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 TÓM T T Ắ

- Nguyên t c c a quá trình s y là cung c p năng lắ ủ ấ ấ ương nhi t bi n đ i tr ng thái pha c a pha ệ ế ổ ạ ủ

l ng trong v t li u thành h i.H u h t các v t li u trong quá trình s n xu t đi u ch a pha l ng làỏ ậ ệ ơ ầ ế ậ ệ ả ấ ề ứ ỏ

nước thường đượ ọc g i là m.V y trong th c t có th xem quá trình tách m b ng phẩ ậ ự ế ể ẩ ằ ương pháp nhi t.ệ

- Nghiên c u v tĩnh h c nh m m c đích xác đ nh m i quan h thông s đ u và cu i c a v t li uứ ề ọ ằ ụ ị ố ệ ố ầ ố ủ ậ ệ

s y và các tác nhân d a trên phấ ự ương trình cân b ng v t ch t,năng lằ ậ ấ ượng

- Nghiên c u v đ ng h c quá trình s y nh m nghiêm c u v s bi n đ i hàm đ và nhi t đ ứ ề ộ ọ ấ ằ ứ ề ự ế ổ ộ ệ ộ trung bình c a v t li u theo th i gian.ủ ậ ệ ờ

II GI I THI U Ớ Ệ

2.1 Khái ni m ệ

S y là quá trình tách pha l ng ra kh i v t li u b ng phấ ỏ ỏ ậ ệ ằ ương pháp nhi t.ệ

S y đ i l u là phấ ố ư ương pháp s y cho ti p xúc tr c ti p v t li u s y v i tác nhân s y nh không ấ ế ự ế ậ ệ ấ ớ ấ ư 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

2.3 Mô hình thí nghiệm:

A. Qu t hạ ướng tr cụ

B Đi n tr gia nhi t (Caloriphe)ệ ở ệ

D B đi u khi n nhi t lộ ề ể ệ ượng đi n tr cung c pệ ở ấ

E B đi u ch nh t c đ qu tộ ề ỉ ố ộ ạ

F Thì kế

G L u t c kư ố ế

Nhi t k b u ệ ế ầ ướt

Nhi t k b u khô ệ ế ầ

2.4 Các giai đo n s y ạ ấ

Ta thấy trên đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy , quá trình sấy diễn ra theo 3 giai đoạn : giai đoạn đốt nóng ,giai đoạn đẳng tốc và giai đoạn giảm tốc Tuy nhiên, vì giai đoạn đốt nóng xảy ra khá nhanh và không có sự biến thiên nhiều về độ ẩm nên chúng ta chỉ khảo sát giai đoạn đẳng tốc và giảm tốc

 Giai đoạn đốt nóng vật liệu :

Giai đoạn này độ ẩm của vật liệu thay đổi rất chậm và thời gian diễn tiến nhanh, kết thúc giai đoạn này, nhiệt độ của vật liệu đạt đến nhiệt độ bầu ướt của không khí Nếu vật liệu có độ

dày nhỏ và quá trình sấy là đối lưu thì thời gian này không đáng kể.

 Giai đoạn sấy đẳng tốc:

Trong giai đoạn này, sự giảm độ ẩm của vật liệu trong một đơn vị thời gian là không đổi (N=const) nên được gọi là giai đoạn sấy đẳng tốc, giai đoạn sấy đẳng tốc kéo dài cho đến thời

điểm mà hàm ẩm của vật liệu đạt giá trị Xk nào đấy thì kết thúc, Xk được gọi là độ ẩm tới hạn

của vật liệu Nhiệt độ vật nói chung và nhiệt độ ở tâm bề mặt vật đạt đến giá tri xấp xỉ nhiệt độ

bầu ướt của tác nhân sấy nghĩa là toàn bộ nhiệt lượng vật liệu nhận được chỉ để bay hơi ẩm

 Giai đoạn sấy giảm tốc:

Khi độ ẩm của nhiệt độ tới hạn thì tốc độ sấy bắt đầu giảm dần và đường cong sấy chuyển tử

đường thẳng sang đường cong tiệm cận dần đến độ ẩm cân bằng của vật liệu trong điều kiện của

quá trình sấy Khi độ ẩm của vật liệu đạt đến giá trị cân bằng Xcb thì hàm ẩm của vật liệu không

giảm nữa và tốc độ sấy bằng 0, quá trình sấy kết thúc Tốc độ sấy trong giai đoạn này thay đổi

theo các qui luật khác nhau tùy thuộc tính chất và dạng vật liệu

Để dễ dàng cho việc tính toán, người ta thay các dạng đường cong phức tạp của tốc độ sấy

bằng đường thẳng giảm tốc quy ước sao cho việc thay thế này có sai số bé nhất, khi đó giá trị

độ ẩm tới hạn sẽ dịch chuyển về điểm tới hạn qui ước và được gọi là độ ẩm tới hạn qui ước

Xkqư Xkqư là giao điểm giữa đường đẳng tốc N và đường thẳng giảm tốc quy ước

III M C ĐÍCH THÍ NGHI M Ụ Ệ

3.1 Các thí nghi m ệ

Thí nghi m 1: ệ Kh o sát tĩnh l c h c quá trình s y đ i l uả ự ọ ấ ố ư

- Xác đ nị h s bi n đ i các thông s v t lý không khí m và thành ph n v t li u s y c a quá trình ự ế ổ ố ậ ẩ ầ ậ ệ ấ ủ

s y.ấ

- Xác đ nh lị ượng không khí kô c n s d ng và lầ ử ụ ượng nhi t c n thi t cho quá trình s y.ệ ầ ế ấ

- So sánh và đánh giá s khác nhau gi a quyá trình s y th c t và lý thuy t.ự ữ ấ ự ế ế

Thí nghi m 2 ệ : Kh o sát đ ng l c h c quá trình s y đ i l uả ộ ự ọ ấ ố ư

- Xây d ng đự ường cong s y.ấ

- Xây d ng đự ường cong t c đ s y.ố ộ ấ

- Xác đ nh đ m t i h n, đ m cân b ng c a v t li u s y.ị ộ ẩ ớ ạ ộ ẩ ằ ủ ậ ệ ấ

3.2 Các bước tiến hành thí nghiệm:

3.2.2 Chuẩn bị.

Chuẩn bị 3 miếng bìa carton có kích thước như nhau

3.2.3 Tiến hành.

- Khảo sát động lực học quá trình sấy ở 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 khô không đổi), mở cửa phòng sấy, đặt nhẹ giấy carton lên giá đỡ, đóng cửa phòng sấy

- Ghi nhận các số liệu: khối lượng ban đầu G1, nhiệt độ bầu khô, nhiệt độ bầu ướt của không khí tại thời điểm ban đầu ( chú ý chỉnh cân về giá trị 0 trước khi đặt vật liệu vào phòng sấy)

- Bắt đầu tính thời gian, cứ 3 phút thì ghi nhận giá trị cân, nhiệt độ bầu khô, bầu ướt

- Khi giá trị cân không đổi giữa các lần đo thì kết thúc thí nghiệm

- Sau khi kết thúc đo ở một nhiệt độ, tắt công tắc điện trở 1 và 3, cài đặt nhiệt độ trên bộ điều khiển về nhiệt độ thí nghiệm tiếp theo, lấy giấy carton ra khỏi buồng sấy

- Làm ẩm lại giấy carton

- Bật công tác điện trở 1 và 3

- Tiến hành thí nghiệm như thí nghiệm 1

- 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 1 và 3

- Cài đặt nhiệt độ trên bộ điều khiển về 20°C và tắt công tắc điện trở 2

- Tắt quạt sau 15 phút kể từ khi đo nhiệt độ cuối cùng

Lấy vật liệu sấy ra khỏi buồng sấy và đặt lại vị trí ban

VI BÁO CÁO K T QU Ế Ả

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

stt

T

(phút ) G (g)

*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

( phút )

*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

)

Xử lý số liệu

Tĩnh lực học sấy đối lưu

Chế độ sấy t=40oC

đ= = = 0,313433

c = = =0

đ= = =0,2386

c= = 0

Dựa vào giàng đồ Ramzin ta tra được

0,31343

3

0,22462

7

0,19850

7

0,17388

1

0,15298

5

0,10820

9

0,08358

2

0,07238

8

0,05373

1

0,03358

2

0,01492

5

0,00746

3

7

W= = = 0,004199

L===0,6998 (kg/s)

Q=L(H2-H0)=0,6998(99-77)=15,3963

L===0,8398 (kg/s)

H=15,3963/17,6918=0.87=87%

Chế độ sấy t=50oC

đ= = = 0,242537

c = = =0

đ= = =0,195195

c= = 0

Dựa vào giàng đồ Ramzin ta tra được

0,24253

7

0,19519

5

0,13432

8

0,08358

2

0,07713

5

0,05970

1

0,05633

8

0,02238

8

0,02189

8

0,00746

3

0,00740

7

7

0,03228 6

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= = = 0,328358

c = = =0

đ= = =0,247191

c= = 0

Dựa vào giàng đồ Ramzin ta tra được

0,32835

8

0,24719

1

0,22388

1

0,18292

7

0,06343

3

0,05964

9

0,02985

1

0,02898

6

7

7

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 tại t=32oC

α=3,6=3608,2223

Chế độ sấy t=40oC

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

G (g)

T(phút)

Chế độ sấy t=50oC

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

G (g)

T(phút)

Chế độ sấy t=60oC

0 3 6 9 12 15

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

G(g)

T(phút)

3 ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT

 Đánh giá về kết quả thí nghiệm

 Trong quá trình sấy ở thí nghiệm 1 và 2 ta nhận thấy nhiệt độ tăng thì tốc độ sấy cũng tăng theo và thời gian sấy tăng (Do độ ẩm ban đầu của vật liệu ở cả 3 thí nghiệm không giống nhau)

- Giai đoạn đẳng tốc giảm dần từ thí nghiệm 1 tới thí nghiệm 3 Do nhiệt độ thấp hơn

nên quá trình sấy sẽ lâu hơn

 Nhận xét về đường cong tốc độ sấy

Đường cong tốc độ sấy có dạng giống lý thuyết khi ta vi phân đường cong sấy và dựng

đồ thị và cũng chia làm 3 giai đoạn giống với lý thuyết như sau:

 Giai đoạn 1 – Đun nóng vật liệu: Theo lý thuyết thì giai đoạn này diễn ra trong

khoảng thời gian rất ngắn và độ ẩm vật liệu thay đổi không đáng kể.Qua đồ thị ta lại thấy đoạn này khá thẳng và diễn ra trong thời gian khá ngắn ,kết quả trên là do sai số

 Giai đoạn 2 – sấy đẳng tốc: Trong giai đoạn này độ ẩm của vật liệu giảm nhanh gần

như theo đường thẳng và tốc độ sấy không đổi, độ ẩm vật liệu giảm đến độ ẩm tới hạn

 Giai đoạn 3 – sấy giảm tốc: Độ ẩm vật liệu giảm chậm trong giai đoạn này và tốc độ

sấy giảm dần từ về 0

 Nhận xét về thực nghiệm và lý thuyết

Kết quả thực nghiệm nhỏ hơn so với kết quả lý thuyết Do trong quá trình thí nghệm xảy

ra nhiều sai số không mong muốn

 Tốc độ sấy bị thay đổi do sai số trong thí nghiệm Điều đó làm cho giai đoạn sấy đẳng tốc của đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy không phải là đường thẳng như lý thuyết

 Kết quả tốc độ sấy lý thuyết và tốc độ sấy thực nghiệm có sai khác lớn Nguyên nhân tạo nên sự khác biệt giữa quá trình sấy lý thuyết và sấy thực nghiệm là do quá trình sấy lý thuyết xem nhiệt lượng bổ sung trong quá trình sấy bằng với nhiệt lượng tổn thất trong quá trình sấy Trong quá trình sấy thực nghiệm thì nhiệt lượng bổ sung khác nhiệt lượng tổn thất Ngoài ra so với thực nghiệm ta đã bỏ qua giai đoạn đun nóng do nó quá nhỏ nên lượng nhiệt so với lý thuyết có sai lệch

Khi nhiệt độ tăng thời gian sấy của lý thuyết tăng còn thời gian sấy của thực nghiệm lại giảm

 Một số nguyên nhân dẫn đến sai số

 Việc canh thời gian và đo khối lượng vật liệu mỗi 3 phút không chuẩn sẽ gây ra sai

số cho thí nghiệm Từ đó ảnh hưởng nhiều đến việc xây dựng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy

 Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến giá trị cân

 Sai số do thiết bị

 Do các thao tác tiến hành thí nghiệm của người làm thí nghiệm không chuẩn giữa các thí nghiệm với nhau

 Ảnh hưởng của không khí

+ Nhiệt độ của 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 Nhiệt độ sấy thích hợp được xác định phụ thuộc vào độ dày, diện tích bề mặt vật sấy Khi sấy ở những nhiệt độ khác nhau thì nguyên liệu có thể có những biến đổi khác nhau

+Độ ẩm 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

+Tốc độ chuyển động của không khí: Tốc độ gió quá lớn hoặc quá nhỏ đều không có lợi cho quá trình sấy Vì tốc độ chuyển động của không khí quá lớn khó giữ nhiệt lượng trên nguyên liệu để cân bằng quá tŕnh sấy, còn tốc độ quá nhỏ sẽ làm cho quá trình sấy chậm lại Vì vậy, cần phải có một tốc độ gió thích hợp, nhất là giai đoạn đầu của quá trình làm khô

 Ảnh hưởng của hướng gió

Hướng gió cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá tŕnh làm khô, khi hướng gió song song với bề

mặt nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất nhanh

 Ảnh hưởng của nguyên liệu

+Kích thước nguyên liệu cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy Nguyên liệu càng bé, càng mỏng thì tốc độ sấy càng nhanh, nhưng nếu nguyên liệu có kích thước quá bé và quá mỏng sẽ làm cho nguyên liệu bị cong, dễ gẫy vỡ

+Tùy vào bản thân nguyên liệu mà người ta chọn chế độ làm khô cho phù hợp, cần phải xét đến thành phần hóa học của nguyên liệu