi dào về nguồn năng lượng bức xạ mặt trời với số giờ nắng trung bình hằng năm là trên 3000 giờ Từ xa xưa ông cha ta đã biết cách tận dụng nguồn năng lượng vô tận đó để sấy có sản phẩm nông nghiệp và thủy sản, tuy nhiên hiệu quả lại không cao do phụ thuộc vào thời tiết, không khống chế được nhiệt độ… Do vậy chất lượng sản phẩm cũng giảm đi khá nhiều mà chi phí lao động tăng

Sấy bằng bơm nhiệt là phương pháp khá phổ biến hiện nay vì chi phí thấp mà chất lượng sản phẩm thu được khá tốt

Vì vậy, sự kết hợp của phương pháp sấy bằng bơm nhiệt và bức xạ hồng ngoại có thể là giải pháp để giảm chi phí sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và tận dụng được nguồn năng lượng sạch vô tận

Đề tài “ tính toán thiết kế hệ thống sấy cá bằng phương pháp sấy lạnh kết hợp

bức xạ hồng ngoại năng suất 100kg sản phẩm khô/mẻ sấy” nhằm hiện thực hóa

phương pháp trên!

Dù đã rất cố gắng nhưng đề tài vẫn không tránh khỏi sai sót mong thầy cô thông cảm Em xin cảm ơn!

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SẤY THỦY SẢN

1.1 Quá trình sấy

 Khái niệm

Sấy là quá trình tách ẩm (hơi nước và nước) ra khỏi VLS, trong đó VLS nhận năng lượng để ẩm từ trong lòng VLS dịch chuyển ra bề mặt và đi vào môi trường tác nhân sấy (TNS) Quá trình sấy là quá trình truyền nhiệt, truyền chất xẩy ra đồng thời Trong lòng VLS là quá trình dẫn nhiệt và khuếch tán ẩm hỗn hợp Trao đổi nhiệt - ẩm giữa bề mặt VLS với TNS là quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi ẩm đối lưu liên hợp Quá trình bên trong VLS chủ yếu chịu ảnh hưởng của dạng liên kết ẩm với cốt khô của vật liệu, quá trình ở bề mặt VLS chủ yếu chịu ảnh hưởng của cơ cấu trao đổi nhiệt

ẩm và các thông số của TNS cũng như VLS

 Mục đích

Sấy không chỉ là quá trình công nghệ, trong đó các tính chất công nghệ luôn luôn thay đổi Tính chất công nghệ của vật liệu gồm: tính chất hoá lý, tính chất cơ kết cấu, tính chất sinh hoá…

Quá trình sấy nhằm tăng cường một số đặc tính công nghệ để phục vụ nhiều mục đích khác nhau Khi sấy sản phẩm gốm thì nhằm mục đích làm độ bền của nó tăng lên để tiếp tục gia công; sấy hạt giống thì phải làm tỷ lệ và khả năng nảy mầm cao lên; sấy nông sản thực phẩm thì giữ được hương vị, màu sắc, nguyên tố vi lượng mà tăng được thời gian bảo quản, giảm được giá thành vận chuyển, giảm được thể tích kho bảo quản…

 Phân loại quá trình sấy

Người ta phân biệt 2 phương pháp sấy:

Sấy tự nhiên: Sấy bằng không khí không được đốt nóng, phương pháp này thời gian sấy dài, khó điều chỉnh quá trình và độ ẩm cuối của vật liệu còn khá lớn nhất là ở những quốc gia có khí hậu nhiệt đới như nước ta

Sấy nhân tạo: Là quá trình sấy có sự cấp nhiệt từ bên ngoài, nghĩa là phải dùng đến tác nhân sấy được gia nhiệt như khói nóng, không khí nóng hoặc hơi…

1.2 Đặc điểm của quá trình sấy

Đặc điểm của quá trình sấy đối với vật thể có độ ẩm tương đối cao, nhiệt độ sấy và tốc độ sấy chuyển động của không khí không quá lớn xảy ra theo 2 giai đoạn đó là giai đoạn làm nóng, giai đoạn sấy gia tốc không đổi, giai đoạn tốc độ sấy giảm dần Đối với các trường hợp sấy với các điều kiện khác thì quá trình sấy cũng xảy ra 3 giai đoạn nhưng các giai đoạn có thể đan xen khó phân biệt Các giai đoạn như sau:

 Giai đoạn làm nóng

Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng cho tới khi nhiệt độ vật đạt được bằng nhiệt độ kế ước Trong quá trình sấy này toàn bộ vật được gia nhiệt Ẩm lỏng trong vật được gia nhiệt cho đến khi đạt được nhiệt độ sôi ứng với phân áp suất hơi nước trong môi trường không khí trong buồng sấy Do được làm nóng nên độ ẩm của vật có giảm chút do bay hơi ẩm còn nhiệt độ của vật thì tăng dần cho đến khi bằng nhiệt độ kế ước Tuy vậy, sự tăng nhiệt độ trong quá trình xảy ra không đều ở phần ngoài và phần trong vật Vùng trong vật đạt đến nhiệt độ kế ước chậm hơn Đối với vật dễ sấy thì giai đoạn này làm nóng vật xảy ra nhanh

 Giai đoạn sấy đẳng tốc

Kết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ vật bằng nhiệt độ kế ước Tiếp tục cung cấp nhiệt, ẩm trong vật sẽ hoá hơi còn nhiệt độ của vật giữ không đổi nên nhiệt cung cấp chỉ để làm hóa hơi Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt vật, ẩm lỏng ở bên trong vật sẽ truyền ra ngoài bề mặt vật để hóa hơi Do nhiệt độ không khí nóng không đổi, nhiệt độ vật cũng không đổi nên chênh lệch nhiệt độ giữa vật và môi trường cũng không đổi Điều này làm cho tốc độ giảm của độ chứa ẩm vật theo thời gian cũng không đổi, có nghĩa là tốc độ sấy không đổi

 Giai đoạn sấy giảm tốc

Kết thúc giai đoạn sấy tốc độ không đổi ẩm tự do đã bay hơi hết, còn lại trong vật là ẩm liên kết Năng lượng để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn ẩm

tự do và càng tăng lên khi độ ẩm của vật càng nhỏ Do vậy tốc độ bay

hơi ẩm trong giai đoạn này nhỏ hơn giai đoạn sấy tốc độ không đổi có nghĩa là tốc độ sấy trong giai đoạn này nhỏ hơn và càng giảm đi theo thời gian sấy Quá trình sấy càng tiếp diễn, độ ẩm của vật càng giảm, tốc độ sấy cũng giảm cho đến khi độ ẩm của vật bằng độ ẩm cân bằng với điều kiện môi trường không khí ẩm trong buồng sấy thì quá trình thoát ẩm của vật ngưng lại, có nghĩa là tốc độ sấy bằng không

1.3 Những biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy

 Những biến đổi cảm quan

Biến đổi về khối lượng và thể tích: khi làm khô do nước trong nguyên liệu mất đi cho nên khối lượng giảm, thể tích bị co rút lại Sự giảm khối lượng và thể tích của nguyên liệu đúng ra bằng khối lượng và thể tích của nước mất đi nhưng thực tế lại nhỏ hơn Nguyên nhân là do quá trình làm khô sản phẩm bị oxy hóa làm cho khối lượng có tăng lên chút ít đồng thời

tổ chức cơ thịt cá là thể keo xốp cho nên khi nước mất đi, các khoảng trống của mô cơ vẫn tồn tại hoặc chỉ co rút phần nào nên thể tích co rút nhỏ hơn thể tích nước mất đi

Biến đổi về màu sắc: trong quá trình làm khô màu sắc, mùi vị của sản phẩm bị biến đổi nhiều so với nguyên liệu ban đầu Nguyên nhân là do mất nước làm nồng độ sắc tố trên một đơn vị thể tích tăng lên dẫn đến sản phẩm có màu sẫm hơn Đồng thời nếu chế độ làm khô không hợp lý như nhiệt độ quá cao, lipid bị oxy hóa làm sản phẩm có màu sẫm, mùi ối khét khó chịu Vì vậy phải chọn chế độ làm khô hợp lý sản phẩm có màu đẹp, mùi thơm

Biến đổi trạng thái, tổ chức cơ thịt của nguyên liệu: Trong quá trình làm khô do mất nước nên kết cấu tổ chức cơ thịt chặt chẽ hơn, khi ăn có cảm giác dai hơn, cứng hơn Sự biến đổi kết cấu cơ thịt phụ thuộc vào phương pháp làm khô

Nếu sấy ở điều kiện áp lực thường thì quá trình làm khô chậm, tổ chức cơ thịt co rút nhiều, khả năng phục hồi trạng thái ban đầu kém Ngược lại khi sấy ở điều kiện chân không đặc biệt là sấy chân không thăng hoa thì cấu

trúc của cơ thịt ít bị biến đổi, mức độ hút nước của sản phẩm tốt Vì vậy

nó có khả năng phụ hồi lại gần như trạng thái ban đầu

 Những biến đổi về hóa học

Sự thủy phân và oxi hóa lipid

 Sự thủy phân lipit: trong quá trình làm khô đặc biệt là giai đoạn đầu có thể xảy ra các quá trình thủy phân lipid tạo thành glyceril

và acit béo làm giảm chất lượng sản phẩm

 Oxi hóa lipid: trong quá trình làm khô các acid béo, đặc biệt là các acid béo không no dễ bị tạo thành các sản phẩm trung gian như peroxyd, hydroperoxyd, rồi tạo ra aldehyd, cetol… làm cho sản phẩm có mùi ôi khét khó chịu và có màu sẫm tối Mức độ oxy hóa lipid phụ thuộc vào phương pháp làm khô, nhiệt độ, thời gian làm khô và bản thân nguyên liệu

 Sự đông đặc và biến tính các protein Khi làm khô ở áp lực thường, sự đông đặc và biến tính của protein phụ thuộc vào nguyên liệu Nếu nguyên liệu đã được gia nhiệt thì protein ít bị biến đổi vì nó đã biến đổi từ trước Đối với nguyên liệu ướp muối nếu điều kiện làm khô không tốt thì protein bị biến đổi nhiều Đặc biệt đối với nguyên liệu tươi chưa qua xử lý nhiệt hoặc chưa ướp muối

Protein ở trong nguyên liệu tồn tại chủ yếu ở hai dạng: myozin

và myozen Nhiệt độ đông đặc của chúng là 55-600C Khi làm khô ở điều kiện thường các protein này bị đông đặc chuyển từ trạng thái có tình đàn hồi sang trạng thái keo kết tủa làm mất tính đàn hồi của cơ thịt

Biến đổi thành phẩm chất ngấm ra: Chất ngấm ra trong quá trình làm khô biến đổi rất nhiều, đặc biệt là đối với nguyên liệu còn tươi Sự biến đổi của chất ngấm ra sẽ tạo nên mùi vị đặc trưng cho sản phẩm khô Vì vậy làm khô nhanh chóng là biện pháp tích cực làm giảm bớt tổn thất của chất ngấm ra

1.4 Cơ chế thoát ẩm của ra khỏi vật liệu sấy

Muốn làm khô phải đặt nguyên liệu trong môi trường không khí ẩm, nước dịch chuyển vào môi trường không khí, có sự chênh lệch vật chất (thể vật chất) Hoạt độ của nước nguyên liệu phải đảm bảo dưới sự hoạt động của vi sinh vật

Khi làm khô xảy ra quá trình tác nước ra khỏi vật liêu: nước từ bề mặt nguyên liệu dịch chuyển vào môi trường khô Đây là điều kiện kiên quyết để quá trình làm khô xảy ra Ngoài ra làm khô phải có quá trình dịch chuyển

ẩm từ các lớp phía trong đi ra các lớp bề mặt Sự dịch chuyển ẩm từ trong ra ngoài hình thành khi ẩm và nước từ trung tâm nguyên liệu dịch chuyển ra bề mặt

Quá trình thoát ẩm ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy được chia làm 2 giai đoạn :

 Quá trình khuếch tán ngoại

Là quá trình dịch chuyển ẩm từ lớp bề mặt của vật liệu sấy vào môi trường không khí xung quanh Động lực của quá trình này là do chênh lệch áp suất hơi trên bề mặt của vật ẩm và áp suất riêng phần hơi nước trong môi trường không khí

Lượng nước bay hơi

 Ps: Áp suất riêng phần hơi nước trên bề mặt nguyên liệu

 Ph: Áp suất riêng phần hơi nước trong không khí ẩm

Lượng bay hơi trên một đơn vị diện tích tỷ lệ thuận với gradient chênh lệch ẩm giữa nguyên liệu và môi trường xung quanh

Sự chênh lệch xảy ra: nước từ bề mặt dịch chuyển vào môi trường xung quanh làm độ ẩm lớp không khí tăng lên, đồng thời làm lượng ẩm trên bề mặt VLS giảm đi

Gradient độ ẩm giảm, quá trình bay hơi chậm lại Nếu độ ẩm bề mặt cân bằng với môi trường không khí thì quá trình ngừng bay hơi, nhưng độ

ẩm của hai lớp không khí kế tiếp chênh lệch nên ẩm của không khí thứ nhất khếch tán sang lớp thứ hai và ẩm từ trong VLS khếch tán sang lớp không khí thứ nhất

Gradient độ ẩm phụ thuộc vào tính chất của môi trường làm khô: nhiệt

độ, áp suất, sự luân chuyển của không khí … và phụ thuộc vào bề mặt nguyên liệu: độ nhẵn, hình dạng, kích thước bề mặt

 Quá trình khuếch tán nội

Là quá trình dịch chuyển ẩm từ lớp bên trong ra lớp bề mặt của vật ẩm Động lực của quá trình này là do chênh lệch nồng độ ẩm giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt

chuyển dưới tác dụng của nhiệt độ có thể cùng chiều hoặc ngược chiều với nhau

Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển cùng chiều với nhau sẽ làm thúc đẩy quá trình thoát ẩm, rút ngắn thời gian sấy Nếu 2 dòng ẩm dịch chuyển ngược chiều nhau sẽ kìm hãm sự thoát ẩm, kéo dài thời gian sấy

 Mối quan hệ giữa khuếch tán nội và khuếch tán ngoại

Khuếch tán ngoại và khuếch tán nội có mối liên quan mật thiết với nhau, tức là khuếch tán ngoại có được tiến hành thì khuếch tán nội mới được tiếp tục và như thế độ ẩm của nguyên liệu mới được giảm dần Trong quá trình sấy nếu khuếch tán nội lớn hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ nhanh, nhưng điều này rất ít gặp trong quá trình sấy Thông thường, khuếch tán nội của nguyên liệu thường nhỏ hơn tốc

độ bay hơi trên bề mặt Khi khuếch tán nội nhỏ hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ gián đoạn vì thế điều chỉnh khuếch tán nội sao cho phù hợp với khuếch tán ngoại là vấn đề rất quan trọng trong quá trình sấy

Trong quá trình làm khô, ở giai đoạn đầu lượng nước trong nguyên liệu nhiều, sự chênh lệch độ ẩm lớn, do đó khuếch tán nội thường phù hợp với khuếch tán ngoại nên tốc độ làm khô tương đối nhanh Nhưng, ở giai đoạn cuối thì lượng nước còn lại trong nguyên liệu ít, tốc độ bay hơi bề mặt nhanh mà tốc độ khuếch tán nội chậm lại tạo thành một màng cứng làm ảnh hưởng rất lớn cho quá trình khuếch tán nội Vì vậy làm ảnh hưởng đến quá trình làm khô nguyên liệu

Sự dịch chuyển của nước trong quá trình làm khô trước hết là nước tự

do sau đó mới đến nước liên kết Trong suốt quá trình làm khô, lượng nước tự do luôn giảm xuống Lượng nước trong nguyên liệu dịch chuyển dưới hai hình thức là thể lỏng và thể hơi do phương thức kết hợp của nước trong nguyên liệu quyết định

1.5 Một số nhân tố ảnh hưởng tốc độ sấy

 Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí

Trong các điều kiện khác nhau không đổi như độ ẩm không khí, tốc độ gió ,việc nâng cao nhiệt độ sẽ làm tăng nhanh tốc độ làm khô do lượng nước trong nguyên liệu giảm xuống càng nhiều Nhưng tăng nhiệt độ cũng ở giới hạn cho phép vì nhiệt độ làm khô cao sẽ làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, dễ làm cho nguyên liệu bị chín và gây nên sự tạo màng cứng ở lớp

bề ngoài Nhưng với nhiệt độ làm khô quá thấp, dưới giới hạn cho phép thì quá trình làm khô sẽ chậm lại dẫn đến sự thối rữa, huỷ hoại nguyên liệu Nhiệt độ sấy thích hợp được xác định phụ thuộc vào nguyên liệu béo hay gầy, kết cấu tổ chức của cơ thịt và đối với các nhân tố khác Đối với nguyên liệu gầy người ta làm khô ở nhiệt độ cao hơn nguyên liệu béo Khi sấy ở những nhiệt độ khác nhau thì nguyên liệu có những biến đổi khác nhua ví dụ: nhiệt

độ sản phẩm trong quá trình sấy cao hơn 600C thì protein bị biến tính, nếu trên 900C thì fructose bắt đầu caramen hóa các phản ứng tạo ra melanoidin tạo polyme cao phân tử có chứa N và không chứa N, có màu và mùi thơm xảy

ra mạnh mẽ Nếu nhiệt độ cao hơn nữa thì nguyên liệu có thể bị cháy làm mất giá trị dinh dưỡng và mất giá trị cảm quan của sản phẩm

Quá trình làm khô tiến triển, sự cân bằng của khuếch tán nội và khuếch tán ngoại bị phá vỡ, tốc độ khuếch tán ngoại lớn nhưng tốc độ khuếch tán nội thì chậm lại dẫn đến hiện tượng tạo vỏ cứng ảnh hưởng đến quá trình làm khô

 Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động không khí

Tốc độ chuyển động của không khí có ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy, tốc

độ gió quá lớn hoặc quá nhỏ đều không có lợi cho quá trình sấy Vì vậy, tốc

độ chuyển động của không khí quá lớn khó giữ nhiệt lượng trên nguyên liệu

để cân bằng quá trình sấy, còn tốc độ quá nhỏ sẽ làm cho quá trình sấy chậm lại, dẫn đến sự hư hòn sản phẩm, mặt ngoài sản phẩm sẽ lên mốc gây thối rữa tạo thành lớp dịch nhầy có mùi, vị khó chịu Vì vậy, cần phải có một tốc độ gió thích hợp, nhất là giai đoạn đầu của quá trình làm khô

Hướng gió cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình làm khô, khi hướng gió song song với bề mặt nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất nhanh Nếu hướng gió thổi

tới nguyên liệu với góc 450 thì tốc độ làm khô tương đối chậm, còn thổi thẳng vuông góc với nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất chậm

 Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí

Độ ẩm tương đối của không khí cũng là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến quá trình làm khô, độ ẩm của không khí càng lớn quá trình làm khô sẽ chậm lại Các nhà Bác học Liên Xô cũ và các nước trên thế giới đã chứng minh là:

độ ẩm tương đối của không khí lớn hơn 65% thì quá trình sấy sẽ chậm lại rõ rệt, còn độ ẩm tương đối của không khí khoảng 80% trở lên thì quá trình làm khô sẽ dừng lại và bắt đầu hiện tượng ngược lại, tức là nguyên liệu sẽ hút ẩm trở lại

Để cân bằng ẩm, khuếch tán nội phù hợp với khuếch tán ngoại và tránh được hiện tượng tạo màng cứng, người ta áp dụng phương pháp làm khô gián đoạn

là vừa sấy vừa ủ

Làm khô trong điều kiện tự nhiên khó đạt được độ ẩm tương đối của không khí 50% đến 60% do nước ta có khí hậu nhiệt đói thường có độ ẩm cao Do

đó, một trong những phương pháp để làm giảm độ ẩm của không khí có thể tiến hành làm lạnh cho hơi nước ngưng tụ lại, đồng thời hàm ẩm tuyệt đối của không khí dưới điểm sương hơi nước sẽ ngưng tụ, đồng thời hàm ẩm tuyệt đối của không khí cũng được hạ thấp Như vậy, để làm khô không khí người

ta thường áp dụng phương pháp làm lạnh

1.6 Các phương pháp sấy

 Phơi và sấy bằng năng lượng mặt trời

Sấy bằng cách phơi nắng (không có sử dụng thiết bị sấy) được sử dụng rộng rãi nhất trong chế biến nông sản…

Trong các phương pháp phức tạp hơn (sấy bằng năng lượng mặt trời), năng lượng mặt trời được thu nhận để gia nhiệt tác nhân sấy hoặc sử dụng năng lượng mặt trời sấy trực tiếp

 Sấy đối lưu

Nguyên lý hoạt động

Không khí nóng hoặc khói lò được dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ, độ

ẩm, tốc độ phù hợp, chuyển động chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy

Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang dòng chuyển động của sản phẩm Sấy đối lưu có thể thực hiện theo mẻ (gián đoạn) hay liên tục Trên hình vẽ dưới là sơ đồ nguyên lý sấy đối lưu bằng không khí nóng

Sản phẩm sấy có thể lấy ra khỏi buồng sấy theo mẻ hoặc liên tục tương ứng với nạp vào Caloriphe đốt nóng không khí có thể là loại caloriphe điện, caloriphe hơi nước v.v

Kết cấu thực của hệ thống rất đa dạng, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : chế độ làm việc, dạng vật sấy, áp suất làm việc, cách nung nóng không khí, chuyển động của tác nhân sấy, sơ đồ làm việc, cấu trúc buồng sấy Đối với quá trình sấy chi phí năng lượng là yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế sản xuất, vì vậy khi thiết kế, cần chú ý đến các biện pháp làm giảm sự thất thoát nhiệt, tiết kiệm năng lượng

Ví dụ :

- Cách nhiệt buồng sấy và hệ thống ống dẫn

- Tuần hoàn khí thải qua buồng sấy

- Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt thu hồi nhiệt từ không khí thoát ra để đun nóng không khí hoặc nguyên liệu vào

- Sử dụng nhiệt trực tiếp từ lửa đốt khí tự nhiên và từ các lò đốt có cơ cấu làm giảm nồng độ khí oxit nitơ

- Sấy thành nhiều giai đoạn (ví dụ: kết hợp sấy tầng sôi với sấy thùng hoặc sấy phun kết hợp với sấy tầng sôi)

- Cô đặc trước nguyên liệu lỏng đến nồng độ chất rắn cao nhất

1.7 Giới thiệu phương pháp sấy lạnh

 Lịch sử hình thành và phát triển của bơm nhiệt

Bơm nhiệt có quá trình phát triển lâu dài, bắt đầu từ khi Nicholas Carnot

đề xuất những khái niệm đầu tiên Một dòng nhiệt thông thường di chuyển từ một vùng nóng đến một vùng lạnh, Carnot đưa ra lập luận rằng một thiết bị có thể được sử dụng để đảo ngược 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 gia nhiệt Sản phẩm bơm nhiệt đầu tiên được bán vào năm 1952 Từ khi xảy

ra cuộc khủng hoảng năng lượng vào đầu thập kỉ 70, bơm nhiệt lại bước vào một bước tiến nhảy vọt mới Hàng loạt bơm nhiệt đủ mọi kích cỡ cho các ứng dụng khác nhau được nghiên cứu chế tạo, hoàn thiện và bán rộng rãi trên thị trường Ngày nay, bơm nhiệt đã trở nên rất quen thuộc trong các lĩnh vực điều hòa không khí, sấy, hút ẩm, đun nước…

 Các phương pháp sấy

Trong phương pháp sấy lạnh, người ta ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất trong tác nhân sấy nhờ giảm lượng chứa ẩm Ở phương pháp sấy lạnh, nhiệt độ bề mặt ngoài 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 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 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 long 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 hay nhỏ 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 môi chất lạnh Môi chất lạnh trong giàn bay hơi hấp thụ nhiệt và bay hơi ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp Khi hơi môi chất lạnh ngưng tụ ở nhiệt độ cao, áp suất cao tại dàn ngưng tụ, nó thải nhiệt ở áp suất cao hơn Khi sử dụng trong quá trình sấy, hệ thống sấy sử dụng bơm nhiệt làm lạnh không khí của quá trình đến điểm bão hòa, và sau đó ngưng tụ

nước (khử ẩm), do đó làm tăng khả năng sấy của không khí Trong quá trình này chỉ tuần hoàn mức nhiệt thấp (nhiệt hiện và nhiệt ẩn) từ không khí

1.8 Giới thiệt về sấy hồng ngoại

1.8.1 Khái niệm về bức xạ hồng ngoại

Năm 1980, khi nghiên cứu phổ mặt trời, lần đầu tiên Uliam Hersel đã phát hiện bức xạ nhiệt ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy Khi di chuyển nhiệt kế trong trường phổ mặt trời thì thấy vùng ánh sáng nhìn thấy có nhiệt độ cao nhất, và được phân bố một cách tự nhiên sau màu đỏ

Bức xạ hồng ngoại là bức xạ điện từ các bước sóng dài hơn ánh sáng nhìn thấy nhưng ngắn hơn bức xạ vi ba “Hồng ngoại” có nghĩa là “dưới mức đỏ”, màu đỏ là màu sắc có bước sóng dài nhất trong ánh sáng thường Bức xạ được hiểu là quá trình sinh hay chuyển năng lượng bằng các sung điện từ Cùng với sự sáng lập bức xạ hồng ngoại, các nhà bác học phát triển sử dụng tia hồng ngoại trong kỹ thuật gọi là kỹ thuật hồng ngoại

Tia hồng ngoại có thể được phân chia thành ba vùng theo bước sóng, trong khoảng từ 0.7µm ÷ 1mm

Đặc điểm của bức xạ hồng ngoại:

 Tia hồng ngoại có bản chất là sóng điện từ, nó truyền đi với vận tốc ánh sáng 2.99×108 m/s, n không đốt nóng không khí mà nó đi qua, một phần không đáng kể bị hấp thụ bởi CO2, hơi nước và một số hạt khác trong không khí Tia hồng ngoại chỉ bị hấp thụ, phản xạ hoặc truyền qua bởi vật thể mà nó tác động vào

 Bất kể một đối tượng nào có nhiệt độ lớn hơn 0oK (-273oC) đều phát

ra tia hồng ngoại

 Tia hồng ngoại có tác dụng nhiệt khi tia hồng ngoại chiếu đến một đối tượng nào đó , đối tượng sẽ hấp thụ một phần năng lượng bức xạ làm cho các điện tử kích thích và dao động, sự dao động này tạo ra nhiệt

 Cường độ bức xạ hồng ngoại giảm dần theo khoảng cách từ nguồn phát

 Tia hồng ngoại có thể gây ra hiện tượng quang điện trong chất bán dẫn

 Nhiệt độ cũng như các thuộc tính vật lý của nó sẽ quyết định hiệu quả cũng như bước sóng phát ra

 Có thể tác dụng lên một số kính ảnh đặc biệt Tia hồng ngoại truyền đi theo đường thẳng từ nguồn phát xạ ra nó, có thể được định hướng vào những đối tượng cụ thể thông qua việc thực hiện các gương phản chiếu

 Tia hồng ngoại có thể được so sánh với sóng radio, tia sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia cực tím, tia X Chúng đều có bản chất là sóng điện từ, truyền đi trong không gian với vận tốc ánh sáng, chỉ khác nhau bước sóng phát ra và đều tuân theo một số định luật về ánh sáng

1.8.3 Sấy khô bằng phương pháp hồng ngoại

Để tìm hiểu về các máy sấy công nghiệp sử dụng tia hồng ngoại, trước tiên hãy cùng tìm hiểu về tia hồng ngoại Tia hồng ngoại là các tia bức xạ điện tự

có bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến (ánh sáng có thể nhìn thấy được bằng mắt thường), nhưng ngắn hơn tia vi sóng (sóng tần số siêu cao)

Chữ “hồng ngoại” trong đó có nghĩa là “ngoài màu đỏ”, màu đỏ là màu sắc

có bước sóng dài nhất trong ánh sáng thường Bước sóng của tia hồng ngoại nằm trong khoảng từ 700nm cho đến 1mm

Người ta có thể sấy khô sản phẩm bằng các tia hồng ngoại vì tia hồng ngoại

có tác dụng nhiệt Lượng nhiệt sinh ra bởi các tia hồng ngoại này có thể thổi bay hơi ẩm, hoặc dư lượng nước tồn tại trong các loại thực phẩm

Do đó, các máy sấy tia hồng ngoại là các máy sấy hoạt động dựa trên nguyên tắc sử dụng lượng nhiệt sinh ra từ các tia hồng ngoại để làm khô sản phẩm cần sấy

Ngoài ra tia hồng ngoại còn có rất nhiều các ứng dụng khác trong đời sống con nguoiwg như làm lò sưởi, làm các vật dụng gia đình sử dụng hồng ngoại như bếp hồng ngoại, hay làm bộ phận khiến tuyết tan chảy ở các vùng có nhiệt độ thấp

Ứng dụng quan trọng nhất của tia hồng ngoại chính là để xác định nhiệt độ của các vật ở rất xa, nếu chúng là nguồn phát ra các tia nhiệt đo được Ứng dụng này được sử dụng nhiều nhất trong kỹ thuật quân sự và trong các ngành công nghiệp như hàng khồng, sản xuất thiết bị cho xe cộ, máy móc khác…

1.8.4 Ưu điểm của sấy hồng ngoại

Do đây là một trong những loại máy sấy có ứng dụng công nghệ cao nên chúng có hiệu quả trong những khía cạnh nhất định Một sản phẩm được sấy bằng các máy sấy hồng ngoại thường có những ưu điểm như:

Sản phẩm thu được sau quá trình sấy khô bằng hồng ngoại có chất lượng không thay đổi so với trước khi sấy: Hương thơm, vị ngon và hàm lượng vitamin hầu như được bảo toàn, nhất là đối với các sản phẩm sấy là thực phẩm, trái cây, hải sản và đồ ăn được

Quá trình sấy không làm thức ăn bị nhiễm khuẩn: Đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm luôn ở mức rất cao

Công nghệ sấy bằng tia hồng ngoại giúp rút ngắn thời gian sản xuất: Do đó giúp tiết kiệm chi phí cho mỗi thành phẩm

Phương pháp này hoàn toàn không có sự tác động của các chất xúc tác (hóa chất) đặc biệt: Không gây ô nhiễm môi trường và không gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Tia hồng ngoại còn có khả năng tiêu diệt côn trùng và tiệt trùng sản phẩm sấy: Giúp đảm bảo chất lượng cho sản phẩm sấy

Ngoài ra các máy sấy sử dụng hồng ngoại còn có khá nhiều các ưu điểm vượt trội Ví dụ như chi phí lắp đặt và thiết kế một hệ thống sấy hồng ngoại tương đối thấp, phù hợp với nhiều quy mô sản xuất và kinh doanh khác nhau Cuối cùng là việc vận hành và sử dụng các máy sấy hồng ngoại cũng khá đơn giản, cò thể dễ dàng học và thực hành được ngay tại nhà

1.8.5 Hạn chế của phương pháp sấy hồng ngoại

Tuy nhiên, hầu như không hề có một phương pháp sấy khô nào là hoàn hảo Ngoài rất nhiều ưu điểm kể trên, các máy sấy này cũng có những khuyết điểm nhất định Các nhược điểm của máy sấy hồng ngoại có thể được kể đến như:

Khả năng xuyên thấu của các máy sấy dùng tia hồng ngoại khá kém: Chúng chỉ có thể sấy khô các sản phẩm mỏng, kích thước nhỏ

Sản phẩm sấy không giữ nguyên được hiện trạng ban đầu: Thành phẩm thường bị cong, vênh, hoặc bị nứt sau sấy

Chỉ dùng được cho các loại thực phẩm cắt lát, mỏng: Không phù hợp với các vật cần sấy khác như gốm, men sứ, gỗ…

1.9 Tổng quan về vật liệu sấy cá cơm

 Tiêu chuẩn chọn cá

- Cá dùng để sấy phải đảm bảo đủ tươi, thịt cứng

- Cá phải còn nguyên vẹn không bị tổn thương

- Cá cá mùi tanh tự nhiên

 Quy trình xử lí cá

- Tiến hành vệ sinh bằng nước sạch

- Sơ chế trước khi đưa vào sấy

 Yêu cầu cảm quan

- Về màu sắc: đảm bảo màu sắc tự nhiên, không bị dính cát, sạn,

- Về mùi, vị: mùi tanh của cá và không có mùi lạ, khi đụng vào không thấy ướt tay Thân cá phải khô không lưu lại mùi tanh trên tay

- Về trạng thái: cá khô còn nguyên hình

H ì n h

1 1 :

C á

Hình 1.1: Cá cơm nguyên liệu tươi

Hình 1.2- 1.3: Cá cơm sau khi sấy

CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ VÀ PHƯƠNG

ÁN THIẾT KẾ 2.1 Xác định các thông số thiết kế

2.1.1 Xác định thông số tại nơi lắp đặt

Chọn địa điểm xây dựng và lắp đặt thiết bị là vô cùng quan trọng không thể thiếu, khi chọn được địa điểm ta ta dễ dàng có được thông số về khí tượng thuỷ văn địa lý, từ đó đề ra phương án cho thích hợp để làm công trình vừa đảm bảo tính kĩ thuật mà giá thành kinh tế lại thấp, né tránh thiên tai tạo điều kiện cho công tác sửa chữa bảo dưỡng sau này

Thiết bị được xây dựng và lắp đặt tại thành phố Nha Trang, Khánh Hoà

*Các thông số địa lý và khí tượng

Các thông số đã được thống kê trong nhiều năm, khi tính toán để đảm bảo độ an toàn thì chúng ta phải chon giá trị cao nhất (điểm nút khắc nghiệt) để đảm bảo

hệ thống vận hành an toàn trong điều kiện chúng ta tính toán

2.1.2 Các thông số ban đầu

- Năng suất sấy lạnh của hệ thống G(cuối) = 100 kg/mẻ

- Năng suất sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại thì Gcuối giảm đi 5 lần: Gcuối=

20 kg/mẻ

- Độ ẩm ban đầu Wđ= 80%

- Độ ẩm cuối Wc= 20%

- Nhiệt độ ngưng tụ tk= 50oC

- Nhiệt độ bay hơi t0= 120C

- Nhiệt độ không khí ngoài trời tkk= 270C

- Thời gian sấy lạnh là 8h

- Thời gian sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại là 4h

- Nhiệt độ quá nhiệt tqn= 150C

- Nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi dàn lạnh t1 ’= 200C

- Nhiệt độ không khí sau khi qua dàn nóng 1 t2= 400C

- Nhiệt độ không khí sau sấy ở tầng 1 t3= 350C

- Nhiệt độ không khí sau khi qua dàn nóng 2 t2’= 400C

- Nhiệt dộ không khí sau khi được gia nhiệt hồng ngoại và cuối quá trình sấy

t  350C

- Nhiệt độ không khí cuối quá trình sấy khi sấy lạnh t3’= 35oC

2.1.3 Xây dựng đường cong sấy, tốc độ sấy

Tính toán từ số liệu thực nghiệm:

Từ các giá trị về thời gian sấy حi, khối lượng mẫu G i ứng với từ thời gian sấy thực nghiệm được cho trong bảng Ta tính các giá trị về độ ẩm Wi và tốc độ sấy Ui bằng cách :

Áp dụng các công thức sau:

(100 W )W(i 1) 100

Bảng 2.1 Các giá trị lý thuyết sấy lạnh

Thời gian sấy (h) Khối lượng mẫu

Bảng 2.2 Các giá trị lý thuyết sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại

Thời gian sấy (h) Khối lượng mẫu

2.1.4 Thiết lập đường cong sấy

Đường cong sấy biểu diễn mối quan hệ giữa độ ẩm trung bình tích phân và thời gian sấy

W(%) = f( ح )

Xây dựng đường cong sấy để có thể xác định được các giai đoạn sấy, lượng ẩm

thoát ra từng giai đoạn và thời gian từng giai đoạn sấy…

Đường cong sấy được xác định bằng thực nghiệm hoặc dưới dạng bảng thực

nghiệm các giá trị rời rạc

Dựa vào kết quả của Bảng các giá trị lý thuyết ta xây dựng đường cong sấy

như sau:

Hình 2.1: Độ ẩm giảm trong thời gian sấy lạnh

Hình 2.2: Độ ẩm giảm trong thời gian sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại

Đường cong tốc độ sấy là đường cong biểu diễn quan hệ

Dựa vào kết quả của Bảng các giá trị lý thuyết ta xây dựng đường cong tốc độ

sấy như sau:

Hình 2.3: Đường cong sấy lạnh

Hình 2.4: Đường cong sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại

2.2 Lựa chọn phương án thiết kế

nhiệt nhờ đi qua calorifer dạng khí –hơi không khí có nhiệt độ vào khoảng 80 –

95oC được quạt thổi cưỡng bức vào buồng sấy.Vận tốc không khí của dòng khí nóng phụ thuộc vào lượng ẩm thoát ra trong một đơn vị thời gian

Có nhiều phương án sấy để sấy vật liệu, mỗi phương án đề có ưu khuyết điểm riêng của nó

Sấy đối lưu ngược chiều: vật liệu sấy và tác nhân sấy đi ngược chiều nhau.Tác nhân sấy ban đầu có nhiệt độ cao và độ ẩm thấp nhất tiếp xúc với vật liệu sấy có độ

ẩm nhỏ nhất (vật liệu sấy chuẩn bị ra khỏi phòng sấy) Dọc theo phòng sấy,tác nhân sây giảm dần nhiệt độ và độ ẩm tăng dần di chuyển về phía đầu đầu sấy tiếp xúc với vật liệu sấy có độ ẩm cao nhất Nên càng về cuối độ ẩm bốc hơi càng giảm

và tốc độ sấy cũng giảm dần Ưu điểm: vật liệu sấy lấy ra khỏi thiết bị sấy có nhiệt

độ cao nên khô hơn

Sấy đối lưu cùng chiều:

vật liệu sấy và tác nhân sấy đi cùng chiều nhau Ưu điểm: thiết bị đơn giản hơn so với sấy đối lưu ngược chiều Nhược điểm: độ ẩm cuối của vật liệu sấy còn cao hơn

so với sấy ngược chiều

Vậy ta chọn phương pháp sấy ngược chiều để đạt hiệu quả cao hơn và chọn tác nhân sấy là không khí

Hơn nữa hệ thống sấy này có thể sấy theo 2 chế độ đó là

- Chế độ sấy lạnh

- Chế độ sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại

2.2.1 Đồ thị I-d

2.2.1.1 Chế độ sấy lạnh

Hình 2.5: Biến đổi không khí ẩm trên đồ thị i – d





- entanpi: I= Cpk × t + d × [r + (Cph × t)]

trong đó: r là nhiệt hóa hơi của nước r = 2500 kJ/kg

Cph là nhiệt dung riêng của hơi nước Cph = 1,842 kJ/kg

Cpk là nhiệt dung riêng của không khí khô Cpk = 1,0048 kJ/kg

2 I

Bảng 2.3 Các thông số của không khí ẩm

 1 – 1’: quá trình làm lạnh, tách ẩm và hạ nhiệt độ không khí

 1’ – 2: quá trình gia nhiệt không khí bằng bơm nhiệt

 2 – 3: quá trình biến đổ không khí ẩm ở tầng sấy (I)

 3 – 2’: quá trình gia nhiệt không khí lần 2 của dàn nóng phụ

 2’ – 3’: quá trình biến đổi không khí ẩm ở tầng sấy (II)

1: dàn nóng phụ 1 2: dàn nóng chính 1 3: dàn lạnh

4,5: quạt gió 6: dàn nóng chính 2 7: dàn nóng phụ 2

8,9: cảm biến nhiệt độ 10: lưới lọc

Không khí từ môi trường được đưa vào buồng sấy, sau đó không khí được dàn lạnh làm giảm nhiệt độ và tách ẩm, không khí sau khi được tách ẩm và hạ nhiệt độ thì tiếp tục đi qua dàn nóng để nhận nhiệt từ dàn nóng nâng mức nhiệt lên cao rồi được quạt gió thổi đi qua vật liệu sấy để nhận nhiệt ở tầng 1 Sau khi đi hết tầng 1 thì nhiệt độ không khí sẽ giảm và độ ẩm tăng không khí tiếp tục đi qua dàn nóng phụ ở tầng 2 sẽ tiếp tục được gia nhiệt và sấy sản phẩm ở tầng 2 rồì đi qua lưới lọc về dàn lạnh Khi

mà nhiệt độ trong phòng sấy đủ nhiệt độ thì bộ điều khiển trung tâm sẽ điều khiển cho van điện từ mở ra để cho gas qua dàn nóng phụ để giảm tải nhiệt trong phòng sấy hoặc điều khiển cho máy nén chạy biến tần

2.2.1.2 Chế độ sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại

Hình 2.7: Biến đổi không khí ẩm trên đồ thị i – d

1'

2

3 I



- entanpi: I= Cpk × t + d × [r + (Cph × t)]

trong đó: r là nhiệt hóa hơi của nước r = 2500 kJ/kg

Cph là nhiệt dung riêng của hơi nước Cph = 1,842 kJ/kg

Cpk là nhiệt dung riêng của không khí khô Cpk = 1,0048 kJ/kg

Từ đồ thị và các công thức trên ta có các thông số sau:

Bảng 2.4 Các thông số của không khí ẩm

 1-1’: quá trình tách ẩm và hạ nhiệt độ không khí

 1’-2: quá trình gia nhiệt không khí bằng bơm nhiệt

 2-2’: quá trình không khí sau khi được gia nhiệt bằng đèn hồng ngoại và cuối quá trình sấy