Đồ án tốt nghiệp: Tính toán thiết kế hệ thống sấy cá bằng phương pháp sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại năng suất 100kg sản phẩm khô, mẻ sấy

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:91

Thêm vào BST

Báo xấu

54
lượt xem 26
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp "Tính toán thiết kế hệ thống sấy cá bằng phương pháp sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại năng suất 100kg sản phẩm khô, mẻ sấy" bao gồm các nội dung chính sau: Tổng quan về sấy thủy sản; Xác định thông số và phương án thiết kế; Tính toán kích thước phòng sấy và nhiệt tải cho phòng sấy;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Tính toán thiết kế hệ thống sấy cá bằng phương pháp sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại năng suất 100kg sản phẩm khô, mẻ sấy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ ----------------0o0-------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY CÁ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY LẠNH KẾT HỢP BỨC XẠ HỒNG NGOẠI NĂNG SUẤT 100KG SẢN PHẨM KHÔ/ MẺ SẤY Giảng viên hướng dẫn : TS. TRẦN ĐẠI TIẾN Sinh viên thực hiện : TRẦN TRUNG VŨ Mã số sinh viên : 56135087 Khánh Hòa, 2018
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN KỸ THUẬT NHIỆT ----------------0o0-------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY CÁ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY LẠNH KẾT HỢP BỨC XẠ HỒNG NGOẠI NĂNG SUẤT 100KG SẢN PHẨM KHÔ/ MẺ SẤY GVHD : TS. TRẦN ĐẠI TIẾN SVTH : TRẦN TRUNG VŨ MSSV : 56135087 Khánh Hòa,7 - 2018
LỜI CẢM ƠN Sau bốn năm học tại trường Đại học Nha Trang, đến nay tôi đang ở trong giai đoạn cuối của chương trình đào tạo tại trường và hoàn thành đồ án tốt nghiệp đại học. Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự giúp đỡ vô cùng quý giá từ Ban chủ nhiệm Khoa Cơ Khí đã tạo điều kiện hết sức thuận lợi, cùng sự chỉ bảo, sẵn sàng giúp đỡ của các Thầy Cô trong bộ môn Kỹ thuật Nhiệt – Lạnh. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban chủ nhiệm Khoa Cơ Khí cùng toàn thể các Thầy, Cô giáo đã tham gia giảng dạy tôi trong suốt bốn năm qua. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành, lời biết ơn sâu sắc tới Thầy Trần Đại Tiến đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo, đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Cha, Mẹ, các Anh Chị, và tất cả những người bạn đã giúp tôi suốt chặng đường học tập cũng như suốt thời gian làm đề tài tốt nghiệp, đã cho tôi động lực để hoàn thành khóa học và đề tài tốt nghiệp của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn ! Nha Trang, tháng 6 năm 2018 Sinh viên thực hiện Trần Trung Vũ i
MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG .......................................................................................................v DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI .......................... viii LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SẤY THỦY SẢN .......................................................2 1.1. Quá trình sấy.............................................................................................................2 1.2. Đặc điểm của quá trình sấy ......................................................................................3 1.3. Những biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy ...............................................4 1.4. Cơ chế thoát ẩm của ra khỏi vật liệu sấy ..................................................................5 1.5. Một số nhân tố ảnh hưởng tốc độ sấy .......................................................................8 1.6. Các phương pháp sấy.............................................................................................. 10 1.7. Giới thiệu phương pháp sấy lạnh............................................................................11 1.8. Giới thiệt về sấy hồng ngoại ...................................................................................13 1.8.1. Khái niệm về bức xạ hồng ngoại......................................................................13 1.8.2. Nhiệt bức xạ hồng ngoại ..................................................................................14 1.8.3. Sấy khô bằng phương pháp hồng ngoại ........................................................... 14 1.8.4. Ưu điểm của sấy hồng ngoại ............................................................................15 1.8.5. Hạn chế của phương pháp sấy hồng ngoại. ......................................................16 1.9. Tổng quan về vật liệu sấy cá cơm ..........................................................................16 CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ .....................19 2.1. Xác định các thông số thiết kế ................................................................................19 2.1.1. Xác định thông số tại nơi lắp đặt .....................................................................19 2.1.2. Các thông số ban đầu .......................................................................................19 2.1.3. Xây dựng đường cong sấy, tốc độ sấy ............................................................. 20 2.1.4. Thiết lập đường cong sấy .................................................................................22 2.2. Lựa chọn phương án thiết kế. .................................................................................24 2.2.1. Đồ thị I-d ..........................................................................................................25 2.2.1.1. Chế độ sấy lạnh .......................................................................................... 25 2.2.1.2. Chế độ sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại ........................................29 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC PHÒNG SẤY VÀ NHIỆT TẢI CHO PHÒNG SẤY ................................................................................................................33 3.1. Tính toán kích thước phòng sấy .............................................................................33 3.1.1. Khối lượng vật liệu sấy trước khi sấy .............................................................. 33 ii
3.1.2. Số lượng xe goòng, kích thước phòng sấy .......................................................33 3.2. Tính lượng nhiệt tải của buồng sấy ........................................................................38 3.3. Tổn thất nhiệt ..........................................................................................................42 3.3.1. Tổn thất làm nóng vật liệu sấy .........................................................................42 3.3.2. Tổn thất nhiệt qua vách ....................................................................................43 3.3.3. Tổn thất nhiệt trong phòng sấy ........................................................................44 3.3.3.1. Đối với sấy lạnh ......................................................................................... 44 3.3.3.2. Đối với sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại .............................................44 CHƯƠNG 4: CHU TRÌNH VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ HỆ THỐNG ......................45 4.1. Sơ đồ nguyên lí và đồ thị p-i ..................................................................................45 4.1.1. Sơ đồ nguyên lí ................................................................................................ 45 4.1.3. Môi chất ...........................................................................................................46 4.2. Tính toán thiết bị cho hệ thống ...............................................................................47 4.2.1. Nhiệt độ ngưng tụ............................................................................................. 47 4.2.2. Nhiệt độ bay hơi ............................................................................................... 47 4.2.3. Tính toán chu trình ........................................................................................... 47 4.2.4. Chọn thiết bị cho hệ thống ...............................................................................48 CHƯƠNG 5: TRANG BỊ TỰ ĐỘNG HÓA .................................................................55 5.1. Mạch điện điều khiển cơ ........................................................................................ 55 5.1.1. Mạch động lực..................................................................................................55 5.1.2. Mạch điều khiển ............................................................................................... 56 5.1.3. Mạch sự cố .......................................................................................................60 5.2. Mạch điều khiển PLC ............................................................................................. 61 5.2.1. Bảng kí hiệu trong chương trình PLC .............................................................. 61 5.2.1.1. Bảng kí hiệu ngõ vào .................................................................................61 5.2.1.2. Bảng kí hiệu ngõ ra ....................................................................................62 5.2.2. Chương trình PLC ............................................................................................ 62 5.2.2.1. Chương trình viết PLC ..............................................................................62 5.2.2.2. Thuyết minh chương trình PLC .................................................................68 5.2.2.3. Sơ đồi nối dây PLC S7-300 với hệ thống .................................................71 5.3. Cách cài đặt và sử dụng ewelly 181-H ...................................................................72 CHƯƠNG 6: VẬN HÀNH HỆ THỐNG ......................................................................75 6.1. Chuẩn bị chạy máy .................................................................................................75 6.2. Khởi động máy và chạy máy bằng mạch cơ có dùng Ewelly ................................ 75 iii
6.3. Khởi động máy và chạy máy bằng PLC .................................................................76 6.4. Dừng máy ...............................................................................................................76 CHƯƠNG 7: SƠ BỘ GIÁ THÀNH, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................... 78 7.1. Bảng giá thành ........................................................................................................78 7.2. Kết luận...................................................................................................................78 7.3. Kiến nghị ................................................................................................................79 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 81 iv
DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Các giá trị lý thuyết sấy lạnh .................................................................... 21 Bảng 2.2 Các giá trị lý thuyết sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại ................... 21 Bảng 2.3. Các thông số của không khí ẩm ............................................................... 26 Bảng 2.4. Các thông số của không khí ẩm ............................................................... 29 Bảng 4.1. Bảng thông số của chu trình .................................................................... 47 Bảng 4.2. Bảng dàn nóng ......................................................................................... 50 Bảng 4.3. Thông số tổn thất áp suất ........................................................................ 52 Bảng 5.1. Bảng kí hiệu ngõ vào ............................................................................... 60 Bảng 5.2. Bảng kí hiệu ngõ ra .................................................................................. 61 Bảng 5.3. Các thông số thủ tục ................................................................................. 73 Bảng 7.1. Sơ bộ giá thành......................................................................................... 77 v
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Cá cơm nguyên liệu tươi .......................................................................... 17 Hình 1.2- 1.3. Cá cơm sau khi sấy............................................................................ 18 Hình 2.1. Độ ẩm giảm trong thời gian sấy lạnh ....................................................... 22 Hình 2.2. Độ ẩm giảm trong thời gian sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại............ 23 Hình 2.3. Đường cong sấy lạnh ................................................................................ 23 Hình 2.4. Đường cong sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại .................................... 24 Hình 2.5. Biến đổi không khí ẩm trên đồ thị i – d ................................................... 25 Hình 2.6. Bố trí thiết bị trong hệ thống (sấy lạnh) ................................................... 27 Hình 2.7. Biến đổi không khí ẩm trên đồ thị i – d ................................................... 28 Hình 2.8. Bố trí thiết bị trong hệ thống (sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại)........ 30 Hình 3.1. Kích thước xe goong ................................................................................ 33 Hình 3.2. Chiều cao của phòng sấy (theo chế độ sấy lạnh) ...................................... 34 Hình 3.3. Chiều cao của phòng sấy (theo chế độ sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại) ... 35 Hình 3.4. Biểu diễn bố trí xe goòng trong phòng sấy theo chiều rộng (1 tầng) ....... 36 Hình 3.5. Biểu diễn bố trí xe goòng trong phòng sấy theo chiều dài (1 tầng) ......... 37 Hình 3.6. Vách cách nhiệt của phòng sấy ................................................................ 42 Hình 4.1.Sơ đồ nguyên lí .......................................................................................... 44 Hình 4.2. Đồ thị p – i ................................................................................................ 45 Hình 4.3. Thông số kĩ thuật của mén nén ................................................................. 48 Hình 4.4. Hình ảnh dàn lạnh DL70/554A ................................................................ 49 Hình 4.5. Thông số kĩ thuật của dàn lạnh DL42/503A ............................................ 49 Hình 4.6. Hình ảnh dàn nóng.................................................................................... 50 Hình 4.7. Hình ảnh của van tiết lưu.......................................................................... 51 Hình 4.8. Hình ảnh của đèn hồng ngoại. .................................................................. 51 vi
Hình 4.9. Hình ảnh quạt gió ..................................................................................... 53 Hình 5.1. Mạch điện động lực .................................................................................. 53 Hình 5.2. Mạch tự động hóa khi sấy lạnh................................................................. 55 Hình 5.3. Mạch điều khiển giảm tải cho máy nén .................................................... 56 Hình 5.4. Mạch tự động hóa khi sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại .................... 58 Hình 5.5. Mạch sự cố................................................................................................ 60 Hình 5.6. Khởi động quạt chính, quạt dàn lạnh, quạt dàn nóng. .............................. 60 Hình 5.7. Khởi động máy nén, đèn hồng ngoại và cấp dịch cho máy nén. .............. 62 Hình 5.8. Tín hiệu analog từ cảm biến truyền về điều khiển dàn nóng phụ 1 và van điện từ 1 ................................................................................................................... 63 Hình 5.9. Khởi động cuộn biến tần hay van điện từ 1 và quạt dàn ngóng phụ 1 ..... 63 Hình 5.10. Tín hiệu analog từ cảm biến truyền về điều khiển dàn nóng phụ 2 và van điện từ 2 .................................................................................................................... 64 Hình 5.11. Khởi động cuộn biến tần hay van điện từ 2 và quạt dàn ngóng phụ 2 ... 64 Hình 5.12. Dừng hệ thống, tắt quạt chính, quạt dàn lạnh và đèn hồng ngoại. ......... 65 Hình 5.13. Tắt quạt dàn nóng ................................................................................... 65 Hình 5.14. Tắt van cấp dịch và máy nén. ................................................................. 66 Hình 5.15. Sự cố. ...................................................................................................... 66 Hình 5.16. Tắt sự cố. ................................................................................................ 67 Hình 5.17. Bảng điều khiển mô phòng chương trình PLC ....................................... 67 Hình 5.18. Hình ảnh bộ điều khiển PLC S7-300...................................................... 69 Hình 5.19. Sơ đồ nối dây PLC S7-300. .................................................................... 69 Hình 5.20. Sơ đồ nối dây .......................................................................................... 70 Hình 5.21. Rơ le nhiệt ewelly 181-H........................................................................ 71 Hình 5.22. Sơ đồ kết nối EW ................................................................................... 72 vii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI STT Ký hiệu, viết tắt Ý nghĩa tương đương 1 TNS Tác nhân sấy 2 VLS Vật liệu sấy 3 HTS Hệ thống sấy 4 DN Dàn nóng 5 DL Dàn lạnh 6 CBT Cuộn biến tần 7 MN Máy nén 8 CSC Chuông sự cố 9 DSC Đèn sự cố 10 VDT Van điện từ 11 VCD Van cấp dịch 12 QC Quạt chính 13 QDNP Quạt dàn nóng phụ viii
LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc đổi mới đất nước hiện nay thì vấn đề xuất khẩu hàng hóa để thu về ngoại tệ cho đất nước là một vấn đề cực kì quan trọng đòi hỏi các ngành phải nỗ lực hết mình để thực hiện điều đó.Trong đó ngành kỹ thuật lạnh và chế biến thủy sản cũng đóng góp một phần quan trọng. Việt Nam là nước có sản lượng sản phẩm trong lĩnh vực nông, lâm, ngư nghiệp lớn, tuy nhiên chủ yếu ở dạng thô chưa chế biến nên thời gian bảo quản thấp, ảnh hưởng đến chất lượng và giá trị của sản phẩm. Hiện nay cũng có rất nhiều phương pháp để bảo quản và sấy là một trong số đó. Trong sấy cũng có nhiều phương pháp khác nhau tùy thuộc vào từng loại sản phẩm và chất lượng theo yêu cầu. Nhưng hiện nay vấn đề năng lượng và giá thành là phần rất qua trọng trong thời buổi hội nhập của Việt Nam trên trường quốc tế. Nước ta cũng được biết đến là quốc gia dồi dào về nguồn năng lượng bức xạ mặt trời với số giờ nắng trung bình hằng năm là trên 3000 giờ. Từ xa xưa ông cha ta đã biết cách tận dụng nguồn năng lượng vô tận đó để sấy có sản phẩm nông nghiệp và thủy sản, tuy nhiên hiệu quả lại không cao do phụ thuộc vào thời tiết, không khống chế được nhiệt độ…. Do vậy chất lượng sản phẩm cũng giảm đi khá nhiều mà chi phí lao động tăng. Sấy bằng bơm nhiệt là phương pháp khá phổ biến hiện nay vì chi phí thấp mà chất lượng sản phẩm thu được khá tốt. Vì vậy, sự kết hợp của phương pháp sấy bằng bơm nhiệt và bức xạ hồng ngoại có thể là giải pháp để giảm chi phí sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và tận dụng được nguồn năng lượng sạch vô tận. Đề tài “ tính toán thiết kế hệ thống sấy cá bằng phương pháp sấy lạnh kết hợp bức xạ hồng ngoại năng suất 100kg sản phẩm khô/mẻ sấy” nhằm hiện thực hóa phương pháp trên! Dù đã rất cố gắng nhưng đề tài vẫn không tránh khỏi sai sót mong thầy cô thông cảm. Em xin cảm ơn! 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SẤY THỦY SẢN 1.1. Quá trình sấy  Khái niệm Sấy là quá trình tách ẩm (hơi nước và nước) ra khỏi VLS, trong đó VLS nhận năng lượng để ẩm từ trong lòng VLS dịch chuyển ra bề mặt và đi vào môi trường tác nhân sấy (TNS). Quá trình sấy là quá trình truyền nhiệt, truyền chất xẩy ra đồng thời. Trong lòng VLS là quá trình dẫn nhiệt và khuếch tán ẩm hỗn hợp. Trao đổi nhiệt - ẩm giữa bề mặt VLS với TNS là quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi ẩm đối lưu liên hợp. Quá trình bên trong VLS chủ yếu chịu ảnh hưởng của dạng liên kết ẩm với cốt khô của vật liệu, quá trình ở bề mặt VLS chủ yếu chịu ảnh hưởng của cơ cấu trao đổi nhiệt ẩm và các thông số của TNS cũng như VLS.  Mục đích Sấy không chỉ là quá trình công nghệ, trong đó các tính chất công nghệ luôn luôn thay đổi. Tính chất công nghệ của vật liệu gồm: tính chất hoá lý, tính chất cơ kết cấu, tính chất sinh hoá…. Quá trình sấy nhằm tăng cường một số đặc tính công nghệ để phục vụ nhiều mục đích khác nhau. Khi sấy sản phẩm gốm thì nhằm mục đích làm độ bền của nó tăng lên để tiếp tục gia công; sấy hạt giống thì phải làm tỷ lệ và khả năng nảy mầm cao lên; sấy nông sản thực phẩm thì giữ được hương vị, màu sắc, nguyên tố vi lượng mà tăng được thời gian bảo quản, giảm được giá thành vận chuyển, giảm được thể tích kho bảo quản….  Phân loại quá trình sấy Người ta phân biệt 2 phương pháp sấy: Sấy tự nhiên: Sấy bằng không khí không được đốt nóng, phương pháp này thời gian sấy dài, khó điều chỉnh quá trình và độ ẩm cuối của vật liệu còn khá lớn nhất là ở những quốc gia có khí hậu nhiệt đới như nước ta. Sấy nhân tạo: Là quá trình sấy có sự cấp nhiệt từ bên ngoài, nghĩa là phải dùng đến tác nhân sấy được gia nhiệt như khói nóng, không khí nóng hoặc hơi… 2
1.2. Đặc điểm của quá trình sấy Đặc điểm của quá trình sấy đối với vật thể có độ ẩm tương đối cao, nhiệt độ sấy và tốc độ sấy chuyển động của không khí không quá lớn xảy ra theo 2 giai đoạn đó là giai đoạn làm nóng, giai đoạn sấy gia tốc không đổi, giai đoạn tốc độ sấy giảm dần. Đối với các trường hợp sấy với các điều kiện khác thì quá trình sấy cũng xảy ra 3 giai đoạn nhưng các giai đoạn có thể đan xen khó phân biệt. Các giai đoạn như sau:  Giai đoạn làm nóng Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng cho tới khi nhiệt độ vật đạt được bằng nhiệt độ kế ước. Trong quá trình sấy này toàn bộ vật được gia nhiệt. Ẩm lỏng trong vật được gia nhiệt cho đến khi đạt được nhiệt độ sôi ứng với phân áp suất hơi nước trong môi trường không khí trong buồng sấy. Do được làm nóng nên độ ẩm của vật có giảm chút do bay hơi ẩm còn nhiệt độ của vật thì tăng dần cho đến khi bằng nhiệt độ kế ước. Tuy vậy, sự tăng nhiệt độ trong quá trình xảy ra không đều ở phần ngoài và phần trong vật. Vùng trong vật đạt đến nhiệt độ kế ước chậm hơn. Đối với vật dễ sấy thì giai đoạn này làm nóng vật xảy ra nhanh.  Giai đoạn sấy đẳng tốc Kết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ vật bằng nhiệt độ kế ước. Tiếp tục cung cấp nhiệt, ẩm trong vật sẽ hoá hơi còn nhiệt độ của vật giữ không đổi nên nhiệt cung cấp chỉ để làm hóa hơi. Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt vật, ẩm lỏng ở bên trong vật sẽ truyền ra ngoài bề mặt vật để hóa hơi. Do nhiệt độ không khí nóng không đổi, nhiệt độ vật cũng không đổi nên chênh lệch nhiệt độ giữa vật và môi trường cũng không đổi. Điều này làm cho tốc độ giảm của độ chứa ẩm vật theo thời gian cũng không đổi, có nghĩa là tốc độ sấy không đổi.  Giai đoạn sấy giảm tốc Kết thúc giai đoạn sấy tốc độ không đổi ẩm tự do đã bay hơi hết, còn lại trong vật là ẩm liên kết. Năng lượng để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn ẩm tự do và càng tăng lên khi độ ẩm của vật càng nhỏ. Do vậy tốc độ bay 3
hơi ẩm trong giai đoạn này nhỏ hơn giai đoạn sấy tốc độ không đổi có nghĩa là tốc độ sấy trong giai đoạn này nhỏ hơn và càng giảm đi theo thời gian sấy. Quá trình sấy càng tiếp diễn, độ ẩm của vật càng giảm, tốc độ sấy cũng giảm cho đến khi độ ẩm của vật bằng độ ẩm cân bằng với điều kiện môi trường không khí ẩm trong buồng sấy thì quá trình thoát ẩm của vật ngưng lại, có nghĩa là tốc độ sấy bằng không. 1.3. Những biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy  Những biến đổi cảm quan Biến đổi về khối lượng và thể tích: khi làm khô do nước trong nguyên liệu mất đi cho nên khối lượng giảm, thể tích bị co rút lại. Sự giảm khối lượng và thể tích của nguyên liệu đúng ra bằng khối lượng và thể tích của nước mất đi nhưng thực tế lại nhỏ hơn. Nguyên nhân là do quá trình làm khô sản phẩm bị oxy hóa làm cho khối lượng có tăng lên chút ít đồng thời tổ chức cơ thịt cá là thể keo xốp cho nên khi nước mất đi, các khoảng trống của mô cơ vẫn tồn tại hoặc chỉ co rút phần nào nên thể tích co rút nhỏ hơn thể tích nước mất đi. Biến đổi về màu sắc: trong quá trình làm khô màu sắc, mùi vị của sản phẩm bị biến đổi nhiều so với nguyên liệu ban đầu. Nguyên nhân là do mất nước làm nồng độ sắc tố trên một đơn vị thể tích tăng lên dẫn đến sản phẩm có màu sẫm hơn. Đồng thời nếu chế độ làm khô không hợp lý như nhiệt độ quá cao, lipid bị oxy hóa làm sản phẩm có màu sẫm, mùi ối khét khó chịu. Vì vậy phải chọn chế độ làm khô hợp lý sản phẩm có màu đẹp, mùi thơm. Biến đổi trạng thái, tổ chức cơ thịt của nguyên liệu: Trong quá trình làm khô do mất nước nên kết cấu tổ chức cơ thịt chặt chẽ hơn, khi ăn có cảm giác dai hơn, cứng hơn. Sự biến đổi kết cấu cơ thịt phụ thuộc vào phương pháp làm khô. Nếu sấy ở điều kiện áp lực thường thì quá trình làm khô chậm, tổ chức cơ thịt co rút nhiều, khả năng phục hồi trạng thái ban đầu kém. Ngược lại khi sấy ở điều kiện chân không đặc biệt là sấy chân không thăng hoa thì cấu 4
trúc của cơ thịt ít bị biến đổi, mức độ hút nước của sản phẩm tốt. Vì vậy nó có khả năng phụ hồi lại gần như trạng thái ban đầu.  Những biến đổi về hóa học Sự thủy phân và oxi hóa lipid  Sự thủy phân lipit: trong quá trình làm khô đặc biệt là giai đoạn đầu có thể xảy ra các quá trình thủy phân lipid tạo thành glyceril và acit béo làm giảm chất lượng sản phẩm.  Oxi hóa lipid: trong quá trình làm khô các acid béo, đặc biệt là các acid béo không no dễ bị tạo thành các sản phẩm trung gian như peroxyd, hydroperoxyd, rồi tạo ra aldehyd, cetol… làm cho sản phẩm có mùi ôi khét khó chịu và có màu sẫm tối. Mức độ oxy hóa lipid phụ thuộc vào phương pháp làm khô, nhiệt độ, thời gian làm khô và bản thân nguyên liệu.  Sự đông đặc và biến tính các protein Khi làm khô ở áp lực thường, sự đông đặc và biến tính của protein phụ thuộc vào nguyên liệu. Nếu nguyên liệu đã được gia nhiệt thì protein ít bị biến đổi vì nó đã biến đổi từ trước. Đối với nguyên liệu ướp muối nếu điều kiện làm khô không tốt thì protein bị biến đổi nhiều. Đặc biệt đối với nguyên liệu tươi chưa qua xử lý nhiệt hoặc chưa ướp muối. Protein ở trong nguyên liệu tồn tại chủ yếu ở hai dạng: myozin và myozen. Nhiệt độ đông đặc của chúng là 55-600C. Khi làm khô ở điều kiện thường các protein này bị đông đặc chuyển từ trạng thái có tình đàn hồi sang trạng thái keo kết tủa làm mất tính đàn hồi của cơ thịt. Biến đổi thành phẩm chất ngấm ra: Chất ngấm ra trong quá trình làm khô biến đổi rất nhiều, đặc biệt là đối với nguyên liệu còn tươi. Sự biến đổi của chất ngấm ra sẽ tạo nên mùi vị đặc trưng cho sản phẩm khô. Vì vậy làm khô nhanh chóng là biện pháp tích cực làm giảm bớt tổn thất của chất ngấm ra. 1.4. Cơ chế thoát ẩm của ra khỏi vật liệu sấy 5
Muốn làm khô phải đặt nguyên liệu trong môi trường không khí ẩm, nước dịch chuyển vào môi trường không khí, có sự chênh lệch vật chất (thể vật chất). Hoạt độ của nước nguyên liệu phải đảm bảo dưới sự hoạt động của vi sinh vật. Khi làm khô xảy ra quá trình tác nước ra khỏi vật liêu: nước từ bề mặt nguyên liệu dịch chuyển vào môi trường khô. Đây là điều kiện kiên quyết để quá trình làm khô xảy ra. Ngoài ra làm khô phải có quá trình dịch chuyển ẩm từ các lớp phía trong đi ra các lớp bề mặt. Sự dịch chuyển ẩm từ trong ra ngoài hình thành khi ẩm và nước từ trung tâm nguyên liệu dịch chuyển ra bề mặt. Quá trình thoát ẩm ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy được chia làm 2 giai đoạn :  Quá trình khuếch tán ngoại Là quá trình dịch chuyển ẩm từ lớp bề mặt của vật liệu sấy vào môi trường không khí xung quanh. Động lực của quá trình này là do chênh lệch áp suất hơi trên bề mặt của vật ẩm và áp suất riêng phần hơi nước trong môi trường không khí. Lượng nước bay hơi dw  k  F  ( ps  ph )  d  dP  Hoặc dw  k  F     d (1.1)  dx  Trong đó :  Ps: Áp suất riêng phần hơi nước trên bề mặt nguyên liệu.  Ph: Áp suất riêng phần hơi nước trong không khí ẩm.  k: Hệ số bay hơi  F: Diện tích bề mặt bay hơi, m2  dP     : Gradient độ ẩm  dx  6
Lượng bay hơi trên một đơn vị diện tích tỷ lệ thuận với gradient chênh lệch ẩm giữa nguyên liệu và môi trường xung quanh. Sự chênh lệch xảy ra: nước từ bề mặt dịch chuyển vào môi trường xung quanh làm độ ẩm lớp không khí tăng lên, đồng thời làm lượng ẩm trên bề mặt VLS giảm đi. Gradient độ ẩm giảm, quá trình bay hơi chậm lại. Nếu độ ẩm bề mặt cân bằng với môi trường không khí thì quá trình ngừng bay hơi, nhưng độ ẩm của hai lớp không khí kế tiếp chênh lệch nên ẩm của không khí thứ nhất khếch tán sang lớp thứ hai và ẩm từ trong VLS khếch tán sang lớp không khí thứ nhất. Gradient độ ẩm phụ thuộc vào tính chất của môi trường làm khô: nhiệt độ, áp suất, sự luân chuyển của không khí … và phụ thuộc vào bề mặt nguyên liệu: độ nhẵn, hình dạng, kích thước bề mặt.  Quá trình khuếch tán nội Là quá trình dịch chuyển ẩm từ lớp bên trong ra lớp bề mặt của vật ẩm. Động lực của quá trình này là do chênh lệch nồng độ ẩm giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt.  dP  dw  D  F     d (1.2)  dx  Trong đó :  D : Hệ số khếch tán nội.  F : Diện tích khếch tán, m2  dP     : Gradient độ ẩm  dx  Hệ số khếch tán nội (D) phụ thuộc chủ yếu và thành phần, tính chất nguyên liệu, gián tiếp phụ thuộc vào yếu tố môi trường. Qua nghiên cứu ta thấy rằng ẩm dịch chuyển từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Vì vậy, tùy theo phương pháp sấy và thiết bị sấy mà dòng ẩm dịch chuyển dưới tác dụng của nồng độ ẩm và dòng ẩm dịch 7
chuyển dưới tác dụng của nhiệt độ có thể cùng chiều hoặc ngược chiều với nhau. Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển cùng chiều với nhau sẽ làm thúc đẩy quá trình thoát ẩm, rút ngắn thời gian sấy. Nếu 2 dòng ẩm dịch chuyển ngược chiều nhau sẽ kìm hãm sự thoát ẩm, kéo dài thời gian sấy.  Mối quan hệ giữa khuếch tán nội và khuếch tán ngoại. Khuếch tán ngoại và khuếch tán nội có mối liên quan mật thiết với nhau, tức là khuếch tán ngoại có được tiến hành thì khuếch tán nội mới được tiếp tục và như thế độ ẩm của nguyên liệu mới được giảm dần. Trong quá trình sấy nếu khuếch tán nội lớn hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ nhanh, nhưng điều này rất ít gặp trong quá trình sấy. Thông thường, khuếch tán nội của nguyên liệu thường nhỏ hơn tốc độ bay hơi trên bề mặt. Khi khuếch tán nội nhỏ hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ gián đoạn vì thế điều chỉnh khuếch tán nội sao cho phù hợp với khuếch tán ngoại là vấn đề rất quan trọng trong quá trình sấy. Trong quá trình làm khô, ở giai đoạn đầu lượng nước trong nguyên liệu nhiều, sự chênh lệch độ ẩm lớn, do đó khuếch tán nội thường phù hợp với khuếch tán ngoại nên tốc độ làm khô tương đối nhanh. Nhưng, ở giai đoạn cuối thì lượng nước còn lại trong nguyên liệu ít, tốc độ bay hơi bề mặt nhanh mà tốc độ khuếch tán nội chậm lại tạo thành một màng cứng làm ảnh hưởng rất lớn cho quá trình khuếch tán nội. Vì vậy làm ảnh hưởng đến quá trình làm khô nguyên liệu. Sự dịch chuyển của nước trong quá trình làm khô trước hết là nước tự do sau đó mới đến nước liên kết. Trong suốt quá trình làm khô, lượng nước tự do luôn giảm xuống. Lượng nước trong nguyên liệu dịch chuyển dưới hai hình thức là thể lỏng và thể hơi do phương thức kết hợp của nước trong nguyên liệu quyết định. 1.5. Một số nhân tố ảnh hưởng tốc độ sấy  Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí 8
Trong các điều kiện khác nhau không đổi như độ ẩm không khí, tốc độ gió..,việc nâng cao nhiệt độ sẽ làm tăng nhanh tốc độ làm khô do lượng nước trong nguyên liệu giảm xuống càng nhiều. Nhưng tăng nhiệt độ cũng ở giới hạn cho phép vì nhiệt độ làm khô cao sẽ làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, dễ làm cho nguyên liệu bị chín và gây nên sự tạo màng cứng ở lớp bề ngoài. Nhưng với nhiệt độ làm khô quá thấp, dưới giới hạn cho phép thì quá trình làm khô sẽ chậm lại dẫn đến sự thối rữa, huỷ hoại nguyên liệu. Nhiệt độ sấy thích hợp được xác định phụ thuộc vào nguyên liệu béo hay gầy, kết cấu tổ chức của cơ thịt và đối với các nhân tố khác. Đối với nguyên liệu gầy người ta làm khô ở nhiệt độ cao hơn nguyên liệu béo. Khi sấy ở những nhiệt độ khác nhau thì nguyên liệu có những biến đổi khác nhua ví dụ: nhiệt độ sản phẩm trong quá trình sấy cao hơn 600C thì protein bị biến tính, nếu trên 900C thì fructose bắt đầu caramen hóa các phản ứng tạo ra melanoidin tạo polyme cao phân tử có chứa N và không chứa N, có màu và mùi thơm xảy ra mạnh mẽ. Nếu nhiệt độ cao hơn nữa thì nguyên liệu có thể bị cháy làm mất giá trị dinh dưỡng và mất giá trị cảm quan của sản phẩm. Quá trình làm khô tiến triển, sự cân bằng của khuếch tán nội và khuếch tán ngoại bị phá vỡ, tốc độ khuếch tán ngoại lớn nhưng tốc độ khuếch tán nội thì chậm lại dẫn đến hiện tượng tạo vỏ cứng ảnh hưởng đến quá trình làm khô.  Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động không khí Tốc độ chuyển động của không khí có ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy, tốc độ gió quá lớn hoặc quá nhỏ đều không có lợi cho quá trình sấy. Vì vậy, tốc độ chuyển động của không khí quá lớn khó giữ nhiệt lượng trên nguyên liệu để cân bằng quá trình sấy, còn tốc độ quá nhỏ sẽ làm cho quá trình sấy chậm lại, dẫn đến sự hư hòn sản phẩm, mặt ngoài sản phẩm sẽ lên mốc gây thối rữa tạo thành lớp dịch nhầy có mùi, vị khó chịu. Vì vậy, cần phải có một tốc độ gió thích hợp, nhất là giai đoạn đầu của quá trình làm khô. Hướng gió cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình làm khô, khi hướng gió song song với bề mặt nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất nhanh. Nếu hướng gió thổi 9
tới nguyên liệu với góc 450 thì tốc độ làm khô tương đối chậm, còn thổi thẳng vuông góc với nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất chậm  Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí Độ ẩm tương đối của không khí cũng là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến quá trình làm khô, độ ẩm của không khí càng lớn quá trình làm khô sẽ chậm lại. Các nhà Bác học Liên Xô cũ và các nước trên thế giới đã chứng minh là: độ ẩm tương đối của không khí lớn hơn 65% thì quá trình sấy sẽ chậm lại rõ rệt, còn độ ẩm tương đối của không khí khoảng 80% trở lên thì quá trình làm khô sẽ dừng lại và bắt đầu hiện tượng ngược lại, tức là nguyên liệu sẽ hút ẩm trở lại. Để cân bằng ẩm, khuếch tán nội phù hợp với khuếch tán ngoại và tránh được hiện tượng tạo màng cứng, người ta áp dụng phương pháp làm khô gián đoạn là vừa sấy vừa ủ. Làm khô trong điều kiện tự nhiên khó đạt được độ ẩm tương đối của không khí 50% đến 60% do nước ta có khí hậu nhiệt đói thường có độ ẩm cao. Do đó, một trong những phương pháp để làm giảm độ ẩm của không khí có thể tiến hành làm lạnh cho hơi nước ngưng tụ lại, đồng thời hàm ẩm tuyệt đối của không khí dưới điểm sương hơi nước sẽ ngưng tụ, đồng thời hàm ẩm tuyệt đối của không khí cũng được hạ thấp. Như vậy, để làm khô không khí người ta thường áp dụng phương pháp làm lạnh. 1.6. Các phương pháp sấy  Phơi và sấy bằng năng lượng mặt trời. Sấy bằng cách phơi nắng (không có sử dụng thiết bị sấy) được sử dụng rộng rãi nhất trong chế biến nông sản… Trong các phương pháp phức tạp hơn (sấy bằng năng lượng mặt trời), năng lượng mặt trời được thu nhận để gia nhiệt tác nhân sấy hoặc sử dụng năng lượng mặt trời sấy trực tiếp.  Sấy đối lưu Nguyên lý hoạt động 10