SẤY ĐỐI LƯU (kỹ thuật thực phẩm)

I .TÓM TẮT Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lương nhiệt biến đổi trạng thái pha của pha lỏng trong vật liệu thành hơi.Hầu hết các vật liệu trong quá trình sản xuất điều chứa pha lỏng là nước thường được gọi là ẩm.Vậy trong thực tế có thể xem quá trình tách ẩm bằng phương pháp nhiệt. Nghiên cứu về tĩnh học nhằm mục đích xác định mối quan hệ thông số đầu và cuối của vật liệu sấy và các tác nhân dựa trên phương trình cân bằng vật chất,năng lượng. Nghiên cứu về động học quá trình sấy nhằm nghiêm cứu về sự biến đổi hàm độ và nhiệt độ trung bình của vật liệu theo thời gian. II .GIỚI THIỆU 2.1 Khái niệm Sấy là quá trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt. Sấy đối lưu là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với tác nhân sấy như không khí, khói lò,… 2.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy sấy bằng không khí: Trong quá trình sấy nếu dùng tác nhân sấy là không khí thì gọi là sấy bằng không khí. Khi sấy không khí nóng tiếp xúc với bề mặt vật liệu ẩm làm bốc hơi nước trong vật liệu ẩm tạo thành hỗn hợp không khí ẩm thoát ra ngoài. Vật liệu ban đầu vẫn còn ẩm cho qua cửa và nhờ bộ phận vận chuyển đưa qua phòng sấy. Không khí bên ngoài được quạt hút đưa vào caloriphe sưởi rồi vào phòng sấy. Tại caloriphe sưởi không khí được đun nóng đến nhiệt độ cần thiết, khi vào

I TĨM TẮT - Ngun tắc q trình sấy cung cấp lương nhiệt bi ến đổi trạng thái pha c pha lỏng vật liệu thành hơi.Hầu hết vật liệu trình sản xuất ều chứa pha lỏng nước thường gọi ẩm.Vậy thực tế xem q trình tách ẩm phương pháp nhiệt - Nghiên cứu tĩnh học nhằm mục đích xác định mối quan hệ thông s ố đầu cuối v ật li ệu sấy tác nhân dựa phương trình cân vật chất,năng lượng - Nghiên cứu động học trình sấy nhằm nghiêm cứu biến đổi hàm đ ộ nhi ệt độ trung bình vật liệu theo thời gian II GIỚI THIỆU 2.1 Khái niệm Sấy trình tách pha lỏng khỏi vật liệu phương pháp nhiệt Sấy đối lưu phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với tác nhân sấy khơng khí, khói lò,… 2.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy sấy khơng khí: - Trong q trình sấy dùng tác nhân sấy khơng khí gọi sấy khơng khí Khi sấy khơng khí nóng tiếp xúc với bề mặt vật liệu ẩm làm bốc nước vật liệu ẩm tạo thành hỗn hợp khơng khí ẩm ngồi -Vật liệu ban đầu ẩm cho qua cửa nhờ phận vận chuyển đưa qua phòng sấy Khơng khí bên ngồi quạt hút đưa vào caloriphe sưởi vào phòng sấy Tại caloriphe sưởi khơng khí đun nóng đến nhiệt độ cần thiết, vào 2.3 Mơ hình thí nghiệm: A Quạt hướng trục B Điện trở gia nhiệt (Caloriphe) C Cân D Bộ điều khiển nhiệt lượng điện trở cung cấp E Bộ điều chỉnh tốc độ quạt F Thì kế G Lưu tốc kế Nhiệt kế bầu ướt Nhiệt kế bầu khô 2.4 Các giai đoạn sấy Ta thấy đường cong sấy đường cong tốc độ sấy , trình sấy diễn theo giai đoạn : giai đoạn đốt nóng ,giai đoạn đẳng tốc giai đoạn giảm tốc Tuy nhiên, giai đoạn đốt nóng xảy nhanh khơng có biến thiên nhiều độ ẩm nên khảo sát giai đoạn đẳng tốc giảm tốc  Giai đoạn đốt nóng vật liệu : Giai đoạn độ ẩm vật liệu thay đổi chậm thời gian diễn tiến nhanh, kết thúc giai đoạn này, nhiệt độ vật liệu đạt đến nhiệt độ bầu ướt khơng khí Nếu vật liệu có độ dày nhỏ trình sấy đối lưu thời gian không đáng kể  Giai đoạn sấy đẳng tốc: Trong giai đoạn này, giảm độ ẩm vật liệu đơn vị thời gian không đổi (N=const) nên gọi giai đoạn sấy đẳng tốc, giai đoạn sấy đẳng tốc kéo dài thời điểm mà hàm ẩm vật liệu đạt giá trị Xk kết thúc, Xk gọi độ ẩm tới hạn vật liệu Nhiệt độ vật nói chung nhiệt độ tâm bề mặt vật đạt đến giá tri xấp xỉ nhiệt độ bầu ướt tác nhân sấy nghĩa toàn nhiệt lượng vật liệu nhận để bay ẩm  Giai đoạn sấy giảm tốc: Khi độ ẩm nhiệt độ tới hạn tốc độ sấy bắt đầu giảm dần đường cong sấy chuyển tử đường thẳng sang đường cong tiệm cận dần đến độ ẩm cân vật liệu điều kiện trình sấy Khi độ ẩm vật liệu đạt đến giá trị cân Xcb hàm ẩm vật liệu khơng giảm tốc độ sấy 0, trình sấy kết thúc Tốc độ sấy giai đoạn thay đổi theo qui luật khác tùy thuộc tính chất dạng vật liệu Để dễ dàng cho việc tính tốn, người ta thay dạng đường cong phức tạp tốc độ sấy đường thẳng giảm tốc quy ước cho việc thay có sai số bé nhất, giá trị độ ẩm tới hạn dịch chuyển điểm tới hạn qui ước gọi độ ẩm tới hạn qui ước Xkqư Xkqư giao điểm đường đẳng tốc N đường thẳng giảm tốc quy ước III MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 3.1 Các thí nghiệm Thí nghiệm 1: Khảo sát tĩnh lực học trình sấy đối lưu - Xác định biến đổi thông số vật lý khơng khí ẩm thành phần vật li ệu sấy q trình sấy - Xác định lượng khơng khí kơ cần sử dụng lượng nhiệt cần thiết cho trình s - So sánh đánh giá khác quyá trình sấy thực tế lý thuy ết Thí nghiệm 2: Khảo sát động lực học trình sấy đối lưu - Xây dựng đường cong sấy - Xây dựng đường cong tốc độ sấy - Xác định độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân vật liệu sấy 3.2 Các bước tiến hành thí nghiệm: 3.2.2 Chuẩn bị Chuẩn bị miếng bìa carton có kích thước 3.2.3 Tiến hành - Khảo sát động lực học trình sấy nhiệt độ 400C, 600C, 700C Kiểm tra nước vị trí đo nhiệt độ bầu ướt Cài đặt nhiệt độ sấy Khởi động tủ điều khiển Khởi động quạt Bật công tắc điện trở 1,2,3 Làm ẩm giấy carton Khi thiết bị sấy hoạt động ổn định (nhiệt độ bàu khơ khơng đổi), mở cửa phòng sấy, đặt nhẹ giấy carton lên giá đỡ, đóng cửa phòng sấy Ghi nhận số liệu: khối lượng ban đầu G1, nhiệt độ bầu khơ, nhiệt độ bầu ướt khơng khí thời điểm ban đầu ( ý chỉnh cân giá trị trước đặt vật liệu vào phòng sấy) Bắt đầu tính thời gian, phút ghi nhận giá trị cân, nhiệt độ bầu khô, bầu ướt Khi giá trị cân không đổi lần đo kết thúc thí nghiệm Sau kết thúc đo nhiệt độ, tắt công tắc điện trở 3, cài đặt nhiệt độ điều khiển nhiệt độ thí nghiệm tiếp theo, lấy giấy carton khỏi buồng sấy Làm ẩm lại giấy carton Bật công tác điện trở Tiến hành thí nghiệm thí nghiệm Các số liệu cần đo: khối lượng, thời gian, nhiệt độ bầu khô – bầu ướt 3.3 Kết thúc thí nghiệm: - Tắt công tắc điện trở - Cài đặt nhiệt độ điều khiển 20°C tắt công tắc điện trở - Tắt quạt sau 15 phút kể từ đo nhiệt độ cuối Lấy vật liệu sấy khỏi buồng sấy đặt lại vị trí ban VI BÁO CÁO KẾT QUẢ Số liệu thô thu thập *Chế độ sấy t =40oC Vật liệu: dài x rộng x dày = 190 x 120 x 20 mm Máy dài x rộng = 400 × 255 mm V=1,9 m/s Go= 13,4g T bầu khô T bầu ướt stt T (phút ) G (g) 2 17,6 32 39 33 25 30 29 17,1 32 38 33 25 30 29 16,41 32 39 34 25 30 29 16,06 32 38 32 25 28 29 12 15,73 32 39 33 25 28 29 15 15,45 32 39 32 25 28 29 18 15,25 32 39 32 25 28 29 21 14,85 32 37 32 25 28 28 24 14,52 32 38 32 25 28 28 10 27 14,37 32 37 32 26 28 28 11 30 14,12 32 37 31 25 27 28 12 33 13,85 32 38 32 25 28 28 13 36 13,6 32 38 32 25 28 28 14 39 13,5 32 38 32 25 28 28 15 42 13,4 32 38 32 24 28 28 *Chế độ sấy t =50oC Vật liệu: dài x rộng x dày = 190 x 120 x 20 mm Máy dài x rộng = 400 × 255 mm V=1,9 m/s Go= 13,4g stt T ( phút ) 12 15 18 G (g) 2 16,65 15,2 14,52 14,2 13,7 13,5 13,4 33 33 32 33 32 32 32 51 48 46 47 45 45 46 40 37 37 37 36 36 36 25 25 25 25 25 25 25 30 30 31 31 31 31 31 30 30 30 30 30 30 30 *Chế độ sấy t =60oC Vật liệu: dài x rộng x dày = 190 x 120 x 20 mm Máy dài x rộng = 400 × 255 mm V=1,9 m/s Go= 13,4g STT T(phút ) 12 15 G(g) 17,8 16,4 15,25 14,25 13,8 13,4 Xử lý số liệu Tĩnh lực học sấy đối lưu Chế độ sấy t=40oC đ c = = = 0,313433 = = =0 T0Cbk 35 35 34 34 34 34 59 59 58 56 58 59 45 44 43 40 40 40 T0Cbứ 26 26 26 26 26 26 35 35 35 35 35 35 33 33 33 32 32 31 đ = = =0,2386 = =0 c Dựa vào giàng đồ Ramzin ta tra X 0,31343 0,276119 0,22462 0,19850 0,17388 0,15298 0,13806 0,10820 0,08358 0,07238 0,05373 0,03358 0,01492 0,00746 trung bình x 0,2386 H0 77 Y0 0,018 H1 100 Y1 0,023 H2 99 Y2 0,024 0,2164 0,1834 77 77 0,018 0,018 100 100 0,023 0,023 99 99 0,024 0,024 0,1656 77 0,018 99 0,023 99 0,024 0,1481 77 0,018 99 0,023 99 0,024 0,1327 77 0,018 99 0,023 99 0,024 0,1213 0,0976 77 77 0,018 0,018 99 98 0,023 0,023 99 99 0,024 0,024 0,0771 77 0,018 98 0,023 99 0,024 0,0675 77 0,018 97 0,023 99 0,024 0,051 77 0,018 97 0,023 99 0,024 0,0325 77 0,018 97 0,023 99 0,024 0,0147 77 0,018 96 0,023 99 0,024 0,0074 77 0,018 96 0,023 99 0,024 77 77 0,018 0,018 96 98,0666 0,023 0,023 99 99 0,024 0,024 W= = = 0,004199 L===0,6998 (kg/s) Q=L(H2-H0)=0,6998(99-77)=15,3963 L===0,8398 (kg/s) Q=L(H1-H0)=0,8398(98,06667-77)=17,6918 H=15,3963/17,6918=0.87=87% Chế độ sấy t=50oC đ c đ = = = 0,242537 = = =0 = = =0,195195 = =0 c Dựa vào giàng đồ Ramzin ta tra X 0,24253 0,13432 0,08358 0,05970 0,02238 0,00746 trung bình x H0 0,19519 77 0,118421 77 YO 0,015 H1 130 Y1 0,033 H2 100 Y2 0,023 0,015 129 0,032 100 0,023 0,07713 0,05633 0,02189 0,00740 77 0,015 130 0,033 100 0,023 77 0,015 129 0,032 100 0,023 77 0,015 129 0,032 100 0,023 77 0,015 129 0,032 100 0,023 77 77 0,015 0,015 129 129,285 0,032 0,03228 100 100 0,023 0,023 W= = = 0,00325 L===0,40625 (kg/s) Q = L.(H2-Ho)= 0,40625.(100-77)=9,34375 L= ==0,188(kg/s) Q=L(H1-H0)= 0,188.(129,2857-77)=9,8304 H=9,34375/9,8304=0,95=95% Chế độ sấy t=60oC đ c đ = = = 0,328358 = = =0 = = =0,247191 = =0 c Dựa vào giàng đồ Ramzin ta tra X x H0 Y0 H1 Y1 H2 Y2 0,32835 0,22388 0,13806 0,06343 0,02985 trung bình 0,24719 0,18292 0,121311 0,05964 0,02898 77 0,017 130 0,026 114 0,027 77 0,017 130 0,026 114 0,027 77 77 0,017 0,017 130 130 0,027 0,028 114 114 0,028 0,029 77 0,017 130 0,027 114 0,029 77 77 0,017 0,017 130 130 0,026 0,02666 114 114 0,029 0,02816 W= = = 0,0044 L===0,394 (kg/s) Q = L.(H2-Ho)= 0,394.(114-77)=14,5787 L= ==0,4552 Q=L(H1-H0)= 0,4552.(130-77)=24.123 H=14,5787/24.123=0,60=60% Động lực học sấy đối lưu =1157 kg/m3 t=32oC α=3,6=3608,2223 Chế độ sấy t=40oC 20 18 16 14 G(g) 12 10 G (g) 0 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 T(phút) Chế độ sấy t=50oC 18 16 14 G(g) 12 10 G (g) 0 T(phút) Chế độ sấy t=60oC 12 15 18 20 18 16 14 G(g) 12 10 G(g) 0 12 15 T(phút) ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT  Đánh giá kết thí nghiệm  Trong q trình sấy thí nghiệm ta nhận thấy nhiệt độ tăng tốc độ sấy tăng theo thời gian sấy tăng (Do độ ẩm ban đầu vật liệu thí nghiệm khơng giống nhau) - Giai đoạn đẳng tốc giảm dần từ thí nghiệm tới thí nghiệm Do nhiệt độ thấp nên trình sấy lâu  Nhận xét đường cong tốc độ sấy Đường cong tốc độ sấy có dạng giống lý thuyết ta vi phân đường cong sấy dựng đồ thị chia làm giai đoạn giống với lý thuyết sau:  Giai đoạn – Đun nóng vật liệu: Theo lý thuyết giai đoạn diễn khoảng thời gian ngắn độ ẩm vật liệu thay đổi không đáng kể.Qua đồ thị ta lại thấy đoạn thẳng diễn thời gian ngắn ,kết sai số  Giai đoạn – sấy đẳng tốc: Trong giai đoạn độ ẩm vật liệu giảm nhanh gần theo đường thẳng tốc độ sấy không đổi, độ ẩm vật liệu giảm đến độ ẩm tới hạn  Giai đoạn – sấy giảm tốc: Độ ẩm vật liệu giảm chậm giai đoạn tốc độ sấy giảm dần từ  Nhận xét thực nghiệm lý thuyết Kết thực nghiệm nhỏ so với kết lý thuyết Do q trình thí nghệm xảy nhiều sai số khơng mong muốn  Tốc độ sấy bị thay đổi sai số thí nghiệm Điều làm cho giai đoạn sấy đẳng tốc đường cong sấy đường cong tốc độ sấy đường thẳng lý thuyết  Kết tốc độ sấy lý thuyết tốc độ sấy thực nghiệm có sai khác lớn Nguyên nhân tạo nên khác biệt trình sấy lý thuyết sấy thực nghiệm trình sấy lý thuyết xem nhiệt lượng bổ sung trình sấy với nhiệt lượng tổn thất trình sấy Trong trình sấy thực nghiệm nhiệt lượng bổ sung khác nhiệt lượng tổn thất Ngoài so với thực nghiệm ta bỏ qua giai đoạn đun nóng nhỏ nên lượng nhiệt so với lý thuyết có sai lệch Khi nhiệt độ tăng thời gian sấy lý thuyết tăng thời gian sấy thực nghiệm lại giảm  Một số nguyên nhân dẫn đến sai số  Việc canh thời gian đo khối lượng vật liệu phút khơng chuẩn gây sai số cho thí nghiệm Từ ảnh hưởng nhiều đến việc xây dựng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy  Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường đến giá trị cân  Sai số thiết bị  Do thao tác tiến hành thí nghiệm người làm thí nghiệm khơng chuẩn thí nghiệm với  Ảnh hưởng khơng khí + Nhiệt độ khơng khí: Trong điều kiện khác khơng đổi độ ẩm khơng khí, tốc độ gió…, việc nâng cao nhiệt độ làm tăng nhanh tốc độ làm khô lượng nước nguyên liệu giảm xuống nhiều Nhiệt độ sấy thích hợp xác định phụ thuộc vào độ dày, diện tích bề mặt vật sấy Khi sấy nhiệt độ khác nguyên liệu có biến đổi khác +Độ ẩm khơng khí: Độ ẩm tương đối khơng khí nhân tố ảnh hưởng định đến trình làm khơ, độ ẩm khơng khí lớn q trình làm khơ chậm lại +Tốc độ chuyển động khơng khí: Tốc độ gió q lớn q nhỏ khơng có lợi cho q trình sấy Vì tốc độ chuyển động khơng khí q lớn khó giữ nhiệt lượng nguyên liệu để cân tŕnh sấy, tốc độ nhỏ làm cho q trình sấy chậm lại Vì vậy, cần phải có tốc độ gió thích hợp, giai đoạn đầu q trình làm khơ  Ảnh hưởng hướng gió Hướng gió ảnh hưởng lớn đến q tŕnh làm khơ, hướng gió song song với bề mặt ngun liệu tốc độ làm khơ nhanh  Ảnh hưởng nguyên liệu +Kích thước nguyên liệu ảnh hưởng đến trình sấy Nguyên liệu bé, mỏng tốc độ sấy nhanh, ngun liệu có kích thước q bé mỏng làm cho nguyên liệu bị cong, dễ gẫy vỡ +Tùy vào thân nguyên liệu mà người ta chọn chế độ làm khô cho phù hợp, cần phải xét đến thành phần hóa học nguyên liệu ... trình sấy thực tế lý thuy ết Thí nghiệm 2: Khảo sát động lực học trình sấy đối lưu - Xây dựng đường cong sấy - Xây dựng đường cong tốc độ sấy - Xác định độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân vật liệu sấy 3.2... đoạn sấy đẳng tốc đường cong sấy đường cong tốc độ sấy đường thẳng lý thuyết  Kết tốc độ sấy lý thuyết tốc độ sấy thực nghiệm có sai khác lớn Nguyên nhân tạo nên khác biệt trình sấy lý thuyết sấy. .. sấy thực nghiệm trình sấy lý thuyết xem nhiệt lượng bổ sung trình sấy với nhiệt lượng tổn thất trình sấy Trong trình sấy thực nghiệm nhiệt lượng bổ sung khác nhiệt lượng tổn thất Ngoài so với thực