Công nghệ sấy lạnh để sấy một số loại rau quả

EBOOKBKMT.COM – Cộng đồng chia sẻ tài liệu kỹ thuật
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 1 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................

Mục Lục
Lời cảm ơn....................................................................................................................... 6
Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp .............................................................................................. 7
Lời mở đầu ...................................................................................................................... 9
Danh mục các hình........................................................................................................ 11
Danh mục các bảng ....................................................................................................... 12
Chương 1.TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY LẠNH .......................................... 13
1.1. Giới thiệu phương pháp sấy lạnh ....................................................................... 13
1.1.1. Khái niệm về bơm nhiệt.............................................................................. 13
1.1.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của bơm nhiệt.................................... 13
1.1.1.2. Giới thiệu các phương pháp sấy lạnh.................................................... 14
1.2. Sơ đồ nguyên lý, đặc điểm truyền nhiệt và truyền chất hệ thống sấy lạnh........ 15
1.2.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy lạnh ................................................. 15
1.2.2. Đặc điểm quá trình truyền nhiệt, truyền chất.............................................. 16
1.3. Phân loại hệ thống sấy lạnh................................................................................ 18
1.3.1. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ nhỏ hơn 0o
C ................................................. 18
1.3.2. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ lớn hơn 0o
C.................................................. 19
1.4. Các thiết bị trong hệ thống lạnh ......................................................................... 20
1.5. Một số kết quả nghiên cứu về sấy lạnh của các tác giả trong và ngoài nước .... 22
1.5.1. Các tác giả trong nước ................................................................................ 22
1.5.2. Các tác giả nước ngoài................................................................................ 24
1.6. So sánh phương pháp sấy lạnh với phương pháp sấy nóng ............................... 27
1.7. Đánh giá và kết luận........................................................................................... 31
Chương 2. VẬT LIỆU SẤY LẠNH – XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VẬT
LIỆU SẤY LẠNH.............................................................................................. 33
2.1. Lựa chọn vật liệu sấy lạnh theo hướng nghiên cứu của đề tài........................... 33
2.1.1. Sơ đồ công nghệ sấy rau quả........................................................................ 34
2.1.2. Ảnh hưởng của quá trình sấy đến chất lượng sản phẩm .............................. 35

2.2. Các đặc tính hóa lý của một số rau quả giàu vitamin ứng dụng phương pháp sấy
lạnh ..................................................................................................................... 37
2.3. Lý thuyết sấy rau quả ......................................................................................... 39
2.4. Một số phương pháp sấy rau quả ....................................................................... 42
2.5. Lựa chọn phương pháp sấy lạnh theo hướng nghiên cứu của đề tài.................. 42
Chương 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY SẤY LẠNH SỬ DỤNG BƠM
NHIỆT .......................................................................................................... 44
3.1. Giới thiệu bài toán thiết kế và mô hình thiết kế................................................. 44
3.2. Xây dựng quy trình công nghệ sấy Cà rốt ......................................................... 46
3.2.1. Giới thiệu vật liệu sấy .................................................................................. 46
3.2.1. Xây dựng quy trình công nghệ sấy Cà rốt.................................................... 47
3.3. Xác định các thông số đầu vào của vật liệu....................................................... 48
3.4. Tính toán lý thuyết chế độ sấy hồi lưu hoàn toàn .............................................. 48
3.4.1. Xác định các thông số điểm nút trên đồ thị sấy ........................................... 51
3.4.2. Tính toán tốc độ sấy và thời gian sấy........................................................... 53
3.4.3. Tính toán nhiệt quá trình .............................................................................. 56
3.5. Tính toán lý thuyết chế độ sấy thải bỏ tác nhân................................................. 58
3.5.1. Xác định các thông số điểm nút trên đồ thị sấy ........................................... 58
3.5.2. Tính toán nhiệt quá trình .............................................................................. 60
3.6. Xác định kích thước buồng sấy.......................................................................... 62
3.7. Cân bằng nhiệt cho quá trình ............................................................................. 63
3.8. Tính toán quá trình sấy thực chế độ hồi lưu hoàn toàn...................................... 67
3.9. Tính toán quá trình sấy thực chế độ thải bỏ tác nhân ........................................ 70
3.10. Kết luận về chế độ sấy ..................................................................................... 72
3.11. Tính toán thiết kế và lựa chọn thiết bị phụ trợ................................................. 73
3.11.1. Các thông số nhiệt của môi chất lạnh......................................................... 73
3.11.2. Tính toán chu trình bơm nhiệt.................................................................... 74
3.11.3. Tính toán thiết kế các thiết bị trao đổi nhiệt............................................... 77
3.11.3.1. Dàn ngưng ........................................................................................ 77

3.11.3.2. Dàn bay hơi ...................................................................................... 82
3.11.4. Tính chọn máy nén..................................................................................... 87
3.11.5. Tính chọn đường ống dẫn môi chất............................................................ 91
3.11.5.1. Đường ống đẩy................................................................................. 91
3.11.5.2. Đường ống hút.................................................................................. 91
3.11.6. Thiết bị hồi nhiệt ........................................................................................ 92
3.11.7. Tính toán trở lực và chọn quạt ................................................................... 97
Chương 4. KHẢO NGHIỆM QUÁ TRÌNH SẤY THỰC TẾ TRÊN MÔ HÌNH MÁY
SẤY LẠNH...................................................................................................... 102
4.1. Mục đích........................................................................................................... 102
4.2. Phương pháp và phương tiện ........................................................................... 103
4.3. Thí nghiệm xác định các thông số quá trình .................................................... 103
4.3.1. Thí nghiệm xác định vận tốc tác nhân sấy ................................................. 104
4.3.2. Xác định ẩm độ - nhiệt độ trung bình (to, φo) của không khí ................... 106
4.3.3. Thí nghiệm xác định độ ẩm đầu và độ ẩm cuối của vật liệu sấy................ 106
4.3.4. Xác định R trung bình của vật liệu sấy và phương pháp cắt lát vật lệu..... 106
4.3.5. Thí nghiệm sấy ở chế độ hồi lưu hoàn toàn và chế độ thải bỏ tác nhân .... 107
4.3.6. Các kết luận rút ra từ thực nghiệm............................................................. 113
4.4. Ứng dụng phần mềm Labview vào nghiên cứu thực nghiệm.......................... 113
4.5. Các tính chất ảnh hưởng đến quá trình sấy...................................................... 117
Chương 5. TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KINH TẾ........................................................... 119
5.1. Chí phí nguyên liệu, nhiên liệu ....................................................................... 119
5.2. Chi phí lao động............................................................................................... 119
5.3. Chi phí khấu hao .............................................................................................. 119
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.......................................................................... 121
6.1. Kết luận ............................................................................................................ 121
6.2. Đề nghị............................................................................................................. 121
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 123

Lời cảm ơn
Học tập là một quá trình lâu dài, mỗi giai đoạn đóng một vai trò quan trọng trong
việc hình thành nhân cách, đạo đức của mỗi con người. Từ những ngày bước chân vào
giảng đường đại học cho đến lúc hoàn thành luận văn này, em đã nhận được sự quan
tâm chỉ dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy cô. Qua quá trình thực hiện luận văn tốt
nghiệp em xin bày tỏ long biết ơn chân thành đến:
 Ban giám hiệu trường Đại học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh.
 Tập thể giảng viên Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh trường Đại học Công Nghiệp TP
Hồ Chí Minh.
 Quý thầy cô đã tận tình chỉ dạy chúng tôi trong thời gian học tập tại trường.
 Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn Thầy trưởng Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh
Th.s Bùi Trung Thành đã trực tiếp theo dõi, tận tình hướng dẫn em trong thời
gian thực hiện đề tài.
Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian thực hiện, đề tài không tránh khỏi những thiếu
sót. Mong nhận được sự chỉ bảo của quý thầy cô và góp ý của các bạn.
Tp Hồ Chí Minh, tháng 6, năm 2010
Sinh viên thực hiện đề tài
Nguyễn Anh Tuấn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Độc Lập- Tự Do- Hạnh Phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên: MSSV:
Ngành: Công Nghệ Nhiệt – Lạnh Niên Khóa: 2006-2010
Tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ sấy lạnh, tính toán, thiết kế, khảo nghiệm và xác
định một số thông số ảnh hưởng đến chất lượng sấy cho một số loại rau quả giàu
vitamin trên mô hình máy sấy lạnh bằng bơm nhiệt của khoa CN Nhiệt Lạnh
I/ Thông tin thực hiện đề tài:
13-Số liệu choo trước: Mô hình sấy lạnh của khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh
II/ Nội dung đề tài:
13-Tìm hiểu công nghệ sấy lạnh, phương pháp sấy, các thiết bị trong hệ thống sấy
lạnh.
2- Tìm hiểu kỹ thuật sấy lạnh trên một số thực phẩm và rau quả trong nước và thế
giới.
3- Trình bày các kết quả nghiên cứu về sấy lạnh trong nước và thế giới từ trước
đến nay.
4- Lựa chọn vật liệu sấy lạnh, xây dựng quy trình công nghệ và xử lý vật liệu trước
sấy và sau sấy lạnh.
5- Lý thuyết về sấy rau quả và thực phẩm.
6- Tính toán thiết kế mô hình máy sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt.
6.1 Giải quyết bài toán sấy lạnh lý thuyết và sấy thực theo chế độ thải bỏ tác
nhân.
6.2 Giải quyết bài toán sấy lạnh lý thuyết và sấy thực theo chế độ hồi lưu hoàn
toàn khí thải.
7- Tính toán thiết kế và lựa chọn các thiết bị phụ trợ cho hệ thống sấy.
8- Khảo nghiệm mô hình máy sấy lạnh xác định lại các thông số kỹ thuật của mô
hình.

9- Bố trí thí nghiệm và thực hiện sấy thực nghiệm loại rau theo hướng nghiên cứu
của đề tài
10- Xác định một số yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sấy lạnh ở
hai chế độ sấy .
11- Kết luận rút ra từ thực nghiệm.
12- Hiệu quả kinh tế
Xây dựng giá thành 1kg rau sấy
13- Các bản vẽ thiết kế
III/ Ngày giao nhiệm vụ: 01/03/2010
IV/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 25/06/2010
TP Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2010
Giáo viên hướng dẫn
ThS. Bùi Trung Thành

Lời mở đầu
Việt Nam là một nước nhiệt đới có nhiều điều kiện để phát triển ngành trồng trọt và
chế biến rau quả. Tuy nhiên, tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch là rất lớn 25-30% [20]. Nguyên
nhân chính là do công nghệ chế biến và bảo quản của chúng ta còn lạc hậu nên đã làm
cho rau quả của Việt Nam có giá trị thấp trong thị trường trong nước cũng như xuất
khẩu, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của người nông dân, vì vậy việc nghiên
cứu đưa ra các quy trình công nghệ cũng như ứng dụng triển khai chuyển giao các kết
quả nghiên cứu, các quy trình công nghệ bảo quản, chế biến rau quả, đóng vai trò hết
sức quan trọng trong chiến lức phát triển ngành rau quả.
Rau quả hiện nay chủ yếu được sử dụng ở dạng tươi, như đã biết rau quả là loại sản
phẩm có tính thời vụ, thời gian thu hoạch ngắn, khả năng vận chuyển và bảo quản hạn
chế, trong khi kỹ thuật bảo quản rau quả tươi vẫn chỉ dựa vào các kinh nghiện cổ truyền,
mang tính thủ công chấp vá. Công nghệ sấy ứng dụng trong chế biến rau quả khô được
tiến hành từ khá lâu nhưng cho đến nay vẫn bộc lộ nhiều hạn chế về công nghệ chưa
khắc phục được chất lượng đầu ra của sản phẩm, chưa đáp ứng được các yêu cầu về đặc
tính hóa lý, mùi, màu, thành phần dinh dưỡng nên khó đáp ứng cho nhu cầu tiêu thụ và
xuất khẩu trong và ngoài nước. Việc đầu tư nghiên cứu một quy trình công nghệ mới
giải quyết những vấn đề này là thực sự cần thiết. Công nghệ sấy lạnh được xem là một
công nghệ mới, ra đời từ yêu cầu cấp thiết đó.
Ưu điểm của công nghệ sấy lạnh là có thể xây dựng được từng quy trình công nghệ
sấy hợp lý đối với từng loại rau, củ, quả. Sản phẩm sấy giữ được nguyên màu sắc, mùi
vị, hạn chế tối đa thất thoát dinh dưỡng (khoảng 5%) [20], đạt tiêu chuẩn vệ sinh an
toàn thực phẩm của Việt Nam và các chỉ tiêu kỹ thuật, chất lượng sản phẩm tương
đương một số nước khác trên thế giới.
Việc phát triển công nghệ sấy lạnh đã có nhiều thành tựu. Tuy nhiên, để có một quy
trình công nghệ hoàn chỉnh, tối ưu với các thông số phù hợp nhất đòi hỏi chúng ta phải
tiến hành nghiên cứu sâu rộng hơn. Được sự phân công đề tài “Nghiên cứu công nghệ
sấy lạnh, tính toán, thiết kế, khảo nghiệm máy sấy lạnh và xác định một số thông số ảnh
hưởng đến chất lượng sấy cho một số loại rau quả giàu vitamin trên mô hình máy sấy

lạnh bơm nhiệt của khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh” thực hiện dựa trên cơ sở tìm hiểu
những nguyên lý chung nhất của công nghệ sấy lạnh từ đó có thể xây dựng nên quy
trình sấy đối với từng loại rau quả khác nhau. Để giải quyết những vấn đề đó, đề tài
nghiên cứu những nội dung chính sau:
 Tìm hiểu về công nghệ sấy lạnh, phương pháp sấy và các thiết bị trong hệ
thống sấy lạnh.
 Tìm hiểu kỹ thuật sấy lạnh trên một số loại rau quả giàu vitamin, xây dựng quy
trình sấy lạnh đối với một số loại rau quả này.
 Tính toán thiết kế mô hình máy sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt ở chế độ sấy hồi
lưu hoàn toàn và chế độ thải bỏ tác nhân.
 Tính toán thiết kế máy sấy lạnh và lựa chọn các thiết bị phụ trợ.
 Thực nghiệm nghiên cứu trên mô hình thực tế.
Với những đặc tính ưu việt, công nghệ sấy lạnh hứa hẹn sẽ là một công nghệ tiên
tiến, cho lĩnh vực sấy thực phẩm giàu vitamin, có thể áp dụng rộng rãi với quy mô lớn
đáp ứng cả về vấn đề lợi ích kinh tế và bảo vệ môi trường.

Danh sách các hình
Hình 1-1. Sơ đồ nguyên lý bơm nhiêt ..........................................................................11
Hình 1-2. Hai phương thức trao đổi nhiệt qua buồng sấy..........................................12
Hình 1-3. Sơ đồ quá trình sấy theo hai phương thức trao đổi nhiệt........................... 13
Hình 1-4. Sơ đồ hệ thống lạnh.....................................................................................14
Hình 1-5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống bơm nhiệt kiểu môđun .......................................21
Hính 1-6. Sơ đồ công nghệ sấy rau quả......................................................................32
Hình 3-1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống và đồ thị quá trình sấy.......................................43
Hình 3-2. Sơ đồ công nghệ sấy Cà rốt ........................................................................45
Hình 3-3. Sơ đồ nguyên lý bơm nhiệt sử dụng trong hệ thống sấy lạnh .....................47
Hình 3-4. Đồ thị I-d chế độ sấy hồi lưu hoàn toàn .....................................................48
Hình 3-5. Đồ thị I-d chế độ sấy thải bỏ tác nhân........................................................ 56
Hình 3-6. Đồ thị I-d chế độ sấy thực hồi lưu hoàn toàn .............................................65
Hình 3-7. Đồ thị I-d chế độ sấy thực thải bỏ tác nhân................................................68
Hình 3-8. Sơ đồ tính toán khí động trong hệ thống máy sấy.......................................96
Hình 3-9. Sơ đồ đặc tính kỹ thuật của quạt APCR0502AA10/10................................ 99
Hình 3-10. Sơ đồ cấu tạo APCR0502AA10/10............................................................ 99
Hình 4-1. Biểu đồ phân bố vận tốc tác nhân sấy qua các khay ................................102
Hình 4-2. Biểu đồ nhiệt độ, độ ẩm tại TP Hồ Chí Minh ngày 15/04/2010 ...............103
Hình 4-3. Sơ đồ hệ thống máy sấy lạnh ....................................................................105
Hình 4-4. Sơ đồ các thông số chế độ sấy hồi lưu hoàn toàn.....................................108
Hình 4-5. Sơ đồ các thông số chế độ sấy thải bỏ tác nhân .......................................110
Hình 4-6. Giao diện chương trình ứng dụng phần mềm Labview ............................114

Danh mục các bảng
Bảng1-1 Đánh giá so sánh chất lượng sản phẩm sấy bằng bơm nhiệt sấy lạnh với
phương pháp sấy nóng truyền thống và sấy hồng ngoại............................... 28
Bảng 3-1 Thông số trạng thái các điểm nút ................................................................. 74
Bảng 3-2 Thông số tiêu chuẩn của các điểm nút.......Error! Bookmark not defined.88
Bảng 3-3. Tổn thất khí động qua buồng sấy ................................................................. 98
Bảng 4-1 Bảng kết quả khảo sát vận tốc tác nhân sấy ............................................... 102
Bảng 4-2 Bảng kết quả thực nghiệm xác định nhiệt độ và độ ẩm môi trường ........... 103
Bảng 4-3 Bảng kết quả xác định xác định độ ẩm đầu vào của vật liệu sấy................ 103
Bảng 4-4 Bảng kết quả bán kính R của vật liệu.......................................................... 104
Bảng 4-5 Bảng kết quả thí nghiệm chế độ sấy hồi lưu hoàn toàn .............................. 106
Bảng 4-6 Bảng kết quả thí nghiệm ở chế độ sấy thải bỏ tác nhân.............................. 108

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY LẠNH
1.1. Giới thiệu phương pháp sấy lạnh
1.1.1. Khái niệm về bơm nhiệt
1.1.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của bơm nhiệt
Bơm nhiệt có quá trình phát triển lâu dài, bắt đầu từ khi Nicholas Carnot đề xuất
những khái niệm đầu tiên. Một dòng nhiệt thông thường di chuyển từ một vùng nóng
đến một vùng lạnh, Carnot đưa ra lập luận rằng một thiết bị có thể được sử dụng để đảo
ngược quá trình đó là bơm nhiệt. Đầu những năm 1850, Lord Kelvin đã phát triển các lý
thuyết về bơm nhiệt bằng lập luận, các thiết bị làm lạnh có thể được sử dụng để gia
nhiệt. Sản phẩm bơm nhiệt đầu tiên được bán vào năm 1952. Từ khi xảy ra cuộc khủng
hoảng năng lượng vào đầu thập kỉ 70, bơm nhiệt lại bước vào một bước tiến nhảy vọt
mới. Hàng loạt bơm nhiệt đủ mọi kích cỡ cho các ứng dụng khác nhau được nghiên cứu
chế tạo, hoàn thiện và bán rộng rãi trên thị trường. Ngày nay, bơm nhiệt đã trở nên rất
quen thuộc trong các lĩnh vực điều hòa không khí, sấy, hút ẩm, đun nước…
Hình 1-1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống bơm nhiệt

1.1.2. Giới thiệu các phương pháp sấy lạnh
Trong phương pháp sấy lạnh, người ta ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật
liệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất trong tác nhân sấy nhờ giảm lượng
chứa ẩm. Ở phương pháp sấy lạnh, nhiệt độ bề mặt ngoài nhỏ hơn nhiệt độ bên trong
vật, đồng thời do tiếp xúc với không khí có độ ẩm và phân áp suất hơi nước nhỏ nên lớp
bề mặt cũng có phân áp suất hơi nước nhỏ hơn phía bên trong vật. Nói khác đi, ở đây
gradient nhiệt độ và gradient áp suất có cùng dấu nên gradient nhiệt độ không kìm hãm
quá trình dịch chuyển ẩm như khi sấy nóng mà ngược lại, nó có tác dụng tăng cường
quá trình dịch chuyển ẩm trong long vật ra ngoài để bay hơi làm khô vật. Khi đó, ẩm
trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường có thể lớn hơn hay
nhỏ hơn nhiệt độ môi trường hoặc cũng có thể nhỏ hơn 0o
.
Quá trình truyền nhiệt thực hiện được thông qua sự thay đổi pha làm việc của môi
chất lạnh. Môi chất lạnh trong giàn bay hơi hấp thụ nhiệt và bay hơi ở nhiệt độ thấp và
áp suất thấp. Khi hơi môi chất lạnh ngưng tụ ở nhiệt độ cao, áp suất cao tại dàn ngưng
tụ, nó thải nhiệt ở áp suất cao hơn. Khi sử dụng trong quá trình sấy, hệ thống sấy sử
dụng bơm nhiệt làm lạnh không khí của quá trình đến điểm bão hòa, và sau đó ngưng tụ
nước (khử ẩm), do đó làm tăng khả năng sấy của không khí. Trong quá trình này chỉ
tuần hoàn mức nhiệt thấp (nhiệt hiện và nhiệt ẩn) từ không khí. Cấu trúc của dàn bay
hơi và dàn ngưng tụ được bố trí như hình vẽ (hình 1.2).
Hình 1-2. Hai phương thức trao đổi nhiệt thông qua buồng sấy.

Hình 1-3. Sơ đồ quá trình sấy theo hai phương thức trao đổi nhiệt
Trong trường hợp thứ nhất (hình 1-2.a), máy sấy lạnh hoạt động vừa như một máy
khử ẩm vừa như một bộ gia nhiệt không khí. Trong cách bố trí thứ hai (hình 1-2.b), dàn
bay hơi được xen vào dòng không khí ẩm trong khi không khí sạch lại được đưa toàn bộ
vào dàn ngưng tụ. Việc sắp xếp theo kiểu này, nhiệt ẩn (cùng với một lượng lớn nhiệt
hiện) được hồi lưu bằng cách khử ẩm khí thải và truyền cho tác nhân sấy quá trình
thông qua dàn ngưng tụ. Mô hình này thích hợp khi không khí môi trường khô (độ ẩm
tương đối thấp), nhưng nó lại không kinh tế, bởi vì dòng khí thải tương tự như không
khí bên trong. Trong cả hai mô hình trên, khí thải từ buồng sấy có thể được hồi lưu lại
đi đến dàn bay hơi nghĩa là không khí có thể tuần hoàn toàn bộ hay từng phần. Ta có đồ
thị quá trình sấy như hình 1-3 tương ứng với hai trường hợp bố trí trên hình 1-2.
1.2. Sơ đồ nguyên lý, đặc điểm truyền nhiệt và truyền chất của hệ thống sấy lạnh
1.2.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy lạnh
Khác với phương pháp sấy nóng, trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra độ
chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp
suất trong tác nhân sấy nhờ giảm lượng chứa ẩm. Ở phương pháp sấy lạnh, nhiệt độ bề
mặt ngoài của vật nhỏ hơn nhiệt độ bên trong vật, đồng thời do tiếp xúc với không khí
có độ ẩm và phân áp suất hơi nước nhỏ nên bề mặt cũng có phân áp suất hơi nước nhỏ

hơn phía bên trong vật. Nói khác đi, ở đây gradient nhiệt độ và gradient áp suất có cùng
dấu nên gradient nhiệt độ không kìm hãm quá trình dịch chuyển ẩm như khi sấy nóng
mà ngược lại, nó có tác dụng tăng cường quá trình dịch chuyển ẩm trong lòng vật ra
ngoài để bay hơi làm khô vật. Khi đó ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề
mặt vào môi trường có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn nhiệt độ môi trường hoặc cũng có thể
nhỏ hơn 0o
C.
Hình1-4. Sơ đổ hệ thống sấy lạnh
1.2.2. Đặc điểm quá trình truyền nhiệt và truyền chất
Trong kỹ thuật sấy lạnh, thế sấy của không khí tăng nhờ quá trình tách ẩm ở dàn bốc
hơi và quá trình gia nhiệt bằng chính dàn ngưng tụ trong các máy lạnh. Yếu tố có tính
quyết định ở đây là quá trình làm lạnh không khí trong dàn lạnh, từ đây sẽ nhận được
không khí có nhiệt độ và độ chứa hơi (d) nhỏ đảm bảo cho quá trình truyền nhiệt, truyền
chất giữa vật sấy và tác nhân sấy trong buồng sấy xẩy ra ở điều kiện gradient nhiệt độ
và gradient áp suất cùng chiều, không có giai đoạn nào xẩy ra hiệu ứng Luikov A.V. cản
trở quá trình sấy như trong phương pháp sấy nóng. Vì vậy, ngoài việc tính toán, thiết kế
hệ thống nói chung thì điều tối cần thiết là chế độ làm việc của dàn lạnh hay nói cách
khác là khả năng tối ưu nhất của dàn lạnh có tầm quan trọng đặc biệt.
Trong kỹ thuật sấy lạnh, để tăng cường tách ẩm cho hệ thống, không khí sấy trải qua
giai đoạn tách ẩm ở dàn lạnh, vì thể ẩm trong không khí có thể tồn tại ở ba dạng hơi,

lỏng và rắn, với dung ẩm ở dạng hơi dh, dạng lỏng dl và dạng rắn dr, entanpi H của
không khí ẩm:
H= tb + (2500+1,93tb)dh + 4,18d1tb + (-335+2,1 tb)dr , kJ/kgkk (1.1)
Trong quá trình khử ẩm ở dàn lạnh, chiều dài đường đi của dòng không khí là yếu tố
có tính quyết định, theo đó mà lưu lượng thể tích không khí cũng như công suất nhiệt
 2
3
/
, /hd P Td m
kg m K
dVdt Rdt
 - trao đổi sẽ thay đổi, không khí được làm lạnh đến nhiệt
độ điểm sương ts. Trên một đơn vị dài quan hệ truyền nhiệt, truyền chất này có thể biểu
diễn dưới dạng:
2 2
'd Q d m dV dT
=- c -r . . ,W/m (1.2)
dτdx dV.dt dt dX
 
 
 
Trong đó
* c’
- nhiệt dung riêng thể tích của không khí ẩm ở nhiệt độ khí quyển (c =1,23
kJ/m3
K).
* r - Nhiệt ngưng tụ (r=2500 kJ/kg đối với hơi nước ở 00
C).
*
 2
h 3d P /Td m
= ,kg/m K
dVdt R.dt
- là nước ngưng theo đường 100%  (ứng với 1m3
không khí ẩm khi nhiệt độ giảm đi 1K) và thay đổi nhanh qua nhiệt độ theo biểu
thức:
2
3hd(P /T)d m
= ,kg/m K
dVdt R.dt
(1.3)
Trong đó:
- Ph- áp suất hơi bão hòa của hơi nước tương ứng với nhiệt độ của không khí ẩm.
- Hằng số R đối với hơi nước trong không khí ẩm: R=8314/18=861,89 J/kgK
Mặt khác có thể tính nhiệt lượng do không khí truyền cho môi chất lạnh tương ứng với
mỗi đơn vị dài của thiết bị bay hơi bơm nhiệt:
 
2
0
d Q
=k T-T ,W/m (1.4)
dτ.dx

Với K1 là hệ số truyền nhiệt của thiết bị bay hơi [W/mK].
Từ các cơ sở trên ta có quan hệ:
'
s0 0
'
1 0
X T -Tc
=- ln
X K T -T
(1.5) với ' 3K.X
K = [J/m K]
dV/dτ
Là thông số đặc trưng cho công suất của thiết bị bốc hơi của bơm nhiệt (thường khoảng
1kJ/m3
K), X[m] là chiều sâu của thiết bị bốc hơi, X0 [m] là khoảng cách từ đầu thiết bị
vào thiết bị bốc hơi đến điểm xuất hiện quá trình ngưng đọng ẩm, Ts là nhiệt độ đọng
sương, các chỉ số 1 và 2 là kí hiệu đầu vào và ra của không khí qua thiết bị bốc hơi.
1.3. Phân loại hệ thống sấy lạnh
1.3.1. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ nhỏ hơn 00
C
a. Hệ thống sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm khỏi vật liệu sấy trực tiếp từ trạng thái rắn biến
thành trạng thái hơi nhờ quá trình thăng hoa. Để tạo ra quá trình thăng hoa, vật liệu sấy
được làm lạnh dưới điểm ba thể, nghĩa là nhiệt độ của vật liệu t < 00
C, áp suất tác nhân
sấy bao quanh vật P< 620 Pa [19]. Từ đó, vật liệu sấy nhận được nhiệt lượng để ẩm từ
trạng thái rắn thăng hoa thành thể khí vào môi trường. Như vậy, trong các hệ thống sấy
thăng hoa phải tạo được chân không trong vật liệu sấy và làm lạnh vật xuống dưới 0o
C.
 Ưu điểm: Phương pháp gần như bảo toàn được chất lượng sinh, hóa học của sản
phẩm (màu sắc, mùi vị, vitamin, hoạt tính,…)
 Nhược điểm:
- Chi phí đầu tư cao, phải dùng đồng thời bơm chân không, máy lạnh (để kết
đông sản phẩm và làm ngưng kết hơi nước)
- Hệ thống cồng kềnh nên vận hành phức tạp, chi phí vận hành và bảo dưỡng
cao.
Sấy thăng hoa thường được ứng dụng để sấy sản phẩm quý, dễ biến chất do nhiệt như:
máu, vắc xin, mít, nhãn, vv…
b. Hệ thống sấy chân không
Phương pháp sấy chân không là phương pháp tạo ra môi trường gần như chân không
trong buồng sấy, nghĩa là nhiệt độ vật liệu t < 0o
C, áp suất tác nhân sấy bao quanh vật P

> 610 Pa. Khi nhận được nhiệt lượng, các phần tử nước trong vật liệu sấy ở thể rắn sẽ
chuyển sang thể lỏng, sau đó mới chuyển sang thể hơi và đi vào môi trường.
 Ưu điểm: Phương pháp này giữ được chất lượng sản phẩm, đảm bảo điều kiện
vệ sinh.
 Nhược điểm: Hệ thống có chi phí đầu tư lớn, vận hành phức tạp.
- Phương pháp sấy chân không thường chỉ sấy các loại vật liệu sấy là các sản
phẩm quý, dễ biến chất.
- Do tính phức tạp và không kinh tế nên các hệ thống sấy thăng hoa và hệ thống
sấy chân không chỉ dùng để sấy những vật liệu quí hiếm, không chịu được nhiệt
độ cao. Vì vậy, các hệ thống sấy này là những hệ thống sấy chuyên dùng, không
phổ biến.
1.3.2. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ lớn hơn 00
C
a) Phương pháp sử dụng máy hút ấm chuyên dụng kết hợp với máy lạnh
Phương pháp này sử dụng máy hút ẩm kết hợp với máy lạnh, để tạo ra môi trường
sấy có nhiệt độ khá thấp, có thể bằng hoặc bé hơn nhiệt độ môi trường từ 5 đến 150
C.
 Ưu điểm
- Năng suất hút ẩm của phương pháp này khá lớn.
- Khả năng giữ chất lượng, hàm lượng dinh dưỡng sản phẩm cũng khá tốt (phụ
thuộc vào nhiệt độ sấy).
 Nhược điểm
- Chi phí đầu tư ban đầu khá lớn do phải sử dụng cả máy hút ẩm chuyên dụng và
máy lạnh
- Chất hút ẩm phải thay thế theo định kì
- Vận hành khá phức tạp nên chi phí vận hành lớn
- Điện năng tiêu tốn lớn do cần chạy máy lạnh và đốt nóng dây điện trở để hoàn
nguyên chất hấp thụ.
- Lắp đặt phức tạp, khó điều chỉnh các thông số để phù hợp với công nghệ
- Trong môi trường có bụi, cần dừng máy để vệ sinh chất hấp thụ, tuổi thọ thiết bị
giảm.

b. Phương pháp dùng bơm nhiệt nhiệt độ thấp
Trong phương pháp này, người ta chỉ dùng một hệ thống bơm nhiệt để tạo ra môi
trường sấy. Nhiệt độ môi trường sấy có thể điều chỉnh trong giới hạn khá rộng từ nhiệt
độ xấp xỉ môi trường đến nhiệt độ âm, tùy thuộc yêu cầu của vật liệu sấy. Khác với các
thiết bị nhiệt lạnh khác, khi sử dụng bơm nhiệt để sấy khô và hút ẩm thì cả dàn nóng và
dàn lạnh đều được sử dụng hữu ích nên năng suất tiêu thụ ở đây có thể được tận dụng
đến mức cao nhất mà nhiệt độ không khí lại có thể chỉ cần duy trì ở mức nhiệt độ môi
trường hoặc thấp hơn.
 Ưu điểm:
- Khả năng giữ màu sắc, mùi vị và vitamin đều tốt
- Tiết kiệm năng lương nhờ sử dụng cả năng lượng dàn nóng và dàn lạnh, hiệu
quả sử dụng nhiệt cao
- Bảo vệ môi trường, vận hành an toàn.
- Có khả năng điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy tùy thuộc vào yêu cầu và khả năng
chịu nhiệt của từng loại sản phẩm nhờ thay đổi công suất nhiệt của dàn ngưng
trong
- Công suất khá lớn
- Chi phí đầu tư hệ thống thấp hơn so với các phương pháp sấy lạnh khác
- Vận hành đơn giản.
 Nhược điểm
- Thời gian sấy thường khá lâu do độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu
sấy và tác nhân sấy không lớn.
- Phải có giải pháp xả băng sau một thời gian làm việc.
1.4. Các thiết bị trong hệ thống sấy lạnh
Bơm nhiệt là một thiết bị dùng để bơm một dòng nhiệt từ mức nhiệt độ thấp lên mức
nhiệt độ cao hơn, phù hợp với nhu cầu cấp nhiệt. Máy lạnh cũng là một loại bơm nhiệt
và có chung một nguyên lý hoạt động, các thiết bị của chúng về cơ bản là giống nhau.
chỉ phân biệt máy lạnh với bơm nhiệt ở mục đích sử dụng. Máy lạnh gắn với việc sử

dụng nguồn lạnh ở thiết bị bay hơi còn bơm nhiệt gắn với việc sử dụng nguồn nhiệt ở
thiết bị ngưng tụ. Do sử dụng nguồn nhiệt nên bơm nhiệt hoạt động ở cấp nhiệt cao hơn.
a) Môi chất và cặp môi chất:
Môi chất và cặp môi chất của bơm nhiệt có yêu cầu như máy lạnh. Một vài yêu cầu
đặc biệt hơn xuất phát từ nhiệt độ sôi và ngưng tụ cao hơn, gần giống như chế độ nhiệt
độ cao của điều hòa không khí, nghĩa là cho đến nay người ta vẫn sử dụng các loại môi
chất như: R12, R22, R502 và MR cho máy tuabin. Gần đây người ta chú ý đến việc sử
dụng các môi chất mới cho bơm nhiệt nhằm nâng cao nhiệt độ dàn ngưng như: R22,
R113, R114, R12B1, R142…
b) Máy nén lạnh
Cũng như máy nén lạnh, máy nén là bộ phận quan trọng nhất của bơm nhiệt. Tất cả
các dạng máy nén của máy lạnh đều được ứng dụng trong bơm nhiệt. Đặc biệt quan
trọng là máy nén piston trượt, máy nén trục vít và máy nén tuabin. Một máy nén bơm
nhiệt cần phải chắc chắn, tuổi thọ cao, chạy êm và cần phải có hiệu suất cao trong điều
kiện thiếu hoặc đủ tải.
c) Các thiết bị trao đổi nhiệt
Các thiết bị trao đổi nhiệt cơ bản trong bơm nhiệt là thiết bị bay hơi và thiết bị
ngưng tụ. Máy lạnh hấp thụ có thêm thiết bị sinh hơi và hấp thụ. Giống như máy lạnh,
thiết bị ngưng tụ và bay hơi của bơm nhiệt cũng bao gồm các dạng: ống chùm, ống lồng
ngược dòng, ống đứng và ống kiểu tấm. Các phương pháp tính toán cũng giống như các
chế độ điều hoà nhiệt độ.
d) Thiết bị phụ của bơm nhiệt
Tất cả các thiết bị phụ của bơm nhiệt giống như thiết bị phụ của máy lạnh. Xuất phát
từ yêu cầu nhiệt độ cao hơn nên đòi hỏi về độ tin cậy, công nghệ gia công thiết bị cao
hơn. Đây cũng là vấn đề đặt ra đối với dầu bôi trơn và đệm kín các loại trong hệ thống.
Do bơm nhiệt phải hoạt động ở chế độ áp suất và nhiệt độ gần sát với giới hạn tối đa
nên các thiết bị tự động rất cần thiết và phải hoạt động với độ tin cậy cao để phòng ngừa
hư hỏng các thiết bị khi chế độ làm việc vượt quá giới hạn cho phép. Đối với van tiết
lưu, bơm nhiệt có chế độ làm việc khác máy lạnh nên cũng cần có van tiết lưu phù hợp.

e) Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt
Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt là những thiết bị hỗ trợ cho bơm nhiệt phù hợp với
từng phương án sử dụng của nó. Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt gồm một số loại sau:
 Các phương án động lực của máy nén như: động cơ điện, động cơ gas, động cơ
diesel hoặc động cơ gió…vv
 Các phương án sử dụng nhiệt thu ở dàn ngưng tụ. Nếu là sưởi ấm thì có thể sử
dụng dàn ngưng trực tiếp hoặc gián tiếp qua một vòng tuần hoàn chất tải nhiệt, có
thể sử dụng để sấy, nấu ăn, hút ẩm…Mỗi phương án đòi hỏi những thiết bị hỗ trợ
khác nhau.
 Các phương án cấp nhiệt cho dàn bay hơi. Trường hợp sử dụng dàn lạnh đồng
thời với nóng thì phía dàn bay hơi có thể là buồng lạnh hoặc chất tải lạnh. Ngoài ra
cũng có thể sử dụng dàn bay hơi đặt ngoài không khí, dàn bay hơi sử dụng nước
giếng là môi trường cấp nhiệt. Cũng có những phương án như dàn bay hơi đặt ở
dưới nước, đặt ở dưới đất hoặc sử dụng năng lượng mặt trời.
 Các thiết bị điều khiển, kiểm tra tự động sự hoạt động của bơm nhiệt và các thiết
bị hỗ trợ. Đây là những thiết bị tự động điều khiển các thiết bị phụ trợ ngoài bơm
nhiệt để phù hợp với hoạt động của bơm nhiệt…
1.5. Một số kết quả nghiên cứu về sấy lạnh của các tác giả trong và ngoài nước
Việc sử dụng bơm nhiệt trong công nghiệp cũng như dân dụng để sấy, sưởi, hút ẩm,
điều hòa không khí,… đã được nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều trên thế giới. Sau đây
là tổng quan một số công trình nghiên cứu:
1.5.1. Các tác giả trong nước
Tác giả Phạm Văn Tùy và các công sự đã tiến hành nghiên cứu và đã ứng dụng thành
công hệ thống bơm nhiệt để sấy lạnh kẹo Jelly, kẹo Chew, Caramel, kẹo Cứng… tại
công ty bánh kẹo Hải Hà [Tài liệu 19].
Năm 1997, 1998 các tác giả đã thiết kế lần lượt hai hệ thống lạnh theo nguyên lý bơm
nhiệt nhiệt độ thấp kiểu môđun. Để sấy kẹo Jelly với năng suất 1100 kg/ngày và 1400
kg/ngày hiện nay vẫn còn được sử dụng cho phòng sấy lạnh số 2 và số 3 Nhà máy thực

phẩm Việt Trì- Công ty cổ phần bánh kẹo Hải Hà. Thông số nhiệt độ không khí buồng
sấy 22-280
C, độ ẩm 30-40%. Sơ đồ nguyên lý hệ thống như hình 1-5.
Hình 1-5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống bơm nhiệt kiểu môđun
Một hệ thống máy hút ẩm hỗ trợ cho dây chuyền sản xuất kẹo Caramem của Cộng
Hòa Liên Bang Đức cải tạo từ máy điều hòa không khí cũ cho phân xưởng kẹo
caramem và hệ thống bơm nhiệt hút ẩm công suất lạnh 120.000 Btu/h sử dụng 4 máy
lạnh Trane TTK 530 công suất mỗi máy là 30.000 Btu/h hiện nay đang sử dụng cho
phòng bao gói kẹo cứng thuộc Xí nghiệp Công ty CP Bánh kẹo Hải Hà đã được lắp đặt
từ năm 1999. Qua thực tế sử dụng, thấy rằng ngoài ưu điểm rẻ tiền (giảm khoảng 50%
vốn đầu tư) và tiết kiệm năng lượng (điện năng tiêu thụ giảm gần 50%) so với phương
án dùng máy hút ẩm, các hệ thống hút ẩm và sấy lạnh này hoạt động ổn định, liên tục và
giảm chi phí bảo dưỡng. Tuy nhiên, nó còn có nhược điểm là cồng kềnh, sử dụng nhiều
quạt và động cơ xen kẽ, trong hệ thống nhiều bụi bột nên phải bảo dưỡng động cơ lại
phải thực hiện trong không gian hẹp, khó thao tác.
Để khắc phục những nhược điểm trên năm 2005 nhóm tác giả đã thiết kế chế tạo
máy sấy lạnh cho phòng sấy lạnh số 1 theo nguyên lý bơm nhiệt kiểu nguyên khối BK-
BSH18A. So với công nghệ dùng các bơm nhiệt kiểu mô đun thì BK-BSH18A có thiết
bị xử lý không khí được chế tạo dạng tổ hợp gọn có thể đặt ngoài nhà, trong nhà hay

trong buồng sấy và tốc độ không khí có thể thay đổi để phù hợp với yêu cầu của vật liệu
sấy khác nhau.
Việc sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp để hút ẩm và sấy lạnh có nhiều ưu điểm và rất
có khả năng ứng dụng rộng rãi trong điều kiện khí hậu nóng ẩm phù hợp với thực tế tại
Việt Nam, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật đáng kể. Bơm nhiệt sấy lạnh đặc biệt phù
hợp với những sản phẩm cần giữ trạng thái, màu, mùi, chất dinh dưỡng và không cho
phép sấy ở nhiệt độ cao, tốc độ gió lớn. Các hệ thống hút ẩm và đặc biệt là các hệ thống
sấy lạnh có cấu trúc luôn thay đổi phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu sấy, cấu trúc của
dàn lạnh sử dụng, … nên không có một cấu trúc chung cho tất cả các đối tượng sấy, tuy
nhiên vẫn có chung nguyên tắc và phương pháp tính toán thiết kế. Do đó, cần phải tiếp
tục những nghiên cứu cơ bản, đầy đủ về các quá trình, các giới hạn kỹ thuật và các vấn
đề tự động điều chỉnh không chế liên hoàn nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy cũng như
của vật liệu sấy.
1.5.2. Các tác giả nước ngoài
 Macio N. Kohayakawa và các công sự [19] đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của
các yếu tố như: vận tốc gió Var, chiều dày của vật liệu L đến hệ số khuếch tán quá trình
sấy Def trong hệ thống sấy xoài bằng bơm nhiệt. Môi chất lạnh sử dụng trong hệ thống
là R22. Hệ thống sấy xoài sử dụng hai dàn ngưng trong để gia nhiệt cho không khí.
Nhiệt độ không khí trong quá trình thí nghiệm thay đổi từ 40o
C đến 56o
C. Vận tốc gió
thay đổi từ 1,6 m/s đến 4,4 m/s, chiều dày vật liệu sấy thay đổi từ 5,8 mm đến 14,2 mm.
Khối lượng vật liệu sấy ở mỗi mẻ là 300g, thời gian sấy là 8h/mẻ. Dựa vào các quan hệ
lý thuyết tính toán hệ số khuếch tán, sử dụng phương pháp quy hoạch trực giao và kết
hợp với số liệu thực nghiệm, các tác giả đã xây dựng được phương trình hồi qui xác
định hệ số khuếch tán Def như sau:
Def=4,2625 - 0,61922.Var + 0,380538.Var
2
+ 1,012517.L – 0,90343.Var.L (1.6)
Phương trình (1.6) cho thấy rằng ảnh hưởng đồng thời của hai thông số cũng như
mức độ ảnh hưởng của chúng đến hệ số khuếch tán Def. Ở đây, ảnh hưởng của tốc độ
gió Var là lớn nhất, sau đó đến chiều dày của vật liệu sấy. Phương trình (1.6) cũng cho
biết ảnh hưởng lẫn nhau giữa hai thông số thông qua mối liên hệ chéo nhau giữa chúng.

Tuy nhiên, phương trình này không đề cập đến ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm sấy mặc
dù ảnh hưởng của chúng là lớn đến hệ số khuếch tán. Điều này cũng được chính tác giả
khẳng định trong nghiên cứu của mình. Do vậy, cần có những nghiên cứu đánh giá về
ảnh hưởng của các yếu tố này.
 Phani K.Adapa, Greg J.Schoenau và Shahab Sokhansanj [19] đã tiến hành nghiên
cứu lý thuyết và thực nghiệm quá trình sấy bằng bơm nhiệt đối với các vật liệu đặc biệt.
Các tác giả đã tiến hành thiết lập các quan hệ tính toán lý thuyết quá trình sấy lớp mỏng.
Các tác giả đã thiết lập phương trình cân bằng năng lượng, cân bằng chất, truyền nhiệt
và truyền ẩm giữa vật liệu và không khí cho một phân tố thể tích vật liệu sấy như sau:
 Phương trình truyền ẩm
 e
M
k M M
t

  

(1.7)
Trong đó: M - độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy tại thời điểm t
Me - độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy, được xác định bằng thực nghiệm
t - thời gian sấy, s
k - hằng số sấy [1/s], được xác định như sau:  k=0,2865.exp 0,179.Ta (1.8)
Giải phương trình (1.7) ta xác định được độ ẩm của vật liệu khi sấy tại thời điểm t như
sau:
  0
0 . .kt kt
e eM M M M e e 
   (1.9)
Với M0 : độ ẩm của vậ liệu sấy tại thời điểm t0 = 0
 Phương trình cân bằng chất
.p
a
GW M
x G y
 
 
 
(1.10)
Với: W - độ chứa hơi của không khí
x - chiều dày của vật liệu sấy
Gp - lưu lượng vật liệu sấy chuyển động qua băng tải, kg/m.s
Ga - lưu lượng không khí chuyển động qua băng tải, kg/m2
.s
y - quãng đường dịch chuyển của vật liệu sấy, m

Giải phương trình (1.10), thu được công thức xác định sự thay đổi của độ chứa hơi W
theo chiều dày vật liệu sấy (giả thiết tính chất của vật liệu sấy là đồng đều theo phương
dịch chuyển y):
0 . .P
a
G M
W W x
G y

 

(1.11)
 Phương trình cân bằng năng lượng
    
 
. . / .
. .
cv a pw a ga
a pa pw
h G G W x T TT
x G C C W
   
 
 
(1.12)
Trong đó: Ta - nhiệt độ của không khí sấy, 0
C
Tg - nhiệt độ của vật liệu sấy, 0
C
hcv - hệ số truyền nhiệt thể tích, kJ/m3
.ph.K
Cpa - nhiệt dung riêng của không khí khô, kJ/kgK
Cpw - nhiệt dung riêng của hơi nước, kJ/kgK
Giải phương trình (1.12), xác định được nhiệt độ không khí tại đầu ra:
 ( / ).
0.d a x
a g gaT T a T T  
Trong đó:
 . .a pa pwa G C C W 
. .cv a pw
W
d h G C
x
 
 
 

 

Ta0 - Nhiệt độ không khí tại vị trí ban đầu x0 = 0, 0
C
 Phương trình truyền nhiệt
     
 
. . .
(1.13)
. .
cv a g a g pw gpl
g
p pg pl
W
h T T G L C C T
T x
y G C M C
  
  
  
 
 
 

   
 

  
Trong đó: Lg - nhiệt ẩn hóa hơi của nước trong vật liệu sấy, kJ/kg
Cpg- nhiệt dung riêng của vật liệu sấy, kJ/kgK

Cpl- nhiệt dung riêng của nước, kJ/kgK
Giải phương trình (1.13) ta sẽ tìm được sự thay đổi nhiệt độ của vật liệu sấy:
    0 /
0
1
. (1.14)
y y h
g gT f gT e f
g
 
 
 
  
Ở đây:
 0. . . ; . .cv a g cv pw aa pl
W W
f h T G L g h C C G
x x
 
 
 
 
     
 
 . .p pg plh G C M C  
1.6. So sánh phương pháp sấy lạnh với phương pháp sấy nóng
Sấy là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật. Tuy nhiên, sấy là một quá trình
công nghệ đòi hỏi sau khi sấy, vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn năng
lượng ít và chi phí vận hành thấp. Có hai phương pháp sấy:
a) 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 Pam
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:
φ =
o
r
p
p
= exp







ro
h
p 
2
(1.15)
Trong đó Pr - áp suất trên bề mặt cột mao dẫn, N/m 2
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
ρ0 - 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:
 Giảm phân áp suất của hơi nước trong tác nhân sấy bằng cách đốt nóng.

 Tăng phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy.
Tóm lại, nhờ đốt nóng cả tác nhân sấy và vật liệu sấy hoặc chỉ đốt nóng vật liệu sấy
mà hiệu số giữa phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật Phb và phân áp suất hơi nước
trong tác nhân sấy Ph tăng lên dẫn đến quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu
sấy ra bề mặt và đi vào môi trường.
Do đó, hệ thống sấy nóng thường được phân loại theo phương pháp cung cấp nhiệt:
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. Hệ thống sấy đối lưu gồm: hệ thống sấy buồng, hệ
thống sấy hầm, hệ thống sấy khí động….
Hệ thống sấy tiếp xúc
Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng. Như vậy trong hệ thống sấy tiếp xúc,
người ta tạo ra độ chênh lệch áp suất nhờ tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật
liệu sấy. Hệ thống sấy tiếp xúc gồm: hệ thống sấy lô, hệ thống sấy tang…
Hệ thống sấy bức xạ
Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để dẫn ẩm dịch chuyển từ lòng vật
liệu sấy ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường. Ở đây người ta tạo ra độ chênh phân
áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường bằng cách đốt nóng vật.
Hệ thống sấy dùng dòng điện cao tần hoặc dùng năng lượng điện từ trường
Khi vật liệu sấy đặt trong môi trường điện từ thì trong vật xuất hiện các dòng điện
và chính dòng điện này sẽ đốt nóng vật.
 Ưu điểm của phương pháp sấy nóng
- 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
- Chỉ sấy được 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.
b) Phương pháp sấy lạnh
Trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra độ chênh áp suất hơi nước giữa vật liệu
sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy Ph nhờ
giảm độ chứa ẩm d. Mối quan hệ đó được thể hiện theo công thức:
Ph =
d
dB
621,0
.
(1.16)
Trong đó B - áp suất môi trường (áp suất khí trời).
Khi đó, ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường có thể
trên dưới nhiệt độ môi trường (t > 0 o
C) và cũng có thể nhỏ hơn 0 o
C.
c) So sánh phương pháp sấy lạnh và phương pháp sấy nóng
Để tiến hành so sánh thực nghiệm phương pháp sấy lạnh với phương pháp sấy nóng,
các loại rau củ thực phẩm và dược liệu như cà rốt, củ cải, hành lá, dứa, mít, nhãn, măng
cụt, hành tây, hỗn hợp dịch ép gừng và bột avicel,… đã được sấy thử nghiệm với
khoảng thông số nhiệt độ sấy t = 250
C đến 400
C, tốc độ gió ω=2,2-4 m/s. Kết quả sản
phẩm sau thí nghiệm có các đặc điểm về màu sắc, mùi vị, hàm lượng chất dinh dưỡng
và trạng thái vật sấy được bảo toàn hơn hẳn các công nghệ sấy nóng truyền thống, ngay
cả khi so sánh với kỹ thuật sấy hiện đại bằng tia hồng ngoại. Điều đó chứng tỏ những
đặc điểm ưu việt của công nghệ sấy lạnh trong việc ứng dụng sấy những loại rau quả
giàu vitamin, có giá trị dinh dưỡng cao trong thực tế [19].
Dưới đây là bảng so sánh các phương pháp sấy khác nhau với phương pháp sấy lạnh
sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ của Viện Công Nghệ Thực Phẩm, sở Công Nghiệp Hà Nội
dựa trên các tiêu chí về chất lượng sản phẩm, giá thành sản phẩm, thời gian sấy, chi phí
đầu tư, chi phí vận hành và bảo vệ môi trường, phạm vi ứng dụng, vv…

Bảng1-1 Đánh giá so sánh chất lượng sản phẩm sấy bằng bơm nhiệt sấy lạnh với
phương pháp sấy nóng truyền thống và sấy hồng ngoại [Viện Công Nghệ Thực Phẩm,
sở Công Nghiệp Hà Nội]
Thứ
tự
Phương Pháp sấy
Chỉ tiêu so sánh
Sấy nóng
Sấy thăng hoa
và chân không
Sấy lạnh sử dụng
máy hút ẩm kết
hợp máy lạnh
1
Chất lượng sản phẩm (màu
sắc, mùi vị, vitamin)
Kém hơn
rất nhiều
Tốt hơn Bằng nhau
2 Giá thành sản phẩm Thấp hơn Đắt hơn nhiều Đắt hơn
3 Thời gian sấy Ngắn hơn Ngắn hơn
Lớn hơn hoặc
bằng
4 Chi phí đầu tư ban đầu
Thường
thấp hơn
Cao hơn nhiều Cao hơn
5 Chi phí vận hành, bảo dưỡng
Thường rẻ
hơn
Đắt hơn nhiều Đắt hơn
6
Khả năng điều chỉnh nhiệt
độ tác nhân sấy theo yêu cầu
công nghệ
Khó hơn Khó hơn Khó hơn
7 Vệ sinh an toàn thực phẩm
Thường
kém hơn
Tốt hơn Bằng nhau
8 Bảo vệ môi trường
Thường
kém hơn
Như nhau Kém hơn
9 Phạm vi ứng dụng Rộng hơn Hẹp hơn Hẹp hơn

1.7. Đánh giá và kết luận
a) So với sấy lạnh sử dụng máy hút ẩm chuyên dụng kết hơp máy lạnh
Sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp tỏ ra ưu thế vượt trội về chi phí đầu tư ban
đầu, giảm tiêu hao điện năng. Với điều kiện của Việt Nam thì nên dùng phương pháp
sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp. Trong thực tế, ở một số nhà máy nhập dây
chuyền công nghệ sấy sử dụng máy hút ẩm chuyên dụng kết hợp với máy sấy không đạt
hiệu quả và đã chuyển sang dùng bơm nhiệt nhiệt độ thấp.
b) So với sấy thăng hoa và sấy chân không
Chất lượng sản phẩm của hai phương pháp này thường tốt hơn sấy lạnh sử dụng bơm
nhiệt nhiệt độ thấp nhưng các chỉ tiêu quan trong 2 và 5 lại kém hơn nên chỉ áp dụng hai
phương pháp này khi yêu cầu về chất lượng sản phẩm cao (chỉ tiêu 1, 7), còn lại nên sử
dụng phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt nhiệt độ thấp.
c) So sánh với sấy nóng
Nhìn chung, có một số vật liệu sấy lạnh không có hiệu quả như sấy gỗ, các loại hoa
quả có vỏ dày thì buộc phải sử dụng sấy nóng. Đối với các vật liệu còn lại, nếu vật liệu
sấy nhạy cảm với nhiệt, dễ mất màu, dễ mất mùi, chất dinh dưỡng, giá thành sản phẩm
được thị trường chấp nhận và thời gian sấy không đòi hỏi phải nhanh thì nên sấy bằng
phương pháp sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp.
Như vậy, phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt nhiệt độ thấp tỏ ra có hiệu quả, nhất
là đối với một số sản phẩm đặc thù (nhạy cảm với nhiệt độ) Do đó, tùy vào từng trường
hợp cụ thể, xem xét các chỉ tiêu trong bảng trên, chỉ tiêu nào là quan trọng thì quyết
định phương pháp sấy phù hợp.
d) Kết luận
Ưu điểm của công nghệ sấy lạnh có thể xây dựng được từng quy trình công nghệ sấy
hợp lý đối với từng loại rau, củ, quả. Sau khi sấy, nông sản, thực phẩm giữ được nguyên
màu sắc, mùi vị, thành phần dinh dưỡng thất thoát không đáng kể, đạt tiêu chuẩn vệ
sinh an toàn thực phẩm của Việt Nam và các chỉ tiêu kỹ thuật, chất lượng sản phẩm
tương đương một số nước khác trên thế giới. Việt Nam là một nước có khí hậu nóng
ẩm, vì thế máy sấy lạnh là công nghệ đặc biệt phù hợp với các loại nông sản, thực

phẩm, đảm bảo được chất lượng cũng như hàm lượng dinh dưỡng, màu s ắc, mùi vị cho
sản phẩm. Đối với các sản phẩm như củ cà rốt, thì là, hành hay các loại kẹo chocolate,
kẹo Caramen, Jelly... Môi trường chế biến những sản phẩm này yêu cầu về nhiệt độ
không được quá cao và độ ẩm phải nhỏ hơn 45 -50%. Tính mới của công nghệ này là
quá trình sấy được thực hiện ở nhiệt độ thấp, tạo môi trường nhiệt độ cùng chiều với
môi trường độ ẩm để tăng cường độ sấy. Ngoài ra, công nghệ này có nhiều ưu điểm kỹ
thuật khác như: hút ẩm nhưng không làm tăng nhiệt độ môi trường như máy hút ẩm
thông thường, sấy khô được các sản phẩm không cho phép làm khô trong môi trường
nhiệt độ cao.

Chương 2
VẬT LIỆU SẤY LẠNH – XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG
NGHỆ VÀ XỬ LÝ VẬT LIỆU SẤY LẠNH
2.1. Vật liệu sấy lạnh và lựa chọn vật liệu sấy lạnh theo hướng nghiên cứu
Tất cả các sản phẩm đều chịu biến đổi trong quá trình sấy và bảo quản sau đó. Yêu
cầu đặt ra đối với quá trình sấy là bảo vệ tới mức tốt nhất chất lượng, hạn chế những hư
hại trong quá trình sấy, bảo quản đồng thời nâng cao hiệu quả kinh tế một cách tối ưu
nhất. Xét về cơ bản những thay đổi trong quá trình sấy có thể chia ra:
 Những thay đổi lý học: sứt mẻ, gãy, vỡ,…
 Những thay đổi hóa lý: trạng thái tính chất của những keo cao phân tử bị thay
đổi.
 Những thay đổi hóa sinh: do sự oxi hóa của chất béo, phản ứng sẫm màu phi
enzim, phản ứng enzim,…
 Những thay đổi do vi sinh vật
Những thay đổi đó làm thay đổi cấu trúc màu sắc mùi vị, giá trị dinh dưỡng và có
ảnh hưởng đến tính hồi nguyên của sản phẩm sau khi sấy. Các phương pháp sấy khác
nhau có những ưu điểm và nhược điểm trong quá trình sấy các sản phẩm rau quả. Trong
đó, phương pháp sấy nóng đáp ứng được các yêu cầu về năng suất, thời gian sấy nhưng
lại không đáp ứng tốt các đòi hỏi về chất lượng sản phẩm. Ngược lại, đối với các sản
phẩm sấy yêu cầu nhiệt độ thấp đòi hỏi phải có quy trình sấy phù hợp hơn. Công nghệ
sấy lạnh là một công nghệ mới được dùng để giải quyết các vấn đề không thể giải quyết
đối với công nghệ sấy nóng. Từ nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh những ưu điểm
vượt trội của công nghệ sấy lạnh trong quá trình xây dựng quy trình sấy đối với các loại
rau củ quả có giá trị kinh tế.

2.1.1. Sơ đồ công nghệ sấy rau quả
Rau quả (phải thích hợp cho quá trình sấy)
Làm sạch (khô, ướt)
Lựa chọn phân loại (theo kích thước)
Gọt sửa
Cắt, thái (tùy theo yêu cầu)
Chần, hấp (tùy theo yêu cầu)
Xử lý hóa học (nếu cần)
Chà Chà ép
Sấy Sấy Cô đặc
Làm nguội Làm nguội Cô đặc
Sấy
Phân loại Phân loại Phân loại
Ép bánh Nghiền nhỏ
Đóng gói Đóng gói Đóng gói
Sản phẩm Sản phẩm dạng Sản phẩm
dạng nguyên bản mỏng dạng bột
Hình 2-1. Sơ đồ công nghệ sấy rau quả

2.1.2. Ảnh hưởng của quá trình sấy đến chất lượng sản phẩm
a) Ảnh hưởng đến cấu trúc
Thay đổi về cấu trúc của các vật liệu là một trong những nguyên nhân quan trọng
làm giảm chất lượng sản phẩm. Bản chất và mức độ của các biện pháp xử lí rau quả
trước khi sấy đều có ảnh hưởng đến cấu trúc của các sản phẩm sau khi hồi nguyên.
Nguyên nhân là do sự hồ hóa của tinh bột, sự kết tinh của xenluloza và sự hình thành
các sức căng bên trong do khác biệt về độ ẩm ở các vị trí khác nhau. Kết quả la sự tạo
thành các vết nứt gãy, các tế bào bị nén ép vặn vẹo vĩnh viễn, làm cho sản phẩm có bề
ngoài bị co ngót, nhăn nheo. Trong quá trình làm ướt trở lại sản phẩm hút nước chậm,
không thể lấy lại hình dạng như ban đầu.
Các sản phẩm khác nhau có sự dao động về mức độ co ngót và khả năng hấp thụ
nước trở lại. Sấy nhanh ở nhiệt độ cao làm cho cấu trúc bị thay đổi nhiều hơn so với sấy
với tốc độ vừa phải ở nhiệt độ thấp. Trong quá trình sấy, các chất hòa tan di chuyển theo
nước từ bên trong ra bề mặt ngoài của sản phẩm. Quá trình bay hơi làm cô đặc các chất
tan ở bề mặt, kết hợp với nhiệt độ không khí (đặc biệt khi sấy trái cây, cá, thịt,…) gây ra
các phản ứng lý hóa phức tạp của các chất tan ở bề mặt ngoài nên lớp vỏ cứng không
thấm được. Hiện tượng này gọi là hiện tượng cứng vỏ (case hardening), làm giảm tốc độ
sấy và làm cho sản phẩm có bề mặt khô, nhưng bên trong thì ẩm. Vì vậy cần kiểm soát
nhiệt độ sấy để tránh chênh lệch ẩm quá cao giữa bên trong và bề mặt sản phẩm. Đối
với kỹ thuật sấy lạnh hoàn toàn có thể giải quyết được vấn đề này. Hệ thống sấy lạnh có
nhiệt độ tương đối thấp cho nên quá trình khô của bề mặt vât liệu sẽ chậm hơn trong khi
ẩm được lấy ra nhiều bằng sự chệnh lệch phân áp suất hơi ngoài bề mặt và bên trong vật
liệu sấy.
b) Ảnh hường đến mùi vị
Nhiệt độ làm thất thoát các thành phần dễ bay hơi ra khỏi sản phẩm vì vậy phần lớn
các sản phẩm sấy bị giảm mùi vị. Mức độ thất thoát phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm
của vật liệu sấy, áp suất hơi nước và độ hòa tan của các chất bay hơi trong nước. Nhưng
sản phẩm có giá trị kinh tế cao nhờ vào đặc tính mùi vị (như gia vị) cần được sấy ở
nhiệt độ thấp. Một số sản phẩm có kết cấu xốp tạo điều kiện cho oxi không khí dễ dàng

tiếp xúc với sản phẩm, gây ra các phản ứng oxi hóa chất tan và chất béo trong quá trình
bảo quản làm thay đổi mùi vị của sản phẩm.
Tốc độ của quá trình gây hư hỏng phụ thuộc vào nhiệt độ bảo quản và hoạt độ của
nước. Phần lớn rau quả chỉ chứa một lượng nhỏ lipit. Tuy nhiên, sự oxi hóa các chất béo
không no tạo ra các hydroperoxit tham gia vào các phản ứng polime hóa, phản ứng tách
nước hoặc oxi hóa để tạo thành aldehit, Kenton và các axit gây mùi ôi thui khó chịu.
c) Ảnh hưởng đến màu sắc
Có nhiều nguyên nhân gây ra sự mất màu hay thay đổi màu trong sản phẩm sấy, như là:
 Sự thay đổi các đặc trưng bề mặt của sản phẩm gây ra sự thay đổi độ phản xạ ánh
sáng và màu sắc.
 Nhiệt và sự oxi hóa trong quá trình sấy gây ra những biến đổi hóa học đối với
carotenoit và clorophyl, cũng như hoạt động của enzim polyphenoloxidaza gây
nên sự sẩm màu trong quá trình bảo quản các sản phẩm rau quả.
Có thể ngăn ngừa được những thay đổi này bằng các phương pháp chần hấp hoặc xử
lý trái cây bằng axit ascorbic hoặc SO2.
d) Ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng
Các số liệu về sự thất thoát các chất dinh dưỡng của các tác giả thường không thống
nhất, có thể do sự khác biệt đáng kể trong các quá trình chuẩn bị sấy, nhiệt độ và thời
gian sấy, cũng như điều kiện bảo quản. Ở rau quả, thất thoát dinh dưỡng trong quá trình
chuẩn bị thường vượt xa quá trình sấy. Ví dụ, thất thoát vitamin C trong quá trình chuẩn
bị táo sấy (dạng khối) là 8% do quá trình cắt gọt, 62% do chần hấp, 10% do quá trình
nghiền pu rê và 5% do quá trình sấy.
Vitamin có độ hòa tan trong nước khác nhau và khi quá trình sấy diễn ra, một vài
loại (ví dụ: vitamin B2 riboflavin) đạt trạng thái bão hòa và kết tủa khỏi dung dịch, nhờ
vậy chúng ít bị tổn thương. Một số khác, ví dụ: axit ascorbic, hòa tan ngay cả khi độ ẩm
của sản phẩm hạ xuống đến mức rất thấp, chúng phản ứng với các chất tan với tốc độ
càng lúc càng cao hơn trong quá trình sấy. Vitamin C cũng rất nhạy cảm với nhiệt và
oxy hóa. Vì thế để tránh những thất thoát lớn cần sấy trong thời gian ngắn, nhiệt độ
thấp, bảo quản ở độ ẩm thấp và nồng độ khí oxi thấp. Thiamin (Vit B1) cũng nhạy cảm

với nhiệt, tuy nhiên các vitamin khác hòa tan trong nước bền với nhiệt và oxy hóa hơn
và tổn thất quá trình sấy hiếm khi vượt quá 5-10%, ngoại trừ thất thoát do quá trình
chần hấp.
Sự tổn thất các vitamin có thể hạn chế đáng kể hoặc ngăn ngừa hoàn toàn khi sử
dụng các phương pháp sấy nhanh và ôn hòa (như sấy phun), đặc biệt bằng phương pháp
sấy thăng hoa đối với các nguyên liệu nghiền nát, nguyên chất dạng cắt nhỏ.
Các chất dinh dưỡng như chất béo (ví dụ: các axit béo không thay thế được và các
vitamin A, D, E, K) phần lớn chứa trong phần chất rắn của sản phẩm và chúng không bị
cô đặc trong khi sấy. Tuy nhiên nước là dung môi của các kim loại nặng, là những chất
xúc tác của quá trình oxy hóa các chất dinh dưỡng không no. Khi nước bị mất, chất xúc
tác trở nên hoạt động hơn và làm tăng tốc độ oxy hóa. Các vitamin tan trong chất béo bị
biến đổi mất đi khi tiếp xúc với peroxit được sinh ra do sự oxy hóa chất béo. Để giảm
thất thoát trong quá trình bảo quản người ta hạ thấp nồng độ oxy, nhiệt độ bảo quản và
loại trừ ánh sang tiếp xúc với sản phẩm.
e) Ảnh hưởng đến sự hồi nguyên sản phẩm (rehydration)
Sản phẩm sau khi sấy không thể trở lại tình trạng ban đầu khi làm ướt trở lại. Sau khi
sấy, tế bào bị mất áp suất thẩm thấu, tính thẩm thấu của tế bào bị thay đổi, các chất tan
di chuyển, polysacarit kết tinh và protein tế bào bị đông tụ, tất cả góp phần vào sự thay
đổi cấu trúc, làm thất thoát các chất dễ bay hơi và đây đều là những quá trình không
thuận nghịch.
Nhiệt trong quá trình sấy làm giảm khả năng hydrat hóa tinh bột và tính đàn hồi của
thành tế bào, làm biến tính protein, giảm khả năng giữ nước của chúng. Tốc độ và mức
độ thấm nước trở lại có thể được dùng như chỉ số đánh giá chất lượng sản phẩm sấy.
Những sản phẩm sấy trong những điều kiện tối ưu, ít hư hại hơn sẽ thấm ướt trở lại
nhanh hơn, hoàn toàn hơn.
2.2 Các đặc tính hóa lý cơ bản của một số vật liệu sấy giàu vitamin ứng dụng công
nghệ sấy lạnh
Bất kì một loại nông sản phẩm nào, trong thành phần của nó đều có chứa các nhóm
hợp chất hữu cơ như protein, gluxit, lipid, vitamin, axit hữu cơ và các chất khoáng, các

sắc tố v.v… với tỷ lệ khác nhau. Do đó muốn bảo quản tốt từng loại sản phẩm cần
nghiên cứu kỹ thành phần hóa học và những biến đổi của nó dưới tác động của các nhân
tố bên ngoài. Thông thường trong thành phần của chúng có chứa những hợp chất sau:
a) Nước
Tuyệt đại đa số nông sản phẩm đều có chứa một lượng nước nhất định, nó thay đổi
tùy theo hình thái giải phẩu và trạng thái keo ưa nước trong tế bào sản phẩm. Có những
loại chứa nhiều nước như rau quả tươi chứa 65-95% nước, hạt lương thực chứa tương
đối ít hơn từ 11-20%. Nhưng nhìn chung trong tế bào các loại nông sản phẩm đều có
chứa các dạng nước sau đây: (theo phân loại của viện sĩ P.A Rebinde)
 Nước liên kết hóa học
Được đặc trưng bằng quan hệ định lượng rất chính xác giữa sản phẩm và nước. Đây
là loại liên kết rất bền vững. Ví dụ: Na3CO3.3H2O. Nếu muốn tách lượng nước này phải
bằng cách đem nung lên hoặc bằng các tương tác hóa học khác.
 Nước liên kết hóa lý
Kết hợp với vật liệu không theo một tỷ lệ nhất định. Nó bao gồm có nước hấp thụ,
nước thẩm thấu, nước cấu trúc. Muốn tách lượng nước này ra cần tiêu hao một năng
lượng để biến nó thành thể hơi. Dạng nước này kém bền hơn.
 Nước liên kết cơ học
Loại này kết hợp với sản phẩm không theo một lượng nhất định, chính là lượng nước
tự do trong sản phẩm đây là dạng kém bền vững nhất. Nó được chuyển dịch trong sản
phẩm ở dạng thể lỏng. Muốn tách ra phải bằng cách sấy khô ở nhiệt độ 105o
C.
Hàm lượng nước trong sản phẩm cao hay thấp có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và
khả năng bảo quản của chúng. Đối với những sản phẩm có hàm lượng nước cao, việc
bảo quản khó khăn hơn vì nước chính là một môi trường thuận lợi để vi sinh vật hoạt
động, làm cho chất lượng sản phẩm bị giảm xuống
b) Những hợp chất có Nitơ và sự biến đổi trong quá trình bảo quản
Protein là hợp chất chứa Nitơ chủ yếu trong nông sản phẩm và nó là thành phần dinh
dưỡng chủ yếu của những sản phẩm có hạt. Nó có giá trị dinh dưỡng cao. Các loại sản

phẩm khác nhau, hàm lượng protein chứa trong chúng khác nhau. Lúa chứa 7-10%, ngô
10-12%, cao lương 10-13%, đậu Hà Lan 22-26%, đậu tương 36-42%, càrốt 2% các loại
quả chỉ dưới 1% (Tất cả tính theo % trọng lượng chất khô).
Trong thành phần protein có mặt đầy đủ các nhóm: albumin, prolamin, glutein,
globulin.
- Trong albumin có chứa các axít amin không thay thế
- Prolamin cứ nhiều trong các cây hòa thảo, đặc biệt thành phần protein chứa trong
hạt ngô thì nhóm này chủ yếu chiếm tới 50% đó là zein của ngô.
- Globulin có chứa nhiều trong hạt có dầu, hạt cây họ đậu như đậu tương, protein
trong đậu tương. Protein trong đậu tương có đủ 8 axit amin không thay thế.
- Glutelin cũng là protein đặc trưng của hạt cây hòa thảo, đặc bệt người ta chú ý tới
gluten của lúa mì.
Ở rau quả hàm lượng protein rất ít, chỉ chiếm khoảng 1-2%, thường chủ yếu ở các
loại rau cao cấp như suplơ, càrốt, khoai tây… tuy vậy nó có giá trị dinh dưỡng rất cao.
Trong quá trình bảo quản, nói chung Nitơ tổng số hầu như không thay đổi hoặc thay đổi
rất ít, nhưng Nitơ protein hòa tan thay đổi khá nhiều, chúng phân giải thành các axit
amin làm cho hàm lượng axit amin tăng lên. Do đó lượng Nitơ protein giảm xuống và
Nitơ phiprotein trong quá trình này cũng tăng lên một cách rõ rệt. Trong những công
trình nghiên cứu của Gasiorowski về hạt lúa mì bảo quản ở trạng thái tươi ẩm trong các
kho kín hoàn toàn, ông đã phát hiện thấy sự tăng lên của hàm lượng Nitơ phiprotein sau
15 tuần lễ bảo quản.
2.3. Lý thuyết sấy rau quả
2.3.1. Quy trình xử lý trước khi sấy
Sấy rau quả thông thường được thực hiện ở 3 dạng chủ yếu: dạng nguyên (hoặc miếng);
dạng bản mỏng và dạng bột hoặc nhũ tương. Tuỳ theo dạng sản phẩm, công nghệ sấy
rau quả có sơ đồ chung như sau:
 Rau quả tươi sau khi rửa sạch được loại bỏ phần không đủ tiêu chuẩn, được phân cỡ
theo kích thước, làm sạch, cắt miếng. Sau đó rau quả được chần (hấp), xử lý hoá chất.
Tiếp theo, các hình thức sản phẩm khác nhau được chế biến theo các sơ đồ khác nhau.

 Trong khi chần (hấp), do tác dụng của nhiệt và ẩm nên tính chất hoá lý của nguyên
liệu bị biến đổi có lợi cho sự thoát nước khi sấy. Đồng thời vi sinh vật bị tiêu diệt và
hệ thống enzim trong nguyên liệu bị mất hoạt tính, hạn chế tối đa khả nă ng biến màu
trong khi sấy rau quả và rút ngắn thời gian sấy. Ngoài ra quá trình chần làm giảm độ
hút ẩm của rau quả khô.
 Trong công nghiệp sấy rau quả, để ngăn ngừa quá trình oxy hoá làm biến màu rau
quả khi sấy, người ta sử dụng các chất chống oxy hoá nh ư axit sunfurơ, axit ascobic,
axit xitric và các muối natri của axit Sunfurơ (như sunfit, bisunfit, metabisunfit, ...) để
xử lý hoá chất cho rau quả trước khi sấy.
2.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy
a) Nhiệt độ sấy
Yếu tố ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm rau quả khô là nhiệt độ sấy. Nếu
nhiệt độ sản phẩm trong quá trình sấy cao hơn 60 o
C thì prôtêin bị biến tính. Nếu loại
rau quả ít thành phần protêin thì nhiệt độ đốt nóng sản phẩm có thể lên đến 80-90 o
C.
Nếu tiếp xúc nhiệt trong thời gian ngắn như sấy phun thì nhiệt độ sấy có thể lên đến 150
o
C. Đối với sản phẩm không chần như chuối, đu đủ thì có thể sấy nhiệt độ cao, giai đoạn
đầu 90-100o
C, sau đó giảm dần xuống.
Quá trình sấy còn phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt của vật liệu sấy. Nếu tốc độ tăng
nhiệt quá nhanh thì bề mặt mặt quả bị rắn lại và ngăn quá trình thoát ẩm. Ngược lại, nếu
tốc độ tăng chậm thì cường độ thoát ẩm yếu.
b) Độ ẩm không khí
Muốn nâng cao khả năng hút ẩm của không khí thì phải giảm độ ẩm tương đối của
nó xuống. Có 2 cách làm giảm độ ẩm tương đối của không khí [19]
* Tăng nhiệt độ không khí bằng cách dùng calorife.
* Giảm nhiệt độ không khí bằng cách dùng máy hút ẩm.
Thông thường khi vào lò sấy, không khí có độ ẩm 10 - 13%. Nếu độ ẩm của không
khí quá thấp sẽ làm rau quả nứt hoặc tạo ra lớp vỏ khô trên bề mặt, làm ảnh hưởng xấu
đến quá trình thoát hơi ẩm tiếp theo. Nhưng nếu độ ẩm quá cao sẽ làm tốc độ sấy giảm.
Khi ra khỏi lò sấy, không khí mang theo hơi ẩm của rau quả tươi nên độ ẩm tăng lên

(thông thường khoảng 40 - 60%). Nếu không khí đi ra có độ ẩm quá thấp thì sẽ tốn năng
lượng; ngược lại, nếu quá cao sẽ dễ bị đọng sương, làm hư hỏng sản phẩm sấy. Người
ta điều chỉnh độ ẩm của không khí ra bằng cách điều chỉnh tốc độ lưu thông của nó và
lượng rau quả tươi chứa trong lò sấy.
c) Lưu thông của không khí
Trong quá trình sấy, không khí có thể lưu thông tự nhiên hoặc cưỡng bức. Trong các
lò sấy, không khí lưu thông tự nhiên với tốc độ nhỏ (nhỏ hơn 0,4m/s), do vậy thời gian
sấy thường kéo dài, làm chất lượng sản phẩm sấy không cao. Để khắc phục nhược điểm
này, người ta phải dùng quạt để thông gió cưỡng bức với tốc độ trong khoảng 0,4 - 4,0
m/s trong các thiết bị sấy. Nếu tốc độ gió quá lớn (trên 4,0 m/s) sẽ gây tổn thất nhiệt
lượng.[20]
d) Độ dày của lớp sấy
Độ dày của lớp rau quả sấy cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy. Lớp nguyên liệu càng
mỏng thì quá trình sấy càng nhanh và đồng đều, nhưng nếu quá mỏng sẽ làm giảm năng
suất của lò sấy. Ngược lại, nếu quá dày thì sẽ làm giảm sự lưu thông của không khí, dẫn
đến sản phẩm bị "đổ mồ hôi" do hơi ẩm đọng lại. Thông thường nên xếp lớp hoa quả
trên các khay sấy với khối lượng 5 – 8 kg/m2
là phù hợp.[20]
2.4. Một số phương pháp sấy rau quả
a) Phương pháp sấy bằng không khí
Công việc này được tiến hành bằng cách trải rau quả lên các loại bề mặt ở ngoài trời
để nhận ánh sang mặt trời trực tiếp. Tuy nhiên, sản phẩm có chất lượng kém do đó khó
kiểm soát được vấn đề vệ sinh, điều chỉnh độ ẩm, nhiệt độ và tốc độ sấy.
Người ta chế tạo máy sấy dung năng lượng mặt trời nhằm khắc phục những nhược
điểm trên. Thiết bị này sử dụng một cơ cấu rất đơn giản có tác dụng tăng cường nhiệt từ
mặt trời và bảo vệ sản phẩm.
Cần chú ý phân biệt giữa sấy trực tiếp và sấy gián tiếp bằng năng lượng mặt trời. Đối
với sấy trực tiếp, sản phẩm được đặt dưới ánh nắng mặt trời và kết quả là sẽ thay đổi về
màu sắc, thành phầm vitamin. Đối với sấy gián tiếp, nguyên liệu này được bảo vệ khỏi
ánh sáng trực tiếp từ mặt trời. Ở phương pháp này, người ta sử dụng một phòng riêng để

thu nhận nhiệt lượng từ mặt trời và tại đó, không khí được cấp nhiệt rồi thổi qua phòng
chứa sản phẩm.
Máy sấy cơ học dùng nhiên liệu để đốt nóng không kí một cách trực tiếp, thực phẩm
được sấy bằng khí đốt, hoặc một cách gián tiếp thực phẩm được sấy bằng không khí
nóng do khí đốt. Hai hình thức này đều có khả năng kiểm soát tốt hơn so với sấy bằng
mặt trời và có thể tiến hành cả ngày lẫn đêm, không phụ thuộc vào thời tiết. Tuy nhiên,
chi phí đầu tư và vận hành cho thiết bị này khá cao. Đối với các sản phẩm đã được lựa
chọn phân loại tốt từ nguyên liệu ban đầu, công đoạn rửa và xử lý cũng quan trọng như
công đoạn sấy.
b) Phương pháp sấy lát
Phương pháp này tiến hành sấy một hoặc hỗn hợp nhiều loại rau quả (đã được xử lý
bằng dioxyt sunfua nhằm hạn chế mất màu và vi sinh vật phát triển) ở dạng lát mỏng.
Loại này thường được dùng như thực phẩm ăn nhẹ, có thể tăng độ ngọt bằng cách bổ
sung đường vào nguyên liệu ban đầu hoặc thay đổi thành phần như thêm hạnh nhân,
dừa nạo hay bột gia vị.
c) Phương pháp sấy bổ sung
Ví dụ như chuối đã được sấy trước đó nhằm loại bỏ lớp đường dính tiếp tục được sấy
bổ sung. Việc đóng gói và bảo quản sản phẩm sấy khô đòi hỏi nhiều yêu cầu. Sản phẩm
sau khi sấy cần được bảo quản tránh ánh sáng mặt trời, độ ẩm và nhiệt độ nhằm ngăn
ngừa sự giảm hương vị và hư hỏng. Người ta thường dùng dụng cụ chứa bằng gốm,
thủy tinh, kim loại hay nhựa cho tới khi chúng được đóng hộp. Giải pháp rẻ nhất là sử
dụng túi màng mỏng PE với điều kiện phải được ghép mệng bằng. Nơi bảo quản cần
thoáng mát, tránh xa ánh sáng mặt trời, côn trùng và loài gặm nhấm. Đa số, sản phẩm
sấy đều ổn định chất lượng trong nhiều tuần.
2.5. Lựa chọn phương pháp sấy lạnh theo hướng nghiên cứu của đề tài
Từ những đặc tính ưu việt của công nghệ sấy lạnh ta nhân thấy rằng công nghệ này
có nhiều ưu điểm và hiệu quả kinh tế cao trong việc ứng dụng vào sấy các sản phẩm rau
quả có giá trị kinh tế. Tuy nhiên, từ lý thuyết đến thực tiễn là một quá trình làm việc lâu
dài đòi hỏi quá trình đầu tư nghiên cứu tỉ mỉ. Công nghệ sấy lạnh có thể giải quyết hạn

chế của công nghệ sấy nóng trong các quy trình sấy rau quả. Tuy nhiên, việc ứng dụng
công nghệ sấy lạnh đối với các loại sản phẩm rau củ khác nhau cần phải nghiên cứu độc
lập, từ đó xây dựng những quy trình công nghệ chuẩn cho các loại hoặc các dạng rau
quả. Từ yêu cầu thực tế đó, cần thiết phải tính toán thiết kế một mô hình thực tế và kiểm
tra thực nghiệm đối với các quy trình công nghệ. Nôi dung thực hiện ở Chương III:
“Tính toán thiết kế mô hình máy sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt” sẽ trình bày rõ nội dung
này.

Chương 3
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY SẤY LẠNH SỬ DỤNG
BƠM NHIỆT
3.1. Giới thiệu về bài toán thiết kế và mô hình thiết kế
Các loại rau quả rất nhạy cảm với nhiệt độ cao, đặc biệt là các loại vitamin và khoáng
chất, ở nhiệt độ trên 600
C các chất này bắt đầu phân hủy, dẫn đến làm giảm giá trị dinh
dưỡng cũng như giá thành của sản phẩm [20]. Đối với các phương pháp sấy nóng, việc
lấy ẩm từ vật liệu chỉ thực hiện được bằng việc đốt nóng vật liệu hoặc tác nhân sấy lên
đến nhiệt độ cao, sẽ không đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng. Để giải quyết vấn
đề này, máy sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt ra đời, là phương pháp sấy mà việc lấy ẩm từ
vật liệu sấy được thực hiện bằng cách tạo ra sự chênh áp giữa tác nhân sấy và vật liệu
sấy cho nên không đòi hỏi phải gia nhiệt tác nhân sấy lên nhiệt độ quá cao. Cũng cùng
nguyên lý dịch chuyển ẩm từ bên trong nhân ra ngoài bề mặt vật liệu sấy nhưng có thể
dễ dàng nhân thấy rằng, đối với phương pháp sấy nóng tác nhân sấy ở nhiệt độ cao sẽ
làm khô bề mặt vật liệu nhanh hơn do đó sẽ cản trở quá trình dịch chuyển ẩm. Hơn nữa,
các vật liệu sấy khác nhau có cấu trúc tế bào và thành phần hóa lý khác nhau, việc sử
dụng phương pháp sấy lạnh chúng ta có thể xây dựng quy trình công nghệ đối với các
loại rau quả khác nhau. Bài toán thiết kế mô hình máy sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt sấy
Cà rốt được thực hiện để xác định các thông số quá trình từ thực nghiệm.
 Nguyên lý hoạt động của thiết bị
Máy sấy lạnh hoạt động dựa trên nguyên lý của tủ sấy, nhưng tác nhân sấy được xử
lý tách ẩm trước khi vào buồng sấy. Nguyên tắc tách ẩm tác nhân sấy bằng cách sử
dụng dàn lạnh của máy lạnh để làm giảm nhiệt độ của tác nhân sấy dưới nhiệt độ điểm
sương để hơi nước trong không khí ẩm ngưng tụ thành nước và được lấy ra ngoài. Phần
tác nhân sấy sau khi tách ẩm được gia nhiệt lại bởi dàn nóng của máy lạnh rôii tiếp tục
đưa vào buồng sấy thực hiện quá trình sấy.

Công nghệ sấy lạnh để sấy một số loại rau quả

Công nghệ sấy lạnh để sấy một số loại rau quả

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Công nghệ sấy lạnh để sấy một số loại rau quả

Similar to Công nghệ sấy lạnh để sấy một số loại rau quả (20)

More from ebookbkmt

More from ebookbkmt (8)

Công nghệ sấy lạnh để sấy một số loại rau quả