Theo khái niệm truyền thống, quá trình sấy liên tục (SLT) ở đây được hiểu là chế độ sấy (gồm nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ vào BS của TNS) được giữ không đổi trong suốt QTS [28], [29]. Các vấn đề được nghiên cứu trong QTS khoai tây lát mỏng ở đây độc lập với HTS, gồm có động học QTS, ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ TNS, năng lượng hấp thụ bởi VLS và thời gian sấy. Độ dày lát khoai được đưa vào nghiên cứu ở đây là 5 mm, độ ẩm tương đối ban đầu của VLS giả thiết là 83,5% (M = 5,06 kg/kg khô). 0
4.1.1. Động học quá trình sấy
0 1 2 3 4 5 6
0 100 200 300 400
Thời gian sấy, phút
Độ chứa ẩm trung bình, kg/kgkhô
Hình 4.1. Đường cong sấy khi SLT ở 700C, 35%, 2,0 m/s.
0 5 10 15 20 25
0 2 4 6
Độ chứa ẩm trung bình, k g/k gk hô
Tốc độ sấy dM/dt, g/kgkhô.s
Hình 4.2. Đường cong tốc độ sấy khi SLT ở 700C, 35%, 2,0 m/s.
Các hình 4.1 đến hình 4.3 là các đồ thị đường cong sấy, đường cong tốc độ sấy, đường cong nhiệt độ sấy khi sấy liên tục với chế độ sấy 700C, 35% và 2,0 m/s.
Từ hình 4.2 có thể thấy rằng, với khoai tây lát mỏng, giai đoạn sấy tốc độ không đổi không tồn tại. Điều này phù hợp với khẳng định trong báo cáo của Srikiatden [110] và kết quả nghiên cứu của Chou và cộng sự [57]
rằng hầu hết QTS các sản phẩm sinh học không tồn tại giai đoạn sấy tốc độ không đổi, kể cả với trường hợp sấy khoai tây kích thước 15 mm [57].
Bên cạnh đó, đường cong sấy thu được ở các hình 4.1, 4.4 4.6 cũng khá phù hợp về mặt dáng điệu với các đường cong sấy trong các nghiên cứu về sấy khoai tây của các tác giả đã
20 30 40 50 60 70 80
0 2 4 6
Độ chứa ẩm trung bình, k g/k gk hô
Nhiệt độ VLS, C
Hình 4.3. Đường cong nhiệt độ sấy khi SLT ở 700C, 35%, 2,0 m/s.
77
nêu trong [57], [67], [68], [111]. Như vậy, về mặt lý thuyết, mô hình toán học và các điều kiện đơn trị ở chương 3 có thể khẳng định bước đầu là phù hợp.
4.1.2. Ảnh hưởng của chế độ sấy đến quá trình sấy 4.1.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ TNS
0 1 2 3 4 5 6
0 50 100 150 200 250 300
Thời gian sấy, phút
Độ chứa ẩm trung bình VLS, kg/kgkhô
70 C 60 C 65 C
Hình 4.4. Đường cong sấy khi SLT ở 600C, 650C và 700C, 35%, 2,0 m/s Hình 4.4 là đường cong sấy khi sấy liên tục với TNS có độ ẩm 35%, 2 m/s và các giá trị nhiệt độ 600C, 650C và 700C. Có thể thấy, ở cùng một độ chứa ẩm cuối QTS, khi nhiệt độ TNS cao hơn, thời gian sấy sẽ ngắn hơn. Điều này đã được khẳng định trong nhiều tài liệu về kỹ thuật sấy.
4.1.2.2. Ảnh hưởng của độ ẩm tác nhân sấy
Hình 4.5 là đường cong sấy khi sấy liên tục với TNS cố định nhiệt độ và tốc độ cố định 650C, 2,0 m/s và các độ ẩm 30%, 35% và 40%. Các đường cong này gần như trùng nhau trên hình vẽ, nhưng cũng có thể thấy rằng, khi độ ẩm của TNS giảm QTS diễn ra nhanh hơn.
4.1.2.3. Ảnh hưởng của tốc độ tác nhân sấy
Hình 4.6 là đường cong sấy khi sấy liên tục với TNS cố định nhiệt độ và độ ẩm cố định 650C, 30% và các tốc độ 1 m/s, 2 m/s và 3 m/s. Khi tốc độ TNS tăng, thời gian sấy được rút ngắn. Tuy nhiên, đường cong sấy ở 1 m/s và 3 m/s lệch nhau không nhiều.
Bên cạnh đó, khi tăng tốc độ sấy vượt một giới hạn nào đó, động học QTS sẽ không tăng đáng kể và thời gian sấy giảm được không đáng kể (bảng 4.1). Những kết quả này
700C
650C
600C
phù hợp với các kết quả nghiên cứu đã được các tác giả trên thế giới công bố khi nghiên cứu QTS nóng các loại VLS khác nhau [53], [70], [77], [88], [119].
0 1 2 3 4 5 6
0 50 100 150 200 250 300 350
Thời gian sấy, phút
Độ chứa ẩm trung bình VLS, kg/kgkhô
Độ ẩm TNS 35% Độ ẩm TNS 30% Độ ẩm TNS 40%
Hình 4.5. Đường cong sấy khi SLT ở 650C, 2,0 m/s và các độ ẩm 30, 35 và 40%.
0 1 2 3 4 5 6
0 100 200 300 400
Thời gian sấy, phút
Độ chứa ẩm trung bình VLS, kg/kgkhô
Tốc độ 1 m/s Tốc độ 2 m/s Tốc độ 3 m/s
Hình 4.6. Đường cong sấy khi SLT ở 650C, 30% và các tốc độ 1, 2 và 3 m/s.
3 m/s
1 m/s
79
4.1.3. Nhiệt lượng vật liệu sấy hấp thụ trong QTS
Vì mô hình toán học được giải với điều kiện hình học của lát khoai là dày 5 mm, đường kính 5 cm (đã được giả thiết là không thay đổi, tức bỏ qua sự co ngót) nên để thuận lợi cho việc so sánh với QTS gián đoạn, trong chương này chúng tôi chủ yếu sử dụng đơn vị tính lượng nhiệt hấp thụ bởi VLS trong QTS là là Joul trên một đơn vị diện tích bề mặt VLS (J/m2). Cách tính nhiệt lượng này đã nêu trong chương 2. Đồng thời, do tính chất đối xứng của bài toán, nhiệt lượng tính được chỉ áp cho một nửa tấm hay tính trên một mặt VLS.
Hình 4.7 thể hiện sự biến thiên của lượng nhiệt hấp thụ bởi VLS trong QTS với chế độ sấy 650C, 30% và 2 m/s. Có thể dễ dàng nhận thấy rằng, lượng nhiệt này có giá trị lớn tại giai đoạn đầu của quá trình sấy, sau đó giảm dần.
Bảng 4.1 là kết quả tính toán
thời gian sấy và lượng nhiệt VLS hấp thụ trong QTS khoai tây lát mỏng 5 mm từ nhiệt độ ban đầu 290C, độ ẩm tương đối ban đầu 83,5% đến khi đạt độ ẩm tương đối 7%. Thời gian sấy tính đến độ ẩm 7% được xác định dựa trên nghiệm của hệ phương trình vi phân như đã nêu ở mục 2.2.4 chương 2. Ở đây xin nêu một ví dụ tính.
Với chế độ sấy 700C, 35%, 1,5 m/s, nghiệm thu được sau 36 bước thời gian ( = 12 giây) như sau:
Thời gian sấy, phút
Nhiệt độ trung bình
VLS
Tốc độ sấy g/kgkhô.s
Độ chứa ẩm trung bình VLS,
kg/kgkhô
Nhiệt độ bề mặt VLS, 0C
Độ chứa ẩm phân tố bề mặt,
kg/kgkhô
Nhiệt lượng cấp cho bề mặt
trong
Độ ẩm tương đối
VLS, % 0.2 29.90 19.350 4.828 30.67 3.9096 10514.2 82.84 0.4 30.82 14.936 4.649 31.79 3.0316 10083.0 82.29 0.6 31.75 11.573 4.510 32.78 2.3621 9795.1 81.85 0.8 32.68 9.010 4.402 33.72 1.8519 9541.4 81.48 1 33.60 7.059 4.317 34.64 1.4634 9299.1 81.19 1.2 34.51 5.575 4.250 35.54 1.1679 9063.2 80.95 1.4 35.40 4.447 4.197 36.41 0.9434 8832.9 80.75 1.6 36.27 3.592 4.154 37.27 0.7731 8608.0 80.59 1.8 37.13 2.944 4.118 38.10 0.6441 8388.8 80.46 2 37.96 2.455 4.089 38.91 0.5466 8175.2 80.35 2.2 38.77 2.086 4.064 39.70 0.4731 7967.3 80.25 2.4 39.57 1.810 4.042 40.46 0.4180 7764.9 80.16
0 5 10 15 20 25
0 50 100 150 200 250
Thời gian sấy, phút
Lượng nhiệt, kJ/m2
Hình 4.7. Lượng nhiệt hấp thụ bởi VLS theo thời gian trong QTS liên tục ở 650C, 30% và 2 m/s
Thời gian sấy, phút
Nhiệt độ trung bình
VLS
Tốc độ sấy g/kgkhô.s
Độ chứa ẩm trung bình VLS,
kg/kgkhô
Nhiệt độ bề mặt VLS, 0C
Độ chứa ẩm phân tố bề mặt,
kg/kgkhô
Nhiệt lượng cấp cho bề mặt
trong
Độ ẩm tương đối
VLS, % 2.6 40.34 1.603 4.023 41.21 0.3768 7567.8 80.09 2.8 41.09 1.450 4.005 41.94 0.3462 7376.1 80.02 3 41.82 1.337 3.989 42.65 0.3237 7189.4 79.95 3.2 42.53 1.255 3.974 43.34 0.3072 7007.8 79.89 3.4 43.22 1.196 3.960 44.01 0.2954 6830.9 79.84 3.6 43.90 1.155 3.946 44.66 0.2872 6658.7 79.78 3.8 44.55 1.127 3.932 45.30 0.2815 6491.1 79.72 4 45.19 1.109 3.919 45.91 0.2778 6328.0 79.67 4.2 45.81 1.098 3.906 46.52 0.2757 6169.1 79.61 4.4 46.42 1.093 3.893 47.10 0.2746 6014.5 79.56 4.6 47.01 1.092 3.880 47.68 0.2743 5863.9 79.50 4.8 47.58 1.094 3.867 48.23 0.2747 5717.4 79.45 5 48.14 1.098 3.853 48.77 0.2754 5574.7 79.39 5.2 48.68 1.104 3.840 49.30 0.2765 5435.8 79.34 5.4 49.21 1.111 3.827 49.81 0.2778 5300.6 79.28 5.6 49.73 1.118 3.813 50.31 0.2792 5168.9 79.22 5.8 50.23 1.126 3.800 50.80 0.2806 5040.8 79.16 6 50.72 1.134 3.786 51.27 0.2821 4916.0 79.10 6.2 51.20 1.142 3.773 51.74 0.2836 4794.5 79.04 6.4 51.66 1.150 3.759 52.18 0.2851 4676.3 78.98 6.6 52.11 1.157 3.745 52.62 0.2866 4561.1 78.92 6.8 52.55 1.165 3.731 53.05 0.2880 4449.0 78.86 7 52.98 1.172 3.717 53.46 0.2893 4339.9 78.80 7.2 53.39 1.179 3.703 53.87 0.2906 4233.7 78.73
Với nghiệm thu được như trên, thời gian sấy từ độ ẩm tương đối ban đầu 83,5%
đến độ ẩm tương đối cuối 79,1% sẽ là 6 phút.
Căn cứ kết quả tính toán trong bảng 4.1, có thể thấy một cách dễ dàng rằng, khi tăng nhiệt độ TNS, thời gian sấy sẽ giảm mạnh nhưng tổng lượng nhiệt VLS hấp thụ trong QTS sẽ tăng mạnh. Khi tăng tốc độ TNS, thời gian sấy giảm, lượng nhiệt hấp thụ tăng. Tuy nhiên, khi tăng tốc độ TNS vượt qua một trị số nào đó, thời gian sấy có giảm nhưng không đáng kể. Tiếp đó, ở cùng một nhiệt độ và tốc độ TNS, khi độ ẩm TNS giảm thì thời gian sấy giảm theo.
Ngoài ra, có thể nhận thấy một điểm về nhiệt lượng vật liệu sấy hấp thụ đó là sự phụ thuộc chính của nó vào nhiệt độ TNS. Ví dụ, ở chế độ sấy 700C, độ ẩm 35%, khi tăng tốc độ TNS từ 0,2 m/s đến 3,0 m/s thì nhiệt lượng do VLS hấp thụ tăng 1,3%. Bên cạnh đó, theo Trần Văn Phú [28], với QTS lý thuyết có hoặc không có
81
hồi lưu TNS thì lượng nhiệt đốt nóng TNS (từ nhiệt độ ban đầu, ví dụ 250C đến nhiệt độ cần thiết đưa vào buồng sấy 700C) sẽ tăng theo tốc độ TNS hay tăng theo lưu lượng TNS nhưng lượng nhiệt VLS hấp thụ lại không tăng. Bên cạnh đó, nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che thiết bị sấy tăng khi tốc độ TNS tăng. Như vậy, đã có một lượng lớn năng lượng bị lãng phí.
Về mặt thời gian sấy, theo bảng 4.1, ở chế độ sấy 700C, độ ẩm 35%, khi tăng tốc độ TNS từ 0,3 đến 3,0 m/s, thời gian sấy rút ngắn so với trường hợp 0,2 m/s tăng từ 4,4% đến 18,2% nhưng từ 1 m/s trở lên, tỉ lệ rút ngắn này tăng không đáng kể. Do vậy, với sấy buồng theo mẻ, chỉ nên sử dụng tốc độ TNS khoảng 1 m/s. Kết quả này cũng trùng với các kết quả nghiên cứu khi sấy khoai tây đã nêu trong mục 2.3.2.2 chương 2. Thậm chí, có tác giả còn đề xuất chỉ nên sấy ở 0,5 m/s [68].
Bảng 4.1. Thời gian sấy và lượng nhiệt VLS hấp thụ khi sấy liên tục bằng không khí nóng đến độ ẩm tương đối 7%
STT Nhiệt độ TNS, 0C
Độ ẩm TNS, %
Tốc độ TNS, m/s
Thời gian sấy, phút
Lượng nhiệt VLS hấp thụ, J/m2
1 60 30 2,0 252,0 375.842,3
35 2,0 267,2 375.719,7
40 2,0 290,6 375.598,5
2 65 1,0 224,4 420.516,4
2,0 217,0 423.423,8
30
3,0 213,8 425.723
35 2,0 228,6 423.266,3
40 2,0 245,0 423.128,2
3 70 30 2,0 188,6 471.005,8
35 0,2 237,6* 464.451,8
0,3 227,0 (4,4%)** 464.682,3
0,5 216,2 (9,0%)** 465.462,8
1,0 205,4 (13,6%)** 467.498,9
1,5 200,4 (15,6%)** 469.261
2,0 197,6 (16,8%)** 470.802
2,5 195,6 (17,7%)** 472.177
3,0 194,2 (18,2%)** 473.429
40 2,0 209,6 470.595,2
(Các trị số trong ngoặc (**) là mức độ tăng về thời gian so với trường hợp 0,2 m/s (*)).