- Điểm kết tinh (Tkt) đặc trưng cho bài tốn lạnh đơng, điểm nóng chảy (T nc) đặc trưng cho bài tốn đốt nóng (STH), đây là thông số trạng thái cần được
TRONG ĐIỀU KIỆN SẤY THĂNG HOA
4.2.3. Xác định tỉ lệ nước đóng băng và nhiệt độ, thời gian lạnh đông thích hợp
thích hợp
4.2.3.1. Kết quả
- TLNĐB w(TF) hoặc w(t): xác định bằng TN theo (2.10) và xác định
bằng MHT theo (3.25) (xem PL 13): Thay HSTN (ajopt
, W.m-2.K-1) của tôm sú, bạc và thẻ ở bảng 4.7 và các TSNVL ở bảng 4.5, 4.6 vào (3.19), cho thời gian biến thiên: t0 = 0 đến tn = 3h; t = t + Dt; với Dt = 0,01h rồi tiến hành giải, sẽ nhận được Ts = Ts(xs, ys, zs, t), Tc = Tc(xc, yc, zc, t), tính [{Bx}T + {By}T + {Bz}T]{d} theo (3.14a) và (3.14b), sau đó thay vào (3.25) xác định TLNĐB, nhiệt độ trung bình của VLA là TF = åTj(t)/p (với j = 1 ¸ p), Kết quả nhận được ở bảng 4.9 (hoặc PL 2) và hình 4.20a, 4.20b (tơm sú); 4.21a, 4.21b (tôm bạc) và 4.22a, 4.22b (tôm thẻ) biểu diễn TLNĐB theo thời gian hay nhiệt độ lạnh đông.
Bảng 4.9. TLNĐB theo nhiệt độ (TF), thời gian (t) lạnh đông bằng MHT và TN
(wtn được xác định (3.10), với: U = 50V; I = 0,65A; DT = Tc – Td = 1,20C; f1 = 2,201; f2 = 0,0061kg; f3 = 1565,083 J.kg-1
- Xác định sai số của MHT xác định TLNĐB s[w(T)]:
Kết quả trên đã cho thấy, TLNĐB xác định bằng MHT (3.25) so với TLNĐB
xác định bằng TN (2.10) có sự khác biệt, xem ở hình 4.20 a, b (tôm sú); 4.21 a, b
(tôm bạc) và 4.22 a, b (tơm thẻ) hoặc có thể xem PL 13. Vì vậy, sai số của MHT cần phải xác định để kiểm chứng lại các giả thiết đặt ra khi xây dựng MHT có phù hợp hay khơng? Mặt khác đánh giá MHT (3.25) có đủ độ tin cậy khi dùng để tính
tốn xác lập CĐCN, cũng như tính tốn và vận hành HTL?.
Sai số tương đối giữa số liệu tính tốn theo MHT (w(TF)MH) với số liệu TN (w(TF)TN) xác định TLNĐB xác định theo biểu thức như sau:
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Fopt Fopt Ff Ff Fopt Ff T T n MH TN F F MH TN T T i 1 T n F TN TN i 1 T T dT T dT T T s[ (T)] 100% 100% T T dT = = w - w w - w w = = w w ò ò å å ò (4.11)
Với: TFf 0C là nhiệt độ trung bình của VLA tại thời điểm Ts = Tkt. Kết quả cho thấy đã xác định được sai số của MHT ở bảng 4.10, hoặc xem PL 2:
Bảng 4.10. Kết quả kiểm chứng MHT bằng TN
Mơ hình Sai số, % Tôm sú Tôm bạc Tôm thẻ
Mơ hình nón cụt khơng cân s[w(T)] 6,14 6,52 6,73
Mơ hình trụ hữu hạn s[w(T)] 15,61 16,97 17,23
- Xác định nhiệt độ và thời gian lạnh đơng thích hợp của tôm sú, tôm bạc và tôm thẻ: ở điều kiện nhiệt độ MTLĐ được duy trì ổn định Te = -450C thì nhiệt độ và thời gian lạnh đơng thích hợp của VLA chính là tại giá trị nhiệt độ và thời gian đó ẩm trong VLA kết tinh hồn tồn (TLNĐB xác định theo MHT hay TN
đều đạt 100%, có nghĩa w(T )F MH =1, w(T )F TN =1). Từ số liệu tính tốn theo MHT và TN ở bảng 4.9 đã xác định được nhiệt độ và thời gian lạnh đơng thích hợp của tơm sú, tơm bạc và tơm thẻ ở bảng 4.11 (xem ở PL 2, bảng 2.9) như sau:
Bảng 4.11. Nhiệt độ và thời gian lạnh đơng thích hợp, khi Te = -450
C
Thơng số Ký hiệu và đơn vị Tôm sú Tôm bạc Tôm thẻ
Hệ số tỏa nhiệt a, W.m-2
.K-1 8,278 8,423 8,357
Thời gian lạnh đông t, h 2,5 2,3 2,4
Nhiệt độ bề mặt Ts, 0C -34,00 -33,05 -33,87
Nhiệt độ tâm Tc, 0C -11,78 -11,97 -10,12
Nhiệt độ trung bình VLA TFopt = Tm, 0C -25,11 -24,62 -24,37
TLNĐB tính tốn từ MHT w(T )F MH 1,00 1,00 1,00
4.2.3.2. Thảo luận
§ Sử dụng HSTN của MTLĐ ở bảng 4.7, tiến hành giải MHT để xác định
trường nhiệt độ bề mặt Ts và nhiệt độ tâm Tc của VLA (tôm sú, tôm bạc và tơm thẻ), sau đó tiến hành tính tốn xác định TLNĐB trung bình và sai số của MHT so với TN, kết quả nhận được ở bảng 4.9 và bảng 4.10 đã cho thấy:
- Nếu tôm sú, tơm bạc và tơm thẻ được mơ hình hóa thành mơ hình vật thể
ở dạng trụ hữu hạn, khi đó xây dựng và giải MHT truyền nhiệt lạnh đông để xác
định TLNĐB bằng phương pháp tách biến Fourier thì sai số của mơ hình trụ hữu
hạn tính từ TFf đến TFopt tương đối lớn, với tôm sú là 15,61%, với tôm bạc là 16,97%, cịn với tơm thẻ là 17,23%, như vậy mơ hình trụ hữu hạn khơng phù hợp cho tính tốn STH, (xem hình 4.20, 4.21 và 4.22).
- Nếu tơm sú, tơm bạc và tơm thẻ được mơ hình hóa thành mơ hình vật thể
ở dạng hình nón cụt khơng cân có tiết diện ngang là elip (H1, H2 là chiều dài hai
đường sinh; 2a1, 2b1 là đường kính lớn và bé của đáy lớn; còn 2a2, 2b2 là đường kính lớn và bé của đáy nhỏ), xem hình 3.1, bảng 4.6, khi đó xây dựng và giải MHT truyền nhiệt lạnh đông để xác định TLNĐB bằng phương pháp phần tử hữu hạn thì sai số của MHT (tính từ TFf đến TFopt) như sau: với tôm sú là 6,14%, với tơm bạc là
6,52%, cịn với tơm thẻ là 6,73%. Như vậy, mơ hình nón cụt khơng cân khá phù hợp với sai số có thể chấp nhận được, do đó có thể dùng để tính tốn và vận hành HTL,
đồng thời xác lập CĐCN chế biến lạnh đơng nói chung và lạnh đơng các VLA ở giai đoạn 1 trong STH nói riêng.
§ Những sai số tồn tại của mơ hình vật thể nón cụt không cân là do các nguyên nhân sau:
ü Các TSNVL như: HSDN, KLR, NDR của VLA (tôm sú, bạc và thẻ) được lấy giá trị trung bình theo nhiệt độ và xem nó khơng đổi, thực tế thì các thơng số
này thay đổi theo nhiệt độ đây là nguyên nhân dẫn đến sai số [57, 82, 101, 102].
ü Khi giải MHT bằng phương pháp số, để thuận lợi cho việc giải nên đã giả thiết rằng, ẩm trong VLA là ẩm nguyên chất và ẩn nhiệt đóng băng được xem là
hằng số, ẩm phân bố đều. Nhưng thực tế ẩn nhiệt đóng băng ln thay đổi theo nhiệt độ, hàm ẩm phấn bố không đều, lượng nước bên trong nội và ngoại tế bào sẽ khác nhau, ngồi ra nó cịn phụ thuộc vào sự liên kết giữa ẩm và cấu trúc sinh học của VLA, chính vì vậy nó sẽ làm cho MHT sai số [1, 3, 11, 12].
ü Mặt khác, nước bên trong VLA khơng ngun chất mà nó ở dạng dung
dịch (các chất tan là các khoáng chất đa vi lượng, vitamine, axit amine,...v.v) và khi
ẩm kết tinh ẩm tách ra khỏi dung dịch thì làm nồng độ chất tan tăng dẫn đến làm tăng áp suất thẩm thấu, vì vậy điểm kết tinh ẩm không phải là hằng số mà càng lúc
càng giảm và làm tăng điểm sơi. Điều đó chứng tỏ rằng khi nhiệt độ tâm của VLA
đạt tới nhiệt độ kết tinh (Tkt) thì về mặt lý thuyết TLNĐB w(T )F = 1, nhưng thực tế
không thể bằng 1 (hay 100%), xem bảng 4.9, hình 4.20, 4.21 và 4.22 (xem PL 13).
ü Hơn nữa nước trong VLA ở dạng dung dịch nên ẩn nhiệt đóng băng
không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào nồng độ các chất tan trong dung dịch [1, 3, 82, 94].
ü Dạng vật liệu (xốp, keo hay keo – xốp) và sự liên kết giữa ẩm với vật liệu (hấp phụ, mao dẫn, tĩnh điện) đã ảnh hưởng đến sự kết tinh của ẩm [95, 97, 98].
Đây là những nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sai số giữa số liệu tính tốn từ
MHT với số liệu xác định bằng TN. Vì vậy, để MHT dùng được trong tính tốn thiết kế, xác lập CĐCN cũng như trong vận hành HTL ứng dụng vào sản xuất chính
xác hơn thì phải hiệu chỉnh MHT, thì cần phải hiệu chỉnh MHT, bằng cách nhân
vào MHT một hệ số hiệu chỉnh. Phương pháp xác định hệ số hiệu chỉnh MHT theo (4.12) và (4.13), [12, 33], kết quả đã nhận được ở bảng 4.12.
- Gọi A là hệ số hiệu chỉnh MHT của QTLĐ, khi đó:
F TN F MH (T ) A (T ) w = w Û w(T )F TNdTF = wA (T )F MHdTF (4.12) Fopt Fopt Ff Ff T T F TN F F MH F T T A (T ) dT / (T ) dT é ù é ù ê ú ê ú Þ = w w ê ú ê ú ë ò û ë ò û= 1 s[ (T)] 1w + (4.13)
Bảng 4.12. Hệ số hiệu chỉnh MHT của VLA (tôm sú, tôm bạc và tôm thẻ) Hệ số hiệu chỉnh Tôm sú Tôm bạc Tôm thẻ
A 0,942 0,939 0,937
§ Theo tổng quan tài liệu thì MHT truyền nhiệt lạnh đông của các tác giả đã nghiên cứu gồm các MHT sau đây, [2, 12, 28].
- Theo nghiên cứu của Planck. R - Veinik [2] trên filê cá thu dạng phẳng thì TLNĐB được xác định bằng (1.16), còn nghiên cứu của Raoult [2] trên cá mập, thịt bị dạng tấm phẳng thì TLNĐB xác định theo (1.18). Theo Shijov G.B [2] với cà rốt dạng phẳng thì TLNĐB xác định theo (1.19), còn nghiên cứu của N.A Golovkin [1] trên cá cơm thì TLNĐB xác định theo (1.20) và (1.21), [1, 2, 98].
- Từ những MHT này khi khảo sát trên các đối tượng cà rốt, cá cơm, cá thu, thịt bò và thịt cá mập, thay các TSNVL của chúng vào MHT (1.16), (1.18), (1.19), (1.20) và (1.21) rồi tính tốn mơ phỏng trên đồ thị quan hệ TLNĐB theo nhiệt độ lạnh đông của VLA, với nhiệt độ MTLĐ là -450C, xem hình 4.23.
Tuy mục đích lạnh
đơng SP, lạnh đông để bảo quản khác với lạnh đông để STH, lạnh đông để bảo quản chỉ cần TLNĐB lớn hơn 86%
là đạt [1, 2, 96], cịn lạnh đơng để STH đòi hỏi TLNĐB phải đạt 100%. Kết quả nghiên cứu
của các tác giả đã cho thấy,
nhiệt lạnh đơng thích hợp của một số loại VLA như sau: với cà rốt (Shijov G.B) là TFopt = -12,360C lúc đó w = 1 (100%), với cá cơm (N.A Golovkin) TFopt = -16,230C
lúc đó w = 1 (100%), cịn với thịt bị TFopt = -23,510C lúc đó w = 1 (100%), với filê
cá thu dạng phẳng (Planck. R, Veinik) thì TFopt = -26,130C lúc đó w = 1 (100%), [2,
3]. Rõ ràng với VLA khác nhau về thành phần hóa học thì TFopt sẽ khác nhau.
§ Từ kết quả trên cho thấy, đối với VLA khác nhau thì TFopt khác nhau, nguyên nhân là do ảnh hưởng của các yếu tố như: các TSNVL, dạng vật liệu, thành phần hóa học, mơi trường sống, sự liên kết ẩm,…v.v của VLA [1, 2, 12].
§ Có thể thấy rằng, kết quả xây dựng và giải MHT (3.19) để xác định
TLNĐB bằng (3.25) theo nhiệt độ của VLA (tôm sú, tôm bạc và tôm thẻ) phù hợp với quy luật chung (hình 4.23). Như vậy, MHT xác định TLNĐB cho tôm sú, tôm bạc và tôm thẻ phù hợp và có thể sử dụng được.
§ Một kết quả khảo sát thực tế tại nhà máy chế biến thủy sản của tập đoàn Minh Phú ở tỉnh Cà Mau và cơng ty F17 ở tỉnh Khánh Hịa đối với VLA thủy sản (tôm sú, tôm bạc, tôm thẻ, tơm chì, tơm càng xanh, ...) khi chế biến lạnh đông ở chế
độ: nhiệt độ MTLĐ thông thường là Te = -450C, nhiệt độ bề mặt của tôm phải đạt Ts = (-36 ¸ -32)0C và nhiệt độ tâm của tơm là Tc = (-16 ¸ -10)0C. Như vậy, khi so sánh giữa số liệu sản xuất thực tế so với số liệu ở bảng 4.11 thì MHT xây dựng để xác
định TLNĐB theo nhiệt độ (hay thời gian) lạnh đơng hồn tồn phù hợp và có thể ứng dụng trong sản xuất.
Hình 4.23. Biểu diễn TLNĐB trung bình theo nhiệt độ lạnh
đơng của VLA, nhiệt độ MTLĐ -450