Để áp ứng yêu cầu sử dụng trong và ngoài nước, chất lượng sản phẩm đặc biệt là các loại nông sản và lâm sản sấy khô cần phải tuân theo nguyên tắc thương mại quốc tế. Đó chính là 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 đây và là phương pháp rút ngắn được thời gian sấy một cách đáng kể, do đó phương pháp đã được áp dụng cho sấy những vật liệu khô chậm, khó sấy, có yêu cầu chất lượng sấy cao.
Bởi động lực chính trong suốt quá trình sấy chân không chính là độ chênh áp suất, được tạo bởi bơm chân không và các thiết bị kèm theo khác như thiết bị ngưng tụ, các vật liệu chân không đặc biệt và các dụng cụ đo, kiểm tra chân không cho phép tính toán chọn lựa để đạt được độ chân không sâu, tạo nên độ chênh áp suất lớn giữa áp suất hơi nước bão hòa trên bề mặt vật và phân áp suất hơi nước trong môi trường đặt vật sấy. Mặt khác, ở điều kiện chân không thấp, nhiệt độ hóa hơi của nước sẽ rất thấp, làm tăng cường quá trình thoát ẩm trong vật, do vậy phương pháp sấy chân không có thể tiến hành sấy ở nhiệt độ thấp hơn hơn nhiệt độ môi trường. Vì thế sản phẩm sấy chân không không bị tác động gây biến tính của nhiệt độ cao và luôn giữ được gần như đầy đủ các tính chất đặc trưng ban đầu. Do đó sản phẩm sấy khô bằng phương pháp này giữ được lâu dài và ít bị tác động bởi các điều kiện bên ngoài.
Trong thực tế, phương pháp sấy chân không đã được áp dụng phổ biến ở các nước tiên tiến ở Châu Âu và Châu Á. Tuy nhiên do giá thành thiết bị cao và vận hành phức tạp, phương pháp sấy này vẫn chưa được áp dụng rộng cho nền công nghiệp nước ta. Điều kiện tiếp thu công nghệ mới của sinh viên vì thể cũng bị hạn chế nhiều, đặc biệt là điều kiện thực hành, tiếp xúc thực tế còn rất ít, việc học tập nghiên cứu chủ yếu là lý thuyết.
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 các bạn sinh viên trong khoa, trong trường. Với mong muốn từ mô hình thí nghiệm, các bạn sẽ thấy được phần nào thực tiễn, thực hiện các thí nghiệm, để từ đấy thêm yêu thích và hiểu cặn kẽ hơn về chuyên ngành sấy. Đó là tiền đề cho các các bạn sau khi ra trường sẽ áp dụng các kiến thức về kỹ thuật sấy nói chung và phương pháp sấy chân không vào các ngành sản xuất ở nước ta.
9 trang |
Chia sẻ: oanhnt | Lượt xem: 3098 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Mô hình thí nghiệm về thiết bị sấy chân không, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
CHƯƠNG 5
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM, NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN
5.1. CÁC BẢNG SỐ LIỆU TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
5.1.1. Sấy cà rốt
+ Bảng 5.1: Chế độ sấy p = -0.98 kN/cm2 , t = 30oC.
t, [h]
0h
2
3
4
5
6
7
Gc
δ = 5mm
Gm1, [g]
Wm1, [%]
20.59
89.00
10.17
77.73
6.89
67.13
4.78
52.62
3.66
38.12
2.88
27.15
2.57
11.87
2.31
2
δ = 5mm
Gm2, [g]
Wm2, [%]
16.27
89.00
9.8
81.73
6..99
74.40
5.00
64.20
3.84
53.39
3.03
40.93
2.22
19.38
1.82
2
δ = 5mm
Gm3, [g]
Wm3, [%]
13.04
89.00
7.62
81.17
5.32
73.04
3.77
61.95
2.86
49.85
2.03
29.34
1.84
22.04
1.46
2
+Bảng 5.2: Chế độ sấy: p = - 0,98kN/cm2, t = 40oC.
t, [h]
0h
2
3
4
5
6
Gc
d = 5mm
Gm1, [g]
Wm1, [%]
20.14
89.00
7.95
72.13
4.96
55.33
3.50
36.7
2.76
19.73
2.58
14.13
2.26
d = 5 mm
Gm2, [g]
Wm2, [%]
20.35
89.00
8.77
74.47
5.35
58.15
3.67
39.00
2.86
21.73
2.55
12.21
2.28
d = 3mm
Gm3, [g]
Wm3, [%]
23.95
89.00
7.46
64.47
3.84
31.51
2.74
4.01
2.68
5.1.2. Sấy thìa là
+Bảng 5.3: Với chế độ sấy: t = 40oC, p = - 0,98 kN/cm2.
t, [h]
0h
2
3
4
5
6
Gc
Nguyên cọng
Gm1, [g]
Wm1, [%]
14.96
90.00
5.05
70.03
3.85
61.14
2.91
48.59
2.33
35.79
1.71
12.50
1.53
2
Nguyên cọng
Gm2, [g]
Wm2, [%]
12.95
90.00
4.54
71.17
3.52
63.10
2.73
52.56
2.10
38.33
1.50
13.66
1.32
2
Thái nhỏ
Gm3, [g]
Wm3, [%]
13.65
90.00
4.04
66.38
2.60
51.35
2.00
31.75
1.48
7.77
1.39
3. Sấy gỗ
+ Bảng 5.4: Chế độ sấy: p = - 0,98 kN/cm2, t = 35÷55oC
t,[h]
0
4
6
11
19
24
29
36
48
72
Gc
d = 40mm
Gm1, [g]
Wm1, [%]
276
47
267
45.3
263
44.4
257
43.19
250
41.6
243
39.91
239
38.91
233
34.53
195
25.13
167
12.57
151
d = 40mm
Gm1, [g]
Wm1, [%]
247
47
237
44.72
233
43.78
226
42.03
218
39.90
211
37.91
198
33.81
186
29.57
174
24.71
149
12.08
135
d = 30mm
Gm2, [g]
Wm2, [%]
147
47
132
40.90
128
39.06
123
36.58
120
35.00
119
34.45
113
30.97
107
27.10
99
21.2
88
11.36
80
d = 20mm
Không luộc
Gm4, [g]
Wm4, [%]
147
45
138
41.30
131
38.17
126
35.71
121
33.05
118
31.35
115
29.5
109
25.68
102
20.59
91
11
83
5.2. ĐỒ THỊ VÀ NHẬN XÉT
t, [h]
Ngăn một
Ngăn hai
Ngăn ba
Hình 5.1: Quá trình giảm ẩm giữa các ngăn
trong tủ sấy khi sấy ở t = 30oC, d = 5mm
5.2.1. Cường độ bức xạ nhiệt trong buồng sấy và nhiệt độ sấy
+ Sấy cà rốt, nhiệt độ t = 30oC
chiều dày d = 5mm
Qua bảng số liệu bảng 5.1 và đồ thị hình 5.1 ta nhận thấy: Khi sấy ở nhiệt độ thấp (bằng nhiệt độ môi trường), sẽ hạn chế khả năng truyền nhiệt bức xạ của buồng sấy, do đó nhận thấy quá trình giảm ẩm giữa các ngăn trong buồng sấy là không được đều nhau. Vì buồng sấy được gia nhiệt từ hai bên và đáy phía dưới nên quá trình khô ở ngăn thứ ba là nhanh hơn cả.
Hình 5.2: Quá trình giảm ẩm giữa các ngăn trong tủ sấy khi sấy ở t = 40oC
Ngăn một, nguyên cọng
Ngăn hai, nguyên cọng
Ngăn ba, lá.
+ Sấy thìa là, nhiệt độ sấy 40oC
t, [h]
Dựa vào bảng tính toán số liệu bảng 5.3 và đồ thị hình 5.2, nhận xét: khả năng bức xạ nhiệt của buồng sấy dã được phát huy, do đó quá trình khô của vật liệu giữa các ngăn tương đối đều nhau. (ngăn một và ngăn hai là quá trình giảm ẩm của rau thìa là sấy ở 40oC và để nguyên cọng, còn ngăn ba là thìa là phần lá).
5.2.2. Ảnh hưởng của chế độ sấy (nhiệt độ)
+ Sấy cà rốt có chiều dày d = 5mm ở nhiệt độ 30 và 40oC; đồ thị hình 5.3, số liệu lấy từ bảng 5.1 và bảng 5.2.
+ Sấy gỗ, nhiệt độ sấy tăng dần từ 35 ¸ 55Oc; số liệu lấy từ bảng 5.4; đồ thị hình 5.4.
Nhiệt độ sấy t = 30oC
Nhiệt độ sấy t = 40oC
Hình 5.3: Quá trình giảm ẩm của cà rốt ở nhiệt độ sấy khác nhau, khi có cùng chiều dày
d = 5mm.
t, [h]
Từ bảng tính toán số liệu và đồ thị, ta nhận thấy tốc độ sấy và thời gian sấy phụ thuộc đáng kể vào nhiệt độ sấy, đặc biệt với phương pháp sấy chân không thì điều đó càng thấy rõ. Cụ thể:
- Như ở quá trình giảm ẩm của cà rốt ở trên đây, nhiệt độ sấy cao hơn thì đường cong sấy càng dốc và thời gian sấy rút ngắn hơn nhiều.(chênh nhau đến gần 1 giờ để đạt độ ẩm yêu cầu).
- Hay ta xem ở đồ thị quá trình giảm ẩm của gỗ khi tăng nhiệt độ sấy từ 35 đến 55oC như hình 5.4dưới đây, các đường cong sấy bao gồm nhiều đoạn với các độ dốc khác nhau, độ dốc càng lớn khi nhiệt độ sấy tăng đột ngột.
Gỗ dày 40mm, có luộc
Gỗ dày 30mm, có luộc
Gỗ dày 20mm, có luộc
Gỗ dày 20mm, không luộc.
G, [g]
t, [h]
Hình 5.4: Quá trình giảm ẩm của gỗ theo nhiệt độ sấy t = 35¸ 55 oC.
Gỗ thông có luộc, dày 40mm
Gỗ thông có luộc, dày 30mm.
Gỗ thông có luộc, dày 20mm.
Gỗ thông không luộc, dày 20mm.
G,[g]
Chiều dày vật liệu d = 5mm
Chiều dày vật liệu d = 3mm
Thìa là, nguyên cọng
Thìa là, phần lá
t, [h]
Hình 5.6: Quá trình giảm ẩm của thìa là khi sấy ở 40oC, dạng vật liệu khác nhau.
Hình 5.7: Quá trình giảm ẩm của cà rốt ở nhiệt độ sấy 30oC, với chiều dày vật liệu khác nhau.
Hình 5.5: Cường độ thoát ẩm của gỗ thông theo nhiệt độ sấy, kích thước gỗ và điều kiện xử lý ban đầu (luộc gỗ).
5.2.3. Ảnh hưởng của của hình dáng, kích thước, điều kiện xử lý ban đầu đến quá trình và chất lượng, thời gian sấy
+ Xem bảng kết quả tính toán 5.2 và đồ thị hình 5.7 sấy cà rốt ở nhiệt độ 30oC, với chiều dày vật liệu khác nhau d = 3mm và d = 5mm.
+ Hay xem số liệu bảng 5.3 và đồ thị hình 5.6 sấy thìa là ở 40oC, ở dạng nguyên cộng và phần lá.
+ Và xem bảng số liệu 5.4 và đồ thị hình 5.5, 5.6 khi sấy gỗ có kích thước khác nhau và điều kiện gỗ đã qua luộc và chưa luộc.
Ta có nhận xét:
- Thời gian sấy cà rốt có kích thước mỏng hơn và thìa là phần lá ngắn hơn so với hai mẫu còn lại. Và đường cong sấy cũng dốc hơn cho thấy ẩm ở đấy thoát nhanh hơn (vật chóng khô hơn).
- Cường độ thoát ẩm của gỗ có chiều dày khác nhau cũng không đồng đều, mẫu gỗ mỏng hơn sẽ nhanh khô hơn (thời gian sấy ngắn hơn). Bên cạnh đó, khi sấy hai mẫu gỗ có cùng độ dày, nhưng một mẫu được luộc trước còn một mẫu ta không luộc, quan sát quá trình sấy nhận thấy mẫu gỗ không luộc dễ bị nứt nẻ đầu gỗ khi tăng nhiệt độ sấy so với mẫu đã luộc. Ở đây, nhờ phương pháp sấy chân không, nhiệt độ sấy tương đối thấp, nên các nứt nẻ khi sấy không nhiều, đảm bảo chất lượng gỗ sấy đạt yêu cầu đặt ra.
5.2.4. Sự phụ thuộc từng loại vật liệu sấy
Cà rôt
Thìa là
Thìa là
Cà rôt
G, [g]
Hình 5.8: Cường độ thoát ẩm khi sấy ở 40oC của hai loại vật liệu khác nhau.
Hình 5.9: Quá trình giảm ẩm của cà rốt và thìa là khi sấy ở 40oC.
t,[h]
+ Xem đồ thị sấy gỗ hinh 5.5, 5.6 và đồ thị hình 5.8, 5.9 so sánh cường độ thoát ẩm và quá trình giảm ẩm của thìa là và gỗ, ta nhận thấy:
- Đúng như lý thuyết vật liệu ẩm, do ẩm trong cà rốt là nước còn ẩm trong thìa là còn ở dạng tinh dầu nên quá trình thoát ẩm trong cà rốt dễ dàng hơn, ẩm trong thìa là khó thoát hơn.
- Đối với quá trình sấy gỗ, tuy ẩm trong gỗ không ở dạng tinh dầu như thìa là, nhưng gỗ ta đem sấy đã qua hong phơi và đã thoát một lượng lớn ẩm. Ẩm còn lại trong gỗ lúc này khó thoát hơn, nhưng không thể sấy ở nhiệt độ quá cao sẽ gây nứt nẻ, biến dạng ảnh hưởng chất lượng gỗ sấy. Ở đây, dưới điều kiện chân không, nhiệt độ sấy không quá cao này, ẩm trong gỗ sẽ thoát hết trong thời gian không quá dài (ba ngày) so với các phương pháp sấy nóng khác (5 ngày, gỗ dày 40mm).
5.3. SO SÁNH KẾT QUẢ SẤY CHÂN KHÔNG VỚI MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP SẤY KHÁC - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
5.3.1. So sánh kết quả thí nghiệm sấy chân không với một số phương pháp sấy khác
Dựa theo kết quả của bài viết “ Nghiên cứu hút ẩm và sấy lạnh rau củ thực phẩm bằng bơm nhiệt máy nén” của PGS. TS Phạm Văn Tùy, KS. Vũ Huy Khuê, KS. Nguyễn Đắc Tuyên in trên “Tạp chí Khoa học và Công Nghệ Nhiệt”, số ra 53 - Tháng 9/2003, ta tiến hành so sánh với kết quả thí nghiệm sấy hai loại vật liệu cà rốt, rau thìa là bằng mô hình thí nghiệm thiết bị sấy chân không đã trình bày trên đây, (ta so sánh dựa vào đồ thị và bảng kết quả). Lập bảng so sánh như sau:
Nguyên liệu
Phương pháp sấy
Nhận xét chất lượng
cảm quan
Độ ẩm cuối, [%]
Thời gian sấy, [h]
Cà rốt
Sấy không khí nóng
Sấy hồng ngoại
Sấy lạnh bơm nhiệt
Sấy chân không
Đỏ tối, kém thẳng
Đỏ bóng, kém thẳng
Đỏ tự nhiên, bóng thẳng
Đỏ tươi, hơi nhăn
5,7
5,6
6,6
4,01
7
5
9
4
Thìa là
Sấy không khí nóng
Sấy hồng ngoại
Sấy lạnh bơm nhiệt
Sấy chân không
Xanh tối, xốp, kém thơm
Xanh tối, xốp, kém thơm
Xanh tự nhiên, thơm mạnh
Xanh đậm, thơm mạnh
6,0
5,9
6,9
7,77
6
6
10
5
Riêng sấy gỗ, thời gian sấy giảm hai ngày khi sấy gỗ thông có chiều dày d = 40mm, wo = 47%:
Nguyên liệu
Phương pháp sấy
Chất lượng
Độ ẩm , [%]
Thời gian sấy, [ngày]
Gỗ thông
Sấy không khí nóng
Sấy chân không
Không có nứt nẻ đầu gỗ.
12
12.08
5
3
5.3.2. Kết luận
Về phương pháp sấy chân không
Với ưu điểm của phương pháp sấy chân không là có thể tiến hành sấy ở nhiệt độ thấp (có thể thấp hơn nhiệt độ môi trường), sản phẩm sấy thí nghiệm (cà rốt, thìa là, gỗ thông) của ta được đảm bảo đạt các yêu cầu khắc khe về chất lượng, đặc biệt nhận thấy đã rút ngắn được thời gian sấy một cách đáng kể. Cụ thể là rút ngắn được 10 đến 15% thời gian khi sấy rau quả, và rút ngắn được hai ngày khi sấy mẫu gỗ dày 40mm.
Qua việc tiến hành thay đổi chế độ sấy (ở đây ta chỉ có thể thay đổi thời gian sấy), ta nhận thấy phương pháp sấy chân không có thông số điều chỉnh “rất nhạy”, do sấy ở điều kiện áp suất thấp nên chỉ cần tăng nhiệt độ sấy lên khoảng 5 ¸ 10oC, thì quá trình sấy và chất lượng, thời gian sấy cũng thay đổi rất nhiều. Ở đây ta sấy trong khoảng nhiệt độ 30 và 40oC, đối với rau quả, và 35 ¸ 55oC, đối với gỗ. Nên chất lượng sản phẩm sấy rất tốt, nhiệt độ này không đủ lớn để gây biến tính rau quả sấy khô, cũng như nứt nẻ gỗ.
Đối với sấy rau quả, chất lượng cảm quan cho thấy sản phẩm giữ được màu, mùi, vị. Ta có thể sấy ở nhiệt độ 40oC, và nhiệt độ này không gây biến tính sản phẩm, đồng thời sản phẩm sấy có màu đẹp hơn (cà rốt có màu đỏ tươi hơn khi sấy ở 30oC, rau thìa là xanh hơn, nhưng mùi thoát nhiều hơn), và chất lượng sản phẩm vẫn được đảm bảo. Đặc biệt là thời gian sấy sẽ rút ngắn hơn nhiều.
Khi sấy gỗ, cần chú ý về tính chất vật liệu (từng loại gỗ) để có thể vận hành, điều chỉnh các chế độ sấy cho hợp lý nhằm hạn chế các biến dạng, nứt nẻ,... xảy ra trong quá trình sấy gỗ. Ở đây ta thay đổi nhiệt độ sấy trong khoảng nhỏ nên cho chất lượng gỗ sấy rất tốt (gỗ không bị nứt nẻ nhiều). Ta chọn gỗ thông làm thí nghiệm nhưng thông thường phương pháp sấy chân không chỉ dùng sấy những loại gỗ khô chậm, khó sấy, yêu cầu chất lượng sấy cao như gỗ sồi, dẻ,.....
Mỗi chế độ sấy khác nhau sẽ cho một chất lượng sấy khác nhau, và vậy ở đây chỉ là những lý thuyết nhỏ về sấy chân không, các bạn cần tìm hiểu kỹ về vật liệu cũng như thiết bị, các kỹ thuật chân không, và các thao tác, trình tự tiến hành thí nghiệm, để từ đó vận hành hệ thống được tốt, đem lại những kiến thức hữu ích cho mình và đồng thời tìm ra các chế độ sấy tối ưu cho các loại vật liệu nhằm đem lại một chất lượng sấy cao nhất đáp ứng nhu cầu sản phẩm sấy trong và ngoài nước.
Về đề tài
Qua việc xây dựng và tiến hành các bài thí nghiệm về sấy chân không, em đã thực hiện được một số việc sau:
+ Đã xây dựng được một mô hình thí nghiệm sấy chân không phục vụ cho công tác học tập, thí nghiệm và nghiên cứu của các bạn sinh viên trong khoa, trong trường.
+ Đã xác định được thời gian sấy của ba loại vật liệu sấy đặc trưng cho cấu trúc của một số vật liệu khác nhau. Kết quả thu được, đem so sánh với một một số phương pháp sấy khác (sấy đối lưu, sấy lạnh và bơm nhiệt) cho thấy thời gian sấy rút ngắn 10% đến 15%.
+ Sản phẩm sấy bằng thiết bị sấy chân không cho chất lượng tốt, mở ra triển vọng ứng dụng vào thực tế ở Việt Nam.
5.3.3. Hướng phát triển đề tài
- Nên cải tiến điều kiện thí nghiệm, điều kiện đo đạc các thông số để nâng cao hiệu quả của thiết phương pháp sấy chân không.
- Đề tài có thể dùng làm tiền đề cho việc xây dựng nhiều mô hình thí nghiệm tương tự cho tất cả các môn chuyên ngành, phục vụ cho công tác học tập, thí nghiệm và nghiên cứu của sinh viên trong khoa, trong trường.
Trong điều kiện hạn chế về thời gian và phương tiện nghiên cứu thực nghiệm, những gì mà em đạt được còn rất khiêm tốn và không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự giúp đỡ và những ý kiến đóng góp chỉ bảo của các Thầy Cô giáo và bạn đọc quan tâm. Em xin chân thành cảm ơn.
MỘT SỐ SẢN PHẨM THÍ NGHIỆM THIẾT BỊ SẤY CHÂN KHÔNG
MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM THIẾT BỊ SẤY CHÂN KHÔNG THỰC TẾ
PHỤ LỤC