Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015 MỤC LỤC Phần 1: Mở đầu 5 Phần 2: Nội dung 7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY 1.1. Các thông số của vật liệu sấy 8 1.2. Các thông số đặc trưng của tác nhân sấy 10 1.3. Phân loại phương pháp sấy 12 1.4. Đánh giá chung 17 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ SẤY CHÂN KHÔNG 2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống sấy chân không 18 2.2. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy của vật liệu 20 2.3. Các kiểu hệ thống sấy chân không trong thực tế thường gặp 22 2.4. Các yêu cầu khi chọn công nghệ sấy chân không 29 2.5. Đánh giá chung 30 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH 3.1. Nhiệm vụ đặt ra và các yêu cầu 31 3.2. Thiết kế sơ bộ mô hình 31 3.3. Một số hình ảnh chế tạo mô hình thực tế 35 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 40 Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 1 Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số thứ tự Tên gọi Trang Hình 1.1 Nhiệt độ đọng sương và nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí 10 Hình 1.2 Hệ thống sấy lô và sấy tang 14 Hình 1.3 Hệ thống sấy buồng và sấy khí động 14 Hình 1.4 Hệ thống sấy bức xạ 15 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống sấy chân không 18 Hình 2.2 Tủ sấy chân không 22 Hình 2.3 Thùng sấy chân không cánh đảo 23 Hình 2.4 Sơ đồ thiết bị sấy chân không băng tải 24 Hình 2.5 Sơ đồ thiết bị chân không một lô cán 25 Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống sấy phun chân không 26 Hình 2.7 Qúa trình sấy lý thuyết 27 Hình 3.1 Sơ đố bố trí các thiết bị trong hệ thống sấy 32 Hình 3.2 Mô hình thực nghiệm 32 Hình 3.3 Hình ảnh chế tạo 34 Hình 3.4 Cà rốt trước khi sấy 35 Hình 3.5 Cà rốt sau khi sấy 35 Hình 3.6 Mít trước khi sấy 35 Hình 3.7 Mít sau khi sấy 35 Hình 3.8 Đu đủ trước khi sấy 35 Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 2 Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015 Hình 3.9 Đu đủ sau khi sấy 35 Hình 3.10 Đồ thì quá trình giảm khối lượng theo thời gian 37 Hình 3.11 Đồ thị quá trình giảm ẩm theo thời gian 38 DANH MỤC CÁC BẢNG Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 3 Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015 Số thứ tự Tên gọi Trang Bảng 2.1 Mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ hóa hơi của nước 19 Bảng 3.1 Số liệu theo dõi quá trình sấy cà rốt 36 Bảng 3.2 Số liệu theo dõi quá trình sấy mít 36 Bảng 3.3 Số liệu theo dõi quá trình sấy đu đủ 37 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Phú (2001), Tính toán và thiết kế hệ thống sấy. NXB Giáo Dục, Hà Nội [2] Trần Văn Phú (2008), Kỹ thuật sấy, NXB Giáo Dục, Hà Nội. Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 4 Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015 [3] Hoàng Văn Chước, Kỹ thuật sấy. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 1999. học và Kỹ thuật, Hà Nội 1999. [4] Nguyễn Văn May (2004), Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2007. [5] Nguyễn Văn Lụa, Qúa trình và thiết bị công nghệ hóa học thực phẩm, NXB Đại học quốc gia TP.Hồ Chí Minh. [6] Các trang web. MỞ ĐẦU Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 5 Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015 Để đáp ứng yêu cầu sử dụng trong nước, chất lượng sản phẩm đặc biệt là các loại nông sản và lâm sản sấy khô cần phải đạt được các yêu cầu về chất lượng khắt khe như hình dáng kích thước và thể tích sản phẩm, màu sắc sản phẩm, nồng độ vị, chất thơm và các chất khác, sự thấm nước thấm khí trở lại của sản phẩm sấy, độ ẩm cuối đạt được tùy theo nhu cầu sử dụng và bảo quản sản phẩm. So với nhiều phương pháp sấy khác, phương pháp sấy chân không luôn là một phương pháp có thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu chất lượng trên và là phương pháp rút ngắn được thời gian sấy một cách đáng kể, dó đó phương pháp này đã được áp dụng cho sấy những vật liệu khô chậm, khó sấy, có yêu cầu chất lượng sấy cao. Xuất phát từ yêu cầu thực tế, đề tài được thực hiện với mục đích chính là xây dựng nên một mô hình thí nghiệm về thiết bị sấy chân không, phục vụ cho nhu cầu học tập, thí nghiệm và nghiên cứu của sinh viên trong nhà trong trường. Với mong muốn từ mô hình thí nghiệm, chúng ta sẽ thấy được phần nào thực hiện các thí nghiệm, để từ đây yêu thích đam mê nghiên cứu khoa học. Đó là tiền đề cho sinh viên sau khi ra trường sẽ áp dụng các kiến thức của chuyên ngành nói chung và phương pháp sấy chân không vào các ngành sản xuất ở nước ta. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 6 Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015 Để áp ứng yêu cầu chất lượng sản phẩm đặc biệt là các loại nông sản và lâm sản sau khi sấy khô cần phải giữ nguyên hình dáng kích thước và thể tích sản phẩm, màu sắc, nồng độ vị, vitamin, protêin So với nhiều phương pháp sấy khác, phương pháp sấy chân không có thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu chất lượng trên đây, do đó phương pháp này đã được áp dụng sấy cho những vật liệu khô chậm, khó sấy, có yêu cầu chất lượng sấy cao. Hơn nữa thực tế tại Xưởng Nhiệt các thiết bị phục vụ cho hệ thống sấy hầu như chưa có nhiều, trong khi đó sinh viên đòi hỏi phải có thiết bị để học thực hành. Chính vì những lý do trên mà nhóm tác giả chọn đề tài:“Nghiên cứu chế tạo mô hình máy sấy chân không để sấy thực phẩm” làm đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Xuất phát từ yêu cầu thực tế, đề tài được thực hiện với mục đích chính là: - Chế tạo hoàn chỉnh mô hình hệ thống sấy chân không. - Chạy thử nghiệm hệ thống. - Sấy thực nghiệm và đo đạc các kết quả trên mô hình. - Phục vụ cho nhu cầu học tập, thí nghiệm tại xưởng cho SV ngành Nhiệt. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu lý thuyết công nghệ sấy chân không. - Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu quả làm việc của hệ thống. - Thiết kế hệ thống sấy chân không. - Chế tạo mô hình thực tế và sấy thử nghiệm. CHƯƠNG 1 Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 7 Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY 1.1. Các thông số của vật liệu sấy 1.1.1. Độ ẩm tuyệt đối - Độ ẩm tuyệt đối (còn gọi là độ ẩm tính theo vật liệu khô) là số phần trăm nước chứa trong một kg vật liệu khô (VLK). %100. G G k a k =ω (1-1) - Do khối lượng ẩm chứa trong vật liệu có thể lớn hơn khối lượng VLK nên độ ẩm tuyệt đối có thể lớn hơn 100%. - Đối với vật liệu khô tuyệt đối (G a = 0) thì ta có ω k = ω = 0%. Vì vậy, đối với những vật liệu có độ ẩm nhỏ thì giá trị độ ẩm tương đối và độ ẩm tuyệt đối không khác nhau nhiều lắm. 1.1.2. Độ ẩm tương đối - Độ ẩm tương đối (còn gọi là độ ẩm toàn phần) là số phần trăm khối lượng nước (rắn, lỏng và hơi) chứa trong 1 kg vật liệu ẩm (VLA). %100. G G a =ω (1-2) Với: G - là khối lượng của vật liệu ẩm, kg G a - là khối lượng nước có trong vật liệu ẩm, kg G k - là khối lượng của vật liệu khô, kg - Độ ẩm tương đối ω bao giờ cũng nhỏ hơn 100% hay 0% ≤ ω ≤ 100%. - Vật có độ ẩm tương đối ω = 0% là vật khô tuyệt đối và vật có độ ẩm tương đối 100% là vật hoàn toàn nước. 1.1.3. Quan hệ giữa độ ẩm tuyệt đối và tương đối Chúng ta sẽ tính được độ ẩm này khi biết độ ẩm kia và ngược lại: %100. 100 k k ω+ ω =ω (1-3) Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 8 Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015 %100. 100 k ω− ω =ω (1-4) 1.1.4. Độ chứa ẩm - Độ chứa ẩm u là giới hạn của tỷ số giữa khối lượng ẩm và khối lượng vật khô. k a g g u = (1-5) - Nếu ẩm phân bố đều trên vật liệu thì giá trị độ ẩm tuyệt đối bằng độ chứa ẩm. 1.1.5. Độ ẩm cân bằng - Là độ ẩm của vật khi ở trạng thái cân bằng với môi trường xung quanh. Ở trạng thái này độ chứa ẩm trong vật là đồng đều và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật ẩm bằng phân áp suất hơi nước trong không khí ẩm. Lúc này quá trình trao đổi chất giữa vật ẩm và không khí ẩm là kết thúc. - Như vậy, độ ẩm cân bằng phụ thuộc trạng thái của môi trường bao quanh vật. Trong thực tế độ ẩm cân bằng có ý nghĩa rất lớn, nó xác định giới hạn của quá trình sấy và dùng để xác định độ ẩm bảo quản của mỗi loại vật liệu trong những điều kiện môi trường khác nhau. - Nếu vật ẩm có độ ẩm nhỏ hơn độ ẩm của môi trường không khí ẩm thì vật sẽ hấp thụ ẩm và làm cho độ ẩm tương đối của vật tăng lên cho đến khi đạt trạng thái cân bằng thì kết thúc. Ngược lại khi vật ẩm có độ ẩm lớn hơn độ ẩm môi trường không khí ẩm thì vật sẽ thải ẩm cho đến khi đạt độ ẩm cân bằng thì dừng lại. Vì vậy khi bảo quản các sản phẩm, để tránh sự ẩm mốc làm mất chất lượng sản phẩm, thông thường chúng ta gói sản phẩm trong các bao bì ni lông nhằm cách ẩm. 1.1.6. Quan hệ giữa môi trường sấy và vật ẩm Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 9 Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015 - Nếu chúng ta để một vật ẩm trong môi trường không khí ẩm thì sẽ có sự trao đổi nhiệt và ẩm giữa vật liệu và môi trường không khí. Qúa trình trao đổi nhiệt phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ giữa không khí và vật liệu, còn quá trình trao đổi ẩm (chất) phụ thuộc vào độ chênh lệch phân áp suất của hơi nước trên bề mặt vật và phân áp suất hơi nước trong không khí ẩm. - Trong trường hợp phân áp suất của hơi nước trên bề mặt vật ẩm lớn hơn phân áp suất hơi nước trong môi trường không khí ẩm thì sẽ có hiện tượng bay hơi nước từ vật vào môi trường, chúng ta gọi đây là quá trình tách ẩm ra khỏi vật (thải ẩm). Ngược lại phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật ẩm nhỏ hơn phân áp suất hơi nước trong không khí ẩm thì vật ẩm sẽ hấp thụ ẩm (nhận ẩm). - Khi hai đại lượng này có giá trị bằng nhau thì vật ẩm và môi trường không khí ẩm đạt độ ẩm cân bằng. Lúc này vật không hút ẩm và cũng không thải ẩm, đến đây thì quá trình sấy kết thúc. 1.2. Các thông số đặc trưng của tác nhân sấy 1.2.1. Nhiệt độ điểm sương Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 10 [...]... NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ SẤY CHÂN KHÔNG 2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống sấy chân không 2.1.1 Cấu tạo Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 18 Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015 Hệ thống sấy chân không gồm có buồng sấy, thiết bị ngưng tụ và bơm chân không Vật sấy được cho vào trong một buồng kín, sau đó buồng này được hút chân không. .. nhằm giải phóng một lượng thể tích rất lớn cho bơm chân không ♦ Bơm chân không, hút chân không là thiết bị sử dụng để loại bỏ không khí, chất khí, hơi nước hoặc chất lỏng từ một không gian khép kín hoặc bị hạn chế để tạo ra chân không hoặc môi trường gần chân không trong một không gian xác định nào đó ♦ Phin lọc bẩn, được lắp sau thiết bị ngưng tụ, dùng để lọc sạch bụi nhằm giảm tiêu hao năng lượng cơ... đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015 Trong quá trình làm việc hệ thống được đóng kín tránh giảm tổn thất nhiệt từ bên trong thùng sấy ra bên ngoài môi trường, đồng thời tạo độ kín để tránh vật liệu sấy bị văng ra bên ngoài hệ thống 2.3 Các kiểu hệ thống sấy chân không trong thực tế thường gặp 2.3.1 Tủ sấy a Đặc điểm chung Tủ sấy chân không là một thiết bị sấy đơn giản nhất, có dạng hình trụ... nghiệm - Phần chế tạo mô hình thực nghiệm, nhóm tác giả lựa chọn kiểu tủ sấy chân không vì kết cấu đơn giản, phù hợp với nguồn kinh phí và vẫn đảm bảo được các kết cấu, thông số để tiến hành nghiên cứu thực nghiệm Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 31 Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH Trong chương... chất lượng - Để sấy các loại vật liệu có chứa nhiều hàm lượng tinh dầu, hương hoa, dược phẩm; các nông sản thực phẩm có yêu cầu nhiệt độ sấy thấp nhằm giữ nguyên chất lượng và màu sắc, không gây phá hủy, biến tính các chất và đặc biệt phương pháp sấy chân không được dùng để sấy các loại vật liệu khô chậm khó sấy (như gỗ sồi, gỗ giẻ ) các loại thực phẩm quý nhằm mang lại chất lượng sản phẩm sấy cao đáp... 34 Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015 ♦ Nhiệt độ trong buồng sấy dao động từ: 30 ÷ 40 0C 3.2.5 Một số hình ảnh chế tạo mô hình thực tế Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 35 Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015 3.3 Các bài sấy thí nghiệm trên mô hình 3.3.1 Chọn vật liệu sấy: Mẫu vật liệu sấy ở đây là: cà rốt, đu đủ,... quá trình sấy, tác nhân sấy vừa đóng vai trò cung cấp nhiệt vừa mang ẩm trong không gian bao quanh vật để thải vào môi trường - Dựa vào tác nhân sấy hay cách tạo ra động lực quá trình dịch chuyển ẩm mà chúng ta có hai phương pháp sấy: phương pháp sấy nóng và phương pháp sấy lạnh 1.3.1 Phương pháp sấy nóng Trong phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy và vật liệu sấy được đốt nóng Do tác nhân sấy được đốt... bao gồm: Tủ sấy chân không, bơm chân không, thiết bị ngưng tụ ẩm, thiết bị tách ẩm và các thiết bị phụ khác 3.2.2 Hình ảnh thực nghiệm Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 33 Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015 3.2.3 Mô tả các thiết bị ♦ Vỏ tủ sấy, đảm bảo tạo độ kín cho buồng sấy đồng thời là nơi để cố định các thiết bị khác, có dạng hình hộp chữ... quá trình làm khô sẽ chậm lại Nhiệt độ sấy thích hợp được xác định phụ thuộc vào độ dày bán thành phẩm, kết cấu tổ chức của sản phẩm và đối với các nhân tố khác Khi sấy ở những nhiệt độ khác nhau thì nguyên liệu có những biến đổi khác nhau b Áp suất Để quá trình sấy chân không đạt được hiệu quả cao thì cần tạo được áp suất chân không lớn Cách tạo ra áp suất chân không càng lớn thì làm cho độ chênh lệch... áp suất bên trong buồng sấy qua đó để điều chỉnh thông số áp suất cho phù hợp với chế độ sấy 3.2.4 Các thông số chính của mô hình ♦ Tủ sấy có kích thước: 600x600x800 mm ♦ Bơm chân không: 250 W ♦ Công suất quạt gió: 10 W ♦ Công suất điện trở : 100 W ♦ Sản phẩm sấy là thực phẩm: cà rốt, đu đủ, mít… ♦ Độ ẩm vào và ra của vật liệu sấy: ω1 = 85% ; ω2 = 5% ♦ Năng suất sấy: 4 kg/mẻ Chủ nhiệm đề tài: Trần . Nguyễn Văn Lụa, Qúa trình và thiết bị công nghệ hóa học thực phẩm, NXB Đại học quốc gia TP.Hồ Chí Minh. [6] Các trang web. MỞ ĐẦU Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh