Tổng quan về các hệ thống sấy phổ biến trong thực tế (45 trang) i. Hệ thống sấy tiếp xúc ii. Hệ thống sấy đối lưu iii. Hệ thống sấy bức xạ iv. Hệ thống sấy bằng dòng cao tần v. Hệ thống sấy chân không vi. Hệ thống sấy thăng hoa
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CHẾ TẠO MÁY ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài “TÌM HIỂU VỀ CÁC NGUYÊN LÝ SẤY” Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 01 năm 2022 MỤC LỤC Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh I TỔNG QUAN VỀ SẤY I.1 Khái niệm Sấy phương pháp bảo quản sản phẩm lâu đời Hiện nay, sấy trình công nghệ dùng nhiều ngành công, nông nghiệp khác Trong nông nghiệp, sấy công đoạn quan công nghệ sau thu hoạch Trong công nghiệp công nghiệp chế biến nông – hải sản, công nghiệp chế biến gỗ, công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng sấy đóng vai trò quan trọng dây chuyền sản xuất Quá trình sấy (Drying Process) trình chất lỏng (chủ yếu nước nước) nhận lượng để dịch chuyển lòng vật bề mặt, nhờ tác nhân sấy mang thải mơi trường Q trình sấy khơng q trình tách nước nước khỏi vật liệu mà q trình cơng nghệ Nó địi hỏi sau sấy, vật liệu phải đảm bảo có chất lượng cao, sử dụng lượng, chi phí vận hành hệ thống thấp Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh Để thực trình sấy, người ta sử dụng hệ thống bao gồm nhiều thiết bị có kết nối với như: thiết bị sấy (buồng sấy, hầm sấy, tháp sấy, thùng sấy ), thiết bị gia nhiệt tác nhân sấy (calorifer), thiết bị làm lạnh tác nhân sấy, quạt gió, bơm số thiết bị khác Có thể gọi thiết bị thực trình sấy cụ thể hệ thống sấy I.2 Cơ sở khoa học trình sấy Quá trình sấy trình tách ẩm (chủ yếu nước nước) khỏi vật liệu sấy để thải vào môi trường Quá trình sấy đặc trưng hai trình: Q trình ẩm dịch chuyển lịng vật bề mặt vật chênh lệch hàm lượng ẩm bên bề mặt Quá trình ẩm dịch chuyển từ bề mặt vật vào môi trường xung quanh chênh lệch áp suất riêng phần nước Khi vật liệu sấy bị đốt nóng, áp suất nước vật tăng lên Nếu áp suất mơi trường xung quanh khơng đổi độ chênh áp suất tăng lên, đó, q trình sấy tăng cường Đây sở khoa học để hình thành nên phương pháp sấy nóng (sấy đối lưu, sấy xạ ) Nếu vật liệu sấy khơng bị đốt nóng mà tìm cách giảm áp suất nước mơi trường xung quanh q trình sấy xảy Đây sở khoa học cho phương pháp sấy lạnh (sấy thăng hoa, sấy chân khơng ) Khi tìm hiểu q trình sấy cách thiết kế hệ thống sấy, cần quan tâm đến hai mặt trình: Mặt tĩnh lực học: tức dựa vào cân vật liệu cân nhiệt lượng, ta tìm mối quan hệ thông số đầu cuối vật liệu sấy tác nhân sấy Từ đó, xác định thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy lượng nhiệt cần thiết cho trình sấy Mặt động lực học: tức nghiên cứu mối quan hệ biến thiên độ ẩm vật liệu với thời gian sấy thông số q trình (tính chất, cấu trúc, kích thước vật liệu sấy điều kiện thủy động lực học tác nhân sấy ) Từ đó, xác định chế độ sấy, tốc độ sấy thời gian sấy thích hợp cho loại vật liệu sấy khác Quá trình sấy thường chia làm hai giai đoạn: Giai đoạn đẳng tốc: tốc độ bay ẩm không thay đổi Trong Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh giai đoạn này, lượng ẩm chủ yếu ẩm tự Giai đoạn giảm tốc: tốc độ bay ẩm giảm dần theo thời gian Trong giai đoạn này, ẩm chủ yếu ẩm liên kết I.3 Mục đích ứng dụng q trình sấy Q trình sấy giúp loại bỏ độ nước tồn sản phẩm khỏi với mục đích chính: Khai thác: trình sấy tách chất lỏng (chủ yếu nước) khỏi nguyên liệu Do đó, hàm lượng chất dinh dưỡng đơn vị khối lượng sản phẩm tăng lên Ngoài ra, làm giảm khối lượng sản phẩm giúp giảm thiểu chi phí đóng gói, xử lý vận chuyển, làm tăng giá trị sản phẩm Chế biến: trình sấy làm biến đổi nguyên liệu, tạo tính chất đặc trưng cho sản phẩm đồng thời tạo hình cho sản phẩm Bảo quản: trình sấy làm giảm giá trị hoạt độ nước nguyên liệu, làm ức chế hoạt động vi sinh vật có hại số enzyme, hạn chế số phản ứng hóa học xảy ra, giúp kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm Hoàn thiện: trình sấy làm cải thiện vài tiêu chất lượng (như đặc tính xay xát trộn ) sản phẩm I.4 Ứng dụng trình sấy Thơng thường, sản phẩm để đóng gói đưa thị trường cần trải qua nhiều bước xử lý Quá trình sấy thường sử dụng bước cuối trước đóng gói bảo quản sản phẩm Các bước xử lý sản phẩm bao gồm: Quá trình làm (Cleaning): có nhiều phương pháp làm sản phẩm rửa nước, chất làm sản phẩm, ngâm nước (dipping) Quá trình chế biến (Sizing): bao gồm trình cắt bỏ phần thừa, không sử dụng được, cắt lát (slicing) Quá trình tiền xử lý (Pretreatment): trình thêm vào sản phẩm chất gia vị, bảo quản để sản phẩm giữ tính chất tốt thời gian dài hay cải thiện mùi vị sản phẩm Q trình sấy khơ (Drying): sấy khô nhiều phương pháp khác Q trình đóng gói (Packaging) Q trình bảo quản (Storage) Hiện nay, sản phẩm sấy đa dạng, bao gồm trái cây, rau, củ, ngũ cốc, gia vị, thịt, cá hải sản Ngồi ra, cịn có số sản Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh phẩm khác bột đồ uống hịa tan, hỗn hợp súp khơ, cà phê, gỗ số sản phẩm công nghiệp khác Tác dụng sấy loại vật liệu sấy khác nhau, cụ thể là: Đối với thực phẩm: Thực phẩm sấy khô chủ yếu để ức chế phát triển vi sinh vật gây hại tránh làm giảm chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, mức độ làm khơ phụ thuộc vào mục đích sử dụng cuối sản phẩm Đối với sản phẩm phi thực phẩm: Trong số sản phẩm phi thực phẩm, mặt hàng cần sấy khô nhiều gỗ (là bước chế biến gỗ), giấy, lanh bột giặt Gỗ giấy không sấy khô mức dễ phát sinh nấm, mốc nguồn gốc hữu chúng Một lợi ích khác việc làm khô giảm khối lượng sản phẩm I.5 Phân loại phương pháp sấy, số hệ thống sấy thông dụng I.5.1 Phân loại phương pháp sấy Có nhiều cách phân loại phương pháp sấy khác nhau, chủ yếu dựa vào động lực trình sấy, người ta chia thành phương pháp sấy nóng phương pháp sấy lạnh Ngồi ra, phân loại phương pháp sấy dựa vào số tiêu chí sau: Dựa vào tác nhân sấy: thiết bị sấy khơng khí ẩm khói lị Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không, thiết bị sấy áp suất thường Dựa vào phương thức làm việc: sấy liên tục, sấy gián đoạn Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt: thiết bị sấy tiếp xúc, thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy xạ Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, tủ sấy, hầm sấy, băng tải Một hệ thống sấy gồm thiết bị sau: Phương pháp sấy nóng: thiết bị sấy, gia nhiệt thiết bị sấy (calorifer), quạt, buồng đốt, xyclon (thiết bị thu hồi vật liệu sấy bay theo tác nhân sấy) Phương pháp sấy lạnh: thiết bị sấy, máy lạnh, máy hút chân khơng, bình ngưng – đóng băng I.5.2 Các hệ thống sấy dựa phương pháp sấy nóng Có thể phân hệ thống sấy nóng phổ biến thành ba loại dựa vào phương pháp đốt nóng vật liệu sấy, bao gồm: hệ thống sấy đối Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh lưu, hệ thống sấy tiếp xúc hệ thống sấy xạ Trong loại phân thành nhiều loại nhỏ, dựa vào kết cấu đặc trưng đốt nóng vật Hệ thống sấy đối lưu: hệ thống sấy thông dụng nhất, phân thành nhiều loại nhỏ dựa vào cấu tạo thiết bị sấy, có hệ thống sấy phổ biến gồm: hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm, hệ thống sấy tháp, hệ thống sấy thùng quay, hệ thống sấy khí động, hệ thống sấy tầng sôivà hệ thống sấy phun Hệ thống sấy tiếp xúc: hệ thống sấy đó, vật liệu sấy nhận nhiệt từ bề mặt nóng dẫn nhiệt Hệ thống sấy tiếp xúc có hai phương pháp phổ biến hệ thống sấy lô quay hệ thống sấy tang trống Hệ thống sấy xạ: hệ thống sấy mà vật liệu sấy nhận nhiệt từ nguồn nhiệt xạ để ẩm dịch chuyển từ lòng vật liệu sấy bề mặt từ bề mặt khuếch tán vào mơi trường xung quanh Có loại phổ biến sấy tự nhiên, hệ thống sấy lượng mặt trời, hệ thống sấy tia hồng ngoại Hệ thống sấy dòng điện cao tần: hệ thống sấy dùng lượng điện từ để sấy khô vật liệu sấy I.5.3 Các hệ thống sấy dựa phương pháp sấy lạnh Trong hệ thống sấy lạnh, nhiệt độ vật liệu sấy xấp xỉ 0° nhiệt độ mơi trường nhỏ C Sấy lạnh có ưu điểm chất lượng sản phẩm tốt hệ thống sấy phức tạp, vốn đầu tư hệ thống lớn tiêu hao nhiều lượng cho trình sấy Vì vậy, hệ thống sấy lạnh sử dụng vật liệu sấy khơng chịu nhiệt độ cao địi hỏi cao chất lượng sản phẩm sau sấy Hệ thống sấy lạnh có hai loại phổ biến sau: Hệ thống sấy thăng hoa: hệ thống sấy này, nước điểm ba thể, nhận nhiệt lượng sau thực q trình thăng hoa (nước chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi) vào tác nhân sấy Hệ thống sấy chân không: Ở hệ thống sấy này, nhiệt độ vật 0° liệu sấy nhỏ C áp suất lớn áp suất điểm ba thể, vật liệu sấy nhận nhiệt lượng, phân tử nước thể rắn chuyển thành thể lỏng, sau chuyển thành thể vào tác nhân sấy I.6 Các thành phần hệ thống sấy Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh I.6.1 Vật liệu ẩm Vật liệu ẩm kỹ thuật sấy vật có khả chứa nước nước trình hình thành gia cơng thân vật liệu (ví dụ: loại nơng sản (lúa, ngơ, đậu ), giấy, vải sợi, gỗ, loại huyền phù ) Ẩm có mặt vật liệu đánh giá dựa theo “số lượng” “chất lượng” Để đánh giá số lượng, người ta dùng khái niệm độ ẩm Để đánh giá chất lượng, phải xét đến dạng liên kết ẩm lượng liên kết chúng I.6.2 Tác nhân sấy Để trì động lực cho q trình sấy, cần mơi chất mang lượng ẩm thoát từ vật liệu sấy thải vào môi trường Môi chất làm nhiệm vụ nhận ẩm từ bề mặt vật để thải vào môi trường gọi chung tác nhân sấy Có nhiều loại tác nhân sấy khơng khí ẩm, khói lị số chất lỏng khác dầu mỏ, macarin Trong hầu hết thiết bị sấy đối lưu, tác nhân sấy làm thêm nhiệm vụ đốt nóng vật sấy Trạng thái tác nhân sấy nhiệt độ, tốc độ đóng vai trị quan trọng tồn trình sấy Trong số tác nhân sấy, khơng khí ẩm khói lị hai tác nhân sấy phổ biến dùng hệ thống sấy I.7 Các nhân tố ảnh hưởng đến trình sấy I.7.1 Các nhân tố liên quan đến trình sấy a) Nhiệt độ sấy Là độ nóng buồng sấy, ảnh hưởng trực tiếp đến khả thoát ẩm sản phẩm Nhiệt độ cao nước nhanh, mức nhiệt ảnh hưởng trực tiếp đến màu sắc, cấu trúc hàm lượng chất dinh dưỡng có sản phẩm Dược liệu sản phầm tiêu biểu cần phải sấy khô mức nhiệt độ 550C để đảm bảo giữ đầy đủ cá hoạt chất chữa bệnh Hoa hay thực phẩm sấy với nhiệt độ cao hơn, từ 600C đến 800C tuỳ thuộc Nhưng sấy nhiệt độ thấp tốt nhiều thời gian b) Độ ẩm sấy Là thông số phản ánh độ ẩm buồng sấy, độ ẩm sản phẩm Thông số ẩm cao tức độ ẩm lớn, lượng nước nhiều Cịn thơng số ẩm thấp tức độ khô cao, lượng nước sản phẩm thấp Trong q trình sấy, độ ẩm khơng Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh khí buồng sấy ln phải thấp so với độ ẩm sản phẩm có nước bên Bởi thế, cài đặt độ ẩm cần tìm hiểu độ khơ sản phẩm để cài đặt cho phù hợp c) Thời gian sấy Đây yếu tố thiết yếu gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Thời gian sấy lâu sản phẩm khơ, cần sấy sản phẩm khơ mức độ vừa phải cần đặt thời gian sấy cho phù hợp để tránh bị sấy khô sấy chưa đủ thời gian I.7.2 Các nhân tố liên quan đến vật liệu sấy Đây yếu tố cốt lõi định quy trình sấy khô, với loại sản phẩm sấy khác mang tính chất, đặc điểm khác Để có sản phầm sấy đảm bảo chất lượng hoàn hảo cần nghiên cứu loại sản phẩm cụ thể để sử dụng công nghệ sấy thông số cài đặt phù hợp Thông số kỹ thuật bao gồm nhiệt độ sấy, thời gian sấy, độ ẩm sấy yếu tố bạn sấy khơ sản phẩm cần có nghiên cứu kỹ lưỡng II HỆ THỐNG SẤY ĐỐI LƯU (CONVECTION DRYING) II.1 Khái niệm đối lưu hệ thống sấy đối lưu Đối lưu lưu động tương đối nội chất lưu nhiệt độ phận không giống hình thành, tức chất lưu, chất lỏng chất khí thực q trình chuyển giao nhiệt lượng thơng qua tính lưu động vĩ mơ tự thân phận Nói cách đơn giản, tượng đối lưu trao đổi nhiệt dòng vật chất chuyển động, xảy chênh lệch nhiệt độ vùng chất lưu Sấy đối lưu công nghệ sấy sử dụng nhiều việc sản xuất máy sấy ứng dụng trình sấy khô Đặc trưng công nghệ sấy đối lưu chuyển động luồng khơng khí Chúng dùng làm tác nhân sấy với điều kiện khơng khí buồng sấy ln phải nóng, chuyển động theo vịng tuần hồn buồng sấy (ngun lý tuần hồn khí nóng) Khối khí tác động vào sản phẩm cần sấy, làm nước sản phẩm bốc hơi, loại bỏ độ ẩm dư vật phẩm sấy Chính luồng khơng khí nóng đưa lượng ẩm ngồi, vật sấy sấy khơ hồn tồn Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh Lượng ẩm ngồi theo luồng khí nóng đợt mẻ sấy Thơng thường, người ta sử dụng nhiều nguồn nhiệt để vận hành quy trình sấy theo cơng nghệ mà khơng tốn q nhiều chi phí Cơng nghệ sấy đối lưu cho chất lượng nông sản, thành phẩm đạt yêu cầu, khơng bị biến chất hư hại, dùng dần cung cấp cho nhà máy chế biến, đóng gói Cơng nghệ sấy đối lưu ứng dụng để sấy nhiều sản phẩm khác Bên cạnh đó, dải nhiệt sấy rộng, dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ sấy theo ý muốn để phù hợp với loại sản phẩm khác nên công nghệ sấy đối lưu ứng dụng ngày rộng rãi Có hai loại máy sấy sử dụng nguyên lý đối lưu: Sấy đối lưu tự nhiên sấy đối lưu cưỡng Sấy đối lưu tự nhiên Sấy đối lưu cưỡng - Sấy đối lưu tự nhiên thường - Sử dụng nguyên lý đối lưu thiết kế đơn giản, người cưỡng với tốc độ gia nhiệt dùng chỉnh yếu tố dịng khí nhanh, nhiệt độ cao nhiệt độ sấy, thời gian sấy, tốc độ gia nhiệt - Hoạt động dựa nguyên lý đối lưu tự nhiên, thích hợp cho sấy khơ tiệt trùng dụng cụ thủy tinh phịng thí nghiệm - Sấy đối lưu tự nhiên thường có dung tích nhỏ, độ đồng nhiệt không cao thường tiêu thụ lượng nên thường sử dụng nhà sở sản xuất nhỏ lẻ Có nhiều thiết bị sấy sử dụng nguyên lý đối lưu như: sấy buồng, sấy hầm, sấy phun, sấy tháp, sấy thùng quay, sấy tầng sôi II.2 Hệ thống sấy buồng (Tray Drying) a) Tổng quan hệ thống sấy buồng Hệ thống sấy buồng hệ thống sấy đối lưu phổ biến Buồng sấy hoạt động dựa vào ngun lý tuần hồn khí nóng Khơng khí bên đưa vào buồng sấy, quạt thổi giúp đưa khơng khí vào phận tạo nhiệt (có thể tạo nhiệt từ nhiều phương pháp tạo nhiệt khác điện, củi, than, dầu lượng mặt trời ), tăng nhiệt độ khơng khí lên đến khoảng 60 0C – 700C Sau gia nhiệt, khơng khí nóng qua khay Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh chứa sản phẩm cần sấy, lấy khơng khí ẩm từ sản phẩm thơng qua q trình đối lưu Khơng khí thường xuyên đưa vào bên buồng sấy nhờ quạt, cịn khơng khí nóng sau qua tủ sấy đưa nhờ ống xả Nguyên lý hoạt động hệ thống sấy buồng [Nguồn: Investigation of Novel Drying Technologies and Opportunity Spaces for the Australian Meat Industry] Hệ thống sấy buồng hệ thống sấy theo chu kỳ mẻ, suất khơng lớn Tuy nhiên, hệ thống sấy sấy nhiều loại vật liệu khác từ dạng cục, hạt loại nông sản đến vật liệu dạng thanh, gỗ, thuốc Mặt khác, hệ thống sấy buồng có nhiều ưu điểm bật tốc độ sấy nhanh, hệ thống cấu tạo đơn giản, dễ lắp ráp, bảo trì sửa chữa, dễ vận hành hệ thống, khơng u cầu trình độ cao b) Cấu tạo hệ thống sấy buồng Hệ thống sấy buồng có cấu tạo chủ yếu buồng sấy Buồng sấy chế tạo từ gạch kim loại (thép không gỉ ) Trong buồng sấy có thiết bị đỡ vật liệu sấy gọi thiết bị truyền tải Nếu thể tích buồng sấy nhỏ thiết bị truyền tải khay sấy gọi tủ sấy; thể tích buồng sấy lớn thiết bị truyền tải xe gng với thiết bị chứa vật liệu gọi hệ thống sấy buồng kiểu xe goòng 10 Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh drying-for-dry-ingredient-production] Thiết bị sấy có trục nhiều trục Thiết bị trục đơn thường sử dụng rộng rãi tính linh động cao, tỷ lệ diện tích bề mặt trục dùng để sấy lớn, dễ dàng tiếp cận để bảo dưỡng khó hư hỏng Ưu điểm loại thiết bị có tốc độ sấy cao, hiệu sử dụng lượng cao, phù hợp với ngun liệu dạng sệt có kích thước cấu tử lớn mức để sấy phun Tuy nhiên, giá thành trục lăn cao nguyên liệu dễ bị hư hỏng nên ngày nay, người ta thường sử dụng phương pháp sấy phun b) Hệ thống sấy tang trống thực tế Laxmi En-Fab Automatic Rotary Drum Dryer [Nguồn: https://www.indiamart.com/proddetail/rotary-drum-dryer7052563888.html] Một số thông số hệ thống sấy: Hãng sản xuất Chế độ Tốc độ vòng quay Tác nhân Laxmi En-Fab Tự động 1,5 – vịng/phút Khơng khí ẩm III.3 Hệ thống sấy lơ quay (Roller Drying) IV HỆ THỐNG SẤY BỨC XẠ (RADIATION DRYING) IV.1 Tổng quan hệ thống sấy xạ Sấy xạ phương pháp sấy dùng tia xạ chiếu vào đối 35 Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh tượng cần sấy Nguồn xạ thường dùng đèn hồng ngoại, điện trở, chất lỏng/khí, kim loại đốt nóng tới nhiệt độ định để phát xạ hồng ngoại Ngoài ra, sấy xạ thực dựa hấp thụ lượng xạ mặt trời chuyển đổi thành lượng nhiệt vật liệu sấy Phơi nắng tự nhiên phương pháp điển hình cho sấy xạ Sấy xạ thực nhờ vào máy phát xạ đặc biệt Sự di chuyển bốc ẩm phương pháp xảy chênh lệch nhiệt độ áp suất nước hạt môi trường xung quanh Hệ thống sấy xạ có nhiều ưu điểm: • Có cường độ bay ẩm lớn vài lần so với sấy đối lưu tiếp xúc nguồn nhiệt có nhiệt độ cao (500 – 600 oC), nhiệt vật sấy tới 22500 kcal/m2h • Không cần dùng đến nhiên liệu lượng cho máy sấy • Thực đơn giản, rẻ tiền Tuy nhiên, hệ thống có nhiều nhược điểm: • Khả xuyên thấu (chỉ từ – 30 mm) nên thích hợp cho sản phẩm có kích thước nhỏ, mỏng dạng rời • Sản phẩm cuối dễ bị nứt, cong bênh khơng thích hợp với số vật liệu chịu nhiệt IV.2 Sấy tự nhiên (Sun Drying) Đây phương pháp sử dụng lượng ánh sáng mặt trời để làm khô nguyên liệu Sấy tự nhiên phương pháp sấy truyền thống phổ biến Hiện nay, phần lớn nông sản nước ta thực sấy khô ánh sáng mặt trời Để làm khô, nguyên liệu cần trải mặt đất hay phẳng để trực tiếp ánh nắng mặt trời Nhiệt từ ánh sáng mặt trời đốt nóng nguyên liệu làm cho nước nguyên liệu bốc hơi, đạt đến độ ẩm cần thiết Hiệu trình phụ thuộc vào nhiều điều kiện nhiệt độ độ ẩm tương đối khơng khí, tốc độ gió, loại vật liệu sấy 36 Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh Nguyên lý sấy khô tự nhiên IV.3 Hệ thống sấy lượng mặt trời (Solar Drying) Nhà sấy lượng mặt trời có tên gọi khác hay sử dụng máy sấy sử dụng lượng mặt trời Thiết bị sử dụng làm khô sản phẩm hoa quả, nông sản, thủy sản dựa nguyên tắc hiệu ứng nhà kính Hiệu ứng nhà kính hiệu ứng làm cho khơng khí nhà sấy nóng lên xạ sóng ngắn Mặt trời xuyên qua sáng bố trí phía mái nhà sấy, chiếu vào bên nhà sấy; vật chất bên hấp thụ nhiệt nhiệt giữ lại làm cho khơng khí nhà sấy nóng lên Chúng ta hình dung mơ hình hiệu ứng nhà kính nhà sấy thường sử dụng hình ảnh minh họa bên Nguyên lý sấy lượng mặt trời [Nguồn: https://sinovoltaics.com/learning-center/technologies/solar37 Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh dryer/] Mơ hình nhà sấy lượng mặt trời [Nguồn: https://www.solardryingsystem.com/] Hệ thống sấy có nhiều ưu điểm so với phương pháp sấy tự nhiên: • Tránh mưa gió, trùng, bụi so với phương pháp phơi nắng • Nhiệt độ sấy tăng cao nhờ hiệu ứng nhà kính, làm tăng khả bốc ẩm làm khơ sản phẩm • Ít tiêu thụ lượng, tiết kiệm điện • Hệ thống sấy đơn giản, dễ vận hành, không yêu cầu kỹ thuật cao Nhược điểm: • Chiếm khơng gian lắp đặt lớn gấp – 10 lần so với sử dụng máy sấy cơng nghiệp • Dễ hư hại có mưa bão • Phải vệ sinh mái che thường xuyên để đảm bảo lượng mặt trời xuyên thấu vào nhà sấy • Phụ thuộc vào thời tiết, q trình sấy khơng đồng • Dễ gây tượng đọng sương vào ban đêm, chất lượng sản phẩm khơng tốt • Lắp đặt cố định, không linh động Nhà sấy lượng mặt trời phương pháp nâng cao so với sấy tự nhiên, tránh làm sản phẩm bị hư hỏng điều kiện môi 38 Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh trường Tận dụng không gian nhà sấy lớn Thường sử dụng để sấy sản phẩm cồng kềnh bún, phở, miến; sản phẩm khô nhanh bánh tráng, sản phẩm dạng bột IV.4 Hệ thống sấy tia hồng ngoại (Infrared Drying) Nguyên lý hoạt động tủ sấy hồng ngoại [Nguồn: https://link.springer.com/article/10.1007/s12393-020-09237w] V HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA (FREEZE DRYING) V.1 Tổng quan hệ thống sấy thăng hoa Sấy thăng hoa q trình làm khơ sản phẩm cấp đông điều kiện chân không Ở điều kiện này, gia nhiệt sản phẩm, nước từ trạng thái đóng băng chuyển trực tiếp sang dạng khí (q trình thăng hoa), giúp cho sản phẩm giữ nguyên hình dạng, màu sắc, mùi vị, dưỡng chất Giản đồ pha nước 39 Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh Sơ đồ trình thăng hoa, lắng đọng Hình thể biểu đồ trạng thái pha nước (gồm rắn, lỏng, khí) Điểm giao ba đường trạng thái gọi điểm ba thể • Nếu áp suất cao áp suất điểm ba thể, gia nhiệt, nước chuyển trạng thái từ rắn lỏng khí Đó q trình thường xảy điều kiện áp suất khí • Khi áp suất thấp điểm ba thể, gia nhiệt, nước chuyển từ trạng thái rắn thành trạng thái khí Qua nhiều nghiên cứu, điểm ba thể nước 0,0098 oC; 4,58 mmHg Như vậy, để trình thăng hoa xảy ra, cần làm giảm áp suất môi trường xuống 4,58 mmHg V.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống sấy thăng hoa Nguyên lý hoạt động q trình sấy thăng hoa dựa vào trình thăng hoa (chuyển pha từ rắn sang hơi) Quá trình sấy thăng hoa thường trải qua giai đoạn chính: giai đoạn tiền xử lý, giai đoạn cấp đông, giai đoạn sấy sơ cấp giai đoạn sấy thứ cấp Giai đoạn tiền xử lý: giai đoạn xử lý sản phẩm trước cấp đông (cô đặc sản phẩm, bổ sung số thành phần để tăng độ ổn định sản phẩm ) Giai đoạn cấp đông: phận cấp đông làm đông lạnh sản phẩm (thường – giờ) Để tiết kiệm thời gian, người ta thường sử dụng hệ thống cấp đơng riêng, sau đưa vào sấy thăng hoa Giai đoạn sấy sơ cấp: bơm chân khơng rút hết khơng khí buồng sấy tạo môi trường chân không (giúp tăng tốc độ thăng hoa) Điện trở gia nhiệt để nước xảy 40 Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh trình thăng hoa Hơi nước thăng hoa ngồi sản phẩm hấp thụ lại phận gọi bẫy nước (có nhiệt độ thấp nhiệt độ buồng sấy khoảng 20 độ C) Khi nước vào bẫy, đông tụ lại thành băng Vào cuối trình sấy sơ cấp, khoảng 93% nước sản phẩm thăng hoa Giai đoạn thường xảy chậm (có thể kéo dài đến vài ngày quy mơ lớn, cơng nghiệp), cấp nhiệt nhiều dẫn đến biến đổi cấu trúc sản phẩm Giai đoạn sấy thứ cấp: giai đoạn này, sản phẩm ẩm nằm sâu lõi Khi này, điện trở gia nhiệt lên cao (70 độ C) Quá trình tiếp diễn đến khơng cịn ẩm ngồi Sau kết thúc q trình, độ ẩm cịn lại sản phẩm khoảng 2% Quá trình sấy thứ cấp sử dụng cho sản phẩm cần bảo quản lâu dài Sơ đồ làm việc hệ thống sấy thăng hoa [Nguồn: Kỹ thuật sấy] Theo hình trên, hệ thống sấy thăng hoa hoạt động theo thứ tự sau: 41 Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh Cấu tạo hệ thống sấy thăng hoa Một hệ thống sấy thăng hoa có nhiều thành phần, có phận đóng vai trị quan trọng nhất: • Bơm chân khơng: tạo mơi trường chân khơng cho trình sấy (giúp trình thăng hoa xảy nhanh hơn) • Bộ phận cấp đơng: giúp đơng lạnh sản phẩm vào giai đoạn đầu trình sấy Đồng thời, hấp thụ ẩm từ sản phẩm • Bộ phận gia nhiệt: tạo trình thăng hoa b) Một số máy sấy thăng hoa Máy sấy thăng hoa Labconco™ FreeZone™ Triad Freeze Dryer 42 Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh [Nguồn: https://www.fishersci.se/shop/products/freezone-triad-freezedryer-6/15924232] Một số thông số máy: Hãng sản xuất Kích thước máy Nhiệt độ làm việc Điện áp yêu cầu Khả Fishersci 74,9 x 70,4 x 74,9 cm -850C 230 V/50 Hz/ pha 2,5 lít SCIENTIFIC FREEZE DRYER [Nguồn: https://labsociety.com/lab-equipment/scientific-freezedryer/] Máy sấy thăng hoa WHFD [Nguồn: https://thietbibachma.com/may-say-thang-hoa] Có thể lựa chọn nhiều model máy tùy thuộc vào sản lượng quy mô sản xuất 43 Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh Máy sấy thăng hoa HT-FD 70 [Nguồn: https://maysaylosay.com/san-pham/may-say-thang-hoa-htfd-70/] Bảng thông số kỹ thuật: Hãng sản xuất Năng suất Nguồn điện Diện tích sấy Kích thước Mơi chất lạnh Nhiệt độ hoạt động Fishersci 65 – 70 kg/mẻ 380 V/50 Hz/3 pha 6,9 m2 2120 x 1500 x 2090 mm R404A -400C đến 700C V.3 Ưu, nhược điểm hệ thống sấy thăng hoa a) Ưu điểm • Sấy đa dạng nhiều loại sản phẩm khác (hoa quả, rau củ, dược liệu, thực phẩm, tinh bột ) • Sản phẩm giữ màu sắc tự nhiên 44 Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh • Sản phẩm khơ giữ gần ngun vẹn hình dáng ban đầu b) Nhược điểm • Giá thành máy đắt, không phù hợp để sử dụng sở sản xuất vừa nhỏ, giá trị sản phẩm thấp • Thời gian sấy lâu, trình sấy qua nhiều giai đoạn phức tạp • Khi hoạt động, hệ thống hút chân không phát tiếng ồn lớn • Cơng suất sử dụng tương đối lớn, tiêu thụ nhiều điện phương pháp sấy khác V.4 Ứng dụng hệ thống sấy thăng hoa Chính ưu điểm tuyệt vời mà sấy thăng hoa đưa vào sử dụng nhiều lĩnh vực khác (từ phịng thí nghiệm đến sản xuất thương mại) Khi q trình sấy khơ địi hỏi phải giữ tính chất lý sản phẩm, nhiệt độ sấy thấp đảm bảo không thay đổi đặc tính sản phẩm hàm lượng vi chất, hoạt chất, màu sắc hay hình dạng cần sử dụng sấy thăng hoa đảm bảo yêu cầu Hầu hết sản phẩm sấy khô áp dụng sấy thăng hoa Tuy nhiên, với nhược điểm hệ thống đắt tiền, dùng cho số sản phẩm có kết cấu dễ vỡ, nhiều nước, phương pháp thường dùng số sản phẩm đem lại lợi nhuận cao đắt tiền dâu tây, kiwi, bơ, số loại dược liệu đông trùng hạ thảo, hoa cúc, trà xanh VI HỆ THỐNG SẤY CHÂN KHÔNG (VACUUM DRYING) VI.1 Tổng quan hệ thống sấy chân không Sấy chân không phương pháp sấy môi trường áp suất cực thấp, gần chân không Trong môi trường này, nước sôi nhiệt độ thấp, thấp nhiệt độ môi trường Khi nước sôi phân tử nước hoạt động mạnh đồng nghĩa với bốc diễn nhanh Vì sấy chân khơng sấy khơ mơi trường chân không Sấy chân không nhanh đẹp sấy khô thông thường nhiều VI.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống sấy chân không Sấy chân không trình thực nhờ chênh lệch áp suất nước bề mặt sản phẩm môi trường xung quanh Khi áp suất bề mặt sản phẩm (P1) lớn áp suất môi trường 45 Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh tác nhân sấy (P2), nước sản phẩm thoát mơi trường xung quanh Do đó, với ngun lý tạo chân không, áp suất P giảm đồng thời ẩm bốc nhiệt độ thấp (khoảng 40 oC) nên tốc độ sấy tăng lên, sấy nhiệt độ thấp để nâng cao chất lượng sản phẩm Cấu tạo hệ thống máy sấy chân khơng Máy sấy chân khơng thơng thường có ba phận chính: thiết bị sấy, thiết bị ngưng tụ ẩm bơm chân khơng • Thiết bị sấy: bao gồm nhiều thiết bị nhỏ cấu thành thiết bị sấy chân không, khay sấy, đồng hồ rơ le nhiệt • Thiết bị ngưng tụ ẩm: thiết bị giúp ngưng tụ ẩm có vật Hơi ẩm ngưng tụ thành nước trình sấy chân không Các phận thiết bị ngưng tụ ẩm bao gồm thiết bị ngưng tụ ẩm, ống xoắn Giữa thiết bị sấy thiết bị ngưng tụ ẩm có ống dẫn có gắn khóa chân khơng • Bơm chân khơng: mắc nối tiếp với thiết bị ngưng tụ ẩm ống dẫn Trên ống dẫn có gắn phin có chức lọc bụi, ẩm Vật liệu sấy tách ẩm buồng chân không truyền nhiệt chủ yếu thông qua xạ nhiệt từ vỏ thùng Vỏ thùng gia nhiệt từ phận cấp nhiệt (thường sử dụng điện trở) Hơi ẩm thoát từ vật liệu bơm chân không hút theo chu kỳ Để bảo vệ bơm, ẩm tách ẩm đường bình ngưng tụ với lượng từ nước dàn lạnh hệ thống điều hịa khơng khí 46 Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh Thơng thường, q trình sấy diễn theo chu kỳ “gia nhiệt – hút chân không – xả ẩm” Thời gian chu kỳ phụ thuộc vào công suất gia nhiệt, công suất hút chân không vật liệu sấy Hệ thống sấy chân không công nghiệp VI.3 Ưu, nhược điểm hệ thống sấy chân khơng a) Ưu điểm • Làm chi nước sản phẩm sơi nhiệt độ thấp nên q trình sấy diễn nhanh • Nhiệt độ sấy thấp, giúp sản phẩm giữ nguyên màu sắc, hương vị tính chất đặc trưng • Khơng làm biến đổi tính chất vật lý, hóa học sản phẩm sấy; giữ ngun cấu trúc vật sấy (khơng móp méo, sẹp ) • Sản phẩm sau có độ ẩm thấp (1 – 3%) nên bảo quản lâu • Máy sấy hoạt động áp suất nhỏ b) Nhược điểm • Do cấu tạo có thêm hút chân không nên máy cồng kềnh thiết bị sấy khác với thể tích • Giá thành máy cao, chi phí lớn nên khơng phù hợp với sản xuất nhỏ lẻ VI.4 Ứng dụng hệ thống sấy chân khơng Do có ưu/nhược điểm tương tự phương pháp sấy thăng hoa, sấy chân không áp dụng vào thực tiễn cho sản phẩm tương tự sấy thăng hoa 47 Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh VII HỆ THỐNG SẤY DÙNG DÒNG ĐIỆN CAO TẦN VII.1 Tổng quan hệ thống sấy dùng dòng điện cao tần Hệ thống sấy dòng điện cao tần hệ thống sấy dùng lượng điện từ trường Phần lớn vật liệu ẩm vật vừa có tính chất điện phân, vừa có tính chất bán dẫn Do đó, vật liệu ẩm đặt điện từ trường phần lượng điện từ bị vật hấp thụ biến thành nhiệt Sơ đồ nguyên lý phát cao tần [Nguồn: Kỹ thuật sấy] VII.2 Một số hệ thống sấy dùng dòng điện cao tần Máy sấy diệt khuẩn siêu cao tần dạng băng tải IM-36 [Nguồn: https://imaejsc.com/vn/may-say-diet-khuan-sieu-cao-tandang-bang-tai-im-36.html] 48 Đề cương Luận văn tốt nghiệp Năng lượng sóng Bay nước Điện tiêu thụ Điện áp Nhiệt độ sấy Tốc độ băng tải Trọng lượng máy GVHD: TS Trương Quốc Thanh 36 kW 40 kg/giờ 52 kVA 110 – 440 V, 50/60 Hz 450C – 2000C 0,1 – 30 m/phút 900 kg Máy sấy gỗ cao tần Saga [Nguồn: http://nbtex.vn/gian-hang/2708/san-pham/may-say-gosaga.html] 49 ... bị sấy sử dụng nguyên lý đối lưu như: sấy buồng, sấy hầm, sấy phun, sấy tháp, sấy thùng quay, sấy tầng sôi II.2 Hệ thống sấy buồng (Tray Drying) a) Tổng quan hệ thống sấy buồng Hệ thống sấy. .. tốc độ gió, loại vật liệu sấy 36 Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh Nguyên lý sấy khô tự nhiên IV.3 Hệ thống sấy lượng mặt trời (Solar Drying) Nhà sấy lượng mặt trời có tên... Máy sấy tầng sôi tạo hạt FBDG-100 25 Đề cương Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trương Quốc Thanh II.7 Hệ thống sấy phun (Spray Drying) a) Tổng quan hệ thống sấy phun Hệ thống sấy phun hệ thống sấy