Đang tải... (xem toàn văn)
luận văn
bộ giáo dục và đào tạo trờng đại học nông nghiệp I ---------------------------------- đỗ minh chiến Nghiên cứu thiết kế hệ thống thiết bị làm khô thực phẩm bằng phơng pháp sấy thăng hoa luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: cơ khí hóa và thiết bị nông - lâm nghiệp M số: 60.52.14 Ngời hớng dẫn khoa học: TS. Trần nh khuyên Hà Nội- 2005 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan rằng những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và cha đợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã đợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều đã đợc chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Đỗ Minh Chiến Lời cảm ơn Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại lớp Cao học khoá 12 chuyên ngành Cơ khí hóa và thiết bị nông-lâm nghiệp Trờng Đại học Nông nghiệp I Hà Nội, tôi đã nhận đợc sự giúp đỡ, giảng dạy nhiệt tình của các thầy giáo, cô giáo trong trờng. Nhân dịp này tôi xin đợc bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới các thầy giáo, cô giáo trong trờng. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới gia đình và Tiến sĩ Trần Nh Khuyên, ngời đã tận tình hớng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn Bộ môn Máy Nông nghiệp Khoa Cơ Điện Trờng Đại học Nông nghiệp I Hà Nội đã gúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp đang công tác tại Trờng Trung học Công nghiệp và Xây dựng đã động viên giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện đề tài bản thân đã có nhiều cố gắng, song không thể tránh khỏi thiếu sót. Rất mong tiếp tục nhận đợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp đối với đề tài nghiên cứu của tôi để đề tài đợc hoàn thiện hơn. Tác giả Đỗ Minh Chiến Mục lục Lời cam đoan .i Lời cảm ơn ii Mục lục . .iii Danh mục các bảng . .vi Danh mục các hình. .vii Mở đầu 1 1. Tổng quan nghiên cứu. 1 1.1. Tầm quan trọng của việc làm khô nông sản-thực phẩm .3 1.1.1. ý nghĩa của việc làm khô các loại nông sản-thực phẩm .3 1.1.2. Một số thực phẩm tơi sống cần đợc làm khô 5 1.2. Tầm quan trọng của sấy thăng hoa 12 1.3. T ình hình ứng dụng sấy thăng hoa trong và ngoài nớc .14 1.3.1. Hệ thống thiết bị sấy thăng hoa gián đoạn .15 1.3.2. Hệ thống thiết bị sấy thăng hoa liên tục . .15 1.4. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu .19 1.4.1. Mục đích nghiên cứu .19 1.4.2. Nhiệm vụ nghiên cứu .19 2. Đối tợng và phơng pháp nghiên cứu . .20 2.1. Đối tợng nghiên cứu .20 2.1.1. Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết bị sấy thăng hoa. .20 2.1.2. Nguyên lý hoạt động .22 2.2. Phơng pháp nghiên cứu . .22 2.2.1. Phơng pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố .22 2.3. Phơng pháp thực nghiệm đo đạc xử lý và gia công số liệu .24 2.3.1. Phơng pháp xác định chi phí điện năng riêng. .24 2.3.2. Phơng pháp xác định thời gian sấy. .24 2.3.3. Phơng pháp xử lý số liệu thực nghiệm . .24 2.3.4. Phơng pháp gia công số liệu thực nghiệm .25 3. Cơ sở lý thuyết tính toán quá trình sấy thăng hoa .27 3.1. Bản chất của quá trình sấy thăng hoa .27 3.1.1. Các khái niệm cơ bản .27 3.1.2. Các giai đoạn của quá trình sấy thăng hoa .28 3.2. Cơ sở lý thuyết tính toán của quá trình lạnh đông . .30 3.2.1. Các phơng pháp lạnh đông thực phẩm .30 3.2.2. Diễn biến quá trình lạnh đông .31 3.2.3. Sự hình thành tinh thể đá trong quá trình lạnh đông thực phẩm . .33 3.2.4. Tính toán thời gian lạnh đông . .34 3.2.5. ảnh hởng của lạnh đông đối với thực phẩm . .36 3.3. Cơ sở lý thuyết tính toán quá trình thăng hoa. .38 3.3.1. Truyền nhiệt trong quá trình thăng hoa .38 3.3.2. Truyền chất trong quá trình thăng hoa .39 3.3.3. Tính toán kết hợp truyền nhiệt và truyền chất .41 3.4. Cơ sở lý thuyết tính toán quá trình sấy ẩm d. .48 4. Tính toán thiết kế các bộ phận chính trong hệ thống thiết bị sấy thăng hoa. .49 4.1. Tính chọn các thông số ban đầu .49 4.1.1. Các thông số vật lý của vật liệu sấy . .49 4.1.2. Các thông số thiết kế .49 4.2. Tính toán các bộ phận chính trong hệ thống thiết bị .52 4.2.1. Bình thăng hoa .52 4.2.2. Bình ngng . .54 4.2.3. Tính toán máy lạnh .58 5. Kết quả nghiên cứu trên mô hình thiết bị sấy thí nghiệm. .72 5.1. V ật liệu và dụng cụ thí nghiệm .72 5.2. K ết quả nghiên cứu thực nghiệm .72 5.2.1. Mối quan hệ của nhiệt độ và độ ẩm vật liệu đến thời gian sấy. .72 5.2.2. ảnh hởng của nhiệt độ lạnh đông vật liệu sấy T l .74 5.2.3. ảnh hởng của áp suất chân không trong bình thăng hoa P. .75 5.2.4. ảnh hởng của chiều dày vật liệu sấy S .76 5.2.5. ảnh hởng của nhiệt độ nguồn bức xạ T b . 77 Kết luận và đề nghị. .79 Tài liệu tham khảo .81 Phụ lục .83 Danh mục các bảng Bảng 1-1. Thành phần dinh dỡng của thịt một số vật nuôi . 6 Bảng 1-2. Thành phần hóa học và giá trị dinh dỡng của các loại cá 8 Bảng 1-3. Giá trị xuất khẩu các mặt hằng khô 9 Bảng 1-4. Kế hoạch mở rộng sản xuất nông sản đến năm 2010. 12 Bảng 3-1. Quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ thăng hoa của nớc đá 28 Bảng 3-2. Lợng nớc và điểm kết đông của một số thực phẩm . 32 Bảng 4-1. Các thông số trạng thái tại các điểm nút của chu trình 60 Bảng 5-1. Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hởng của nhiệt độ lạnh đông vật liệu sấy 74 Bảng 5-2. Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hởng của áp suất chân không trong bình thăng hoa . 75 Bảng 5-3. Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hởng của chiều dày vật liệu sấy 76 Bảng 5-4. Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hởng của nhiệt độ nguồn nhiệt bức xạ . 77 Danh mục các hình Hình 1-1. Xu hớng xuất khẩu rau quả của Việt Nam . 6 Hình 1-2. Sơ đồ nguyên lý thiết bị sấy thăng hoa gián đoạn 15 Hình 1-3. Sơ đồ nguyên lý thiết bị sấy thăng hoa liên tục kiểu khay. 16 Hình 1-4. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị sấy thăng hoa liên tục kiểu dao động . 17 Hình 1-5. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị sấy thăng hoa liên tục kiểu băng tải . 17 Hình 1-6. Hệ thống thiết bị sấy thăng hoa liên tục. 18 Hình 1-7. Hệ thống thiết bị sấy thăng hoa với bình ngng đặt ngoài. 19 Hình 2-1. Sơ đồ cấu tạo thiết bị sấy thăng hoa ST-10. 20 Hình 3-1. Đồ thị pha p - t nớc . 27 Hình 3-2. Quan hệ giữa thời gian và nhiệt độ trong quá trình lạnh đông . 32 Hình 3-3. Lạnh đông (Theo Leniger và Beverloo, 1975) 34 Hình 3-4. ảnh hởng của lạnh đông tới mô tế bào thực vật . 38 Hình 3-5. Sự di chuyển nhiệt và hơi ẩm trong quá trình thăng hoa 39 Hình 4-1. Mô hình thiết bị sấy thăng hoa thí nghiệm ST-10 71 Hình 4-2. Măng thái lát trớc khi sấy 71 Hình 4-3. Sản phẩm sau khi sấy . 71 Hình 5-1. Đồ thị làm việc của bình thăng hoa khi sấy măng tre Bát độ. 73 Hình 5-2. Đồ thị ảnh hởng của nhiệt độ lạnh đông 74 Hình 5-3. Đồ thị ảnh hởng của áp suất 75 Hình 0-4. Đồ thị ảnh hởng của chiều dày 76 Hình 5-5. Đồ thị ảnh hởng của nhiệt độ nguồn bức xạ. 77 Mở đầu Trong lĩnh vực chế biến thực phẩm, do nguồn thực phẩm tơi sống khá dồi dào, trong đó có nhiều loại thực phẩm dễ h hỏng có số lợng lớn cần đợc làm khô nh măng, nấm, hành, súp lơ, vải, nhãn, xoài, thịt bò, tôm, cá v.v Các loại sản phẩm này nếu đợc làm khô theo phơng pháp sấy truyền thống (sấy nhiệt) có thể làm thay đổi một số tính chất của sản phẩm nh biến tính protêin, cấu trúc, màu sắc, mùi vị dới tác dụng của nhiệt độ cao. Từ những biến đổi không mong muốn đó làm giảm giá trị thơng phẩm của mặt hàng khi tiêu thụ, do đó phơng pháp nâng cao nhiệt độ không mang lại hiệu quả trong quá trình sản xuất. Phơng pháp sấy thăng hoa là phơng pháp sấy mới, đợc thực hiện bằng cách hạ thấp nhiệt độ sản phẩm sấy xuống dới điểm đông lạnh và đợc đặt trong bình chân không có áp suất gần với áp suất chân không tuyệt đối, khi đó nớc thoát ra khỏi sản phẩm sấy ở trạng thái rắn, tức là thăng hoa ẩm. Phơng pháp này cho phép giữ lại chất dinh dỡng, mầu sắc, mùi vị của sản phẩm đợc gần nh nguyên vẹn mà không một phơng pháp sấy nào khác có thể làm đợc. Hơn nữa nó còn có giai đoạn lạnh đông có tác dụng tiêu diệt các vi khuẩn gây hại. Các loại sản phẩm sau khi sấy nếu đợc bao gói cẩn thận có thể bảo quản đợc trong một thời gian khá dài. Khi sử dụng chỉ cần cho ngậm nớc thì có thể hoàn nguyên trở lại gần nh trạng thái ban đầu. Ngoài ra sấy thăng hoa không chỉ giảm một cách đáng kể sự bay hơi và biến đổi của các chất mẫn cảm với nhiệt, mà còn cho phép thu lại những chất đã bay hơi bằng cách làm ngng tụ và lạnh đông hơi ẩm thoát ra. Nhờ những u điểm nổi bật đã nêu ở trên nên phơng pháp sấy thăng hoa đợc ứng dụng rất có hiệu quả trong việc làm khô các loại sản phẩm khó sấy nh cà phê, hành, súp lơ, hải sản, hoa quả, dợc liệu, vật liệu siêu dẫn v.v và có thể làm khô đợc sản phẩm ở cả trạng thái rắn và lỏng. Các loại sản phẩm này nếu đợc làm khô theo phơng pháp sấy thăng hoa sẽ tạo ra sản phẩm có chất lợng cao không những đáp ứng đợc nhu cầu thị tr ờng trong nớc mà còn có cơ hội lớn để xuất khẩu. Cho đến nay, việc tiếp thu công nghệ và thiết bị mới này còn rất hạn chế. Nguyên nhân chủ yếu là do kết cấu thiết bị khá phức tạp, vốn đầu t cao nên các cơ sở sản xuất khó chấp nhận. Vì vậy, việc nghiên cứu công nghệ và thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị sấy thăng hoa phù hợp với điều kiện sản xuất ở nớc ta nhằm nâng cao chất lợng và hạ giá thành sản phẩm là vấn đề rất cần thiết. Xuất phát từ tình hình thực tế sản xuất, đợc sự hớng dẫn của thầy giáo TS. Trần Nh Khuyên và các thầy cô giáo trong khoa Cơ Điện tôi tiến hành thực hiện đề tài Nghiên cứu thiết kế hệ thống thiết bị làm khô thực phẩm bằng phơng pháp sấy thăng hoa . . chiến Nghiên cứu thiết kế hệ thống thiết bị làm khô thực phẩm bằng phơng pháp sấy thăng hoa luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: cơ khí hóa và thiết bị. tiến hành thực hiện đề tài Nghiên cứu thiết kế hệ thống thiết bị làm khô thực phẩm bằng phơng pháp sấy thăng hoa . Chơng 1 Tổng quan nghiên cứu 1.1. Tầm