TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM MÁY SẤY PHẤN HOA NĂNG SUẤT 50 KGMẺ

Các ký hiệu Ehd: Khả năng bức xạ hiệu dụng ϕ : Độ ẩm tương đối F: Diện tích ϕk : Độ ẩm tuyệt đối δi: Chiều dày vách ω0 : Độ ẩm ở tâm vật q: Mật độ dòng nhiệt ωtb : Độ ẩm trung bình m: K

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM MÁY SẤY PHẤN HOA NĂNG SUẤT 50 KG/MẺ

Họ tên sinh viên: ĐẶNG THÀNH TÂM

NGUYỄN THỊ BÍCH LOAN Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

Niên khóa: 2006 – 2010

Tháng 07/2010

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng kỹ sư ngành Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Giáo viên hướng dẫn PGS – TS Nguyễn Hay

TS Lê Anh Đức

Tháng 07 năm 2010

ii

LỜI CẢM ƠN

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn:

¾ Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh

¾ Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí – Công nghệ cùng toàn thể quý thầy cô giảng dạy trong suốt quá trình học tập và rèn luyện

¾ Đặc biệt thầy PGS.TS Nguyễn Hay, TS Lê Anh Đức đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp

¾ Các anh ở Trung Tâm Công Nghệ và Thiết Bị Nhiệt Lạnh đã tận tình giúp đỡ

¾ Các bạn lớp Công nghệ nhiệt lạnh khóa 2006 – 2010 đã giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 07 năm 2010

Sinh viên thực hiện

Đặng Thành Tâm Nguyễn Thị Bích Loan

- Khảo nghiệm đánh giá khả năng hoạt động của máy

2 Nội dung thực hiện:

- Tìm hiểu về phấn hoa

- Tìm hiểu về lý thuyết sấy chân không, chọn mô hình sấy

- Tính toán thiết kế các bộ phận chính của máy sấy chân không năng suất 50kg/mẻ

- Chế tạo và khảo nghiệm

¾ Bơm chân không có công suất 4 HP

¾ Máy nén lạnh có công suất 2,5 HP

iv

MỤC LỤC

TRANG BÌA i 

LỜI CẢM ƠN ii 

TÓM TẮT iii 

DANH SÁCH CÁC HÌNH viii 

DANH SÁCH CÁC BẢNG ix 

Chương 1: MỞ ĐẦU 1 

Chương 2: TỔNG QUAN 3 

2.1 Tổng quan về Ong 3 

2.1.1 Loài ong mật 3 

2.1.2 Các sản phẩm của ong 4 

2.2 Tổng quan về phấn hoa 6 

2.2.1 Khái niệm 6 

2.2.2 Thành phần phấn hoa 6 

2.2.3 Công dụng 7 

2.2.4 Cách sử dụng phấn hoa 7 

2.2.5 Khai thác phấn hoa 8 

2.2.6 Một số quy định về tiêu chuẩn của phấn hoa 8 

2.2.7 Các phương pháp sấy phấn hoa hiện nay 9 

2.3 Tìm hiểu chung về quá trình sấy 10 

2.3.1 Khái niệm về sấy 10 

2.3.2 Ẩm trong vật liệu sấy 10 

2.3.3 Đặc tính hấp phụ và mao dẫn 11 

2.3.4 Phân loại VLA và đặc tính xốp của VL 12 

2.3.5.Các dạng liên kết ẩm 12 

2.3.6 Truyền nhiệt truyền chất và động học quá trình sấy 13 

2.3.7 Các phương pháp sấy và thiết bị sấy hiện nay 16 

2.4 Tìm hiểu chung về máy sấy chân không 18 

2.4.1 Nguyên lý cơ bản của máy sấy chân không 18 

2.4.2 Hệ thống hút chân không trong thiết bị sấy chân không 18 

v

2.5 Cở sở lý thuyết tính toán các thiết bị trong máy sấy chân không 19 

2.5.1 Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt 19 

2.5.2 Các định nghĩa cơ bản của bức xạ nhiệt 19 

2.6 Tính toán chọn bơm chân không 20 

2.7 Tính tóan lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy 21 

2.8 Tính toán hệ thống ngưng tụ ẩm 24 

2.9 Cơ sở tính dàn lạnh, dàn nóng 25 

2.10 Một số mẫu máy sấy chân không có mặt trên thị trường 26 

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 28 

3.1 Phương pháp 28 

3.1.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết 28 

3.1.2 Phương pháp thiết kế 28 

3.1.3 Phương pháp khảo nghiệm 29 

3.2 Dụng cụ và thiết bị 29 

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 

4.1 Cơ sỡ tính toán 30 

4.1.1 Các dữ liệu ban đầu 30 

4.1.2 Lựa chọn nguyên lý cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy 30 

4.2 Tính toán thiết kế máy 32 

4.2.1 Tính toán kích thước buồng sấy 32 

4.2.2 Tính tóan lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy 35 

4.2.3 Tính toán chọn bơm chân không 38 

4.2.4 Tính toán hệ thống ngưng tụ ẩm 40 

4.2.5 Tính dàn lạnh 41 

4.2.6 Tính bình chứa nước ngưng tụ 42 

4.3 Thiết kế mạch điều khiển 44 

4.4 Kết quả khảo nghiệm 44 

4.4.1 Khảo nghiệm không tải 44 

4.4.2 Khảo nghiệm có tải: 48 

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 50 

5.1 Kết luận 50 

vi

5.2 Đề nghị 50 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 

PHỤ LỤC 52 

vii

DANH CÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 Các chữ viết tắt

HTS: Hệ thống sấy J : Mật độ dòng ẩm

KL : Khối lượng α : Hệ số trao đổi nhiệt

VL : Vật liệu Q0 : Dòng năng lượng bức xạ từ bên ngoài VLS : Vật liệu sấy QA : Dòng năng lượng bị vật hấp thu VLA : Vật liệu ẩm QR : Dòng năng lượng bị vật phản xạ lại VLK : Vật liệu khô A : Hệ số hấp thu

TNS : Tác nhân sấy E : Khả năng bức xạ

2 Các ký hiệu Ehd: Khả năng bức xạ hiệu dụng

ϕ : Độ ẩm tương đối F: Diện tích

ϕk : Độ ẩm tuyệt đối δi: Chiều dày vách

ω0 : Độ ẩm ở tâm vật q: Mật độ dòng nhiệt

ωtb : Độ ẩm trung bình m: Khối lượng

ωcb : Độ ẩm cân bằng N: Công suất

ρ : Khối lượng riêng K: Hệ số truyền nhiệt

c : Nhiệt dung riêng k: Hệ số đọan nhiệt của không khí

  

viii

DANH SÁCH CÁC HÌNH

 

 

Hình 2.1: Mật ong 4 

Hình 2.2: Sữa Ong chúa 5 

Hình 2.3: Mật, sáp, keo Ong 5 

Hình 2.4: Con Ong mang phấn hoa 6 

Hình 2.5: Cách thu hoạch phấn hoa 6 

Hình 2.6: Đường cong sấy 14 

Hình 2.7: Máy sấy chân không kiểu tủ 26 

Hình 2.8: Máy sấy chân không kiểu thùng quay 27 

Hình 2.9: Máy sấy chân không trụ tròn 27 

Hình 2.10: Máy sấy chân không băng tải 27 

Hình 4.1:Sơ đồ nguyên lý máy sấy chân không 31 

Hình 4.2: Khay sấy 32 

Hình 4.3: Khung chứa khay sấy 33 

Hình 4.4: Buồng sấy 34 

Hình 4.5: Tấm tạo nhiệt 38 

Hình 4.6: Bình chứa nước ngưng tụ 42 

Hình 4.7: Bản vẽ máy sấy sau khi thiết kế 43 

Hình 4.8: Sơ đồ mạch điều khiển 44 

Hình 4.9: Bố trí cảm biến nhiệt độ trên khay số 5 46 

Hình 4.10: Bố trí cảm biến nhiệt độ trên khay số 1 47 

Hình 4.11: Độ giảm ẩm theo thời gian 49 

ix

DANH SÁCH CÁC BẢNG

 

 

Bảng 2.1: Bảng phân lọai các dạng bức xạ theo chiều dài bước sóng 19 

Bảng 4.1: Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các cảm biến trên khay số 5: 46 

Bảng 4.2: Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các cảm biến trên khay số 1: 47 

Bảng 4.3: Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các cảm biến trên các khay còn lại 47 

Bảng 4.4: Kết quả khảo nghiệm 49 

1

Chương 1

MỞ ĐẦU

Nước ta có hơn 10 triệu ha rừng tự nhiên, diện tích cây công nghiệp lâu năm, đây

là nguồn thức ăn dồi dào cho ong mật Do đó rất thuận lợi để phát triển nghề nuôi ong mật Sản phẩm khai thác từ loài ong mật không chỉ có mật ong mà còn có nhiều sản phẩm khác như sữa ong chúa, phấn hoa, nọc ong, keo ong, sáp ong và cả xác của các loài ong Đây là một nguồn dược liệu và thực phẩm có giá trị khá cao cho đời sống và cũng là nguồn xuất khẩu Sản phẩm mật ong của nước ta được xuất khẩu đi các thị trường lớn như Mỹ, Nhật Bản, Đức, Châu Âu đem lại nguồn ngoại tệ đáng kể hàng năm

Phấn hoa là những tế bào sinh sản đực của thực vật, là nguồn thức ăn chính cung cấp các nhu cầu về protein, chất béo, vitamin, nguyên tố vi lượng và các chất dinh dưỡng khác cho đàn ong Trong phấn hoa có chứa những hợp chất có khả năng chống oxi hoá rất cao, đây cũng là một nguồn giàu quercetin và một lượng rất lớn rutin Phấn hoa chứa đường, đạm, chất béo, các enzim, vitamine, khoáng chất Hàm lượng protein dao động trong khoảng: 10 – 35%, tuỳ theo mỗi loại phấn hoa khác nhau Phấn hoa chứa hầu hết các axit amin không thay thế và một số axit hiếm như homoxerin, gama-aminobutyric và gama– aminodipic Các vitamin trong phấn hoa bao gồm: vitamin C, B1, B2, B6, D, E, PP, P cùng các axit pantothenic, axit biotin, axit folic, provitamin A Enzym antioxydant superoxide dismutase (SOD) là enzim phổ biến được tìm thấy trong phấn hoa

Phấn hoa khi ong mang về thường có hàm lượng nước rất cao (25 – 40% ) nên chúng dễ bị lên men và bị thối rữa, do vậy cần phải được bảo quản lạnh hoặc sấy khô Hầu hết các cơ sở sản xuất vẫn chưa có các quy trình công nghệ cũng như các thiết bị tiên tiến để sấy và bảo quản phấn hoa Người dân chủ yếu đem phấn hoa thu được ra phơi, hóng gió với các dụng cụ đơn giản hoặc đưa vào sấy trong các lò thủ công, đốt

Hiện tại Việt Nam trong những năm qua cũng có những nghiên cứu về bảo quản, chế biến phấn hoa với các phương pháp khác nhau Tuy nhiên, các nghiên cứu

đó chỉ dừng lại ở mức mô hình, chưa được ứng dụng vào thực tế

Từ những lý do trên, với mong muốn nâng cao chất lượng sản phẩm phấn hoa, cũng như đưa vào hoạt động sản suất trong thực tế, được sự đồng ý của Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí – Công nghệ và hướng dẫn của hai thầy: PGS – TS Nguyễn Hay

và TS Lê Anh Đức, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “ Tính toán, thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm máy sấy phấn hoa năng suất 50 kg/mẻ”

Trong quá trình thực hiện, do kiến thức và kinh nghiệm thực tế có hạn, đặc biệt công nghệ sấy chân không còn khá mới ở nước ta, các tài liệu nói về công nghệ này cũng còn hạn chế nên đề tài khó tránh khỏi sai sót mặc dù đã cố gắng tìm tòi, học hỏi thầy cô và bạn bè Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô, các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

3

Chương 2 TỔNG QUAN

tổ chức xã hội cao như kiến, mối Ong sống theo đàn, mỗi đàn đều có ong chúa, ong thợ, ong đực, và có sự phân công công việc rất rõ ràng Ong mật được con người nuôi để khai thác sản phẩm như mật ong, phấn hoa, sáp ong, sữa ong chúa, v.v…

b) Phân loại ong mật:

Trên thế giới có 7 loài ong mật nhưng ở đây chỉ kể 4 loại chính :

Ong châu Âu (ong ngoại) (A.Mellifera)

Ong ruồi (ong nội) (A.Cerana)

Ong khoái hay ong gác kèo (A.Dorsata)

Ong hoa hoặc ong muỗi (A.Florea)

Ở Việt Nam có cả 4 loài ong mật kể trên nhưng chỉ 2 loài A.Cerana và A.Mellifera có giá trị kinh tế cao đang được nuôi rộng rãi Hai loài A.Dorsata và A.Florea là loài ong hoang dã chưa được nghiên cứu thuần hóa, mới dừng ở mức độ khai thác tự nhiên

Mỗi loài ong mật lại chia thành nhiều chủng (phân loài) khác nhau Mỗi phân loài đó lại có nhiều dạng sinh thái, dạng sinh học hình thành từ lâu đời dưới tác động của những yếu tố ngoại cảnh khác nhau

Mật ong là sản phẩm có sản lượng lớn nhất của nghề nuôi ong, mật ong chủ yếu

là đường đơn (glucô, fructô) Trong mật ong còn chứa nhiều vitamin nhóm B (B1, B6, B12, PP) ; vitamin C, vitamin E, nhiều chất khoáng trong đó kali là đáng kể, ngoài ra còn có một số enzim và hoocmôn sinh trưởng

9 Đặc điểm của mật ong:

Mật ong tự nhiên có nhiều loại với nhiều màu sắc khác nhau, có dạng từ đặc sánh đến kết tinh Tùy theo nguồn gốc từng loại hoa mà mật kết tinh nhiều hay ít, có loại mật ong không kết tinh

Sự kết tinh của mật ong là hiện tượng tự nhiên bình thường, nguyên nhân do tỉ

lệ đường glucô / fructô lớn hơn 1

b).Sữa chúa:

Định nghĩa: Sữa chúa là nguồn dinh dưỡng cao cấp, là sản phẩm đặc biệt Đó

là thức ăn duy nhất để nuôi chúa và ấu trùng ong chúa do ong thợ non tiết ra

5

Hình 2.2: Sữa Ong chúa

9 Thành phần của sữa ong chúa:

Sữa chúa có thành phần dinh dưỡng như sau: protêin: 18%; lipid: 4,64%; gluxit:

12 –49%; các vitamin: 3,2%; chất khô: 39,95%; tro: 0,82%; …, pH: 3,5%

c).Sáp ong:

Hình 2.3: Mật, sáp, keo Ong

Sáp ong là vật tư chủ yếu để làm nền bánh tổ (chân tầng) cho ong, ngoài ra sáp ong còn dùng trong các ngành công nghiệp như: công nghiệp dệt, y tế, hàng không, giày da, may mặc, đánh bóng đồ gỗ,…

Hình 2.4: Con Ong mang phấn hoa

Hình 2.5: Cách thu hoạch phấn hoa

2.2.2 Thành phần phấn hoa:

Thành phần của phấn hoa rất phức tạp, mỗi hạt phấn hoa có khoảng 3-5 triệu tế bào phấn hoa, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chủng loại phấn, điều kiện địa lý, khí hậu , trong đó có chứa chừng 12-20% nước, 20-25% protein, 13% acid amin, 25-48% carbon hydrat, 1-20% lipid, 27 loại chất khoáng như K, Ca, Na, P, Mg, S, Cu,

Fe, Zn, Mn, Ti, Ni, Si, Cl và 14 loại vitamin như B1, B2, B3, B6, C, A, D, E, P,

có thể làm cho cơ thể trở nên nhẹ nhàng, khí lực sung mãn, trẻ lâu

Phòng chống cao huyết áp, xơ vữa động mạch, tiểu đường, viêm loét dạ dày tá tràng, viêm gan, chống lão hóa, chống phóng xạ, tăng cường công năng miễn dịch, thúc đẩy quá trình tạo huyết, kiện não, bổ tủy, cải thiện trí nhớ, điều tiết nội tiết tố, khống chế tuyến tiền liệt tăng sinh, tăng cường khả năng tình dục, phòng chống ung thư và làm đẹp da…

Ngoài ra, phấn của mỗi loại hoa lại có những tác dụng riêng như: phấn hoa hòe

có công dụng kiện vị và trấn tĩnh; phấn hoa kiều mạch có công dụng kiện tỳ lý khí,

bổ huyết và làm chậm nhịp tim; phấn hoa cửu lý hương có công dụng thúc đẩy tuần hoàn, cải thiện khả năng ghi nhớ, kháng khuẩn và giảm ho; phấn hoa thùy dương có công dụng bồi bổ và giảm đau; phấn hoa dâu có công dụng làm hạ đường huyết; phấn hoa cải có công dụng phòng chống giãn và viêm loét tĩnh mạch; phấn hoa táo

có công dụng bổ dưỡng cơ tim

Kéo dài tuổi thọ; phòng chống tật bệnh, đặc biệt là bệnh lý đường tiêu hóa, tim mạch và rối loạn chuyển hóa như đái tháo đường, tăng lipid máu ; cải thiện chức năng gan; dự phòng tích cực u phì đại tiền liệt tuyến, cảm mạo và ung thư; tăng cường công năng giải độc của cơ thể; phòng chống rối loạn tiền mãn kinh

2.2.4 Cách sử dụng phấn hoa:

Người ta thường dùng phấn hoa bằng cách ăn tự nhiên hoặc pha với nước sôi để uống, ngâm rượu và trộn lẫn với mật ong để ăn Với trẻ em, có thể dùng dưới dạng nấu lẫn với bột hoặc cháo Cho đến nay, quan điểm về liều lượng phấn hoa mỗi ngày chưa thật sự thống nhất Phần đông cho rằng, đối với người trưởng thành, tối đa nên

8

dùng 5-10 g, còn trẻ em thì giảm bớt liều, từ 2-3 g/ngày Trung tâm Nghiên cứu ong trung ương khuyên dùng mỗi ngày 1-2 thìa cà phê, chia làm 2 lần Nói chung, mỗi ngày nên dùng khoảng 5 g là vừa phải

2.2.5 Khai thác phấn hoa:

Vào mùa bông chè, cà phê, mắc cỡ vv , nếu nguồn phấn dồi dào ta có thể tổ chức khai thác phấn hoa: Dùng một tấm lưới có các lỗ nhỏ chận trước cửa tổ, bên dưới dùng một máng để hứng phấn Ong đi làm về mang hai hạt phấn ở hai chân sau khi chui vào lỗ của lưới thoát phấn sẽ để lại hai hạt phấn ở bên ngoài Hai hạt phấn này sẽ rơi xuống máng hứng phấn Trưa hoặc chiều người nuôi ong sẽ gom số phấn này lại

2.2.6 Một số quy định về tiêu chuẩn của phấn hoa: /3/

Do thành phần của phấn hoa phụ thuộc vào nguồn gốc và chủng loại phấn hoa,

do vậy cho đến nay vẫn chưa có tiêu chuẩn chung của quốc tế, tuy nhiên những chỉ tiêu được lấy làm căn cứ trong giao dịch thương mại (theo tiêu chuẩn của Nga) đó là:

a) Chỉ tiêu cảm quan:

- Màu: Nâu, vàng, màu cát, xanh xám, đen, tím

- Bên ngoài: khối hạt tơi đều, tạp chất không quá 1,5% Các hạt rắn bóp không nát vụn, ấn bằng vật rắn thì dẹp xuống hay vụn một phần

- Mùi: thơm đặc trưng của phấn hoa, không có mùi chua

- Vị: ngọt thơm, có thể hơi đắng và chua

- Tạp chất khác: không bị mốc, nhậy, sâu bọ

9

2.2.7 Các phương pháp sấy phấn hoa hiện nay:

a).Phơi nắng: là phương pháp sử dụng nguồn nhiệt bức xạ từ mặt trời để nung

nóng không khí và ẩm trong phấn hoa thoát ra ngoài môi trường

• Ưu điểm:

- Đơn giản, chi phí đầu tư thấp

- Có thể sấy lượng lớn vụ mùa với chi phí thấp

• Nhược điểm:

- Kiểm soát điều kiện sấy rất kém

- Tốc độ sấy chậm hơn nhiều so với sấy bằng thiết bị

- Tốn nhiều nhân công

- Phụ thuộc nhiều vào thời tiết

- Phấn hoa bị mất đi một số chất và không đảm bảo vệ sinh, chất lượng sản phẩm kém

b).Sấy bằng tủ sấy:

• Ưu điểm:

- Kiểm soát được nhiệt độ

- Tốc độ sấy nhanh hơn phơi nắng

- Tốn ít nhân công

- Phấn hoa giữ được màu sắc và mùi vị như ban đầu, đảm bảo được vệ sinh

• Nhược điểm:

- Chi phí đầu tư cao so với phương pháp phơi nắng

- Không sấy được với số lượng lớn

- Chất lượng sản phẩm thấp

c).Sấy bằng lò đốt:

• Ưu điểm:

- Công nghệ đơn giản

- Có thể sấy lượng lớn vụ mùa với chi phí thấp

• Nhược điểm:

- Kiểm soát nhiệt độ kém

- Chi phí đầu tư, vận hành cao

- Do ảnh hưởng của khói lò và nhiệt độ cao nên phấn hoa bị mất đi một số chất và không đảm bảo vệ sinh, chất lượng sản phẩm kém

10

2.3 Tìm hiểu chung về quá trình sấy:

2.3.1 Khái niệm về sấy:

Quá trình sấy là quá trình chất lỏng hoặc hơi của nó chủ yếu là nước và hơi nước nhận được năng lượng để dịch chuyển từ trong lòng vật ra bề mặt và nhờ tác nhân mang thải ra ngoài môi trường

2.3.2 Ẩm trong vật liệu sấy:

- Độ ẩm tương đối:

Độ ẩm tương đối (độ ẩm toàn phần) là số phần trăm khối lượng nước (rắn, lỏng, khí) chứa trong một kilogam VLA

( )% 100

ϕ: độ ẩm tương đối của vật liệu

Ga : khối lượng của nước chứa trong vật liệu

G : khối lượng vật liệu ẩm

- Độ ẩm tuyệt đối:

Độ ẩm tuyệt đối là số phần trăm nước chứa trong một kilogam VLK

( )% 100

*

k

a k G

G

=

ϕ

[2.2] Trong đó :

ϕk: là độ ẩm tuyệt đối

Ga: khối lượng của nước chứa trong vật liệu

Gk: khối lượng của vật liệu khô

- Ẩm độ vật liệu:

Ẩm độ vật liệu quyết định thời gian bảo quản Mỗi 1% sai biệt làm ảnh hưởng đến hoạt động của nấm mốc, hư hỏng vật liệu trong quá trình mua bán bảo quản nông sản

Có nhiều phương pháp đo ẩm độ nhưng trong thực tế người ta thường dùng hai phương pháp sau:

+ Phương pháp tủ sấy:/6/

11

Đặt hộp mẫu chứa một lượng hạt nhất định vào trong tủ sấy có nhiệt độ không đổi, sấy cho đến khi đem ra cân khối lượng không đổi từ đó tiến hành tính ẩm độ Phương pháp tủ sấy là phương pháp có độ chính xác cao, là phương pháp dùng

để so sánh, đánh giá các phương pháp khác Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là mất nhiều thời gian tiến hành

+ Phương pháp gián tiếp:/6/

Điện trở hoặc điện dung của vật liệu thay đổi theo ẩm độ của vật liệu Dựa vào tính chất này, người ta gián tiếp xác định độ ẩm của vật liệu bằng phương pháp điện trở Phương pháp gián tiếp là phương pháp đo rất nhanh đọc được ẩm độ sau vài giây Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là độ chính xác không cao do tùy thuộc vào hình dạng kích thước vật liệu, độ ẩm, độ bẩn… Ở khoảng ẩm độ thấp sai

số (±0,3%) nhưng ở ẩm độ cao sai số có thể là (±3%)

p0: áp suất trên mặt thoáng

pr: áp suất trên bề mặt cột dịch thể trong ống mao dẫn

σ: sức căng bề mặt của dịch thể với thành mao dẫn

r: bán kính cong của bề mặt dịch thể

+ r > 0 => pmd > 0 (hay pr < p0) => cột chất lỏng trong ống mao dẫn tăng

12

+ r < 0 => pmd < 0 (hay pr > p0) => cột chất lỏng trong ống mao dẫn giảm Tính dính ướt là động lực tạo ra cái gọi là áp suất mao dẫn hay chiều cao cột dịch thể

Tính dính ướt đã làm áp suất trên bề mặt cột chất lỏng trong ống mao dẫn tăng hoặc giảm so với áp suất trên mặt thoáng p0

Vì vậy, áp suất trong không gian phía trên cột dịch thể trong ống mao dẫn gây nên hiện tượng biến dạng đối với các vật xốp đàn hồi

2.3.4 Phân loại VLA và đặc tính xốp của VL:/5/

a).Phân loại VLA:

• VLA là những vật có khả năng hấp phụ nước

• VLA là những vật có cấu trúc xốp, mao dẫn

• VLA được chia là ba nhóm chính : vật keo, vật xốp mao dẫn, vật keo xốp mao dẫn

- Vật keo: vật xốp, khi hút ẩm hoặc khử ẩm kích thước các hang xốp của vật thay đổi

- Vật xốp mao dẫn: kích thước của các hang xốp không thay đổi khi hút ẩm hoặc khử ẩm

- Vật keo xốp mao dẫn: vật liệu vừa có tính keo vừa có tính mao dẫn

b).Đặc tính xốp của VLA:

- Đặc tính xốp của VLA được đánh giá qua độ xốp và sự thay đổi của nó theo bán kính các mao dẫn

- Độ xốp của vật liệu là tổng tất cả các thể tích trống gồm thể tích các hang xốp

và các hang xốp trong một đơn vị thể tích của vật

2.3.5.Các dạng liên kết ẩm:/5/

Ẩm có mặt trong vật liệu dưới hai dạng lớn:

- Liên kết hóa - lý: là liên kết không thể khử được bằng quá trình sấy

- Liên kết cơ - lý: là liên kết có thể tách khỏi vật liệu nhờ quá trình sấy Các dạng năng lượng liên kết cơ – lý:

- Liên kết hấp phụ: liên kết của một lớp cỡ phân tử trên các bề mặt các hang xốp của vật liệu ( nước hoặc hơi nước với vật liệu)

- Liên kết mao dẫn:

13

¨ Là liên kết chủ yếu trong VLA

¨ Là liên kết giữa các dịch thể dính ướt của bề mặt vật liệu

¨ Năng lượng liên kết lớn nhất

- Liên kết thẩm thấu:

¨ Liên kết của nước trong các dung dịch

¨ Năng lượng liên kết bé nhất

2.3.6 Truyền nhiệt truyền chất và động học quá trình sấy:/5/

a).Truyền nhiệt truyền chất:

Như chúng ta biết, quá trình sấy :

- Là quá trình vật liệu nhận năng lượng mà chủ yếu là nhiệt năng từ một nguồn nhiệt nào đó để ẩm từ trong lòng vật dịch chuyển ra bề mặt và đi vào TNS hay môi trường

- Là quá trình truyền nhiệt, truyền chất xảy ra đồng thời

Trong lòng vật, quá trình đó là quá trình dẫn nhiệt và khuếch tán ẩm hỗn hợp Trao đổi nhiệt ẩm giữa bề mặt vật với môi trường hay tác nhân sấy (TNS) là quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi ẩm đối lưu liên hợp

Một vật xốp đặt trong không khí luôn luôn xảy ra quá trình tương tác ẩm trong điều kiện nhiệt độ của vật và không khí không đổi Đặc trưng cho quá trình này là quá trình hấp phụ và khử hấp phụ

- pv < pa: dòng ẩm đi từ không khí vào vật liệu đó là quá trình hấp phụ (là quá trình vật liệu nhận thêm hơi nước)

- pv > pa: dòng ẩm đi từ trong lòng vật ra bề mặt để đi vào không khí đó là quá trình khử hấp phụ (là quá trình vật liệu mất bớt hơi nước)

- pv = pa: vật đạt trạng thái độ ẩm cân bằng (ωcb)

b).Động học quá trình sấy:

Đường cong sấy:

Đường cong sấy là quan hệ giữa độ ẩm trung bình tích phân và thời gian sấy

thời gian sấy

Gồm 3 thành phần tương ứng với 3 giai đọan sấy:

- Giai đọan 1: giai đoạn đốt nóng: đoạn AB

+ VLS nhận được nhiệt lượng và ẩm trong lòng vật bắt đầu phá vỡ các liên kết

để dịch chuyển ra bề mặt và một phần nhỏ bắt đầu tách khỏi bề mặt VLS để đi vào môi trường

+ Nhiệt độ của VLS tăng rất nhanh

+ Độ ẩm trung bình tích phân giảm không đáng kể

- Giai đọan 2: giai đoạn tốc độ sấy không đổi: đoạn BC

+ Nhiệt độ không đổi

+ Độ ẩm trung bình tích phân giảm rất nhanh (ωtb = f( )τ

+ Tốc độ sấy: ( ) const.

d

df d

d tb = =

τ τ

τω

+ Nhiệt lượng VLS nhận được chỉ để phá vỡ các liên kết ẩm mà chủ yếu là ẩm

tự do, liên kết thẩm thấu và cung cấp năng lượng cho ẩm để di chuyển từ trong lòng

vật ra bề mặt

- Giai đọan 3: giai đoạn tốc độ sấy giảm dần: đọan CD

15

+ Tốc độ sấy giảm

+ Nhiệt độ VLS bắt đầu tiếp tục tăng

+ Các liên kết bền vững (liên kết hấp thụ, liên kết mao dẫn,…) cần cung cấp một năng lượng lớn hơn và ở một nhiệt độ cao hơn mới tách khỏi VLS

+ Tổng thời gian của giai đọan này lớn hơn rất nhiều so với tổng thời gian của 2 giai đọan trước đó

Đường cong tốc độ sấy:

- Đường cong tốc độ sấy là đường cong biểu diễn quan hệ dωtb/dτ = df(τ)/ dτ,

nó nói lên khả năng giảm ẩm của VLS theo thời gian

- Giai đoạn đốt nóng và giai đọan tốc độ sấy không đổi: đường cong sấy đối với tất cả các VLS là giống nhau

+ Trong giai đoạn đốt nóng: tốc độ sấy tăng rất nhanh từ giá trị không đến giá trị cực đại N

+ Trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi: giá trị này giữ nguyên

- Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần: các vật có cấu trúc và liên kết ẩm khác nhau

sẽ có những hình dáng khác nhau

Đường cong nhiệt độ sấy:

- Đường cong nhiệt độ sấy nói lên sự ảnh hưởng ẩm độ của VLS đến nhiệt độ của quá trình sấy

- Đường cong nhiệt độ tâm VLS: t0= f0(ωtb).

- Đường cong nhiệt độ bề mặt VLS: t b = f b(ωtb).

- Giai đoạn đốt nóng: nhiệt độ tâm và nhiệt độ bề mặt VLS tăng rất nhanh

16

1

2α

rJ t t

r: nhiệt ẩn hóa hơi

J2: mật độ dòng ẩm

α1: hệ số trao đổi nhiệt

Khi ẩm đã không còn bay hơi mãnh liệt nữa thì nhiệt độ bề mặt cũng như của

tâm vật bắt đầu tăng lên thì giai đoạn tốc độ sấy không đổi kết thúc, quá trình sấy

chuyển sang giai đoạn tốc độ sấy giảm dần

- Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần: khoảng cách giữa đường tb = fb(τ) và đường t0

= f0(τ) thu hẹp dần và khi độ ẩm của vật đạt độ ẩm cân bằng ωcb thì hai nhiệt

độ này bằng nhau và về nguyên tắc bằng nhiệt độ TNS

tm > tb > tư ≤ t0

- Khi quátrình sấy kết thúc:

tb = t0 ≈ tm

ωb ≈ ω0 ≈ ωtb ≈ ωcb

2.3.7 Các phương pháp sấy và thiết bị sấy hiện nay:/5/

- Thiết bị sấy là thiết bị dùng để lấy đi nước hoặc hơi nước từ VLS thông qua

TNS làm cho VLS có được ẩm độ mà ta mong muốn

- Có 2 phương pháp sấy cơ bản: sấy tự nhiên và sấy bằng thiết bị

a).Sấy tự nhiên:

Sấy tự nhiên là phương pháp sử dụng nguồn nhiệt bức xạ từ mặt trời để nung

nóng không khí và ẩm trong VLS thoát ra ngoài môi trường

• Ưu điểm:

- Công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư, vận hành thấp

- Không đòi hỏi cung cấp năng lượng lớn và nhân công lành nghề

- Có thể sấy lượng lớn vụ mùa với chi phí thấp

• Nhược điểm:

- Kiểm soát điều kiện sấy rất kém

- Tốc độ sấy chậm hơn nhiều so với sấy bằng thiết bị, do đó chất lượng sản

phẩm kém

- Tốn nhiều nhân công

b).Sấy bằng thiết bị:

17

Dựa vào trạng thái TNS hay cách tạo ra động lực quá trình dịch chuyển ẩm mà chúng ta có 2 phương pháp sấy: sấy nóng và sấy lạnh

Phương pháp sấy nóng: nhờ đốt nóng hoặc cả TNS lẫn VLS hoặc chỉ đốt nóng

VLS mà hiệu số giữa phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật pab và phân áp suất hơi nước trong TNS pam tăng dẫn đến quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lòng VLS ra bề mặt và đi vào môi trường

• Phân loại:

¨ HTS đối lưu: VLS nhận nhiệt bằng đối lưu từ một dịch thể nóng (không khí nóng hoặc khói lò) Trong HTS đối lưu người ta lại phân ra các lọai: HTS buồng, HTS hầm, HTS tháp,…

¨ HTS tiếp xúc: VLS nhận nhiệt từ một bề mặt nóng Trong các HTS tiếp xúc người ta tạo ra độ chênh phân áp suất nhờ tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt VLS ( HTS lô, HTS tang,…)

¨ HTS bức xạ: VLS nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để ẩm dịch chuyển từ trong lòng VLS ra bề mặt và từ bề mặt khuyếch tán vào môi trường Trong HTS này, người ta tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa VLS và môi trường chỉ bằng cách đốt nóng vật

¨ Các HTS khác: ngoài ba HTS đối lưu, tiếp xúc và bức xạ, trong các HTS nóng còn có HTS dùng dòng điện cao tần hoặc dùng năng lượng điện từ trường để đốt nóng vật Khi VLS đặt trong một trường điện từ thì trong vật xuất hiện các dòng điện và chính dòng điện này đốt nóng vật

Phương pháp sấy lạnh:

¨ HTS lạnh ở nhiệt độ t > 0: TNS là không khí trước hết được khử ẩm (bằng làm lạnh hoặc khử ẩm hấp phụ) sau đó lại được đốt nóng (làm lạnh) đến nhiệt độ yêu cầu rồi cho đi qua VLS

¨ HTS thăng hoa: HTS lạnh mà trong đó ẩm trong VLS ở dạng rắn trực tiếp biến thành hơi đi vào TNS

¨ HTS chân không: VLS nhận được nhiệt lượng, các phân tử nước ở thể rắn không chuyển trực tiếp thành hơi để đi vào TNS mà trước khi biến thành hơi đi vào môi trường nước ở thể rắn phải chuyển qua thể lỏng

18

2.4 Tìm hiểu chung về máy sấy chân không:/3/

2.4.1 Nguyên lý cơ bản của máy sấy chân không:

Trong các thiết bị sấy chân không, ẩm tách khỏi VLS không phải do đốt nóng vật

mà do tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa bề mặt vật với phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy và do đó cũng tạo ra độ chênh lệch phân áp suất giữa tâm với

bề mặt Việc định mức cho một áp suất chân không trong khi sấy tùy thuộc vào loại sản phẩm, nhiệt độ sấy Để chọn độ chân không cho thiết bị với một sản phẩm sấy ta căn cứ vào nhiệt độ sấy của sản phẩm để khi đó với áp suất đã chọn nước trong vật liệu sấy sẽ sôi

Nguyên lý cơ bản của phương pháp sấy chân không là sự phụ thuộc nhiệt độ sôi của nước vào áp suất mặt thoáng Nếu làm giảm áp suất môi trường trong thiết bị sấy xuống đến một áp suất mà ở đó nước trong vật liệu cần sấy bắt đầu sôi, sẽ tạo ra một chênh lệch áp suất rất lớn trong lòng VLS và qua đó hình thành dòng ẩm chuyển động

từ trong lòng VLS ra ngoài bề mặt Ở điều kiện áp suất này, nước trong vật liệu sẽ sôi Khi nước trong VLS sôi, hóa hơi và làm tăng áp suất trong vật liệu, thúc đẩy quá trình

di chuyển ẩm từ trong ra ngòai bề mặt VLS Chính vì vậy, ở điều kiện chân không vật liệu sẽ khô rất nhanh rút ngắn thời gian sấy và cải thiện được chất lượng sấy

Nhờ quá trình hút chân không mà nhiệt độ sấy thấp hơn rất nhiều so với các phương pháp sấy khác Vì vậy, sản phẩm sau khi sấy có thể giữ được màu sắc, mùi vị, cấu trúc vật liệu thay đổi đồng đều nhờ quá trình nước sôi từ bên trong

2.4.2 Hệ thống hút chân không trong thiết bị sấy chân không:

Các kiểu máy hút chân không:

Các kiểu máy hút chân không về nguyên tắc làm việc không có gì khác so với các kiểu máy nén khí khác, chỉ khác là phạm vi áp suất làm việc và độ nén cao Các bơm chân không hút khí ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển và đẩy khí ra ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển

Năng suất bơm không cố định và giảm theo sự giảm của áp suất hút vì vậy khi chọn bơm phải căn cứ vào cả năng suất và độ chân không tối đa mà bơm chân không

đó tạo được

Phân loại bơm chân không:

- Bơm chân không kiểu piston

19

- Bơm chân không kiểu roto

- Bơm chân không kiểu phun tia

- Bơm chân không kiểu khuếch tán

2.5 Cở sở lý thuyết tính toán các thiết bị trong máy sấy chân không:/4/

2.5.1 Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt:

Một vật bất kỳ ở nhiệt độ nào (lớn hơn độ không tuyệt đối – 0o K) luôn có sự biến đổi nội năng của vật thành năng lượng sóng điện từ, các sóng này truyền đi trong không gian theo mọi phương với vận tốc ánh sáng và có chiều dài bước sóng λ= 0 ÷ ∞ Vậy “ Bức xạ là hiện tượng phát sinh và truyền năng lượng dưới dạng sóng điện từ”

Tia nhiệt là những tia có bước sóng trong khỏang λ= 0,4 ÷ 400 µm có hiệu ứng

về nhiệt tương đối cao (nghĩa là vật có thể hấp thu được và biến thành nhiệt năng)

Quá trình bức xạ nhiệt là quá trình phát sinh và truyền những tia nhiệt

Quá trình trao đổi nhiệt bằng bức xạ là quá trình trao đổi nhiệt tương hỗ giữa

các vật bằng phương thức bức xạ nhiệt

Bảng 2.1: Bảng phân lọai các dạng bức xạ theo chiều dài bước sóng

Dạng bức xạ Chiều dài bước sóng

2.5.2 Các định nghĩa cơ bản của bức xạ nhiệt:

Dòng bức xạ toàn phần Q (W): là năng lượng bức xạ phát ra trên bề mặt F của vật trong một đơn vị thời gian trên toàn bộ không gian nửa bán cầu ứng với tất cả các bức sóng từ 0 đến ∞

Khả năng bức xạ bán cầu (mật độ bức xạ bán cầu) của vật E (W/m2): là dòng bức xạ toàn phần phát ra trên một đơn vị diện tích

dF dQ

20

dQ: dòng bức xạ toàn phần

dF: bề mặt phân bố

Khả năng bức xạ đơn sắc (hay cường độ bức xạ đơn sắc): là mật độ bức xạ bán

cầu ứng với một dải hẹp của chiều dài bức sóng

λ

d

dE

Bức xạ bản thân của vật: là bức xạ của vật phát sinh do sự thay đổi trạng thái

năng lượng của vật

Chúng ta có: Q0 = QA + QR + QD [2.7]

1 0

0 0

= + +

= +

Q

Q Q

Q Q

[2.8] Trong đó:

D= D : hệ số xuyên qua của vật

Nếu A = 1 (D = R = 0): vật hấp thu toàn bộ năng lượng bức xạ chiếu tới gọi là

vật đen tuyệt đối

Nếu R = 1(A = D = 0): vật sẽ phản xạ toàn bộ năng lượng bức xạ chiếu tới gọi

là vật trắng tuyệt đối

Nếu D = 1 (A = R = 0):: vật sẽ cho xuyên qua tòan bộ năng lượng bức xạ chiếu

tới gọi là vật trong suốt tuyệt đối

2.6 Tính toán chọn bơm chân không:

Về nguyên tắc chọn bơm chân không không khác với máy nén khí, chỉ khác ở

phạm vi họat động và độ nén cao Các lọai bơm chân không thường dùng là : bơm

kiểu pittông, bơm kiểu roto,…

Gọi V: thể tích trong buồng sấy

P1, P2: áp suất đầu và cuối quá trình sấy

T1, T2: nhiệt độ đầu và cuối quá trình sấy

Khối lượng không khí trong buồng trước khi hút :

21

1 1 1

P V m

R T

Khối lượng không khí còn lại trong buồng sau khi hút

2 2 2

P V m

t : thời gian hút đến độ chân không yêu cầu

Công suất của bơm :

.

1000

do n

do n m

N N

do n

P k

Q: năng suất hút của máy ( m3/s )

k: hệ số đọan nhiệt của không khí , k = 1,4

ηđo.n: hệ số hiệu dụng đẳng nhiệt

ηm: hệ số hiệu dụng tính đến quá trình ma sát

ηđo.n ηm = 0,6 ÷ 0,7

2.7 Tính tóan lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy:

Nhiệt chủ yếu được truyền đến vật liệu sấy qua bức xạ của nguồn nhiệt như : điện trở, bóng đèn có công suất lớn,….Thông thường các vật bức xạ được lắp cố định ngay trên bề mặt của lớp vật liệu sấy

22

Lượng nhiệt cần tính tóan gồm các phần : phần làm nóng vật liệu sấy, nhiệt làm nóng không khí trong buồng sấy, nhiệt tổn thất qua vách, nhiệt làm nóng vỏ máy, khung sấy, khay sấy,…

cg: nhiệt dung riêng của VLS (kJ/kg.độ )

t1: nhiệt độ VLS lúc đầu ( nhiệt độ môi trường)

t2: nhiệt độ sấy

- Nhiệt lượng làm nóng không khí trong buồng sấy:

Q2 = mkk*ΔI = ρk*(Vbuồng - Vc)*(i2 – i1), kJ [2.17]

i1: enthalpy của không khí lúc bắt đầu sấy

i2: enthalpy của không khí sấy khi nhiệt độ 400C

m1 = mkk : khối lượng không khí trong buồng trước khi hút

Vc: VLS và các thiết bị chiếm khoảng 30% thể tích buồng

ρk: khối lượng riêng của không khí

- Nhiệt tổn thất ra môi trường bằng bức xạ

T1: Nhiệt độ vách buồng sấy

T2: Nhiệt độ môi trường

ε1: Hệ số bức xạ của inox

F1: diện tích bề mặt buồng sấy, m2

C0 = 5,67 – hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối

- Nhiệt lượng làm nóng các thiết bị cơ khí trong máy sấy:

Các thiết bị cơ khí đó là khung sấy, khay sấy, vỏ máy, khung

Q4 = m * cg * ( t2 – t1 ) [2.19] m: tổng khối lượng inox trong máy sấy, kg

23

cg: nhiệt dung riêng của inox,J/kg.0K

- Nhiệt lượng tổn thất ra ngòai môi trường qua vách:

Gồm tổn thất qua bên hông buồng và mặt trước, mặt sau

Trong đó: t2: nhiệt độ buồng sấy

t1: nhiệt độ môi trường

λ1: hệ số dẫn nhiệt của inox, W/m.độ

λ2 : hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh, W/m.độ

δ1: chiều dày vách buồng sấy

δ2: chiều dày lớp cách nhiệt của buồng sấy

Phương trình truyền nhiệt qua vách phẳng:

1 2 51 51

.

λ

δλ

1 2 52 52

.

λ

δλ

Lượng nước bay ra trong quá trình bốc hơi tính theo công thức:

2

2 1

1 1 ω

ωω

−

−

= G

Trong đó: G1: khối lượng phấn hoa, kg

ω1: ẩm độ ban đầu phấn hoa, %

ω2: ẩm độ cuối của phấn hoa, %

r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước và hơi nước bão hòa, kJ/kg

- Nhiệt lượng tổn thất qua các gân chịu lực:

F7 : diện tích các gân chịu lực, m2