Bài giảng Thiết kế hệ thống sấy các sản phẩm thực phẩm: Chương 10 - Thiết kế hệ thống sấy thăng hoa

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Thiết kế hệ thống sấy các sản phẩm thực phẩm: Chương 10 - Thiết kế hệ thống sấy thăng hoa" cung cấp cho người học các nội dung chính sau đây: Kết cấu hệ thống sấy thăng hoa; Tính toán thiết kế hệ thống sấy thăng hoa. Mời quý thầy cô và các em cùng tham khảo bài giảng!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thiết kế hệ thống sấy các sản phẩm thực phẩm: Chương 10 - Thiết kế hệ thống sấy thăng hoa

CHƯƠNG X THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA X.1 Kết cấu hệ thống sấy thăng hoa. X.2 Tính toán thiết kế hệ thống sấy thăng hoa.
Khái niệm Sấy thăng hoa (freeze drying) là một kỹ thuật còn được gọi là “làm khô lạnh”(lyophilisation) hay còn gọi là kỹ thuật khử nước (dehydration), thường được sử dụng để bảo quản các loại vật liệu nói chung và thực phẩm nói riêng, giúp thuận tiện hơn cho vận tải, cũng như giữ được các phẩm chất của sản phẩm ban đầu. Freeze drying hoạt động bằng cách cấp đông nhanh các nguyên liệu và sau đó giảm áp suất môi trường để cho phép các tinh thể đá đông (ẩm đóng băng) trong nguyên liệu có thể thăng hoa trực tiếp từ pha rắn sang pha khí.
Khái niệm Sấy đông khô chân không là một kỹ thuật sấy sản phẩm ưu việt. Trước hết nguyên liệu được đông lạnh đột ngột tại điểm ngã 3 của các trạng thái (triple-point temperature), khiến nước trong sản phẩm đóng thành thể rắn, rồi qua xử lý chân không thăng hoa thành dạng hơi rồi ngưng tụ thành nước và thải ra ngoài, sản phẩm trở thành dạng khô.
Giản đồ pha của nước A K F E D
Nguyên lý làm việc của HTS thăng hoa Theo giản đồ pha của nước, tại điểm ba (Triple Point) nước tồn tại đồng thời ở ba thể: thể rắn, thể lỏng và thể khí. Nhiệt độ và áp suất của điểm ba thể O tương ứng bằng: t = 0,00980C, p = 4,6 mmHg Trên giản đồ pha của nước, đường BO biểu diễn ranh giới giữa pha rắn và pha hơi. Tương tự như vậy đường OA là ranh giới giữa pha rắn và pha lỏng và cuối cùng đường OK là ranh giới giữa pha lỏng và pha khí. Điểm K gọi là điểm tới hạn, ở đó ẩn nhiệt hoá hơi có thể xem bằng 0.
Nguyên lý làm việc của HTS thăng hoa (tiếp) Nếu ẩm trong vật liệu sấy có trạng thái đóng băng ở điểm F như trên giản đồ, được đốt nóng đẳng áp đến nhiệt độ tD tương ứng với điểm D thì nước ở thể rắn sẽ thực hiện quá trình thăng hoa DE. Cũng trên giản đồ có thể thấy rằng áp suất càng thấp thì nhiệt độ thăng hoa của nước càng bé. Do đó, khi cấp nhiệt cho vật liệu sấy ở áp suất càng thấp thì độ chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nhiệt và VLS càng tăng. Đứng về mặt truyền nhiệt thì đây là ưu điểm của sấy thăng hoa so với sấy chân không bình thường.
Quá trình sấy thăng hoa chia làm ba giai đoạn: ❖Giai đoạn làm lạnh ❖Giai đoạn thăng hoa ❖Giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại
Giai đoạn làm lạnh Trong giai đoạn này vật liệu sấy được làm lạnh từ nhiệt độ môi trường khoảng 200C xuống đến nhiệt độ - (10÷15)0C. Đồng thời trong giai đoạn này không gian của bình thăng hoa được hút chân không và áp suất trong bình giảm xuống. Do áp suất giảm nên phân áp suất hơi nước trong không gian bình thăng hoa cũng giảm so với phân áp suất hơi nước trong lòng vật liệu sấy. Điều đó dẫn đến hiện tượng thoát ẩm từ vật liệu sấy vào không gian bình thăng hoa. Như vậy kết thúc giai đoạn làm lạnh nhiệt độ của vật liệu sấy nhỏ hơn nhiệt độ điểm ba. Áp suất trong bình thăng hoa cũng nhỏ hơn áp suất điểm ba. Theo số liệu thực nghiệm có khoảng 10÷15% toàn bộ ẩm thoát ra khỏi vật trong giai đoạn này.
Giai đoạn thăng hoa Trong giai đoạn này, nhờ dòng nhiệt chủ yếu là bức xạ từ các tấm bức xạ, nước trong vật liệu sấy bắt đầu thăng hoa mãnh liệt. Độ ẩm của vật liệu sấy giảm rất nhanh và gần như tuyến tính. Như vậy giai đoạn thăng hoa có thể xem là giai đoạn có tốc độ sấy không đổi. Đương nhiên, phần lớn nhiệt lượng vật liệu sấy nhận được trong giai đoạn này dùng để biến thành nhiệt ẩn thăng hoa. Do đó, nhiệt độ VLS trong giai đoạn này hầu như không đổi. Cuối giai đoạn này, nhiệt độ VLS mới dần dần tăng từ -(10÷15)0C lên 00C. Đến đây quá trình thăng hoa kết thúc.
Giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại Sau giai đoạn thăng hoa, do trạng thái của nước trong vật liệu sấy nằm trên điểm ba nên ẩm trong vật liệu sấy trở về dạng lỏng. Vì khi đó áp suất trong bình thăng hoa vẫn được duy trì bé hơn áp suất khí trời nhờ bơm chân không và vật liệu sấy vẫn tiếp tục được gia nhiệt nên ẩm vẫn không ngừng biến từ dạng lỏng lên dạng hơi và đi vào không gian bình thăng hoa. Như vậy giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại chính là quá trình sấy chân không bình thường.
Quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ thăng hoa của nước đá Áp suất Nhiệt độ mmHg N/m2 0C 4,6 613,333 0,0098 1 133,333 -17,5 0,1 13,333 -39,3 0,001 0,133 -57,6
Quá trình sấy thăng hoa
Sản phẩm sấy thăng hoa
Sơ đồ HTS thăng hoa
Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa. 1-Buồng thăng hoa; 2- Van; 3-Xyfon; 4-Bể chứa nước nóng; 5-Bình ngưng; 6- Bình tách lỏng; 7-Giàn ngưng NH3; 8-Bình chứa NH3; 9-Máy nén; 10-Bơm chân không; 11,12,13-Động cơ điện; 14-Bơm nước; 15-Phin lọc; 16-Tấm gia nhiệt; 17-Chân không kế; 18-Van điều chỉnh; 19-Khay chứa vật liệu sấy; 20-Tấm gia nhiệt dưới; 21-Bộ điều chỉnh nhiệt.
Cấu tạo HTS thăng hoa Đây là hệ thống sấy thăng hoa chu kỳ sử dụng trong công nghiệp thực phẩm. Trong hệ thống này, VLS được làm lạnh đến một nhiệt độ thích hợp trong các kho lạnh sâu, thường là từ -(10 ÷ 15)0C, rồi được đưa vào buồng thăng hoa (1). Buồng thăng hoa một mặt được nối với bơm chân không (10) qua bình ngưng- đóng băng (5). Bình ngưng -đóng băng (5) được làm lạnh bởi một máy lạnh amoniac gồm máy nén (9), giàn ngưng (7), bình tách lỏng (6) và bình chứa amoniac (8). Nhờ bình ngưng- đóng băng (5) mà ẩm thoát ra từ vật liệu sấy được tách ra dưới dạng băng để máy hút chân không (10) làm việc với không khí khô. Điều đó không những tạo cho bơm chân không làm việc nhẹ nhàng mà theo tính toán trong thực tế thì chi phí điện năng cho cả hệ thống sẽ giảm. Mặt khác buồng thăng hoa (1) được nối với một hệ thống cung cấp nước nóng từ bình chứa (4) làm nguồn gia nhiệt cho vật liệu sấy. Như vậy, thiết bị chính của một hệ thống sấy gián đoạn gồm buồng thăng hoa (1), bình ngưng- đóng băng (5), bơm chân không (10) và máy lạnh với các thiết bị: bình tách lỏng (6), giàn ngưng (7), bình chứa tác nhân lạnh (8) và máy nén (9).