Science & Technology Development, Vol 11, No.12 - 2008 NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TỈ LỆ NƯỚC ĐÓNG BĂNG VÀ NHIỆT ĐỘ LẠNH ĐƠNG THÍCH HỢP CỦA VẬT LIỆU ẨM Ở GIAI ĐOẠN TRONG SẤY THĂNG HOA Nguyễn Tấn Dũng (1), Trịnh Văn Dũng (2), Trần Đức Ba (3) (1)Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, (2) Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM (3) Trường Đại học Công Nghiệp Tp.HCM (Bài nhận ngày 12 tháng 05 năm 2008, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 07 tháng 08 năm 2008) TĨM TẮT: Sấy thăng hoa q trình kỹ thuật phức tạp bao gồm ba giai đoạn: giai đoạn 1: làm lạnh đông vật liệu ẩm (VLA) chuyển toàn ẩm tự VLA từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn; giai đoạn 2: sấy thăng hoa tạo mơi trường sấy có nhiệt độ áp suất thấp nhỏ trạng thái ba thể (0.00980C; 4.58mmHg) để ẩm vật liệu từ trạng thái rắn thăng hoa sang trạng thái hơi, kết thúc giai đoạn ẩm đóng băng vật liệu sấy thăng hoa hoàn toàn, nhiệt độ vật liệu sấy 0.00980C; giai đoạn 3: sấy chân không làm bay ẩm liên kết trạng thái lỏng lại vật liệu sấy, kết thúc giai đoạn có cân nhiệt xảy Với trình trãi qua giai đoạn việc xác định chế độ cơng nghệ gặp nhiều khó khăn phức tạp Ở viết này, nghiên cứu phương pháp xác định nhiệt độ lạnh đơng thích hợp VLA thơng qua việc xác định tỉ lệ nước đóng băng VLA (nhóm giáp xác: tơm sú, tơm bạc, tôm thẻ) theo nhiệt độ lạnh đông chúng, kết thu góp phần giải tốn lạnh đông giai đoạn sấy thăng hoa, đồng thời làm sở khoa học cho việc xác định chế độ công nghệ sấy thăng hoa sản phẩm thực phẩm cao cấp nói chung thuỷ sản hải nhóm giáp xác có giá trị kinh tế nói riêng ĐẶT VẤN ĐỀ Khi nghiên cứu xây dựng mô hình tốn để xác định chế độ cơng nghệ sấy thăng hoa cần giải tốn cho giai đoạn (giai đoạn 1, 3) giai đoạn giai đoạn lạnh đông VLA để chuyển ẩm từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn Bài toán đặt đây, làm để xác định nhiệt độ VLA lạnh đông nằm khoảng thích hợp Nếu khơng xác định lạnh đơng nhiệt độ âm cao ẩm tự khơng đóng băng hết dẫn đến giai đoạn sấy thăng hoa thăng hoa phần ẩm tự đóng băng, phần ẩm tự chưa đóng băng bốc giai đoạn sấy chân không tiêu tốn nhiều lượng, đồng thời nhiệt độ sấy cao làm giảm chất lượng sản phẩm, lạnh đông nhiệt độ âm sâu hệ thống lạnh tiêu tốn nhiều lượng kéo dài thời gian lạnh đông, kéo dài thời gian sấy dẫn đến khơng kinh tế Vì vậy, việc nghiên cứu phương pháp xác định nhiệt độ lạnh đơng thích hợp VLA thơng qua xác định tỷ lệ nước đóng băng cần thiết để giải tốn lạnh đơng giai đoạn sấy thăng hoa Đối với nhóm giáp xác (tơm sú, tơm bạc, tơm thẻ) nghiên cứu ẩm tổng cộng chiếm từ (72.22 ÷ 77.34)% ẩm tự chiếm (65.57 ÷ 68.21)% cịn lại ẩm liên kết chiếm (6.65 ÷ 9.13)%, cần phải hạ đến khoảng nhiệt độ cho tổng lượng ẩm VLA đóng băng (65.57 ÷ 68.21)%, lúc tỉ lệ ẩm đóng băng phải từ (0.8 ÷ 0.95) đạt Trang 74 Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 11, SỐ 12 - 2008 NỘI DUNG 2.1 Cơ sở khoa học xác định tỉ lệ nước đóng băng theo nhiệt độ lạnh đông VLA nhiệt độ lạnh đông thích hợp 2.1.1 Xây dựng mơ hình tốn - Bài toán đặt phải xây dựng hàm: ω (T ) = ω (r ,τ ) = f ( R,τ , T0 , Tw , TKt , L, W , ) (1) Với: • ω (T ) ∈ [0,1]: tỷ lệ ẩm đóng băng trung bình theo nhiệt động lạnh đơng vật liệu ẩm • ω = Gnb/Gn ∈ [0,1]: tỷ lệ ẩm đóng băng bên vật liệu ẩm • Gnb, Gn, G [kg]: khối lượng ẩm đóng băng; khối lượng ẩm có vật liệu ẩm; khối lượng vật liệu ẩm • W = Gn/G ∈ (0,1): tỷ lệ ẩm (hay độ ẩm tương đối) có vật liệu ẩm, với giả thiết ẩm phân bố - Bài tốn làm lạnh đơng VLA trải qua giai đoạn: a) Giai đoạn (a): Làm lạnh VLA từ nhiệt độ ban đầu Tbđ = TVLA = const, xuống nhiệt độ kết tinh ẩm bề mặt VLA Tw(VLA) = TKt = const b) Giai đoạn (b): Làm kết tinh ẩm bên VLA Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang 75 Science & Technology Development, Vol 11, No.12 - 2008 c) Giai đoạn (c): Cân nhiệt, làm giảm nhiệt độ VLA sau kết tinh hoàn toàn, xuống nhiệt độ cuối Tc Vì giai đoạn giai đoạn tốn truyền nhiệt pha, thời gian thực trình tuân định luật Plank, tài liệu tham khảo (TLTK) [3], [5], [6] - Vấn đề mà quan tâm tỉ lệ ẩm đóng băng bên VLA theo nhiệt độ lạnh đơng VLA, từ xác định khoảng nhiệt độ lạnh đơng thích hợp Đây vấn đề phức tạp có nhiều thơng số tham gia như: trường nhiệt độ, bề mặt VLA, bề dày lớp kết tinh, bề mặt tuyến phân pha, chất VLA, cách thức mơi trường thực q trình kết tinh, … Chính vậy, chúng tơi tập trung nghiên cứu xem xét toán giai đoạn để làm rõ vấn đề đặt - Trước xây dựng mơ hình tốn giả thiết đặt cần nghiên cứu sau : i) VLA nhóm giáp xác như: tơm sú, tơm bạc, tơm thẻ, …và xem VLA cần nghiên cứu gần với hình trụ có kích thước: D = 2R , H = 2h >> 2R , xem hình trụ dài vô hạn ii) Xem thông số nhiệt vật lý: ρ i , C pi , a i , λ i , số lấy trung bình theo thể tích iii) Hệ số cấp nhiệt (tỏa nhiệt) môi trường xem không đổi: α = const iv) Phương trình cân nhiệt tuyến phân pha tuân theo định luật Leibenzon LS - Từ giả thiết đặt ra, xây dựng mơ hình tốn sau: q ∂t → α + w gradt + Δt = v + a.∇ t ∂τ c pρ c pρ (2) Vì VLA nghiên cứu dạng hình trụ có R