Luận văn Nghiên cứu công nghệ sấy cá Basa Fillet và thiết kế phân xưởng sản xuất năng suất 1 tấn sản phẩm/mẻ

HỬ NGHIỆM & LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM 2.1.1. Vật liệu sấy, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm 2.1.1.1. Vật liệu sấy (VLS) Cá ba sa phi lê mua ở siêu thị Co.op mart. Chọn những mẫu cá phi lê có kích thước tương tự nhau để nguyên liệu đầu vào tương đối ổn định. 2.1.1.2. Dụng cụ thí nghiệm + Thước dây để đo kích thước mẫu cá, độ chính xác ±0,1cm có thang đo từ 14100cm. + Cân điện tử 1000g, độ chính xác ±0,01g, đồng hồ bấm giờ, các khay đựng. + Đồng hồ điện năng. + Thiết bị đo độ ẩm và tốc độ gió Hygro Thermo - Anemometer. Hình 2.1. Máy phân tích Hygro Thermo - Anemometer Hình 2.2. Cân phân tích 2.1.1.3. Thiết bị thí nghiệm - Tủ sấy: + Kích thước buồng làm việc: cao H300 x rộng W300 x sâu D300 + Tốc độ gia nhiệt: điều chỉnh trong khoảng 1 ¸ 10 oC/min + Gió cấp: điều chỉnh trong khoảng 5 ¸ 50 l/min Hình 2.3: Tủ sấy - Hệ thống sấy đa năng bằng tách ẩm, gia nhiệt và bức xạ hồng ngoại tại Phòng Quá trình và Thiết bị được áp dụng thí nghiệm có các thông số kỹ thuật như sau: + Kích thước thiết bị: L990 x W450 x H1850 mm + Công suất bơm nhiệt: Nmax = 0,5 HP + Không khí sau khi tách ẩm có nhiệt độ, độ ẩm có thể thay đổi bằng cách thay đổi lưu lượng không khí qua cụm tách ẩm. + Tiếp theo không khí qua dàn nóng, bộ gia nhiệt thứ cấp để gia nhiệt đến nhiệt độ cần thiết cho quá trình sấy. Nhiệt độ có thể điều chỉnh từ 35 ÷ 75 oC nhờ bộ điều khiển nhiệt độ. + Vận tốc tác nhân sấy trong buồng sấy là có thể thay đổi ở 3 tốc độ gió khác nhau 0,55; 1,10 và 1,65 m/s bằng cách thay đổi các tấm chặn bên trong buồng sấy. + Đèn hồng ngoại được bố trí trên các khay sấy bên trong buồng sấy, đèn hồng ngoại có thể tắt/mở theo chu kỳ, thời gian tắt mở cũng được điều chỉnh theo yêu cầu. Hình 2.4: Hệ thống sấy đa năng: sấy đối lưu thông thường, sấy đối lưu ứng dụng công nghệ tách ẩm - gia nhiệt và sấy đối lưu sử dụng bức xạ hồng ngoại 2.1.2. Phương pháp xác định các tính chất cơ lý của VLS 2.1.2.1. Xác định kích thước và khối lượng của VLS + Sử dụng thước dây xác định các kích thước của mẫu cá: chiều dài, chiều rộng, chiều dày. + Sử dụng cân điện tử cân mẫu. 2.1.2.2. Xác định độ ẩm của VLS Độ ẩm là một thông số kỹ thuật quan trọng và làm cơ sở cho quá trình sấy. Căn cứ vào độ ẩm đầu và cuối mà chúng tôi có thể tính được thời gian sấy lý thuyết cũng như thời gian bảo quản. Độ ẩm đầu của vật liệu sấy cũng như độ ẩm của sản phẩm sau sấy được xác định bằng phương pháp sấy đến khối lượng không đổi. Nguyên tắc của phương pháp: Lấy cốc sứ đem sấy ở 105oC cho đến khối lượng không đổi. Để nguội trong bình hút ẩm và cân ở cân phân tích chính xác đến 0,01g. Cân m (g) mẫu cho vào cốc. Sau đó, cho vào tủ sấy ở 105oC, sấy đến khối lượng không đổi. Sau khi sấy đến khối lượng không đổi, đem làm nguội trong bình hút ẩm khoảng 10 ÷ 15 phút và đem cân ở cân phân tích chính xác như trên. Độ ẩm được tính như sau: Độ ẩm của vật liệu = (%) Trong đó: G: khối lượng cốc (g) G1: khối lượng cốc và mẫu trước khi sấy (g) G2: khối lượng cốc và mẫu sau khi sấy (g) 2.1.2.3. Đánh giá chất lượng mẫu sản phẩm Chất lượng sản phẩm được đánh giá cảm quan qua màu sắc và mùi vị của sản phẩm sau khi sấy. 2.1.3. Thực nghiệm 2.1.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm Để tìm được quy trình công nghệ sấy cá tối ưu nhất, mẫu cá được sấy với sự thay đổi của ba yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy: phương pháp sấy, vận tốc TNS, nhiệt độ TNS. Từ đó, tìm ra phương pháp sấy thích hợp với nhiệt độ TNS và vận tốc tác nhân sấy tối ưu. Trình tự thí nghiệm: + Thí nghiệm sấy mẫu với ba phương pháp: sử dụng bức xạ hồng ngoại, sấy đối lưu gia nhiệt thông thường và sấy đối lưu sử dụng bơm nhiệt kết hợp với tách ẩm. Từ đó chọn được phương pháp sấy thích hợp. + Thí nghiệm sấy mẫu ở ba chế độ nhiệt độ 45oC, 55oC và 65oC để chọn được nhiệt độ sấy hiệu quả nhất. + Thí nghiệm sấy mẫu với vận tốc tác nhân sấy khác nhau: 0,55m/s; 1,1m/s và 1,65m/s để chọn vận tốc tác nhân sấy thích hợp. Trên cơ sở kết quả thí nghiệm, chọn được quy trình công nghệ tối ưu để đưa vào áp dụng thực tế. 2.1.3.2. Tiến hành thí nghiệm Sơ đồ nguyên lý Hình 2.5. I-Bộ lọc khí; II-Dàn lạnh; III-Máy nén; IV-Dàn nóng; V-Cụm gia nhiệt; VI-Quạt tuần hoàn; VII-đèn UV; VIII-Buồng sấy; IX-Ống khí thải Nguyên lý hoạt động: Nguyên liệu cần sấy được đưa vào buồng sấy [VIII] trên các khay sấy. Không khí từ ngoài được quạt hút qua bộ lọc [I], qua dàn lạnh [II] nhằm tách ẩm không khí. Tiếp theo, không khí qua dàn nóng [IV] để gia nhiệt sơ bộ, sau đó qua cụm gia nhiệt [V] để nâng đến nhiệt độ cần thiết của quá trình sấy. Không khí trong buồng sấy được tuần hoàn nhờ quạt [VI]. Nhiệt độ trong buồng sấy được duy trì ổn định nhờ hệ thống điều khiển tự động. Quy trình công nghệ Thực hiện thí nghiệm sấy cá ba sa phi lê theo quy trình công nghệ sau: Hình 2.6. Quy trình công nghệ sấy mẫu thí nghiệm Thuyết minh quy trình: + Nguyên liệu: Cá ba sa phi lê tươi được mua ở siêu thị Co.op mart, các mẫu được chọn đồng đều về kích thước để đầu vào ổn định. + Tiến hành cân khối lượng, đo kích thước mẫu cá. + Xếp mẫu vào khay, cân khối lượng khay và mẫu. + Bật máy, cài đặt nhiệt độ TNS trong buồng sấy. Chờ cho nhiệt độ TNS đạt đến giá trị cài đặt và hệ thống hoạt động ổn định đưa khay vào buồng sấy bắt đầu quá trình sấy. + Xác định khối lượng của mẫu sau những khoảng thời gian nhất định đến khi độ ẩm VLS không đổi sau ba lần cân thì kết thúc thí nghiệm. Vận hành thiết bị Hình 2.7: Tủ điện điều khiển thiết bị sấy thử nghiệm Mở CB tổng, nhấn nút MỞ, hệ thống sẵn sàng hoạt động. Cài đặt nhiệt độ mong muốn của TNS trên bộ điều chỉnh nhiệt độ, bật công tắc quạt cấp, bật công tắc cụm tách ẩm (nếu có), bật công tắc cụm gia nhiệt; chờ đến khi đạt đến giá trị nhiệt độ cài đặt. Trong thời gian chờ hệ thống hoạt động ổn định, cân VLS cho vào các khay rồi đưa vào buồng sấy và tiến hành lấy số liệu. Trong 30 phút đầu tiên cứ 10 phút cân mẫu một lần, sau đó chu kỳ 30 phút cân một lần để xác định độ giảm ẩm của vật liệu. Trong suốt quá trình sấy, nhiệt độ TNS luôn được điều chỉnh tự động. 2.1.4. Phương pháp xử lý số liệu Xử lý số liệu bằng phần mềm Excel để tính toán và vẽ các đồ thị đường cong sấy, đường cong tốc độ sấy. 2.1.5. Tính toán chi phí cho quá trình sấy và hiệu quả kinh tế Từ quy trình công nghệ sấy chọn được, tiến hành tính toán chi phí cho quá trình sấy, đánh giá hiệu quả kinh tế. 2.2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 2.2.1.Tính chất cơ lý của mẫu cá ba sa phi lê Kích thước, hình dáng và khối lượng, độ ẩm liên quan đến việc chế biến, vận chuyển và bảo quản, nó được xem là thông số kỹ thuật quan trọng cho từng loại sản phẩm. Chúng tôi đã tiến hành đo thí nghiệm và thu được kết quả bảng 2.1 ÷ 2.3 Bảng 2.1: Kích thước, khối lượng của mẫu cá Mẫu Chiều rộng cm Chiều dàicm Bề dày cm Khối lượngg 1 9 20 1 124,23 2 8 18 1 108,25 3 8 18 1 122,6 4 9 18 1 123,63 5 10 20 1 138,56 6 10 20 1 132,95 7 9 19 1 127,97 Trung bình 9 19 1 123,5 Bảng 2.2. Đo ẩm độ đầu của mẫu cá. Mẫu Khối lượng mẫu g Khối lượng mẫu khô g Độ ẩm đầu % 1 108,25 18,91 82,53 2 124,23 18,71 84,94 3 123,63 16,79 86,42 Trung bình 118,7 18,14 84,63 Bảng 2.3. Khối lượng riêng của mẫu cá. Mẫu Khối lượng g Thể tíchm3 Khối lượng riêngkg/m3 1 124,32 1,6.10-4 777 2 108,25 1,35.10-4 801,85 3 122,6 1,44.10-4 851,39 4 123,63 1,44.10-4 858,54 5 138,56 1,6.10-4 866,00 6 132,95 1,6.10-4 830,94 7 127,97 1,35.10-4 947,93 Trung bình 123,5 1,48.10-4 847,66 2.2.2. Thí nghiệm sấy cá ba sa phi lê 2.2.2.1. Ảnh hưởng của phương pháp sấy Thí nghiệm sấy mẫu với ba phương pháp: sử dụng bức xạ hồng ngoại, sấy đối lưu gia nhiệt thông thường và sấy đối lưu sử dụng bơm nhiệt kết hợp với tách ẩm với cùng vận tốc TNS, nhiệt độ sấy Bảng 2.4. Các PPS đối lưu và thông số hoạt động tương ứng TT Phương pháp sấy Ký hiệu Thông số của TNS Lưu lượng TNS, m3/h Nhiệt độ, oC Vận tốc, m/s Độ ẩm, % 1 Bức xạ hồng ngoại HN - 0,55 60,0 161 2 Điện trở GN 55 0,55 15,3 3 Bơm nhiệt TA-GN 55 0,55 4,6 Bảng 2.5. Kết quả thí nghiệm sấy mẫu với phương pháp sấy khác nhau (nhiệt độ sấy 55oC, vận tốc TNS 0,55 m/s) t Hồng ngoại TA-GN Gia nhiệt U(%) dUk/dt Uk U(%) dUk/dt Uk U(%) dUk/dt Uk 0 84,63 0,00 550,62 84,63 0,00 550,62 84,63 0,00 550,62 10 84,36 1,11 539,56 83,66 3,85 512,15 84,10 2,19 528,76 20 84,16 0,84 531,14 83,16 1,85 493,70 83,50 2,28 505,93 30 83,97 0,75 523,65 82,68 1,63 477,35 83,01 1,75 488,44 60 83,43 0,68 503,34 80,99 1,71 426,02 81,50 1,60 440,55 90 82,77 0,76 480,49 79,15 1,54 379,68 80,00 1,35 399,97 120 82,18 0,65 461,01 77,00 1,50 334,73 78,47 1,18 364,54 150 81,49 0,69 440,31 74,65 1,34 294,46 77,03 0,97 335,41 180 80,79 0,66 420,45 71,97 1,26 256,71 75,74 0,77 312,22 210 80,09 0,60 402,34 68,91 1,17 221,67 74,30 0,77 289,04 240 79,42 0,54 385,99 65,68 1,01 191,38 72,87 0,68 268,60 270 78,98 0,34 375,77 62,19 0,90 164,45 71,52 0,58 251,11 300 78,23 0,55 359,37 58,36 0,81 140,17 70,30 0,48 236,72 330 77,43 0,55 342,98 54,00 0,76 117,39 68,99 0,47 222,49 360 76,60 0,52 327,37 49,51 0,65 98,04 67,84 0,38 210,95 390 75,67 0,54 311,02 44,78 0,56 81,09 66,76 0,34 200,88 420 74,83 0,46 297,27 40,17 0,46 67,15 65,56 0,35 190,36 450 73,71 0,56 280,34 36,40 0,33 57,23 64,31 0,34 180,19 480 72,61 0,51 265,07 33,37 0,24 50,08 63,04 0,32 170,53 510 71,33 0,54 248,77 31,05 0,17 45,03 61,82 0,29 161,88 540 70,17 0,45 235,22 28,99 0,14 40,82 60,67 0,25 154,26 570 68,87 0,46 221,27 27,12 0,12 37,22 59,50 0,25 146,89 600 67,58 0,43 208,45 25,32 0,11 33,91 58,29 0,24 139,77 630 66,23 0,41 196,12 23,43 0,11 30,60 57,09 0,22 133,06 660 64,83 0,39 184,37 21,52 0,11 27,42 55,84 0,22 126,45 690 63,39 0,38 173,12 19,62 0,10 24,41 54,51 0,22 119,84 720 61,88 0,36 162,35 18,04 0,08 22,01 53,14 0,22 113,38 750 60,41 0,33 152,56 16,60 0,07 19,91 51,70 0,21 107,03 Hình 2.8. Đồ thị biểu diễn đường cong sấy với phương pháp khác nhau (nhiệt độ sấy 55oC, vận tốc TNS 0,55 m/s) Hình 2.9. Đồ thị biểu diễn đường cong tốc độ sấy với phương pháp khác nhau (nhiệt độ sấy 55oC, vận tốc TNS 0,55 m/s) Từ kết quả ở bàng 2.5 và hình 2.7, 2.8 cho ta thấy rõ hiệu quả của từng phương pháp khác nhau. Phương pháp sấy đối lưu có kết hợp tách ẩm gia nhiệt mang lại hiệu quả cao hơn rất nhiều so với hai phương pháp gia nhiệt thông thường và sử dụng bức xạ hồng ngoại. Điều này có thể được lý giải: vớp phương pháp sấy bằng phương pháp tách ẩm –gia nhiệt, TNS được tách ẩm (tách ra một lượng nước) sau đó được gia nhiệt đến nhiệt độ sấy cần khảo sát là 55oC, khi vào buồng sấy TNS có độ ẩm tương đối là thất nhất (khô nhất j = 4,6%) điều này làm tăng động lực quá trình sấy, dẫn đến quá trình tách ẩm bên trong vật liệu sấy ra ngoài diễn ra nhanh hơn, tăng vận tốc sấy, rút ngắn thời gian sấy. Hơn thế nữa, với phương pháp sấy tách ẩm – gia nhiệt là năng lượng tiêu tốn cho việc gia nhiệt TNS thông qua việc “vận tải nhiệt” thấp hơn so với trường hợp sử dụng điện trở để “cấp nhiệt” cho TNS. Đối với phương pháp sấy bằng bức xạ hồng ngoại thì tốc độ sấy thấp nhất và chất lượng sản phẩm sau sấy kém (bề mặt sản phẩm chai cứng và đổi màu), mặc dù năng lượng tiêu tốn cho quá trình sấy chỉ bằng 29% so với quá trình sấy đối lưu thông thường. đều này có thể lý giải do TNS có độ ẩm cao nhất, tốc độ sấy thấp, thời gian sấy dài làm chất lượng sản phẩm giảm, mặt khác bức xạ hồng ngoại làm cho bề mặt vật liệu bị chai cứng dẫn đến ẩm khó thoát ra ngoài. Theo các tác giả [….] sấy bằng bức xạ hồng ngoại các tia bức xạ cấp cho phân tử nước, làm cho nước dễ dàng thoát ra ngoài, tuy nhiên chế độ đóng ngắt đèn hồng ngoại ở tỉ lệ thích hợp cần phải nghiên cứu, trong nghiên cứu này thử nghiệm sấy bức xạ hồng ngoại với chu kỳ đóng/ngắt là 3 phút/1 phút nhằm quà trình thải ẩm được dễ dàng, với chu kỳ này thì phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại sấy cá ba sa phi lê chưa đạt hiệu quả như mong muốn. Với độ ẩm cần thiết của sản phẩm cần đạt được dưới 20%, chất lượng sản phẩm sau quá trình sấy thì sử dụng phương pháp sấy đối lưu kết hợp tách ẩm - gia nhiệt là tối ưu, được lựa chọn làm công nghệ sấy cá ba sa phi lê. Để có những thông số cần thiết của quá trình sấy, thông số nhiệt độ sấy và vận tốc TNS của phương pháp sấy tách ẩm – gia nhiệt cũng được chúng tôi nghiên cứu thử nghiệm. 2.2.2.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ TNS Bảng 2.6: Các thông số hoạt động tương ứng của phương pháp sấy đối lưu kết hợp tách ẩm gia nhiệt ở nhiệt độ khác nhau TT Thông số của TNS Lưu lượng TNS, m3/h Nhiệt độ, oC Vận tốc, m/s Độ ẩm, % 1 45 0,55 6,2 161 2 55 0,55 4,6 3 65 0,55 3,2 Bảng 2.7. Kết quả thí nghiệm sấy mẫu ở nhiệt độ sấy khác nhau với phương pháp sấy đối lưu tách ẩm – gia nhiệt( vận tốc TNS 0,55 m/s) t 45oC 55oC 65oC U(%) dUk/dt Uk U(%) dUk/dt Uk U(%) dUk/dt Uk 0 84,63 0,00 550,62 84,63 0,00 550,62 84,63 0,00 550,62 10 84,24 1,62 534,39 83,66 3,85 512,15 83,46 4,61 504,50 20 83,93 1,23 522,10 83,16 1,85 493,70 82,77 2,40 480,46 30 83,61 1,19 510,16 82,68 1,63 477,35 82,10 2,17 458,81 60 82,58 1,21 473,95 80,99 1,71 426,02 79,45 2,41 386,64 90 81,81 0,81 449,67 79,15 1,54 379,68 76,76 1,88 330,38 120 80,96 0,81 425,23 77,00 1,50 334,73 74,25 1,40 288,35 150 80,08 0,77 402,09 74,65 1,34 294,46 71,48 1,26 250,68 180 79,12 0,77 379,01 71,97 1,26 256,71 68,43 1,13 216,77 210 78,13 0,72 357,35 68,91 1,17 221,67 65,70 0,84 191,56 240 77,05 0,72 335,79 65,68 1,01 191,38 62,48 0,83 166,51 270 75,98 0,65 316,27 62,19 0,90 164,45 59,03 0,75 144,06 300 74,83 0,63 297,32 58,36 0,81 140,17 56,10 0,54 127,77 330 73,62 0,61 279,00 54,00 0,76 117,39 52,93 0,51 112,43 360 72,39 0,56 262,15 49,51 0,65 98,04 49,48 0,48 97,94 390 71,11 0,53 246,14 44,78 0,56 81,09 46,02 0,42 85,26 420 69,70 0,54 230,07 40,17 0,46 67,15 42,55 0,37 74,06 450 68,42 0,45 216,62 36,40 0,33 57,23 38,96 0,34 63,82 480 66,76 0,53 200.82 33,37 0,24 50,08 35,62 0,28 55,33 510 65,50 0,37 189,83 31,05 0,17 45,03 33,11 0,19 49,49 540 63,84 0,44 176,53 28,99 0,14 40,82 30,90 0,16 44,72 570 62,36 0,36 165,65 27,12 0,12 37,22 28,81 0,14 40,47 600 60,44 0,43 152,77 25,32 0,11 33,91 27,02 0,11 37,02 630 59,01 0,29 143,98 23,43 0,11 30,60 25,43 0,10 34,10 660 57,67 0,26 136,24 21,52 0,11 27,42 24,08 0,08 31,72 690 56,43 0,22 129,54 19,62 0,10 24,41 22,84 0,07 29,59 720 55,26 0,20 123,52 18,04 0,08 22,01 21,71 0,06 27,74 750 54,13 0,18 118,02 16,60 0,07 19,91 20,73 0,05 26,14 Hình 2.10. Đồ thị biểu diễn đường cong sấy ở nhiệt độ khác nhau với phương pháp tách ẩm – gia nhiệt ( vận tốc TNS v = 0,55m/s) Hình 2.11. Đồ thị biểu diễn đường cong tốc độ sấy ở nhiệt độ khác nhau với phương pháp tách ẩm – gia nhiệt ( vận tốc TNS v = 0,55m/s) Mặt dù chất lượng sản phẩm như nhau của cả 2 nhiệt độ sấy 45 và 55oC, nhưng với mục tiêu độ ẩm sản phẩm phải đạt dưới 20% ta thấy rắng chế độ sấy ở 45oC là không hiệu quả do thời gian sấy dài hơn rất nhiều so với khi sấy ở nhiệt độ 55oC, điều này có thể là do TNS ở nhiệt độ 45oC có độ ẩm tương đối cáo hơn, dẫn đến độ lực của quá trình sấy thấp hơn. Khi tăng nhiệt độ sấy đến nhiệt độ 65oC thì kết quả nhận thấy từ thời điểm sấy 400 phút trở đi chế độ sấy 65oC tốc độ sấy xấp xỉ so với chế độ sấy 55oC mặt dù TNS có độ ẩm tương đối thấp hơn. Khi đó, để sấy vật liệu đạt độ ẩm dưới 20% thì chế độ nhiệt độ 55oC là tối ưu. Về mặt năng lượng, chế độ sấy 55oC cũng ít tiêu hao năng lượng hơn. Trong 790 phút chế độ sấy ở 65oC tiêu thụ 54,6 kWh còn chế độ 55oC chỉ tiêu thụ 45,5 kWh. Hơn nữa, do sấy ở nhiệt độ cao hơn sản phẩm sau sấy ở nhiệt độ 65oC có màu xậm hơn và mỡ chảy ra trên bề mặt vật liệu. Do vậy, chọn giá trị thông số nhiệt độ của phương pháp sấy tách ẩm gia nhiệt là 55oC để thiết kế hệ thống sấy trong thực tế. 2.2.2.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của vận tốc TNS Ảnh hưởng của vận tốc TNS đến hiệu quả quá trình sấy đối lưu kết hợp tách ẩm gia nhiệt cũng đã được khảo sát và đánh giá. Kết quả minh họa ở bảng 2.8, hình 2.11 và 2.12. Bảng 2.8. Kết quả thí nghiệm sấy mẫu ở vận tốc TNS khác nhau với phương pháp sấy tách ẩm – gia nhiệt (nhiệt độ 55oC, độ ẩm TNS 4,6%) t 0,55m/s 1,1m/s 1,65m/s U(%) dUk/dt Uk U(%) dUk/dt Uk U(%) dUk/dt Uk 0 84,63 0,00 550,62 84,63 0,00 550,62 84,63 0,00 550,62 10 83,66 3,85 512,15 83,46 4,60 504,60 82,77 7,03 480,31 20 83,16 1,85 493,70 82,37 3,73 467,27 81,67 3,47 445,58 30 82,68 1,63 477,35 81,20 3,52 432,05 80,69 2,76 417,95 60 80,99 1,71 426,02 78,77 2,04 370,97 77,69 2,32 348,22 90 79,15 1,54 379,68 76,15 1,72 319,31 74,99 1,61 299,80 120 77,00 1,50 334,73 73,31 1,49 274,71 72,71 1,11 266,49 150 74,65 1,34 294,46 70,34 1,25 237,14 70,45 0,94 238,39 180 71,97 1,26 256,71 67,39 1,02 206,62 68,13 0,82 213,76 210 68.91 1,17 221,67 64,51 0,83 181,73 65,68 0,75 191,39 240 65,68 1,01 191,38 61,49 0,74 159,66 63,12 0,68 171,13 270 62,19 0,90 164,45 58,57 0,61 141,35 60,67 0,56 154,29 300 58,36 0,81 140,17 55,54 0,55 124,92 58,12 0,52 138,77 330 54,00 0,76 117,39 52,57 0,47 110,83 55,31 0,50 123,77 360 49,51 0,65 98,04 49,65 0,41 98,62 52,28 0,47 109,56 390 44,78 0,56 81,09 46,49 0,39 86,88 49,36 0,40 97,45 420 40,17 0,46 67,15 43,21 0,36 76,08 46,50 0,35 86,93 450 36,40 0,33 57,23 40,51 0,27 68,10 43,48 0,33 76,93 480 33,37 0,24 50,08 37,64 0,26 60,35 40,38 0,31 67,72 510 31,05 0,17 45,03 34,61 0,25 52,93 37,23 0,28 59,30 540 28.99 0,14 40,82 31,50 0,23 45,99 34,23 0,24 52,04 570 27,12 0,12 37,22 28,27 0,22 39,41 31,38 0,21 45,72 600 25,32 0,11 33,91 24,85 0,21 33,07 28,81 0,18 40,46 630 23,43 0,11 30,60 21,24 0,20 26,97 26,32 0,16 35,72 660 21,52 0,11 27,42 18,22 0,16 22,27 23,96 0,14 31,51 690 19,62 0,10 24,41 15,62 0,13 18,52 21,93 0,11 28,09 720 18,04 0,08 22,01 13,57 0,09 15,70 20,06 0,10 25,09 750 16,60 0,07 19,91 12,14 0,06 13,82 18,34 0,09 22,46 Hình 2.12. Đồ thị biểu diễn đường cong sấy ở vận tốc TNS khác nhau với phương pháp tách ẩm – gia nhiệt (nhiệt độ 55oC, độ ẩm TNS 4,6%) Hình 2.13. Đồ thị biểu diễn đường cong tốc độ sấy với vận tốc TNS khác nhau với phương pháp sấy tách ẩm – gia nhiệt (nhiệt độ 55oC, độ ẩm TNS 4,6%) Với vận tốc TNS khác nhau, tốc độ sấy thay đổi không rõ rệt lắm. Tuy nhiên để sản phẩm đạt được độ ẩm dưới 20% ta thấy sử dụng vận tốc TNS 1,1m/s là hiệu quả hơn cả vì cùng thời gian 790 phút sản phẩm thu được có độ ẩm thấp nhất. Hơn nữa, về mặt năng lượng sử dụng vận tốc TNS cũng cho thấy rõ sự hiệu quả so với hai vận tốc TNS còn lại. Trong 790 phút chế độ sấy vận tốc TNS 1,1m/s tiêu thụ 45,5 kWh trong khi đó với vận tốc TNS 0,55m/s và 1,65m/s lần lượt là 45,5 và 42,5 kWh. Sự chênh lệch giữa sử dụng vận tốc TNS 0,55m/s và 1,1m/s không đáng kể. Chọn chế độ sấy với vận tốc TNS 1,1m/s đưa vào thực tế sản xuất. Từ các kết quả thu được, các thông số được chọn để thiết kế hệ thống sấy như sau: sử dụng phương pháp sấy đối lưu ứng dụng công nghệ kết hợp tách ẩm – bơm nhiệt với nhiệt độ TNS là 55oC, vận tốc TNS 1,1m/s. Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY 3.1. THÔNG SỐ TÍNH TOÁN 3.1.1. Vật liệu sấy (VLS) + VLS: phi lê cá ba sa + Độ ẩm ban đầu: w1 = 84,63% + Độ ẩm sau khi sấy: w2 = 15% + Khối lượng riêng của VLS: ρ = 847,66 kg/m3 + Năng suất: G2 = 1000 kg sản phẩm/mẻ. + Nguyên liệu: kg/mẻ 3.1.2. Tác nhân sấy 3.1.2.1. Trạng thái không khí ngoài trời (trước khi vào dàn lạnh– trạng thái 1) Không khí được đưa vào dàn lạnh để tách ẩm (nhằm giảm độ chứa hơi) là không khí bên ngoài môi trường. Phân xưởng sản xuất đặt tại Cần Thơ, theo [4] tr.101 các thông số vật lý của không khí như sau: - Nhiệt độ không khí vào: θ1 = 27oC - Độ ẩm tương đối của không khí: φ1 = 83% Áp suất bão hòa của khí ở nhiệt độ này: - Hàm ẩm không khí ở trạng thái này: kg ẩm/kg kkk (3.1) Với B là áp suất hỗn hợp không khí; B = 1 at kg ẩm/kg kkk - Entanpy của không khí ẩm theo [2] tr.28: kJ/kgkk (3.2) kJ/kgkk 3.1.2.2. Trạng thái không khí ra khỏi dàn lạnh (vào dàn nóng – trạng thái 2) Theo kết quả thực nghiệm, nhiệt độ không khí ra khỏi dàn lạnh: - Nhiệt độ θ2 = 15oC - Độ ẩm tưởng đối: φ2 = 100% Từ giản đồ I – d của không khí ẩm, ta tìm được: - Hàm ẩm của dòng không khí ra: x2 = 0,01 kg/kg kkk - Entanpy của không khí ra khỏi thiết bị sấy: I2 = 42 kJ/kg kkk 3.1.2.3. Trạng thái không khí sau dàn nóng (vào caloripher – trạng thái 3) Theo kết quả thực nghiệm, nhiệt độ không khí ra khỏi dàn nóng: - Nhiệt độ θ3 = 45oC - Hàm ẩm của dòng không khí ra: x3 = x2 = 0,01 kg/kg kkk Từ giản đồ I – d của không khí ẩm, ta tìm được: - Độ ẩm tương đối: φ3 = 19% - Entanpy của không khí ra khỏi thiết bị sấy: I3 = 73,5 kJ/kg kkk 3.1.2.4. Trạng thái không khí sau khi qua caloripher (vào buồng sấy –trạng thái 4) Theo kết quả thực nghiệm, nhiệt độ không khí vào buồng sấy: - Nhiệt độ θ4 = 55oC - Hàm ẩm của dòng không khí ra: x4 =0,01 kg/kg kkk Từ giản đồ I – d của không khí ẩm, ta tìm được: - Độ ẩm tương đối: φ4 = 10% - Entanpy của không khí ra khỏi thiết bị sấy: I4 = 85 kJ/kg kkk 3.1.2.5. Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy (trạng thái 5) Nhiệt độ không khí ra khỏi buồng sấy θ5 cần chọn đủ nhỏ để giảm tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi nhưng cũng phải đủ xa trạng thái bão hòa để tránh hiện tượng đọng sương lên bề mặt vật liệu đã được sấy khô. Do vậy, chọn trạng thái không khí ra như sau: - Nhiệt độ θ5 = 33oC - Độ ẩm tương đối: φ5 = 83% Từ giản đồ I – d của không khí ẩm: - Hàm ẩm của dòng không khí ra: x5 = 0,026 kg/kg kkk - Entanpy của không khí ra khỏi thiết bị sấy: I5 = 101 kJ/kg kkk 3.1.2.6. Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm Lượng không khí khô cần thiết theo [2] CT 7.13 tr.13 được tính theo công thức: kg kk/mẻ (3.3) W là lượng ẩm tách ra trong một mẻ: W = G1 – G2 = 5530,25 – 1000 = 4530,25 kg/mẻ kg kkk/mẻ Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm được tính theo công thức: kg kkk/kg ẩm kg kkk/kg ẩm 3.2. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY 3.2.1. Cân bằng năng lượng Các dòng nhiệt lượng đi vào thiết bị sấy: Không khí mang vào: L0 . I0 Do dàn lạnh: L0.(I2 – I0) Do dàn nóng: L0.(I3 – I2) Do caloripher: Qs Vật liệu: G1 . Cvl . θvl1 Các dòng nhiệt mang ra khỏi thiết bị sấy: Không khí: L0 . I5 VLS: G2 . Cvl . θvl2 Nhiệt mất mát: Qm Phương trình cân bằng nhiệt: L0 . I3 + G1 . Cvl . θvl1 + Qs = L0 . I5 + G2 . Cvl . θvl2 +Qm Qs = L0 (I5 – I3) + G2.Cvl.θvl2 – G1.Cvl.θvl1 + Qm (3.5) Vì W = G1 – G2 Do đó: G1.Cvl.θvl1 = Cvl.θvl1.(G2+W) = Cvl.G2.θvl1 + Cvl.θvl1.W (3.6) Từ (3.5) và (3.6) suy ra: Qs = L0.(I5 – I3) + G2.Cvl.θvl2 – Cvl.G2.θvl1 – Cvl.θvl1.W + Qm Chia phương trình cho lượng ẩm bay hơi W, ta được: Vậy nhiệt lượng tiêu hao riêng cho toàn thiết bị: (3.4) Đặt : nhiệt lượng tổn thất chung. Từ (3.7) ta suy ra: (3.5) Xét quá trình sấy lý thuyết: ∆ = 0 Nhiệt lượng tiêu hao riêng lý thuyết: kJ/kg ẩm Nhiệt lượng tiêu hao lý thuyết của toàn quá trình sấy: kJ/mẻ Xét quá trình sấy thực tế: Xem mất mát nhiệt là 10% so với lý thuyết: kJ/kg ẩm Nhiệt độ vật liệu trước khi vào buồng sấy: θvl1 = 25oC Nhiệt độ vật liệu ra khỏi buồng sấy: θvl2 = 40oC Nhiệt độ trung bình của vật liệu: Nhiệt dung riêng của nước ở 25oC: C1 = 4,191 kJ.kg.độ, theo [4] tr.310 Nhiệt dung riêng của nước ở 40oC: C2 = 4,189 kJ/kg.độ, theo [4] tr 310 Nhiệt dung riêng của vật liệu ở 25oC: C0 = 3,70 kJ/kg.độ Nhiệt dung riêng của vật liệu: (3.6) kJ/kg.độ (với là phần khối lượng chất khô trong vật liệu thành phẩm) Nhiệt lượng tổn thất chung: (3.7) kJ/kg/ẩm Nhiệt lượng tiêu hao riêng thực tế: kJ/kg ẩm Nhiệt lượng tiêu hao thực tế của toàn quá trình sấy: kJ/mẻ 3.2.2. Thời gian sấy Thời gian sấy trong điều kiện không đổi của không khí có thể được tính bằng phương trình gần đúng theo [8]: Thời gian sấy đẳng tốc: (3.8) Thời gian sấy giảm tốc: (3.9) Trong đó: Nc: tốc độ sấy đẳng tốc, kg ẩm/( kg chất khô. s) lần lượt là hàm ẩm đầu, cuối, tới hạn và cân bằng. Tổng thời gian sấy: Theo số liệu thực nghiệm ở các bảng 2.5, 2.6, 2.7 có thể chọn gần đúng hàm ẩm cân bằng = 8%. Tốc độ sấy ở đầu giai đoạn sấy giảm tốc cũng chính là tốc độ sấy ở giai đoạn sấy đẳng tốc (3.10) R: kích thước đặc trưng của VLS (m) Ρ: khối lượng riêng của VLS (kg/m3) F: bề mặt bay hơi của VLS (m2) G0: khối lượng VLS khô (kg/mẻ) J2: cường độ bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu (3.11) J1 là mật độ dòng nhiệt: (3.12) Với α1 hệ số dẫn nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa TNS và