Tài liệu Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phương pháp sấy chân không

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẤY HÀNH LÁ BẰNG PHƢƠNG PHÁP SẤY CHÂN KHÔNG CÁN BỘ HƢỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN Ts. Nguyễn Văn Cƣơng Huỳnh Minh Tuấn (MSSV: 1107731) Ngành: Cơ khí chế biến - Khóa: 36 Cần thơ, tháng 5/2014 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc ===== oOo ===== Cần Thơ, ngày …… tháng …….. năm 2014 PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HK2 - NĂM HỌC: 2013 - 2014 1. Họ và tên sinh viên: Huỳnh Minh Tuấn Ngành: 2. Tên đề tài: MSSV: 1107731 Cơ khí chế biến. Khóa: 36 Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phƣơng pháp sấy chân không. 3. Thời gian thực hiện: HK2, 2013-2014. Từ 13 / 01 /2014 đến / /2014 4. Cán bộ hƣớng dẫn: Nguyễn Văn Cƣơng 5. Địa điểm thực hiện: Khoa Công Nghệ - ĐHCT 6. Mục tiêu của đề tài:  Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu động học quá trình sấy hành bằng phƣơng pháp sấy chân không, nhằm tìm ra chế độ sấy thích hợp.  Mục tiêu cụ thể: a. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết sấy chân không. b. Nghiên cứu và thiết kế bố trí thí nghiệm sấy hành lá. c. Nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố chân không và nhiệt độ đến động học quá trình sấy hành lá. d. So sánh đánh giá cảm quan sản phẩm hành sấy. e. Đề xuất quy trình sấy hành thích hợp. 7. Giới hạn của đề tài: Thực hiện thí nghiệm trên thiết bị sấy có sẵn ở PTN. 8. Các yêu cầu hỗ chợ cho việc thực hiện đề tài: các dụng cụ đo ở phòng thí nghiệm máy và thiết bị chế biến thực phẩm, gia công chế tạo tại Xƣởng Cơ khí – Khoa Công Nghệ. 9. Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài................................. đồng. Bộ môn Cán bộ hƣớng dẫn Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Cƣơng ........................... Huỳnh Minh Tuấn Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phương pháp sấy chân không NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… SVTH: Huỳnh Minh Tuấn MSSV: 1107731 i CBHD: Ts. Nguyễn Văn Cƣơng Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phương pháp sấy chân không NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… SVTH: Huỳnh Minh Tuấn MSSV: 1107731 ii CBHD: Ts. Nguyễn Văn Cƣơng Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phương pháp sấy chân không NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… SVTH: Huỳnh Minh Tuấn MSSV: 1107731 iii CBHD: Ts. Nguyễn Văn Cƣơng Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phương pháp sấy chân không LỜI CÁM ƠN Trƣớc tiên em xin cám ơn cha mẹ đã sinh thành và dƣỡng dục em. Luôn ủng hộ, khích lệ và tạo mọi điều kiện tốt nhất trên con đƣờng học vấn của em. Em xin chân thành cám ơn T.s Nguyễn Văn Cƣơng, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đề tài. Đồng cảm ơn thầy Đặng Thành Công, thầy Phạm Phi Long đã theo sát em trong quá trình thí nghiệm, giúp đỡ em hoàn thành đề tài. Cám ơn toàn thể các thầy cô đã trang bị cho em những kiến thức hết sức thiết thực, đó là những hành trang vô cùng quý giá để em bƣớc vào đời. Cám ơn các bạn cùng lớp Cơ Khí Chế Biến Khóa 36 đã giúp đỡ trong khoảng thời gian vừa qua. Cần thơ, tháng 05 năm 2014 Sinh viên thực hiện Huỳnh Minh Tuấn SVTH: Huỳnh Minh Tuấn MSSV: 1107731 iv CBHD: Ts. Nguyễn Văn Cƣơng Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phương pháp sấy chân không LỜI GIỚI THIỆU Sấy là một trong những lĩnh vực nghiên cứu quan trọng của sinh viên ngành kỹ thuật đặt biệt đối với sinh viên ngành cơ khí chế biến, đồng thời nó cũng đóng vai trò quan trọng trong thực tế sản xuất, chế biến và bảo quản nông sản, thực phẩm. Vì vậy hiểu biết và nắm đƣợc lý thuyết sấy, để vận dụng một cách linh hoạt và hiệu quả vào đời sống đóng một vai trò quan trọng đối với sinh viên kỹ thuật. Hiện nay việc chế biến và bảo quản nông sản, thực phẩm ngày càng đƣợc đầu tƣ và phát triển. Việc lựa chọn một công nghệ sấy thích hợp vào chế biến và bảo nông sản là cần thiết, để nắm đƣợc cơ sở lý thuyết và hiểu hơn về lĩnh vực sấy, từ đó em thực hiện đề tài nghiên cứu quy trình sấy hành lá bằng công nghệ sấy chân không. Từ đó đề ra điều kiện sấy tối ƣu đối với hành lá. SVTH: Huỳnh Minh Tuấn MSSV: 1107731 v CBHD: Ts. Nguyễn Văn Cƣơng Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phương pháp sấy chân không MỤC LỤC CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG ................................................................................. 1 1.1 Giới thiệu về hành lá ................................................................................................... 1 1.1.1 Tình hình chế biến hành lá ....................................................................................... 1 1.1.2 Thành phần đặc tính của hành lá .............................................................................. 1 1.2 Công nghệ sấy chân không.......................................................................................... 2 CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT SẤY ........................................................................ 3 2.1 Tác nhân sấy ............................................................................................................... 3 2.1.1 Không khí ẩm ......................................................................................................... 3 2.1.2 Khói lò ..................................................................................................................... 3 2.1.2.1 Ƣu điểm của sấy bằng khói lò ......................................................................... 4 2.1.2.2 Nhƣợc điểm của sấy bằng khói lò .................................................................. 4 2.1.3 Sấy chân không ........................................................................................................ 5 2.2 Vật liệu ẩm ................................................................................................................. 5 2.2.1 Các đặc trƣng trạng thái ẩm của vật liệu ................................................................... 6 2.2.2 Phân loại vật liệu ẩm và đặt tính xốp của nó ............................................................. 6 2.2.2.1 Vật liệu keo .................................................................................................... 6 2.2.2.2 Vật liệu xốp mao dẫn ...................................................................................... 7 2.2.2.3 Vật liệu keo xốp mao dẫn .............................................................................. 7 2.2.3 Ẩm trong vật liệu .............................................................................................. 7 2.3 Tĩnh học và động học của quá trình sấy ...................................................................... 9 2.4 Các phƣơng pháp sấy ................................................................................................ 10 2.4.1 Sấy đối lƣu ............................................................................................................. 10 2.4.2 Sấy tiếp xúc ........................................................................................................... 11 SVTH: Huỳnh Minh Tuấn MSSV: 1107731 vi CBHD: Ts. Nguyễn Văn Cƣơng Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phương pháp sấy chân không 2.4.3 Sấy tầng sôi ............................................................................................................ 11 2.4.4 Sấy thăng hoa ......................................................................................................... 12 2.4.5 Sấy chân không ...................................................................................................... 13 2.5 Ảnh hƣởng của quá trình sấy đến chất lƣợng sản phẩm ............................................. 14 2.5.1 Ảnh hƣởng tới cấu trúc .......................................................................................... 14 2.5.2 Ảnh hƣởng tới màu sắc .......................................................................................... 15 CHƢƠNG III: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ................................... 16 3.1 Vật liệu thí nghiệm ................................................................................................... 16 3.2 Thiết bị thí nghiệm .................................................................................................... 16 3.2.1 Thiết bị sấy chân không ......................................................................................... 16 3.2.2 Cân điện tử (TE313S) ............................................................................................ 17 3.2.3 Cân phân tích ẩm (MX-50) .................................................................................... 17 3.2.4 Máy sấy đối lƣu khí nóng ....................................................................................... 18 3.3 Xác định đặc tính động học của quá trình sấy............................................................ 19 3.4 Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm sấy ............................................................................ 19 3.5 Phƣơng pháp sấy chân không .................................................................................... 21 3.6 Phƣơng pháp sấy đối lƣu khí nóng ............................................................................ 21 3.7 ..........................................................................Sơ đồ quy trình thí nghiệm sấy hành lá ....................................................................................................................................... 22 CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................................. 23 4.1 Đƣờng cong động học sấy ......................................................................................... 23 4.1.1 Các đồ thị đƣờng cong sấy ..................................................................................... 23 4.1.1.1 Đồ thị đƣờng cong sấy chân không ............................................................... 23 4.1.1.2 Đƣờng cong tốc độ sấy ................................................................................. 24 4.2 Sự ảnh hƣởng của áp suất chân không đến quá trình sấy hành lá ............................... 25 4.3 Sự ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình sấy hành lá ................................................ 27 4.4 Kết quả điều kiện sấy thích hợp ................................................................................ 30 4.5 Nhận xét đánh giá cảm quan các mẫu hành lá thí nghiệm .......................................... 32 SVTH: Huỳnh Minh Tuấn MSSV: 1107731 vii CBHD: Ts. Nguyễn Văn Cƣơng Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phương pháp sấy chân không 4.5.1 Phƣơng pháp đánh giá cảm quan ............................................................................ 35 4.5.2 Kết luận đánh giá ................................................................................................... 35 4.6 So sánh sấy chân không với phƣơng pháp sấy thông thƣờng .................................... 36 4.6.1 So sánh đƣờng cong động học của hai quá trình sấy ............................................... 36 4.6.1.1 So sánh đƣờng cong giảm ẩm của 2 phƣơng pháp sấy .................................. 36 4.6.1.2 So sánh đƣờng cong tốc độ sấy ..................................................................... 37 4.6.2 So sánh bằng phƣơng pháp đánh giá cảm quan ...................................................... 37 4.6.3 So sánh chung ........................................................................................................ 37 CHƢƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................. 39 5.1 Kết luận .................................................................................................................... 39 5.2 Kiến nghị .................................................................................................................. 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 40 PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 41 SVTH: Huỳnh Minh Tuấn MSSV: 1107731 viii CBHD: Ts. Nguyễn Văn Cƣơng Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phương pháp sấy chân không CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu về hành lá 1.1.1 Tình hình chế biến hành lá Hiện nay quy mô chế biến hành lá ngày càng mở mộng do quá trình sản xuất đƣợc công nghiệp hóa, kéo theo đó là diện tích trồng hành tăng lên ngày càng nhiều. Diện tích đất trồng hành ngày càng đƣợc mở rộng nên giá của hành lá không cao rất thuận lợi cho thu mua và chế biến. Hành lá là gia vị không thể thiếu trong các món ăn của gia đình nên thị trƣờng tiêu thụ trong nƣớc rất rộng. Hành lá sấy khô là gia vị chế biến vào các món ăn, dễ bảo quản, thời gian sử dụng dài ngày vận chuyển nhiều nơi thuận tiện trong và ngoài nƣớc cũng nhƣ xuất khẩu. Hành lá sấy khô thƣờng xuất sang thị trƣờng Nga, các công ty mì ăn liền và một số công ty thực phẩm truyền thống trong nƣớc. 1.1.2 Thành phần đặc tính của hành lá Cả hành lá và hành khô có chứa chất chống oxy hóa, vitamin, khoáng chất và chất xơ, có lợi cho sức khỏe. Ngoài ra, chúng còn chứa rất ít calo. Nghiên cứu cho thấy hành lá giúp giảm cholesterol, chống vi khuẩn, virus và nấm trong cơ thể. Tƣơng tự nhƣ vậy, hành khô cũng có ít cholesterol. Tiêu thụ hai loại thực phẩm này còn làm giảm nguy cơ đột quỵ tim, nguy cơ bị bệnh tiểu đƣờng. Hình 1.1: Hành lá. SVTH: Huỳnh Minh Tuấn MSSV: 1107731 1 CBHD: Ts. Nguyễn Văn Cƣơng Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phương pháp sấy chân không 1.2 Công nghệ sấy chân không Sấy chân không lá quá trình sấy sản phẩm ở điều kiện áp suất chân không. Sấy chân không đƣợc sử dụng trong sấy các sản phẩm thực phẩm ở nhiệt độ thấp, giữ đƣợc hình dạng, màu sắc, thành phần, chất lƣợng của sản phẩm sau khi sấy. Việc nghiên cứu ứng dụng sấy chân không trong sấy hành lá vẫn chƣa có nhiều kết quả công bố, đặc biệt là ở Việt Nam và đồng bằng sông Cửu Long. Nghiên cứu này nhằm mục đích nghiên cứu áp dụng phƣơng pháp sấy chân không để nghiên cứu động học quá trình sấy hành lá, thông qua đƣờng cong giảm ẩm khi sấy, đƣờng cong tốc độ sấy, nghiên cứu các yếu tố áp suất chân không và nhiệt độ ảnh hƣởng đến động học quá trình sấy hành lá; so sánh công nghệ sấy chân không với công nghệ sấy truyền thống bằng không khí nóng. Từ đó, chọn lọc điều kiện sấy chân không thích hợp cho sản phẩm hành lá. Từ những mục tiêu đặc ra, nhiệm vụ cụ thể của đề tài là: - Nghiên cứu đặc tính và nhu cầu tiêu thụ của hành. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết sấy và khả năng ứng dụng của công nghệ sấy chân không. - Nghiên cứu động học quá trình sấy hành lá bằng phƣơng pháp sấy chân không. - Xây dựng phƣơng pháp bố trí thí nghiệm sấy hành. - Xử lý, phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm. SVTH: Huỳnh Minh Tuấn MSSV: 1107731 2 CBHD: Ts. Nguyễn Văn Cƣơng Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phương pháp sấy chân không CHƢƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT SẤY Sấy là quá trình tách pha lỏng ra khỏi vật bằng phƣơng pháp nhiệt. Phơi nắng là phƣơng pháp sấy tự nhiên truyền thống nhƣng luôn chịu ảnh hƣởng của thời tiết, vì vậy trong công nghiệp luôn áp dụng sấy nhân tạo. 2.1 Tác nhân sấy Tác nhân sấy là môi chất vận chuyển ẩm ra khỏi vật liệu sấy. Trong quá trình sấy ẩm thoát ra ngoài ngày càng tăng, nhƣng đến một thời điểm nhất định sẽ đạt trạng thái cân bằng giữa môi trƣờng trong buồng sấy và vật sấy, quá trình bay hơi ẩm sẽ ngừng lại. Trong sấy vật liệu ẩm bằng phƣơng pháp đối lƣu, ngƣời ta thƣờng dùng các môi chất sau làm tác nhân sấy: không khí ẩm, khói lò, các loại khí trơ và hơi nƣớc quá nhiệt. 2.1.1 Không khí ẩm Không khí là loại tác nhân sấy có sẵn trong tự nhiên. Không khí bao gồm các chất chủ yếu sau: Oxygen (O2, 20,95%) và Nitrogen (N2, 70,08%) cộng với một lƣợng nhỏ các khí khác nhƣ Argon (Ar, 0,93%), Carbon dioxide (CO2, 0,03%) và Neon (Ne, 0,0018%), các tỷ lệ % này tính theo trọng lƣợng và có thể thay đổi ít nhiều tùy điều kiện môi trƣờng, vị trí địa lý… Trong không khí có chứa 1 lƣợng hơi nƣớc nhất định nên đƣợc gọi là không khí ẩm, đƣợc thể hiện bằng độ ẩm trong không khí tỉ số trọng lƣợng hơi nƣớc chứa trong không khí luôn nhỏ hơn 1/10. Tính chất của không khí đƣợc thể hiện bởi các thông số sau: nhiệt độ của không khí, độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm tƣơng đối, lƣợng chứa ẩm, mật độ không khí ẩm, nhiệt dung riêng trung bình, enthalpy. 2.1.2 Khói lò Khói lò là tác nhân sấy phổ biến, trực tiếp cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy, và mang ẩm thải ra môi trƣờng bên ngoài (sấy trực tiếp), hoặc là nguồn cung cấp gián tiếp để làm nóng tác nhân sấy (trong calorifer khí – khói). Nhƣ vậy nếu biết enthalpy, lƣợng chứa ẩm SVTH: Huỳnh Minh Tuấn MSSV: 1107731 3 CBHD: Ts. Nguyễn Văn Cƣơng Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phương pháp sấy chân không φ, nhiệt độ t của khói lò, ngƣời ta có thể xem khói lò là 1 dạng không khí ẩm tƣơng đƣơng, và có thể sử dụng đồ thi I - d để xác định. Khói lò là sản phẩm của quá trình đốt cháy một chất nào đó. Khối lƣợng, thành phần và các thông số trạng thái của khói lò phụ thuộc vào thành phần của chất đốt cháy. Hình 2.1. Khói lò 2.1.2.1 Ƣu điểm của sấy bằng khói lò - Có thể điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy trong một khoảng rộng, có thể sấy ở nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp. - Cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo, lắp đặt. - Đầu tƣ vốn ít mà không cần dùng calorife. - Giảm tiêu hao điện năng, do giảm trở lực hệ thống. - Năng cao khả năng sử dụng nhiệt của thiết bị. 2.1.2.2 Nhƣợc điểm của sấy bằng khói lò - Gây bụi bẩn cho thiết bị và sản phẩm. - Có thể xảy ra hỏa hoạn và các phản ứng hóa học không cần thiết gây ảnh hƣởng tới chất lƣợng sản phẩm - Trong công nghiệp thực phẩm khói lò thƣờng ít đƣợc sử dụng. Trong một số trƣờng hợp có thể dùng sấy một số loại nông sản. SVTH: Huỳnh Minh Tuấn MSSV: 1107731 4 CBHD: Ts. Nguyễn Văn Cƣơng Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phương pháp sấy chân không - Khi nhiên liệu cháy, trong khói lò chứa một lƣợng đáng kể lƣu huỳnh và hợp chất của lƣu huỳnh có tính độc hại. Do đó không đƣợc sấy trực tiếp với sản phẩm có tính hấp thụ cao. 2.1.3 Sấy chân không Quá trình sấy là một quá trình tổng hợp 3 quá trình vật lý cơ bản: quá trình mao dẫn, quá trình bay hơi trên bề mặt và quá trình khuếch tán ẩm. Khi độ ẩm của vật liệu lớn hơn điểm bão hòa, quá trình mao dẫn chủ yếu là việc duy chuyển ẩm vật liệu. Khi vật liệu khô dần, độ ẩm của vật liệu giảm xuống dƣới điểm bão hòa, quá trình di chuyển ẩm trong vật liệu là quá trình khuếch tán đơn thuần.  Quá trình bay hơi nƣớc bề mặt vật liệu ẩm: đƣợc xem nhƣ là quá trình bay hơi nƣớc trên bề mặt tự do, phụ thuộc vào điều kiện vật lí giữa không khí và nƣớc. Tốc độ bay hơi của nƣớc vào không khí phụ thuộc vào sự chênh lệch áp suất của hơi nƣớc trên bề mặt vật ph và phần áp suất hơi nƣớc của môi trƣờng đặt vật p0.  Quá trình mao dẫn là quá trình duy chuyển ẩm bên trong ra bề mặt vật liệu. Quá trình mao dẫn nhanh hay chậm phụ thuộc vào áp suất mao dẫn lớn hay nhỏ.  Động lực của quá trình dịch chuyển dòng ẩm trong vật liệu: khi sấy vật liệu, phần ẩm bên trong dịch chuyển ra bên ngoài bề mặt, sau đó nƣớc sẽ khuếch tán ra môi trƣờng sấy. Tuy nhiên, mức độ dịch chuyển ẩm từ trong ra ngoài chậm hơn so với tốc độ của ẩm bay hơi trên bề mặt vật liệu nên lớp vật liệu ngoài mặt khô nhanh hơn lớp vật liệu bên trong. Độ chênh lệch áp suất hơi nƣớc bên trong vật liệu và áp suất hơi nƣớc môi trƣờng sấy đƣợc xem là động lực thúc đẩy tốc độ dịch chuyển trong vật liệu sấy. 2.2 Vật liệu ẩm Vật liệu ẩm là đối tƣợng của quá trình sấy. Trong quá trình sấy cần tách một lƣợng nƣớc nhất định ra khỏi vật liệu. Trạng thái ẩm của vật liệu đƣợc biểu thị qua: độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm cân bằng, độ chứa ẩm và nồng độ ẩm. SVTH: Huỳnh Minh Tuấn MSSV: 1107731 5 CBHD: Ts. Nguyễn Văn Cƣơng Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phương pháp sấy chân không 2.2.1 Các đặc trƣng trạng thái ẩm của vật liệu a) Độ ẩm tuyệt đối Độ ẩm tuyệt đối (w0) là tỉ số giữa khối lƣợng ẩm chứa trong vật với khối lƣợng vật khô tuyệt đối. Nếu ký hiệu Ga (kg) là khối lƣợng ẩm chứa trong vật liệu, và Gk (kg) là khối lƣợng chất khô, ta có: w0 = Ga .100 % Gk Độ ẩm tuyệt đối có giá trị từ 0 đến  . Khi w0 = 0 đó là vật khô tuyệt đối, w =  thì vật chỉ chứa toàn nƣớc. b) Độ ẩm toàn phần Độ ẩm toàn phần còn gọi là độ ẩm tƣơng đối (w). Đây là tỉ số giữa khối lƣợng ẩm chứa trong vật với khối lƣợng của toàn bộ vật liệu ẩm c) Độ ẩm cân bằng Vật liệu có khả năng trao đổi ẩm với môi trƣờng xung quanh thực hiện quá trình hút hoặc nhả ẩm để đạt trạng thái cân bằng. Khi ở trạng thái này độ ẩm chứa trong vật là đồng đều và phần áp suất trên bề mặt bằng áp suất hơi nƣớc của môi trƣờng xung quanh, độ ẩm của vật liệu lúc này gọi là độ ẩm cân bằng (w cb). Giá trị wcb phụ thuộc vào tính chất của vật liệu, trạng thái môi trƣờng xung quanh và có ý nghĩa lớn trong kỹ thuật sấy, trong việc bảo quản vật liệu. 2.2.2 Phân loại vật liệu ẩm và đặt tính xốp của nó 2.2.2.1 Vật liệu keo Vật liệu keo là vật có tính dẽo với cấu trúc hạt. Nƣớc hoặc ẩm trong vật liệu ở dạng liên kết hấp thụ và thẩm thấu. Các vật liệu keo khi sấy bị co ngót khá nhiều nhƣng vẫn giữ đƣợc tính dẽo. SVTH: Huỳnh Minh Tuấn MSSV: 1107731 6 CBHD: Ts. Nguyễn Văn Cƣơng Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phương pháp sấy chân không 2.2.2.2 Vật liệu xốp mao dẫn Vật liệu xốp là vật lệu bên trong có khoảng trống rỗng chứa không khí. Khi các khoảng trống này thông với nhau, tạo thành các hang có đƣờng kính rất nhỏ phụ thuộc vào kích thƣớc của vật đƣợc gọi là mao dẫn và đó là vật xốp mao dẫn. Các vật liệu này có khả năng hút mọi chất lỏng dính ƣớt, không phụ thuộc vào thành phần hóa học của chất lỏng. Sau khi sấy khô vật liệu trở nên giòn và có thể vỡ vụn thành bột. 2.2.2.3 Vật liệu keo xốp mao dẫn Đây là vật liệu vừa có tính mao dẫn vừa có tính dẽo. Về cấu trúc các vật này thuộc vật xốp mao dẫn nhƣng về bản chất lại giống vật liệu keo có nghĩa là thành mao dẫn của chúng có tính dẽo, khi hút ẩm thành mao dẫn của chung trƣơng lên, khi sấy khô thì chúng co lại. Đa số các dạng vật liệu sấy đều là dạng vật liệu này. 2.2.3 Ẩm trong vật liệu Trong vật liệu ẩm, phần chất lỏng (ẩm) chủ yếu là nƣớc. Phụ thuộc vào quá trình hình thành và môi trƣờng xung quanh nƣớc có thể tồn tại ở ba dạng: rắn, lỏng, hơi. Trong quá trình sấy cần cung cấp năng lƣợng để đƣa ẩm từ bên trong lòng vật liệu ẩm ra ngoài bề mặt và bay hơi ra môi trƣờng xung quanh. Năng lƣợng tiêu thụ phụ thuộc vào mối liên kết giữa ẩm với vật liệu. Bản chất của liên kết này là hiện tƣợng hấp thụ và hiện tƣợng mao dẫn. 2.2.3.1 Hiện tƣợng hấp thụ Nghiên cứu hiện tƣợng phát triển bề mặt phân chia pha (lỏng – rắn) đối với vật liệu có một ý nghĩa quan trọng. Quá trình sấy cung cấp năng lƣợng cho nƣớc thắng các lực liên kết giữa nƣớc với vật liệu sấy, để dịch chuyển nƣớc từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt ngoài, đi vào tác nhân sấy để thải ra môi trƣờng bên ngoài. Bản chất các liên kết giữa nƣớc và vật liệu gọi là hiện tƣợng hấp thụ. Hấp thụ giữa nƣớc và vật liệu chia làm hai loại: hấp thụ hóa học và hấp thụ vật lí. SVTH: Huỳnh Minh Tuấn MSSV: 1107731 7 CBHD: Ts. Nguyễn Văn Cƣơng Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phương pháp sấy chân không 2.2.3.2 Các dạng năng lƣợng liên kết ẩm Liên kết hóa học giữa ẩm và vật liệu khô rất bền vững trong các phân tử đã trở thành một bộ phận trong thành phần hóa học của phân tử vật thể. Năng lƣợng liên kết ẩm hóa học hình thành nhờ lực tác dụng của các ion hydroxin hoặc nhờ mối liên kết tinh thể ngậm nƣớc và có giá trị lớn nhất so với các dạng liên kết ẩm khác. Ẩm liên kết hóa học chỉ có thể tách ra khi có phản ứng hóa học và thƣờng phải nung nóng vật đến nhiệt độ cao, dẫn đến sự thay đổi tính chất hóa lí của vật. Trong quá trình ẩm liên kết hóa học không bị tách ra. 2.2.3.3 Liên kết hóa lý Liên kết hóa lý không đòi hỏi nghiêm ngặt về tỉ lệ phần liên kết. Gồm có liên kết hấp thụ và liên kết thẩm thấu. Liên kết hấp thụ của nƣớc gắn liền với các hiện tƣợng xảy ra trên bề mặt giới hạn của các pha (rắn hoặc lỏng). Do cấu tạo nên vật keo có bề mặt bên trong rất lớn và có năng lƣợng tự do đáng kể. Khi tiếp xúc với không khí ẩm, ẩm sẽ xâm nhập vào các bề mặt tự do này tạo thành liên kết hấp thụ giữa ẩm và bề mặt. Liên kết thẩm thấu là sự liên kết giữa nƣớc và vật rắn do sự chênh lệch nồng độ của các chất hòa tan ở trong và ngoài tế bào. Khi nƣớc ở bề mặt vật thể bay hơi thì nồng độ dung dịch ở đó tăng lên và nƣớc ở sâu bên trong sẽ thẩm thấu ra ngoài. Ngƣợc lại, khi đặt vật thể vào bên trong nƣớc, thì nƣớc sẽ thẩm thấu vào bên trong vật. 2.2.3.4 Liên kết cơ lý Đây là liên kết giữa ẩm và vật liệu đƣợc hình thành do sức căng bề mặt của ẩm trong các mao dẫn hay trên bề mặt ngoài của vật liệu. Liên kết cơ học bao gồm liên kết cấu trúc, liên kết mao dẫn và liên kết dính ƣớt. Liên kết cấu trúc là liên kết giữa ẩm và vật liệu đƣợc hình thành trong lúc hình thành vật. Để tách ẩm trong trƣờng hợp liên kết cấu trúc ta có thể làm cho vật ẩm bay hơi, nén ép vật hoặc phá vỡ cấu trúc vật… Sau khi tách ẩm, vật liệu biến dạng nhiều, có thể thay đổi tính chất thậm chí có thể thay đổi trạng thái pha. SVTH: Huỳnh Minh Tuấn MSSV: 1107731 8 CBHD: Ts. Nguyễn Văn Cƣơng Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phương pháp sấy chân không Các dạng liên kết ẩm thƣờng đƣợc xác định bằng phƣơng pháp thực nghiệm. Đơn giản nhất là dùng điện để cấp nhiệt cho vật, sau khi giữ nhiệt của vật không đổi bằng nhiệt độ của môi trƣờng xung quanh. Dựa vào công suất điện tiêu thụ sẽ xác định lƣợng nhiệt dùng để làm bay hơi ẩm chính là năng lƣợng liên kết ẩm. Để tính chính xác năng lƣợng liên kết ẩm và tính chất các loại liên kết ẩm, trong quá trình sấy cần kết hợp phƣơng thức thực nghiệm với việc phân tích đặc tính trao đổi nhiệt ẩm của vật với môi trƣờng xung quanh. 2.3 Tĩnh học và động học của quá trình sấy - Tĩnh học của quá trình sấy Quá trình trao đổi ẩm giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu và môi trƣờng (hay tác nhân sấy). Vật liệu sấy thƣờng có tính háo nƣớc tức là tính chất hút ẩm hoặc nhả ẩm với môi trƣờng bên ngoài cho đến khi đạt trạng thái cân bằng. Quá trình thoát ẩm ra khỏi vật liệu xảy ra khi áp suất riêng phần của hơi nƣớc trên bề mặt liệu lớn hơn áp suất hơi nƣớc trong tác nhân sấy (môi trƣờng), ngƣợc lại vật liệu sấy sẽ hút ẩm từ môi trƣờng và làm tăng độ ẩm của nó. Tóm lại, quá trình sấy chỉ có thể xảy ra môi trƣờng xung quanh vật liệu phải khô ráo đến một mức nhất định và một nhiệt độ nào đó. - Động học của quá trình sấy Động học quá trình sấy khảo sát tác động qua lại giữa vật liệu ẩm và tác nhân sấy có tính đến thời gian sấy. Đặc trƣng cho quá trình sấy đƣợc biểu thị bởi đồ thị đƣờng cong sấy, nó biểu thị cho sự thay đổi ẩm độ của vật liệu sấy theo thời gian. Dạng của đƣờng cong tốc độ sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ dạng liên kết giữa ẩm và vật liệu, hình dạng, kích thƣớc, tính chất của vật liệu sấy. Qua phân tích đƣờng cong sấy, diễn biến của quá trình sấy có thể đƣợc chia thành 3 giai đoạn nhƣ sau: SVTH: Huỳnh Minh Tuấn MSSV: 1107731 9 CBHD: Ts. Nguyễn Văn Cƣơng Nghiên cứu quá trình sấy hành lá bằng phương pháp sấy chân không - Giai đoạn đốt nóng vật liệu: ban đầu nhiệt độ của vật liệu thấp hơn nhiệt độ bay hơi đoạn nhiệt của không khí, nên nhiệt độ của vật liệu tăng lên. - Giai đoạn sấy đẳng tốc: sau giai đoạn đốt nóng độ ẩm của vật liệu giảm tuyến tính theo thời gian sấy. - Giai đoạn sấy giảm tốc: khi độ ẩm của vật liệu đạt tới một giá trị tới hạn wk thì tốc độ sấy bất đầu giảm dần. Khi độ ẩm cảu vật liệu đạt giá trị độ ẩm cân bằng, độ ẩm của vật liệu không giảm nữa và quá trình sấy kết thúc. Hình 2.2: Sự biến đổi của độ ẩm vật liệu theo thời gian sấy 2.4 Các phƣơng pháp sấy 2.4.1 Sấy đối lƣu Sấy đối lƣu là phƣơng pháp sấy dùng dòng không khí có nhiệt độ phù hợp với yêu cầu của vật liệu sấy và độ ẩm tƣơng đối RH rất thấp gọi là khí sấy hay tác nhân sấy. Cho khí sấy di chuyển qua khối vật liệu sấy nhờ quạt thổi hoặc hút hay cho đối lƣu tự nhiên, nhiệt làm nóng vật liệu nên ẩm di chuyển ra bề mặt vật liệu và theo khí sấy thoát ra môi trƣờng bên ngoài. Sấy đối lƣu thƣờng đƣợc sử dụng nhiều so với các phƣơng pháp sấy khác. Sấy đối lƣu thƣờng đƣợc dùng sấy các loại nông sản với số lƣợng tƣơng đối lớn. Tùy theo trạng thái của vật liệu trong buồng sấy mà có thể chia thành sấy tĩnh và sấy động. SVTH: Huỳnh Minh Tuấn MSSV: 1107731 10 CBHD: Ts. Nguyễn Văn Cƣơng