Tài liệu Thiết kế hệ thống sấy chân không nhiệt độ thấp để sấy chế phẩm sinh học chitosan oligosaccharit với năng suất 1 tấn 1 ngày

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM . ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU – TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY CHÂN KHÔNG NHIỆT ĐỘ THẤP CHẾ PHẨM SINH HỌC VỚI NĂNG SUẤT 1 TẤN NGUYÊN LIỆU /NGÀY GVHD: TS. NGUYỄN TẤN DŨNG TP HỒ CHÍ MINH MỤC LỤC MỞ ĐẦU.................................................................................................................................. 1 Đặt vấn đề................................................................................................................................ 1 Mục tiêu................................................................................................................................... 1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................................................2 Đối tượng nghiên cứu...........................................................................................................2 Phạm vi nghiên cứu............................................................................................................... 2 Nội dung nghiên cứu................................................................................................................2 Phương pháp nghiên cứu..........................................................................................................2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài.....................................................................2 Ý nghĩa khoa học...................................................................................................................2 Ý nghĩa thực tiễn...................................................................................................................3 Bố cục...................................................................................................................................... 3 Chương 1. TỔNG QUAN...........................................................................................................4 1.1...................................................................................................................... Cơ sở khoa học ............................................................................................................................................ 4 1.1.1. Định nghĩa quá trình sấy...........................................................................................4 1.1.2. Phân loại...................................................................................................................4 1.1.3. Tĩnh học của quá trình sấy........................................................................................7 1.1.4. Động học của quá trình sấy.....................................................................................10 1.2..........................................................................................Tình hình nghiên cứu trong nước .......................................................................................................................................... 18 1.3..........................................................................................Tình hình nghiên cứu ngoài nước .......................................................................................................................................... 19 1.4............................................................................................................................ Vật liệu sấy .......................................................................................................................................... 20 1.4.1. Giới thiệu về chế phẩm sinh học chitosan và chito – orligosaccharide COS...........20 1.4.2. Quy trình thu nhận chitosan orligosaccharide.........................................................27 1.4.3. Sản phẩm chitosan orligosaccharide COS...............................................................29 1.5.........................................................................................................Thiết bị sấy chân không .......................................................................................................................................... 30 1.5.1. Hệ thống thiết bị sấy chân không............................................................................30 1.5.2. Hệ thống tự động điều khiển máy sấy chân không..................................................38 Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN..............................................42 2.1. Phương pháp tiếp cận......................................................................................................42 2.3. Sơ đồ nghiên cứu và tính toán.........................................................................................42 2.4. Phương pháp tính toán và thiết kế...................................................................................44 2.5. Phương pháp chế tạo.......................................................................................................44 2.5.1. Phương pháp gia công truyền thống..........................................................................44 2.5.2. Phương pháp gia công tiên tiến.................................................................................46 2.6. Phương pháp tự động đo lường và điều khiển.................................................................48 2.6.1. Phương pháp tự động đo lường.................................................................................48 2.6.2. Phương pháp tự động điều khiển...............................................................................50 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY CHÂN KHÔNG NHIỆT ĐỘ THẤP53 3.1. Kết quả............................................................................................................................ 53 3.1.1. Các thông số ban đầu cần thiết cho tính toán thiết kế................................................53 3.1.2. Tính toán cân bằng vật chất.......................................................................................54 3.1.3. Tính toán cân bằng năng lượng.................................................................................55 3.1.4. Tính toán cho hệ thống sấy.......................................................................................57 3.1.5. Tính toán hệ thống....................................................................................................59 3.1.6. Thiết kế hệ thống.......................................................................................................67 3.2. Thảo luận......................................................................................................................... 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................69 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Hệ thống sấy chân không.............................................................................................5 Hình 1.2: Sơ đồ sấy bằng không khí............................................................................................7 Hình 1.3: Mô tả quá trình sấy lý thuyết [1]..................................................................................8 Hình 1.4: Mô tả quá trình sấy thực tế [1].....................................................................................9 Hình 1.5: Sự thay đổi độ ẩm của vật liệu trong quá trình sấy....................................................13 Hình 1.6: Đường cong sấy.........................................................................................................17 Hình 1.7: Đường cong tốc độ sấy..............................................................................................17 Hình 1.8: Công thức cấu tạo của chitosan (poly β -(1-4)-D- glucozamin).................................21 Hình 1.9: Sơ đồ quy trình thu nhận chitosan orligosaccharide dạng bột....................................28 Hình 1.10: Máy sấy chân không trụ tròn YZG-600...................................................................32 Hình 1.11: Máy sấy chân không vi sóng WHZ-0.......................................................................33 Hình 1.12: Máy sấy chân không đảo trộn SZG-0,1....................................................................33 Hình 1.13: Thùng sấy chân không cánh đảo..............................................................................34 Hình 1.14: Máy sấy chân không trụ tròn (Trung tâm năng lượng).............................................35 Hình 1.15: Sơ đồ thiết bị sấy chân không băng tải.....................................................................35 Hình 1.16: Mô tả sơ đồ khối hệ tự động điều khiển...................................................................38 Hình 1.17: Sơ đồ mô tả tín hiệu vào, ra.....................................................................................39 Hình 2.1: Sơ đồ nghiên cứu và tính toán....................................................................................43 Hình 2.2: Cấu tạo thiết bị phay..................................................................................................45 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Khả năng ức chế của COS đến các vi sinh vật khác nhau [45]..................................23 Bảng 1.2: Một số sản phẩm chứa COS trên thị trường..............................................................30 Bảng 3.1: Các thông số trạng thái tại các điểm nút của chu trình [21].......................................53 Bảng 3.2: Tổng hợp số liệu tính toán.........................................................................................67 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Khác với các sản phẩm bình thường khác. Chế phẩm sinh học chitosan oligosaccarit (COS) đòi hỏi các yêu cầu khắt khe về phương pháp sấy, nếu sử dụng các phương pháp sấy thông thường sử dụng nhiệt độ cao thì sản phẩm sau cùng thu được sẽ bị biến tính gây mất các hoạt tính sinh học quý của chế phẩm sinh học. Vì thế yêu cầu phải tìm ra một phương pháp sấy tối ưu nhằm giữ được tính chất sinh học của sản phẩm nhưng đồng thời có thể tiết kiệm và tối ưu hóa việc sản xuất. Một trong những phương pháp sấy được sử dụng nhiều trong sấy chế phẩm COS là sử dụng phương pháp sấy chân không ở nhiệt độ thấp hoặc sấy thăng hoa. Tuy quá trình sấy thăng hoa cho sản phẩm đạt chất lượng tốt nhất nhưng chi phí lại rất cao. Để khắc phục nhược điểm chi phí cao đó, người ta sử dụng phương pháp sấy chân không ở nhiệt độ thấp. Phương pháp này giúp giữ đa số các đặc tính của sản phẩm và chi phí bỏ ra không quá cao, tiết kiệm năng lượng (1). Sấy chân không nhiệt độ thấp thì miền áp suất và nhiệt độ để thực hiện quá trình sấy tiếp giáp với miền sấy thăng hoa và có thể bị giao thoa, tuy nhiên đối với công nghệ này sản phẩm không cần lạnh đông, nhiệt độ môi trường sấy luôn nằm trong khoảng (25 – 55) oC, áp suất môi trường thấp lân cận với 4,58 mmHg. Chính vì thế, sấy chân không nhiệt độ thấp có những ưu điểm như sau: do quá trình sấy tiến hành sấy ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp do đó sản phẩm sấy chân không giữ được hầu như đầy đủ các tính chất đặc trưng ban đầu của vật liệu: tính chất sinh học, hương vị, màu sắc, hình dáng, cấu trúc xốp và khả năng hoàn nguyên rất tốt, sản phẩm bảo quản lâu và ít bị tác động bởi điều kiện ngoài. Chi phí năng lượng giảm hơn một nửa so với sấy thăng hoa (1) Chính vì những lí do đó, nhóm chúng tôi quyết định thực hiện đề tài “ thiết kế hệ thống sấy chân không nhiệt độ thấp để sấy chế phẩm sinh học COS”. Mục tiêu Nghiên cứu việc tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy chân không phù hợp sinh viên. Ngoài ra phải kiểm soát chặt chẽ quá trình sấy để đạt được sản phẩm có chất lượng tốt nhất và giữ được các đặc tính sinh học quý của chế phẩm. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Sử dụng hệ thống sấy chân không nhiệt độ thấp làm việc liên tục năng suất 1 tấn/ 1 ngày với nguyên liệu là chế phẩm sinh học Chitosan Oligosaccarit. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu về thiết bị sấy chân không nhiệt độ thấp dùng để sấy chế phẩm sinh học Chitosan Oligosaccarit. Nội dung nghiên cứu Tìm hiểu, phân tích, đánh giá nguyên liệu COS: Cấu tạo hóa học, tính chất vật lý, hoạt tính sinh học và các thông số về nguyên liệu sấy. Tổng quan phân tích, tổng hợp tài liệu để xác định các thông số nhiệt vật lý cần thiết cho quá trình tính toán thiết kế. Nghiên cứu công nghệ và sơ đồ nguyên lý của hệ thống sấy chân không nhiệt độ thấp làm việc liên tục. Tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy chân không nhiệt độ thấp năng suất 1 tấn/ 1 ngày. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu tài liệu và tra cứu. Phương pháp tính toán, thiết kế dựa vào các định luật bảo toàn (bảo toàn năng lượng, bảo toàn vật chất). Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học Làm cơ sở khoa học trong việc thực nghiệm khảo sát các tính chất nhiệt - vật lý của nguyên liệu sấy ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt. Ngoài ra còn nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt tới hoạt tính sinh học của chế phẩm sinh học. Khẳng định ý nghĩa lớn lao, đóng góp của khoa học kỹ thuật vào đời sống xã hội. Góp phần thúc đẩy khoa học kỹ thuật phát triển Ý nghĩa thực tiễn Tạo chế phẩm sinh học COS dạng bột có hoạt tính sinh học cao và dễ bảo quản để ứng dụng trong nông nghiệp để kháng nấm, kháng vi khuẩn, kháng ung thư, tăng cường miễn dịch. Hệ thống sấy chân không nhiệt độ thấp năng suất 1 tấn/ 1 ngày nguyên SOS có thể được sử dụng cho công tác nghiên cứu, giảng dạy ở các trường đại học và viện nghiên cứu. Giảm chi phí và năng lượng sản xuất từ đó giúp giảm giá thành sản phẩm, tăng sức tiêu thụ. Bố cục Đồ án “Thiết kế hệ thống sấy chân không nhiệt độ thấp để saayscheesphaarm sinh họcChitosan Oligosaccharit với năng suất 1 tấn/1 ngày”, bao gồm các phần: Chương 1: Mở đầu Chương 2. Tổng quan Chương 3 . Phương pháp nghiên cứu và tính toán Chương 4. Tính toán và thiết kế hệ thống sấy và thảo luận Kết luận và đề xuất Ngoài ra còn có phần tóm tắt đồ án, mở đầu, tài liệu tham khảo, danh sách bảng biểu và danh sách hình ảnh, danh mục chữ viết tắt, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục. Chương 1. 1.1. TỔNG QUAN Cơ sở khoa học 1.1.1. Định nghĩa quá trình sấy Sấy là quá trình tách một phần hay phần lớn lượng ẩm có trong vật ẩm. Quá trình sấy rất phứt tạp và không ổng định, trong đó đồng thời xảy ra nhiều quá trình như truyền nhiệt từ tác nhân sấy, dẫn nhiệt trong vật sấy, bay hơi ẩm, dẫn ẩm từ trong ra bề mặt của vật sấy, dẫn nhiệt trong vật sấy, bay hơi của ẩm, dẫn ẩm từ trong ra bề mặt sấy, truyền ẩm từ bề mặt vật sấy vào môi trường sấy (tác nhân sấy) [8] [11] [17]. 1.1.2. Phân loại Dựa vào tác nhân sấy hay cách tạo ra động lực quá trình dịch chuyển ẩm mà chúng ta có hai phương pháp sấy: phương pháp sấy nóng và phương pháp sấy lạnh. 1.1.2.1. Phương pháp sấy nóng Trong phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy và vật liệu sấy được đốt nóng. Do tác nhân sấy được đốt nóng nên độ ẩm tương đối φ giảm dẫn đến phân áp suất hơi nước p am trong tác nhân sấy giảm. Mặt khác do nhiệt độ của vật liệu sấy tăng lên nên mật độ hơi trong các mao quản tăng và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật cũng tăng theo công thức [10]: pr po Φ= = exp Trong đó: { − 2 δρ h po ρ r (1.1) } pr_ áp suất trên bề mặt cột mao dẫn, n/m2. po_ áp suất trên bề mặt thoáng, n/m2. δ_sức căng bề mặt thoáng,n/m2. ρh _ mật độ hơi trên cột dịch thể trong ống mao dẫn, kg/m3. ρo _ mật độ dịch thể, kg/m3. Như vậy, trong hệ thống sấy nóng có hai cách để tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường. Cách thứ nhất là giảm phân áp suất của tác nhân sấy bằng cách đốt nóng nó và cách thứ hai là tăng phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy [10] [11]. Như vậy, nhờ đốt nóng cả tác nhân sấy và vật liệu sấy hay chỉ đốt nóng vật liệu sấy mà hiệu phân áp giữa hơi nước trên bề mặt vật (pab) và phân áp của hơi nước tác nhân sấy (p am) tăng dần đến làm tăng quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và đi vào môi trường. [11]. Dựa vào phương thức cấp nhiệt cho vật liệu sấy người ta phân ra phương pháp sấy nóng ra các loại như sau:  Hệ thống sấy đối lưu Trong hệ thống sấy đối lưu, vật liệu sấy nhận nhiệt bằng đối lưu từ một dịch thể nóng mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò. Các tác nhân sấy được đốt nóng rồi vận chuyển đến trao đổi nhiệt với vật sấy. Hệ thống sấy đối lưu như vậy có nhiều phương pháp để thực hiện: sấy buồng, sấy hầm, sấy khí động, sấy thùng quay, ... [10].  Hệ thống sấy tiếp xúc Trong hệ thống sấy tiếp xúc, vật sấy được trao đổi nhiệt với một bề mặt đốt nóng. Bề mặt tiếp xúc với vật sấy có thể là bề mặt vật rắn hay vật lỏng. Nhờ đó người ta làm tăng sự chênh lệch áp suất hơi nước. Các phương pháp thực hiện có thể là sấy kiểu trục cán, sấy kiểu lô quay, sấy dầu,... [10].  Hệ thống sấy bức xạ Vật sấy được nhận nhiệt từ nguồn bức xạ để ẩm dịch chuyển từ trong lòng vật ra bề mặt và từ bề mặt ẩm khuếch tán vào môi trường. Nguồn bức xạ thường dùng là đèn hồng ngoại, dây hay thanh điện trở. Sấy bức xạ có thể tiến hành trong điều kiện tự nhiên hay trong buồng kín [10].  Hệ thống sấy dùng điện cao tần Hệ thống sấy này sử dụng năng lượng điện có tầng số cao để làm nóng vật sấy. Vật sấy được đặt trong từ trường điện từ do vậy trong vật xuất hiện dòng điện và dòng điện này nung nóng vật cần nung. Hệ thống này thường sấy các vật mềm và thời gian nung ngắn [10]. - Ưu điểm của phương pháp sấy ở nhiệt độ cao: + thời gian sấy bằng các phương pháp sấy nóng ngắn hơn so với phương pháp sấy lạnh. + năng suất cao và chi phí ban đầu thấp. + nguồn năng lượng sử dụng cho phương pháp sấy nóng có thể là khói thải, hơi nước nóng, hay các nguồn nhiệt từ dầu mỏ, than đá, rác thải,... cho đến điện năng. + thời gian làm việc của hệ thống cũng rất cao. - Nhược điểm của hệ thống sấy ở nhiệt độ cao: + các vật sấy không cần có các yêu cầu đặc biệt về nhiệt độ. + sản phẩm sấy thường hay bị biến màu và chất lượng không cao. Hình 1.1: Hệ thống sấy nóng - Sấy đối lưu DSDL - 3 1.1.2.2. Phương pháp sấy lạnh Khác với phương pháp sấy nóng, để tạo ra sự chênh lệch áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, người ta giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy bằng cách giảm dung ẩm trong tác nhân sấy và độ ẩm tương đối (φ) theo công thức : [11]. Bd pa = 0 ,622+d (1.2) Trong đó: pa_ phân áp suất hơi nước, kn/m2. b_ áp suất khí trời, kn/m2. d_ dung ẩm trong không khí. Phân áp suất của môi trường không khí bên ngoài giảm xuống, độ chênh áp suất của ẩm trong vật sấy vào môi trường xung quanh tăng lên. Ẩm chuyển dịch từ trong vật ra bề mặt sẽ chuyển vào môi trường. Nhiệt độ môi trường của sấy lạnh thường thấp (có thể thấp hơn nhiệt dộ của môi trường bên ngoài, có khi nhỏ hơn 0oc) [11].  Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 0 Với những hệ thống sấy mà nhiệt độ vật liệu sấy cũng như nhiệt độ tác nhân sấy xấp xỉ nhiệt độ môi trường, tác nhân sấy thường là không khí được khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh hoặc bằng các máy khử ẩm hấp phụ, sau đó nó được đốt nóng hoặc làm lạnh đến các nhiệt Hình 1.2: Hệ thống sấy lạnh (sấy bơm nhiệt) DSL-04 độ yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu sấy. Khi đó do phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy bé hơn phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy mà ẩm từ dạng lỏng bay hơi đi vào tác nhân sấy. Như vậy, quy luật dịch chuyển ẩm trong lòng vật và từ bề mặt vật vào môi trường trong các hệ thống sấy lạnh loại này hoàn toàn giống như trong các hệ thống sấy nóng. Điều khác nhau ở đây là cách giảm pam bằng cách đốt nóng tác nhân sấy (d = const) để tăng áp suất bão hoà dẫn đến giảm độ ẩm tương đối φ. Trong khi đó, với các hệ thống sấy lạnh có nhiệt độ tác nhân sấy bằng nhiệt độ môi trường thì ta sẽ tìm cách giảm phân áp suất hơi nước của tác nhân sấy pam bằng cách giảm lượng chứa ẩm d kết hợp với quá trình làm lạnh (sau khử ẩm bằng hấp phụ) hoặc đốt nóng (sau khử ẩm bằng lạnh) [10][11].  Hệ thống sấy thăng hoa Phương pháp sấy thăng hoa được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp. Chế độ làm việc thấp hơn điểm ba thể của nước (t = 0,00980c, p = 4,58mmhg). Quá trình sấy được thực hiện trong một buồng sấy kín. Giai đoạn đầu là giai đoạn làm lạnh sản phẩm, trong giai .3: Hệ thống sấy thăng hoa DS-9 (Version 3) Hình 1 đoạn này do hút chân không làm áp suất trong buồng sấy giảm, ẩm thoát ra chiếm khoảng 10÷15% [8]. Việc bay hơi ẩm làm cho nhiệt độ vật liệu sấy giảm xuống dưới điểm ba thể, có thể làm lạnh vật liệu trong buồng làm lạnh riêng. Giai đoạn tiếp theo là giai đoạn thăng hoa, lúc này, nhiệt độ trong buồng sấy đã ở chế độ thăng hoa. Ẩm trong vật dưới dạng rắn sẽ thăng hoa thành hơi và thoát ra khỏi vật. Hơi ẩm này sẽ đến bình ngưng và ngưng lại thành lỏng sau đó thành băng bám trên bề mặt ống. Trong giai đoạn này nhiệt độ vật không đổi. Giai đoạn sau cùng là giai đoạn bay hơi ẩm còn lại. Trong giai đoạn này nhiệt độ của vật tăng lên, ẩm trong vật là ẩm liên kết và ở trạng thái lỏng. Quá trình sấy ở giai đoạn này giống như quá trình sấy ở các thiết bị sấy chân không thông thường. Nhiệt độ môi chất trong lúc này cũng cao hơn giai đoạn thăng hoa [8] [10] [11]. Ưu điểm của phương pháp sấy thăng hoa là nhờ sấy ở nhiệt độ thấp nên giữ được các tính chất tươi sống của sản phẩm, nếu dùng để sấy thực phẩm sẽ giữ được chất lượng và hương vị của sản phẩm, không bị mất các vitamin. Tiêu hao năng lượng để bay hơi ẩm thấp. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là giá thành thiết bị cao, vận hành phức tạp, người vận hành cần có trình độ kỹ thuật cao, tiêu hao điện năng lớn., số lượng sản phẩm cần sấy bị giới hạn , không thể tăng năng suất vì kích thước buồng sấy quá lớn, các thiết bị cho buồng chân không cũng cần được kín. Dầu bôi trơn cho các máy móc hoạt động cũng là loại đặc biệt, đắt tiền và khó kiếm để thay thế, bổ sung [8].  Hệ thống sấy chân không Hệ thống sấy chân không gồm có buồng sấy, thiết bị ngưng tụ và bơm chân không. Vật sấy được cho vào trong một buồng kín, sau đó buồng này được hút chân không (ở áp suất lớn hơn 4,56 mmhg). Lượng ẩm trong vật được tách ra khỏi vật và được hút ra ngoài. Nhiệt độ trong buồng sấy dao động xung quanh nhiệt độ ngoài trời. Phương pháp này phức tạp bởi khả năng giữ buồng chân không, thể tích luôn giới hạn đến mức độ nào đó. Chính vì vậy phương pháp này không được sử dụng phổ biến như các phương pháp khác mà chỉ được sử dụng để sấy các vật liệu, dược liệu quý hiếm, với số lượng nhỏ [10] [11]. Hình 1.4: Hệ thống máy sấy chân không nhiệt độ thấp DSV-xx tự động điều khiển bằng IoT  Lựa chọn phương pháp sấy: sau khi tìm hiểu tổng quan về các quá trình sấy, nhóm nhận thấy quá trình sấy chân không đáp ứng được các nhu cầu về chất lượng của nguyên liệu và phù hợp với điều kiện kinh tế. Do đó, chúng tôi chọn sấy chân không kết hợp nhiệt độ thấp cho vật liệu sấy là chế phẩm sinh học chitosan oligosaccharide (COS). 1.1.3. Phương pháp sấy chân không Phương pháp sấy chân không được áp dụng để sấy các loại vật liệu có chứa nhiều hàm lượng tinh dầu, hương hoa, dược phẩm; các nông sản thực phẩm có yêu cầu nhiệt độ sấy thấp nhằm giữ nguyên chất lượng và màu sắc, không gây phá hủy, biến tính các chất; và đặc biệt phương pháp sấy chân không được dùng để sấy các loại vật liệu khô chậm khó sấy (như gỗ sồi, gỗ giẻ...), các loại gỗ quí nhằm mang lại chất lượng sản phẩm sấy cao đáp ứng được các yêu cầu sử dụng trong và ngoài nước, rút ngắn đáng kể thời gian sấy,và đặc biệt là có khả năng tiến hành sấy ở nhiệt độ sấy thấp hơn nhiệt độ môi trường. Do đó sản phẩm sấy chân không giữ được hầu như đầy đủ các tính chất ban đầu của vật liệu, sản phẩm bảo quản lâu và ít bị tác động bởi điều kiện bên ngoài [10] [11]. Tuy có nhiều ưu điểm nhưng phương pháp sấy chân không vẫn còn chưa được sử dụng phổ biến trong công nghệ sấy nước nhà. Bởi do giá thành thiết bị cao, vận hành phức tạp, rất khó đảm bảo độ kín cho một hệ thống chân không lớn. Do đó phương pháp sấy này chỉ được áp dụng với quy mô nhỏ, dùng sấy những loại vật liệu quí hiếm, khô chậm, khó sấy và có yêu cầu cao về chất lượng. Một hệ thống sấy chân không thường được cấu tạo từ buồng sấy, thiết bị ngưng tụ và bơm chân không. Nguyên lý cơ bản của phương pháp sấy chân không đó là sự phụ thuộc vào áp suất điểm sôi của nước. Nếu làm giảm (hạ thấp) áp suất trong một thiết bị chân không xuống đến áp suất mà ở đấy nước trong vật bắt đầu sôi và bốc hơi sẽ tạo nên một dòng chênh lệch áp suất đáng kể dọc theo bề mặt vật, làm hình thành nên một dòng ẩm chuyển động trong vật liệu theo hướng từ trong ra bề mặt vật. Điều này có nghĩa là ở một áp suất nhất định nước sẽ có một điểm sôi nhất định, do vậy khi hút chân không sẽ làm cho áp suất trong vật giảm đi và đến mức nhiệt độ vật (cũng là nhiệt độ của nước trong vật) đạt đến nhiệt độ sôi của nước ở áp suất đấy, nước trong vật sẽ hóa hơi và làm tăng áp suất trong vật và tạo nên một chênh lệch áp suất hơi p = (pbh- ph) giữa áp suất bão hòa hơi nước trên bề mặt vật và phân áp suất hơi nước trong môi trường đặt vật sấy, đây chính là nguồn động lực chính tạo điều kiện thúc đẩy quá trình di chuyển ẩm từ bên trong vật ra ngoài bề mặt bay hơi của quá trình sấy chân không. Và ở đấy, dưới điều kiện chân không, quá trình bay hơi diễn ra nhanh chóng và qua đó quá trình khô vật sẽ rất nhanh, thời gian sấy giảm xuống đáng kể. Bên cạnh đó, nhờ chỉ sấy ở nhiệt độ thấp (có thể thấp hơn nhiệt độ môi trường) nên nhiều tính chất đặc trưng ban đầu: tính chất sinh học, hương vị, màu sắc, hình dáng của sản phẩm được giữ lại gần như đầy đủ. Sản phẩm sấy chân không bảo quản lâu dài và ít bị tác động bởi môi trường [8] [10] [11]. Chế độ sấy: tùy thuộc vào đặc tính, tính chất của từng loại vật liệu sấy sẽ ảnh hưởng đến tốc độ sấy mà ta cần quan tâm xem xét để chọn các thông số áp suất, nhiệt độ thích hợp cho từng loại vật liệu sấy. Một số đơn vị của áp suất thường gặp trong kỹ thuật chân không: 1 pa = 1 n/m2 1 mmhg = 133,32 n/m2 1 mmh2o = 9,8 n/m2 1 bar = 105 n/m2 1 at = 9,8.105 n/m2 = 1 kg/cm2 = 10 mh2o. 1 torr = 1 mmhg Phương pháp cấp nhiệt: trong buồng sấy chân không, đối tượng sấy thường được gia nhiệt bằng phương pháp tiếp xúc hoặc bức xạ. Với phương pháp cấp nhiệt bằng tiếp xúc, đối tượng sấy được đặt trực tiếp lên nguồn nhiệt hoặc tiếp xúc với nguồn nhiệt qua những tấm vật liệu dẫn nhiệt tốt. Nguồn năng lượng nhiệt có thể là điện năng hoặc hơi nước nóng. Để nâng cao hiệu quả truyền nhiệt cần tạo điều kiện tiếp xúc tốt giữa đối tượng sấy và bề mặt dẫn nhiệt [10] [11]. Cấp nhiệt bằng bức xạ là phương thức cấp nhiệt cho đối tượng sấy có hiệu quả cao, đang được sử dụng rộng rãi. Bởi bức xạ không chỉ tạo được một dòng cấp nhiệt lớn trên bề mặt vật (khoảng 20 ¿ 100 lần so với dòng nhiệt cấp do đối lưu), mà còn xuyên sâu vào lòng đối tượng một lớp nhất định (phụ thuộc vào đặc tính quang học của nguồn và đối tượng) [10] [11]. Dòng năng lượng bức xạ Q chiếu vào đối tượng bị phản xạ một phần qr, hấp thụ một phần qa, và phần còn lại xuyên qua đối tượng q d. Tỉ lệ QR =R Q ; QA =A Q ; QD =D Q được gọi là độ phản xạ, độ hấp thụ, và QR X QR độ xuyên suốt của đối tượng [10] [11]. Năng lượng bức xạ có hiệu quả nhiệt lớn nhất là bức xạ hồng ngoại. Vì với bức xạ hồng ngoại các đối tượng có độ hấp Q QA thụ lớn nhất. Sơ đồ bức xạ hồng ngoại lên đối tượng có bề dày x được thể hiện ở hình 1.5. Nguồn năng lượng bức xạ hồng ngoại thường là các sợi đốt của đèn điện hoặc các vật liệu rắn khác được đốt nóng đến QD một nhiệt độ nhất định. Muốn chọn nguồn bức xạ có hiệu quả cao để cấp nhiệt cần phải hiểu biết đặc tính quang học của đối tượng sấy. Nguồn bức xạ cần chọn có độ chiếu cực đại ở bước sóng mà tại điểm đó đặc tính hấp thụ nhiệt của đối tượng sấy là lớn nhất [11]. 1.1.4. Tĩnh học của quá trình sấy 1.1.4.1. Sơ đồ hệ thống sấy Ở đây, quá trình sấy sử dụng tác nhân sấy là không khí, được thể hiện qua hình 1.2: Hình 1.6: Sơ đồ sấy bằng không khí [8] Ban đầu, vật liệu sấy có khối lượng G1 và độ ẩm cao W1 được đưa vào thiết bị. Không khí bên ngoài ở trạng thái 0 với lưu lượng L0, nhiệt độ t0 và độ ẩm φ 0 được đưa vào thiết bị với trạng thái (1), qua bộ phận đốt nóng Calorifer lên trạng thái (2) có nhiệt độ t2 sau đó đi qua nguyên liệu, trao đổi nhiệt và ẩm sau đó chuyển sang trạng thái (3) với nhiệt độ t3, đi qua quạt hút và thải ra ngoài. Nguyên liệu sau khi trao đổi nhiệt và ẩm với tác nhân sấy, ta thu được sản phẩm với khối lượng G2 và độ ẩm mong muốn W2 [8] [11] [17]. 1.1.4.2. Quá trình sấy lý thuyết Với quá trình sấy lý thuyết, nhiệt bổ sung vào luôn bằng nhiệt tổn thất, do đó Qs = Qbs hay ∆=0 [8]. Hình 1.7: Mô tả quá trình sấy lý thuyết[8] Hình 1.8: Mô tả quá trình sấy thực tế [8]