Tính toán và thiết kế hệ thống sấy khô rau công suất 1000kgh.docx

Viết thuê đề tài giá rẻ trọn gói - KB Zalo/Tele : 0973.287.149
Luanvanmaster.com – Cần Kham Thảo - Kết bạn Zalo/Tele : 0973.287.149
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TS. Trần Lệ Thu (GVHD)
BÁO CÁO
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM
Đề tài: Tính toán và thiết kế hệ thống sấy
khô rau công suất 1000kg/h
(Hệ: Đại Học)
Tên sinh viên Lớp Mã sinh viên
Phan Thị Hoàng Xuân 05DHTP6 2005140743
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - NĂM

2
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TS. Trần Lệ Thu (GVHD)
BÁO CÁO
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM
Đề tài: Tính toán và thiết kế hệ thống sấy
khô rau công suất 1000kg/h
(Hệ: Đại Học)
Tên sinh viên Lớp Mã sinh viên
Phan Thị Hoàng Xuân 05DHTP6 2005140743

3
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - NĂM 2017
MỤC LỤC
Lời nói đầu .................................................................................................................4
PHẦN 1. TỔNG QUAN ............................................................................................7
1.1. Cơ sở lý thuyết của thiết bị chính.............................................................. 7
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chính............................................ 13
1.3. Các thiết bị và mô tả đặc tính của từng thiết bị..................................... 15
1.4. Các hãng có thiết bị tương ứng (nếu có)................................................. 16
1.5. Ứng dụng trong chế biến thực phẩm ...................................................... 19
1.6. Các tài liệu tham khảo và website ........................................................... 20
PHẦN 2. TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ THIẾT BỊ ...................................................21
2.1. Các thông số ban đầu và lựa chọn tiêu chuẩn........................................... 21
2.1.1. Tính toán lượng ẩm cần thiết cho từng giai đoạn sấy.................... 21
2.1.2. Tính toán lượng nhiệt cho quá trình sấy......................................... 22
2.1.3. Tính toán nhiệt tỏa ra ở bình ngưng đóng băng............................. 23
2.1.4. Tính toán và chọn máy lạnh cho hệ thống sấy............................... 24
2.2. Sơ đồ công nghệ và giải thích công nghệ ................................................... 31
2.3. Tính toán cho thiết bị chính........................................................................ 32
2.3.1. Tính toán bình thăng hoa ..................... Error! Bookmark not defined.
2.3.2. Tính toán cho bình ngưng – đóng băngError! Bookmark not defined.
2.4. Sơ đồ thiết bị và giải thích thiết bị.................. Error! Bookmark not defined.
2.5. Sơ đồ bố trí mặt bằng và diễn giải.................. Error! Bookmark not defined.
2.6. Tài liệu tham khảo ........................................... Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC 2. BẢN VẼ THIẾT BỊ CHÍNH (Bản in A3 - Autocad kèm theo đúng
tiêu chuẩn vẽ kỹ thuật) .................................................Error! Bookmark not defined.

4
Lời nói đầu
Nước ta là một nước có nền nông nghiệp rất phát triển với sản lượng xuất khẩu
nông sản rất lớn với mặt hàng rất phong phú, trải dài từ các loại hạt ngũ cốc đến rau
củ.
Để đạt được đến sự phát triển về nông nghiệp như vậy, cần phải đảm bảo được
một công đoạn hết sức quan trọng đó là khâu bảo quản sau thu hoạch, trong đó sấy
là một quy trình công nghệ đóng góp rất nhiều vào khâu này. Đồng thời, đối với
công nghệ sấy ngày càng phát triển đã giúp tạo ra được nhiều loại sản phẩm hơn,
phong phú về chủng loại, về cách sấy và ngày càng nâng cao chất lượng thực phẩm
hơn.
Vì sự thiết yếu của công nghệ sấy trong các sản phẩm nông sản nên chúng em
xin chọn đề tài sấy thăng hoa rau quả để giúp mọi người có cái nhìn khái quát hơn
về công nghệ sấy thăng hoa này. Tuy sấy thăng hoa có giá thành cao nhưng không
thể phủ nhận thành phẩm của quá trình sấy này hơn hẳn các loại sấy khác.
Trong quá trình thu thập tài liêu, nghiên cứu cũng như biên soạn không thể siếu
những sai sót, do đó mong mọi người thông cảm và rất hân hạnh nhận được những
đóng góp chân thành từ mọi người.
Xin chân thành cảm ơn.

5
Danh mục bảng
Bảng 1.1. So sánh sấy truyền thống và sấy thăng hoa ........................................8
Bảng 1.2. Thông số kỹ thuật máy sấy thăng hoa 120kg/mẻ .............................. 17
Bảng 2.1. Thông số chu trình lạnh. ................................................................... 26

6
Danh mục hình
Hình 1.1. Mít sấy lạnh. ...................................................................................... 7
Hình 1.2. Giản đồ trạng thái nước...................................................................... 9
Hình 1.3. Biểu đồ các giai đoạn điển hình........................................................11
Hình 1.4. Cấu tạo bình thăng hoa .....................................................................18
Hình 1.5. Cấu tạo bình ngưng đóng băng .........................................................16
Hình 1.6. Máy sấy thăng hoa công ty Nhất Phú Thái.......................................16
Hình 1.7. Máy sấy sầu riêng, trái cây đông khô chân không............................18
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống lạnh ..........................................................................24
Hình 2.2. Chu trình máy lạnh trên đồ thị lgh-p.................................................25
Hình 2.3. Hình mô tả khay trong bình thăng hoa..............................................34
Hình 2.4. Hình đáy và nắp ...............................................................................36
Hình 2.5. Hình đáy và nắp ................................................................................41
Hình 2.6. Sơ đồ thiết bị sấy thăng hoa..............................................................42

7
PHẦN 1. TỔNG QUAN
1.1. Cơ sở lý thuyết của thiết bị chính
1.1.1 Giới thiệu chung về sấy đông khô
Sấy đông khô (sấy thăng hoa) là một kỹ thuật được gọi là làm khô lạnh hay còn
gọi là kỹ thuật khử nước hoặc dung môi khác từ sản phẩm đông lạnh bằng quá trình
thăng hoa. Sự thăng hoa xảy ra khi chất lỏng đông lạnh ở thể rắn chuyển trực tiếp
sang thể hơi mà bỏ qua pha lỏng. Ngược lại với quá trình sấy truyền thống từ pha
lỏng thường làm thay đổi chất lượng của sản phẩm và phương pháp này chỉ có thể
áp dụng được với một số vật liệu sấy dễ dàng. Và vì trong sấy thăng hoa vật liệu
sấy không đi qua giai đoạn pha lỏng, do đó sản phẩm sau sấy ổn định, dễ sử dụng
và có tính mỹ quan cao.
Hình 1.1. Mít sấy lạnh
Thường được sử dụng để bảo quản các loại vật liệu chung và thực phẩm nói
riêng, giúp thuận tiện hơn cho vận tải, cũng như giữ được các phẩm chất của sản
phẩm ban đầu. Ngoài ra còn có nhiều lĩnh vực khác như: điều chế mẫu cảm ứng
nhiệt, nghiên cứu tiêu bản thực vật, ổn định các vật liệu sống như nuôi cấy vi
khuẩn, lưu trữ lâu dài các mẫu HPLC, bảo quản tiêu bản động vật cho trưng bài tại
bảo tàng,...
So với các phương pháp bảo quản khác:
Trong quá trình sấy thông thường, nhiệt là nguyên nhân gây tổn thấy về hương
thơm và chất lượng dinh dưỡng. Tuy vậy, sấy thăng hoa làm giảm hoạt độ của nước
là không dùng nhiệt tác động lên thực phẩm, nên vẫn giữ được hương thơm và chất
lượng sản phẩm tốt hơn.

8
Trong quá trình sấy thăng hoa, chi phí cho hệ thống tạo áp suất chân không và
làm lạnh rất lớn. Cùng với vốn đầu tư ban đầu làm cho chi phí sấy thăng hoa và cô
đặc thực phẩm tăng cao.
Ưu điểm: sấy thăng hoa có ưu điểm lớn so với các phương pháp sấy khác như
sản phẩm có chất lượng cao (giữ nguyên màu sắc, cấu trúc, hương vị, tính thủy
hóa), giữ gìn hoạt tính sinh học, không làm mấy các vitamin. Tiêu hao năng lượng
để bay hơi hàm ẩm thấp.
Nhược điểm: giá thành thiết bị cao, vận hành cần có trình độ kỹ thuật cao, tiêu
thụ điện năng lớn.
Bảng 1.1. So sánh sấy truyền thống và sấy thăng hoa
Sấy truyền thống Sấy thăng hoa
- Thực phẩm sấy dễ dàng (rau, ngũ
cốc)
- Hiệu quả kém với thịt
- Nhiệt độ từ 39-930
C
- Dùng áp suất khí quyển
- Bốc hơi nước từ bề mặt thực phẩm
- Làm tổn thất chất hòa tan, vài trường
hợp làm cứng sản phẩm.
- Ứng suất tác động trên thực phẩm
rắn là nguyên nhân ảnh hưởng đến cấu
trúc và làm co sản phẩm
- Khử nước chậm và không hoàn toàn
- Những phần sấy khô là rắn hay lỗ
xốp thường có mật độ cao hơn nguyên
liệu
- Tổn thất hương vị
- Sản phẩm thường sẫm màu
- Giá trị dinh dưỡng giảm
- Giá sản phẩm thấp
- Sấy được hầu hết các loại thực phẩm
mà các phương pháp khác không thực
hiện được
- Tốt cho chế biển thị chín và sống
- Nhiệt độ dưới điểm đông lạnh
- Áp suất thấp
- Thăng hoa nước từ mặt nước đá
- Tổn thất là tối thiểu
- Ít gây thay đổi cấu trúc và làm co sản
phẩm
- Khư nước rất nhanh
- Những phẩn được sấy khô và xốp có
mật độ thấp hơn nguyên liệu
- Hương vị được giữ lại bình thường
- Màu bình thường
- Giữ được dinh dưỡng
- Giá sản phẩm cao, có thể gấp 4 lần
sấy khô thông thường.

9
1.1.2 Nguyên lý hoạt động
1.1.2.1 Các quá trình chuyển pha của nước
Hiểu được quá trình chuyển pha của nước trong quá trình sấy đông khô rau quả
là một điều cần thiết. Quá trình chuyển pha của nước giữa lỏng – rắn – hơi được mô
tả ở “Giản đồ trạng thái của nước”.
Hình 1.2 Giản đồ trạng thái của nước
- Ở điều kiện áp suất không đổi (tại M), khi cấp nhiệt để nhiệt độ của nước
tăng từ TM đến TG thì trạng thái của nước diễn ra theo M – G, tức lỏng ra hơi. Hiện
tượng này thường xảy ra trong các quá trình sấy vật liệu ẩm.
- Trường hợp nếu áp suất giảm xuống dưới 760mmHg, quá trình sẽ diễn ra
theo đường M – L, đây là hiện tượng xuất hiện trong quá trình sấy chân không.
- Ở điều kiện áp suất tại M không đổi, nhiệt độ nước giảm từ TM xuống TN =
TR = TH thì trạng thái pha của nước diễn ra theo M –N (tức lỏng sang rắn). Hiện
tượng này thường xảy ra trong quá trình lạnh đông.
- Ở điều kiện áp suất PR = const < PO =4,58mmHg, tại R nước ở trạng thái rắn
và có nhiệt độ là TH=TR. Ứng với mỗi giá trị nhiệt độ nước đá là TH sẽ có một giá
trị áp suất thăng hoa tương ứng là PH và ngược lại. Nếu đặt nước đá trong môi
trường có áp suất là PR, PH < PR < 4,58mmHg, tương ứng nhiệt độ thăng hoa của
nước đá là Tth = TF > TH. Khi đó nước đá chưa thể thăng hoa ngay (R) mà nó phải
thực hiện một giai đoạn truyền nhiệt đốt nóng (RF), để nâng nhiệt độ TR = TH lên
đến TF, lúc đó nước đá mới bắt đầu thăng hoa, quá trình sẽ đi theo đường R-Q và
cần một lượng nhiệt cấp vào Q, do đó tiêu tón năng lượng và thời gian để nâng
nhiệt trước khi thăng hoa. Nếu đặt nước đá trong môi trường có áp suất là PD,

10
PD<PH <4,58mmHg, tương ứng sẽ có nhiệt độ thăng hoa của nước đá là TD < TH khi
đó nước đá sẽ thăng hoa tại điểm H.
1.1.2.2 Các giai đoạn cơ bản
Quá trình sấy thăng hoa có 3 giai đoạn chính: giai đoạn làm lạnh, giai đoạn sấy
sơ cấp và giai đoạn sấy thứ cấp.
Giai đoạn 1 – Giai đoạn Tiền đông:
Mục đích chính của quá trình để chuẩn bị cho quá trình thăng hoa tiếp theo, để
sản phẩm ở nhiệt độ lạnh -10 đến -15o
C.
Sản phẩm được làm lạnh nhanh dẫn đến sự hình thành các tinh thể băng nhỏ,
hữu ích cho việc bảo toàn cấu trúc của sản phẩm, nhưng lại khó hơn để thực hiện
sấy đông khô hơn. Quá trình làm lạnh chậm tạo ra các tinh thể băng lớn hơn và hạn
chế các lớp băng trong sản phẩm trong suốt quá trình sấy.
Cấu trúc sản phẩm sấy sẽ quyết định phương thức lạnh đông. Phần lớn sản phẩm
sấy thăng hoa đề có thành phần chủ yếu là nước, dung môi và chất hòa tan. Đối với
sản phẩm sấy đông khô cần lưu ý hệ eutectic – hỗn hợp của các hợp chất đóng băng
ở nhiệt độ thấp hơn so với nước bao quanh. Trong vật liệu sấy, khi được làm lạnh,
huyền phù sẽ ngậm nước đã được đông lạnh, nồng độ chất tan trong mẫu lúc này
thay đổi. Khi nước bị đông thành băng và tách khỏi huyền phù, sẽ tạo ra các vùng
có nồng độ chất tan lớn hơn. Những vùng này có nhiệt độ đóng băng thấp hơn nước
hay gọi là nhiệt độ đóng băng tế bào. Mặc dù cảm quan bên ngoài vật liệu đã đóng
băng do có các tinh thể xuất hiện, nhưng thực tế vẫn chưa biết được nó đã đóng
băng hoàn toàn cho đến khi tất cả các chất tan trong hỗn hợp bị đóng băng. Hỗn
hợp các chất tan có nống độ khác nhau trong dung môi tạo thành hệ eutectic của
hỗn hợp huyền phù. Chỉ khi tất cả hỗn hợp eutectic bị đóng băng thì hỗn hợp huyền
phù mới bị đóng băng thực sự. Tại nhiệt độ đó được gọi là nhiệt độ eutectic.
Và yêu cầu quan trọng của giai đoạn này chính là làm lạnh đông sản phẩm đến
dưới nhiệt độ eutectic trước khi bắt đầu quá trình sấy.
Có 2 cách làm lạnh đông vật liệu sấy. Cách thứ nhất sử dụng thiết bị làm lạnh
đông thông thường hoặc nitơ lỏng để làm lạnh đông ngay trong buồng sấy thăng
hoa. Trong giai đoạn này có khoảng 10-15% trên toàn bộ ẩm thoát ra khỏi vật liệu
sấy.
Sản phẩm cần được làm lạnh đông rất nhanh để hình thành các tinh thể băng
nhỏ ít gây hư hại đến cấu trúc tế bào của sản phẩm. Đối với sản phẩm dạng lỏng,
phương pháp làm lạnh đông chậm được sử dụng để băng tạo thành từng lớp, các lớp
này tạo nên các kênh giúp cho hơi nước dịch chuyển dễ dàng.
Giai đoạn 2 – Giai đoạn Sấy thăng hoa:
Trong giai đoạn này, nhờ dòng nhiệt chủ yếu là bức xạ từ các tấm bức xạ, nước
đang đóng băng trong vật liệu sấy sẽ thăng hoa mạnh và không bị tan ra. Độ ẩm của
vật liệu sấy giảm rất nhanh.

11
Sau giai đoạn lạnh đông sản phẩm, cần thiết lập các điều kiện để tách loại băng
nước khỏi sản phẩm bằng cách thăng hoa, sản phẩm thu được khô có cấu trúc được
bảo toàn. Cần điều khiển chính xác 2 thông số nhiệt độ và áp suất. Áp suất hơi nước
sẽ được giữ dưới 4,58 mmHg 0,0098o
C đối với nước đá và dưới nhiệt độ kết tinh
Tkt và 4,58 mmHg với ẩm kết tinh trong vật liệu sấy. Sự thăng hoa băng nước từ sản
phẩm lạnh đông dựa trên sự khác biệt về áp suất hơi của sản phẩm so với áp suất
hơi của bình ngưng tụ băng nước. Các phân tử sẽ di chuyển trong mẫu từ nơi có áp
suất cao đến vùng có áp suất thấp hơn. Cần lưu ý xác định nhiệt độ mà tại đó một
sản phẩm bị lạnh đông được câm bằng giữa nhiệt độ để duy trì tính toàn vẹn của sản
phẩm lạnh đông và nhiệt độ để duy trì tối đa áp suất hơi của sản phẩm, sự cân bằng
này là yếu tố then chốt để tối ưu hóa quá trình sấy.
Với áp suất và nhiệt độ nêu trêm thì băng rắn sẽ thăng hoa trực tiếp thành hơi
mà không bị tan chảy. hơi nước tiếp tục được tách ra khỏi sản phẩm bằng cách giữ
cho áp suất trong buồng sấy thăng hoa thấp hơn áp suất hơi nước trên bề mặt của
băng, đồng thời tách hơi nước bằng máy bơm chân không và ngưng tụ nó lại bằng
các ống xoắn hoặc các bản dẹt lạnh hay hóa chất. Khi quá trình sấy tiếp diễn, bên
trong sản phẩm sẽ tiếp tục thăng hoa, làm sản phẩm được sấy khô. Hơi nước di
chuyển ra khỏi sản phẩm qua các kênh và đến bình ngưng, sau đó thàng băng bám
trên mặt ống.
Nhiệt có thể được cung cấp bằng nhiều cách. Phương pháp cấp nhiệt trực tiếp
thông qua kệ dẫn nhiệt, được áp dụng khi dùng trong sấy khay. Phương pháp khác
là sử dụng nhiệt môi trường xung quanh như trong phương pháp sấy với manifold
(giá chia mẫu).
Hình 1.3. Biểu đồ các giai đoạn điển hình

12
Đồ thị các giai đoạn điển hình được chỉ ra trên hình . Các sản phẩm hầu hết
được đông lạnh tốt dưới điểm eutectic (điểm A), sau đó nhiệt độ được tăng lên ngay
dưới ngưỡng nhiệt độ tới hạn (điểm B) và đồng thời áp suất bị giảm. Tại thời điểm
này quá trình sấy thăng hoa bắt đầu. Quan trọng trong giai đoạn sấy thăng hoa là
phải tạo được điều kiện để thúc đẩy các phân tử nước ra khỏi sản phẩm một cách tự
do. Do vậy, một máy bơm chân không thường được sử dụng để thúc đẩy quá trình
đó, có tác dụng làm giảm áp suất của môi trường xung quanh sản phẩm (điểm C).
Một bộ phận cần thiết khác là hệ thống ngưng tụ, hay còn gọi là bẫy lạnh để ngưng
tự hơi nước tách ra từ sản phẩm lạnh đông. Bẫy lạnh làm ngưng kết tất cả các hơi
ngưng tụ, gồm các phân tử nước, và bơm chân không loại bỏ tất cả các khí không
ngưng tụ.
Yếu tố quan trọng trong hệ thống sấy thăng hoa là năng lượng. Nhiệt lương
được cung cấp dưới dạng nhiệt và cần được kiểm soát một cách cẩn thận, vì nhiệt
thoát nhiều hơn so với quá trình làm lạnh bay hơi trong hệ thống có thể làm tăng
nhiệt sản phẩm đến mức vượt quá nhiệt độ phá vỡ cấu trúc hoặc nhiệt độ eutectic
của sản phẩm.
Giai đoạn 3 – Giai đoạn sấy thứ cấp (Giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại)
Mục đích của giai đoạn là loại bỏ nước còn tồn lưu, vì băng đã bị loại bỏ trong
giai đoạn sấy thăng hoa, để sản phẩm khô hoàn toàn, giai đoạn này đóng vai trò hết
sức quan trọng trong việc bảo quản và ổn định sản phẩm.
Sau khi kết thúc giai đoạn 2, và tất cả băng đã thăng hoa, tuy nhiên vẫn còn ẩm
liên kết tồn tại bên trong vật sấy. Cảm quan bên ngoài sản phẩm đã khô. Nhưng
thực tế ẩm còn lại tương đối cao khoảng 7-8%. Giai đoạn sấy thức cấp này tại nhiệt
độ cao hơn là quá trình cần thiết để bốc hơi ẩm liên kết còn lại đạt hiệu suất tối đa
nhất. Quá trình này gọi là sự giải hấp đẳng nhiệt vì ẩm liên kêt sẽ được bay hơi khỏi
sản phẩm.
Giai đoạn này thường được duy trì tại nhiệt độ sản phẩm cao hơn nhiệt độ môi
trường xung quanh nhưng phải phù hợp với độ nhạy nhiệt của sản phẩm. Do ở giai
đoạn thăng hoa trước, trạng thái của nước nằm trên điểm 3 thể nên ẩm trong vật liệu
sấy trở về dạng lỏng. Vì khi đó áp suất trong bình thăng hoa vẫn được duy trì bé
hơn áp suất khí trời nhờ bơm chân không và vật liệu sấy vẫn tiếp tục được gia nhiệt
nên ẩm vẫn không ngừng biến từ dạng lỏng lên dạng hơi và đi vào không gian bình
thăng hoa. Như vậy, giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại chính là quá trình sấy chân không
bình thường.
Khi kết thúc hoạt động, lượng nước cuối cùng còn lại trong sản phẩm cực kỳ
thấp, từ khoảng 1% đến 4%.
1.1.3 Biến đổi nguyên liệu
Sản phẩm sấy thăng hoa có thời hạn sử dụng rất lâu trong điều kiện bao gói phù
hợp và có thể bảo quản ở nhiệt độ phòng nơi khô thoáng. Do hoạt độ nước trong
sản phẩm sau sấy còn rất thấp nên các vi sinh vật gần như bị ức chế hoàn toàn.

13
Thực phẩm sấy thăng hoa gần như giữ lại được các đặc tính của nguyên liệu ban
đầu đồng thời sự tổn thất về mặt chất lượng thường ở mức thấp nhất. Sản phẩm giữ
lại tối đa các đặc tính về chất lượng mà các hợp chất có hoạt tính sinh học cũng
được bảo vệ một cách tốt nhất.
Với cá hồi nghiên cứu cho thấy tỷ lệ co rút thể tích dưới 10%, màu sắc giảm
nhưng sau khi ngậm nước có sự phục hồi lại màu sắc đáng kể, hút nước nhanh để
đạt được tỷ lệ hút nước tối đa ở 800
C (thuận lợi khi sử dụng như thành phần trong
soup). Có cấu trúc xốp, dòn phù hợp với sản phẩm snack ăn liền.
Với các sản phẩm phải có dộ khô cao và cần độ hòa tan tốt như sữa bột thì độ
ẩm còn lại 4-6% và hình dạng ban đầu vần được giữ nguyên, kích thước thay đổi
không rõ rệt.
Các chất dễ bay hơi không bị cuốn vào hơi nước sinh ra trong thăng hoa mà
được giữ lại tại khung sản phẩm. Có đến 80-90% mùi được giữ lại.
Kết cấu của sản phẩm ít bị co và không bị hiện tượng cứng lớp bề mặt. Cấu trúc
xốp của sản phẩm cho phép quá trình làm ướt trở lại nhanh chóng và an toàn và
ngược lại nó dễ vỡ và cần bảo vệ để tránh bị hư hại cơ học. Sản phẩm vẫn có nhưng
thay đổi nhỏ về dinh dưỡng: chất lượng protein, tinh bột và các hidrocacbon khác;
vì cấu trúc xốp nên sản phẩm dễ bị oxy xâm nhập và gây oxy hóa lipit. Vì vậy, sản
phẩm cần được bao gói trong điều kiện không khí cẩn thận. Trong sấy thăng hoa
vitamin không bị thất thoát hay biến đổi nhiều.
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chính
Phương thức truyền nhiệt trong quá trình thăng hoa của nước đá kết tinh bên
trong sản phẩm
Môi trường sấy thăng hoa sản phẩm luôn có áp suất nhỏ hơn 4,58 mmHg, nhiệt
độ sản phẩm nhỏ hơn nhiệt độ kết tinh của ẩm bên trong sản phẩm (dưới 0,0098o
C,
có nghĩa là dưới điểm ba thể). Như vậy, môi trường sấy gần như chân không tuyệt
đối, quá trình truyền nhiệt tách ẩm chỉ xảy ra theo hai phương thức bức xạ và dẫn
truyền, còn đối lưu xem như bằng không.
-Bức xạ từ nguồn cấp, thường là giá truyền nhiệt ở kệ trên đến sản phẩm lạnh
đông đặt trên giá truyền nhiệt ở kệ dưới để thực hiện quá trình thăng hoa.
-Dẫn truyền từ các giá truyền nhiệt mà sản phẩm đặt lên trên cùng một kệ đến
sản phẩm lạnh đông để thực hiện quá trình thăng hoa.
Quá trình thăng hoa là quá trình chuyển pha từ rắn sang hơi, với nước đá đông
đặc từ từ nguyên chất thì nhiệt độ thăng hoa nước đá là không đổi tại một áp suất
xác định, còn với nước đá đông đặc từ dung dịch trong vật liệu thì nhiệt độ thăng
hoa của nước đá cũng thay đổi tại một áp suất nhất định, phụ thuộc vào nồng độ của
dung dịch.
Áp suất của môi trường sấy thăng hoa

14
Ứng với mỗi giá trị áp suất thì sẽ có một giá trị nhiệt độ xác định. Vì thế, cần
chọn được áp suất môi trường phù hợp với nhiệt độ ẩm kết tinh trong sản phẩm khi
tiến hành sấy. Nếu chọn áp suất không phù hợp với nhiệt độ lạnh đông thích hợp
của sản phẩm thì khi cấp nhiệt vào chưa thể làm ẩm kết tinh thăng hoa ngày, mà
cần có thời gian nâng nhiệt của sản phẩm, khi đó ẩm kết tinh mới bắt đầu thăng hoa.
Như vậy sẽ tốn mọt lượng nhiệt và thời gian đốt nóng, dẫn đến làm chi phí năng
lượng tăng, đồng thời sẽ làm cho một phần ẩm kết tinh bị tan chảy, ảnh hưởng đến
chất lượng sản phẩm. Ngược lại, nếu chọn áp suất thăng hoa phù hợp thì khi sấy
không cần phải cấp nhiệt, ẩm kết tinh sẽ thăng hoa ngay mà không bị tan chảy, lúc
đó nhiệt cấp vào sẽ làm tăng động lực của quá trình tách ẩm, rút ngắn thời gian sấy
thăng hoa và đảm bảo được chất lượng sản phẩm.
Nhiệt độ môi trường sấy thăng hoa
Nhiệt cấp vào làm tăng nhiệt độ môi trường sấy và nhiệt độ của giá truyền nhiệt,
tạo động lực cho quá trình sấy thăng hoa, do sự chênh lệch nhiệt giữa nhiệt môi
trường sấy, giá truyền nhiệt với nhiệt độ sản phẩm lạnh đông mà làm cho quá trình
sấy thăng hoa nhanh hơn, rút ngắn thời gian sáy, tiết kiệm năng lượng.
Nhiệt độ môi trường sấy thăng hoa và giá truyền nhiệt dao động trong khoảng
-45o
C đến 35o
C, nhiệt độ sản phẩm phải nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ kết tinh của
ẩm bên trong sản phẩm. Nếu cấp nhiệt không đúng, nhiệt độ môi trường sấy tăng,
trên 35o
C khi đó nhiệt độ sản phẩm tăng, một khi đã vượt quá nhiệt độ kết tinh nước
đóng băng sẽ tan chảy và phá vỡ hệ thăng hoa, lúc này chuyển thành sấy chân
không nhiệt độ thấy chứ không phải sấy thăng hoa. Vì thế ảnh hưởng đến chất
lượng sản phẩm: tính hoàn nguyên và các đặc tính lưu biến của sản phẩm.
Kích thước hình học của sản phẩm
Quá trình cấp nhiệt và tách ẩm trong sấy thăng hoa tuân theo quy luật thăng hoa
nước đá từ bề ngoài vào bên trong, vì vậy nó phụ thuộc vào áp suất lỗ mao quản mà
nước kết tinh thành đã, nếu lỗ mao quản cạn hay bề dày sản phẩm mỏng thì khả
năng thăng hoa dễ dàng, ẩm dể tách ra nhanh hơn, thời gian rút ngắn. Nếu lỗ mao
quản sâu hay bề mặt sản phẩm dày sẽ khó tác ẩm hơn, thời gian sấy kéo dài.
Thời gian của quá trình sấy
Thời gian là một trong những yếu tố công nghệ quyết định đến độ ẩm, chất
lượng và chi phí năng lượng của sản phẩm sấy thăng hoa. Khi thời gian ngắn thì độ
ẩm sản phẩm sẽ không đạt yêu cầu, không đáp ứng được khả năng bảo quản. Khi
thời gian kéo dài sẽ làm chi phí tăng. Hoặc khi thời gian sấy thăng hoa ngắn, thời
gian sấy chân không kéo dài thì chất lượng sản phẩm sau khi sấy giảm.
Nguyên nhân là do cơ chế tách ẩm ở giai đoạn sấy thăng hoa từ pha rắn sang
pha hơi ở nhiệt độ thấp khác với cơ chế tách ẩm ở giai đoạn sấy chân không từ pha
lỏng sang pha hơi ở nhiệt độ cao, nên ảnh hưởng đến khả năng hoàn nguyên của sản
phẩm, làm thay đổi chất lượng và chi phí năng lượng của sản phẩm sấy thăng hoa.

15
1.3. Các thiết bị và mô tả đặc tính của từng thiết bị
1.3.1 Cấu tạo hệ thống sấy thăng hoa
Trong hệ thống sấy thăng hoa tuần hoàn được sử dụng trong công nghiệp thực
phẩm. Vật liệu sấy được làm lạnh đến một nhiệt độ thích hợp trong các kho lạnh
sâu rồi được đưa vào bình thăng hoa. Bình thăng hoa được nối với bơm chân không
qua bình ngưng đóng băng. Bình ngưng đóng băng được làm lạnh bởi một máy lạnh
amoniac gồm máy nén, giàn ngưng, bình tách lỏng và bình chứa amoniac. Nhờ bình
ngưng đóng băng mà ẩm thoát ra từ vật liệu sấy được tách ra dưới dạng băng để
máy hút chân không làm việc với không khí khô. Điều này làm cho bơm chân
không làm việc nhẹ nhàng và giảm chi phí điện năng cho cả hệ thống.
Các thiết bị chính của hệ thống sấy thăng hoa gồm có 4 bộ phận chính sau:
- Buồng sấy thăng hoa: cũng là buồng cấp đông sản phẩm (nếu hệ thống tự
cấp đông), nếu năng suất lớn thì phải có hệ thống lạnh đông sản phẩm riêng.
- Hệ thống lạnh chạy cho buồng hóa đá và buồng cấp đông sản phẩm.
- Hệ chân không kết nối với buồng hóa đá và buồng sấy.
- Hệ thống đo lường và điều khiển quá trình sấy thăng hoa.
Các máy sấy thăng hoa bao gồm một buồn chân không có chứa các khay đựng
sản phẩm và thiết bị đun nóng để cấp nhiệt cho quá trình thăng hoa. Các ống xoắn
ruột gà lạnh hoặc các bản dẹt lạnh được sử dụng để ngưng tụ hơi nước trực tiếp
thành băng. Chúng được gắn với thiết bị tự động làm tan băng để giữ cho bề mặt
của các dây xoắn ruột gà được trống tối đa cho việc ngưng tụ hơi nước. Đây là việc
cần thiết vì phần lớn năng lượng đầu vào được dùng làm lạnh đông ở các thiết bị
ngưng tụ.
1.3.2 Cấu tạo của hai thiết bị chính trong sấy thăng hoa
Bình thăng hoa: Bình thăng hoa là một hình trụ tròn nằm ngang. Một đáy được
hàn liền với hình trụ còn đáy kia là một chỏm cầu được gắn kết với than hình trụ
bằng bulong để đưa vật liệu sấy vào ra. Đỉnh bình thăng hoa có một mặt bích để nối
với bơm chân không qua bình ngưng-đóng băng. Phía trong bình thăng hoa người ta
bố trí các hộp kim loại xen kẽ nhau. Trên các hộp đó là các khay chứa vật liệu sấy.
Trong các hộp là nước nóng chuyền động. Do nhiệt độ trong bình thăng hoa rất thấp
và có một độ chân không rất lớn nên truyền nhiệt giữa các thành hộp chứa nước
nóng với vật liệu sấy chủ yếu xảy ra nhờ bức xạ nhiệt.

16
Hình 1.4. Cấu tạo bình thăng hoa
Bình ngưng – đóng băng: cấu tạo bình ngưng – đóng băng là một thiết bị trao
đổi nhiệt dạng ống. Nó là một hình trụ đứng, trong đó bố trí các ống có đường kính
51/57 mm được gắn kết với nhau và với hình trụ nhờ hai mặt sàng. Hỗn hợp hơi
nước và không khí được bơm chân không hút từ bình
thăng hoa qua một lưới phân phối phía dưới đi vào
trong các ống. Amoniac đưa vào trên mặt sàn và chứa
đầy không gian giữa các ống. ở đây hỗn hợp hơi nước
– không khí được làm lạnh và hơi nước trong hỗn hợp
đó ngưng tụ lại bám vào các thành trong của ống, còn
không khí khô qua bơm chân không để thải vào khí
quyển. Ngược lại, amoniac lỏng nhận nhiệt của hỗn
hợp hơi nước – không khí để bay hơi và qua bình tách
lỏng về máy nén của máy lạnh.
Hình 1.5. Cấu tạo bình ngưng đóng băng
1.4. Các hãng có thiết bị tương ứng (nếu có)

17
Máy sấy thăng hoa 120kg/mẻ NPT-LY10 Công ty TNHH Nhất Phú Thái:
Hình 1.6. Máy sấy thăng hoa công ty Nhất Phú Thái
Bảng 1.2. Thông số kỹ thuật Máy sấy thăng hoa 120kg/mẻ
TT Tên Giá trị Đơn vị
1 Model NPT-LY10 -
2 Nhiệt độ tấm sấy tiếp xúc Spec kỹ thuật Độ C
3 Nhiệt độ dàn bay hơi Spec kỹ thuật Độ C
4 Nhiệt độ môi trường sấy -5 đến -30 Độ C
5 Sai số nhiệt độ 1 Độ C
6 Số khay 40 Cái
7 Khả năng sấy 100-120 Kg
8 Kích thước khay 600 (W)x1000 (L)x 25(H) Mm

18
9 Kích thước buồng sấy 1,2x1,5 M
10 Vật liệu máy SUS 304 -
11 Vật liệu khay SUS 304 -
12 Công suất động cơ chính 30 kW
13 Công suất bơm chân không Spec kỹ thuật kW
14 Công suất bơm áp suất khí Spec kỹ thuật kW
15 Áp suất làm việc lớn nhất Spec kỹ thuật Pa
16 Điều khiển tự động Hoàn toàn trừ nạp liệu -
17 Tổng công suát điện hệ thống 40 kW
18 Nguồn điện 308V, 50Hz -

19
Máy sấy sầu riêng trái cây đông khô chân không
Hình 1.7. Máy sấy sầu riêng, trái cây đông khô chân không
Máy sấy chân không là máy sấy tiên tiến công nghệ cao, nó làm cho nước trong
vật liệu đông lạnh bằng nhiệt độ thấp, sau đó theo các điều kiện chân không, nó
dùng bức xạ nhiệt để thăng hoa băng đá sang khí gas trực tiếp. Sau khi ẩm đã đi ra,
nó dùng bẫy lạnh và thiết bị chân không hút hết ẩm. Đây là một sự kết hợp áp dụng
công nghệ dựa trên đa ngành phát triển, gồm điện lạnh, sưởi ấm, hút chân không,
điện,... Có ứng dụng rộng rãi như sản phẩm hóa chất, sinh học, sản phẩm y tế, các
loại thảo mộc, các sản phẩm nông nghiệp (rau, trái cây, thực phẩm biển,...).
1.5. Ứng dụng trong chế biến thực phẩm
Sấy thăng hoa được áp dụng rộng rãi trong thực phẩm:
- Sấy khô rau, nấm, cà rốt, ngô ngọt, rau chân vịt, rau cần, hạt đậu Hà Lan,
cải bắp, nấm hương, ớt đỏ, hành, tỏi tây, mộc nhĩ, rau mùi, măng tây,
- Thịt bò, thịt lợn lát, thịt gà, thịt vịt.
- Tôm sú, cá mực, cá con, cua.
- Sữa ong chúa, bột hoa, cao xương cá, tinh dầu tỏi, dầu linh chi, dầu nấm
hương.
- Dâu tây, chuối, dứa, kiwi,...

20
1.6. Các tài liệu tham khảo và website
[1] Sách “Kỹ thuật sấy” của tác giả Trần Văn Phú, Nhà xuất bản Giáo dục Việt
Nam
[2] Thư viện điện tử Wikipidia
https://translate.google.com.vn/translate?hl=vi&sl=en&u=https://en.wikipedia.org/
wiki/Freeze-drying&prev=search
[3] Bài báo khoa học của thầy Nguyễn Tấn Dũng, Khoa CNHH&TP, trường Đại
Học Sư Phạm Kỹ thuật TpHCM
http://saythanghoa.asia/
http://saythanghoa.asia/san-pham-say
http://saythanghoa.asia/co-so-khoa-hoc/37-co-so-khoa-hoc/1773-cap-nhiet-anh-
huong-den-qua-trinh-say-thang-hoa
http://saythanghoa.asia/co-so-khoa-hoc
[4] http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-say-thang-hoa-10467/

21
PHẦN 2. TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ THIẾT BỊ
2.1. Các thông số ban đầu và lựa chọn tiêu chuẩn
Trong quá trình tính toàn và thiết kế hệ thống sấy, phần tính toán nhiệt cho quá
trình sấy là một phần rất quan trọng trong quá trình thiết kế. Sau khi tính toán nhiệt
chúng ta mới tính toán và chọn các thiết bị cần thiết cho hệ thống sấy như máy lạnh,
bơm chân không, tính kích thước bình thăng hoa, bình ngưng tụ ẩm và các thiết bị
khác…
Các thông số ban đầu của vật liệu sấy ( rau):
- Độ ẩm tương đối của các loại rau khoảng 85% ÷ 95%. Ở đây ta chọn “rau
mùi” có độ ẩm tương đối là 𝜔1 = 89%. Độ ẩm tương đối của rau sau khi
sấy phải đạt từ 5% đến 7% mới bảo quản được lâu, ở đây ta sấy đến độ ẩm
tương đối của rau là 𝜔2 = 5%.
Độ ẩm tuyệt đối của rau trước quá trình sấy là: 𝜔k1 = 89%
Độ ẩm tuyệt đối của rau sau quá trình sấy là: 𝜔k2 = 5,26%
- Thời gian sấy là một yếu tố hết sức quan trọng, tùy vào từng loại sản phẩm
mà thời gian sấy sẽ khác nhau. Do vậy khi sấy sản phẩm khác nhau cần ước
lượng thời gian sấy để đảm bảo chất lượng đạt yêu cầu, sau đó đặt thời gian
sấy cố định cho từng loại sản phẩm cụ thể. Đối với các loại rau và củ thái
mỏng thời gian sấy từ 4 ÷ 7 h. Ở đây ta đặt thời gian sấy cho rau mùi là 4 h.
Thời gian sấy: 𝜏 = 4 (h)
- Khối lượng vật liệu đi vào hệ thống trong một mẻ G1 = 4000 (kg/ mẻ).
- Thời gian và khối lượng ẩm cần bốc trong từng giai đoạn:
+ Quá trình làm lạnh:
Thời gian trong giai đoạn làm lạnh là: 𝜏1 = 0,5 (h)
Phần trăm khối lượng ẩm cần bốc hơi trong quá trình làm lạnh là 15%
+ Quá trình thăng hoa:
Thời gian trong giai đoạn thăng hoa là: 𝜏2 = 2,5 (h)
Phần trăm khối lượng ẩm cần bốc hơi trong quá trình thăng hoa là 65%
+ Quá trình thải ẩm dư:
Thời gian trong giai đoạn thải ẩm dư là: 𝜏3 = 1 (h)
Phần trăm khối lượng ẩm cần bốc hơi trong quá trình thải ẩm dư là 20%
- Nhiệt độ thăng hoa là tth = - 100
C
- Nhiệt độ môi trường là tmt = 200
C
2.1.1. Tính toán lượng ẩm cần thiết cho từng giai đoạn sấy
- Khối lượng ẩm cần bốc hơi cho cả quá trình sấy:
Theo công thức (7-7) sách tính toán và thiết kế hệ thống sấy [1]

22
Ga = G1
𝜔𝑘1−𝜔𝑘2
1+𝜔𝑘1
Trong đó:
Ga: là khối lượng ẩm cần bốc hơi trong cả quá trình sấy.
𝜔k1: là độ ẩm tuyệt đối của vật liệu trước quá trình sấy.
𝜔k2: là độ ẩm tuyệt đối của vật liệu sau khi sấy.
G1: khối lượng vật liệu sấy vào hệ thống trong một mẻ.
Thay các giá trị vào ta được:
Ga = 4000
8,09−0,0526
1+8,09
= 3536,8 (kg)
- Tính toán lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn làm lạnh trong một giờ:
Ta có công thức sau: W1 =
𝐺𝑎1
𝜏1
(kg/h)
Trong đó: W1 là lượng ẩm cần bốc hơi trong giai đoạn làm lạnh trong một giờ.
Ga1 là lượng ẩm cần bốc hơi trong giai đoạn làm lạnh.
Ga1 = Ga . 15% = 3536,8
15
100
= 530,52 (kg)
Thay số vào ta được: W1 =
530,52
0,5
= 1061,04 (kg/h)
- Tính toán lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn thăng hoa trong một giờ.
Tương tự như trên ta có:
Ga2 = 3536,8
65
100
= 2298,92 (kg)
W2 =
2298,92
2,5
= 919,568 (kg)
- Tính toán lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn bốc hơi ẩm dư trong một giờ.
Tương tự như trên ta có:
Ga3 = 3536,8
20
100
= 707,36 (kg)
W3 =
707,36
1
= 707,36 (kg)
2.1.2. Tính toán lượng nhiệt cho quá trình sấy
2.1.2.1. Tính toán nhiệt bình thăng hoa
Khác với các thiết bị sấy khác, trong bình thăng hoa không có tổn thất nhiệt do:
- Thiết bị truyền tải, nên Qct = 0 (kJ)
- Tổn thất ra môi trường, nên Qmt = 0 (kJ)
- Tổn thất do tác nhân sấy mang đi Qtns = 0 (kJ)

23
Như vậy nhiệt lượng tiêu hao trong hệ thống sấy thăng hoa gồm:
- Nhiệt lượng cần làm lạnh vật liệu sấy từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ
thăng hoa Q1
- Nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sấy thăng hoa Qth
- Nhiệt lượng cần thiết để bay hơi ẩm còn lại sau thăng hoa Qd
- Nhiệt lượng vật lý để đưa vật liệu sấy từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ
thăng hoa là Q’
- Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình đông đặc Q’’
Từ đó ta thấy phương trình cân bằng nhiệt cho hệ thống sấy thăng hoa theo công
thức (15-1) [1]:
Q = (Q1 + Qth) + Qd – (Q’ + Q’’) (kJ)
Ta thấy về mặt giá trị tuyệt đối ta có:
Q1 = Q’ + Q’’ (kJ)
Do đó:
Q = Qth + Qd (kJ)
2.1.2.2. Nhiệt lượng cần thiết trong giai đoạn thăng hoa
Ta có công thức sau:
Qth = qth . 𝜏2 (kJ)
qth là nhiệt lượng cần cần thiết cho quá trình thăng hoa trong một giờ
qth = rth . W2 (kJ/h)
rth là nhiệt ẩm thăng hoa ở nhiệt độ -100
C ta lấy rth = 680 kcal/kg hay rth =
2843,488 kJ/kg
qth = 2483,488 . 919,568 = 2283736,093 (kJ/h)
Qth = 2283736,093 . 2,5 = 5709340,233 (kJ/h)
2.1.2.3. Nhiệt lượng cần thiết trong giai đoạn bay hơi ẩm dư
Ta có nhiệt lượng cần thiết trong giai đoạn bay hơi ẩm dư được tính như sau:
Qd = qbh . 𝜏3 (kJ)
Với qbh là nhiệt lượng cần thiết để bay hơi ẩm dư trong một giờ
qbh = r . W3 (kJ/h)
Như chúng ta đã thấy ẩm còn lại trong giai đoạn này tồn tại dứi dạng lỏng do
vậy nhiệt hóa hơi lấy r = 591 kcakl/kg = 2471,326 kJ/kg.
qbh = 2471,326 . 707,36 = 1748117,159 (kJ/h)
Qd = 1748117,159 . 1 = 1748117,159 (kJ)
2.1.2.4. Tổng nhiệt lượng cần thiết cho cả quá trình sấy
Q = Qth + Qd = 5709340,233 + 1748117,159 =7457457,392 (kJ/h)
Hay ta có:
q =
𝑄
𝐺𝑎
=
7457457,392
3536,8
= 2108,5324 (kJ/kg ẩm)
2.1.3. Tính toán nhiệt tỏa ra ở bình ngưng đóng băng
Bình ngưng – đóng băng là thiết bị trao đổi nhiệt ở dạng chùm ống. Phía ngoài
ống là quá trình NH3 bay hơi và phía trong hỗn hợp nước – không khí không những

24
thực hiện quá trình ngưng mà còn cả quá trình đóng băng. Do đó nhiệt lượng tỏa ra
trong bình đóng băng là:
Theo công thức (15-9) [1]
Qn = Wb {( r + rđ) + Cpa( th – tb )} (kJ)
Trong đó:
- Wb là lượng ẩm đóng băng, kg/h
- r và rđ tương ứng là nhiệt ẩm hóa hơi và nhiệt đông đặc của nước, kJ/kg
- Cpa là nhiệt dung riêng của hơi nước, kJ/kg.K
- t và tb tương ứng là nhiệt độ hơi nước và nhiệt độ băng, 0
C
Chọn các nhiệt độ như sau:
- Nhiệt độ bay hơi NH3: tbh = - 200
C
- Nhiệt độ băng: tb = -160
C
- Nhiệt độ môi trường: th = 200
C
Theo bảng 3 nước và hơi bảo hòa [3]
- Nhiệt ẩm hóa hơi của nước: r = 2500 kJ/kg
- Nhiệt đông đặc của nước: rđ = 333,37 kJ/kg
- Lượng ẩm đóng băng: Wb = 1061,04 kg/h
Thay số vào ta được nhiệt lượng tỏa ra trong bình ngưng – đóng băng:
Qn = 1061,04 . {(2500 + 333,37) + 1,842 . (20 + 16)}
= 3076678,589 (kJ/h)
Hay Qn = 854,6329414 (kW)
2.1.4. Tính toán và chọn máy lạnh cho hệ thống sấy
Đối với hệ thống sấy thăng hoa việc chọn máy lạnh có ý nghĩa rất quan trọng vì
đối với hệ thống sấy thăng hoa thì máy lạnh là thiết bị lớn nhất.
2.1.4.1. Chọn các thông số của chế độ làm việc
a. Nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh
Môi chất lạnh trong hệ thống này ta chọn là NH3 với nhiệt độ bay hơi của môi
chất lạnh là t0 = -200
C.
b. Nhiệt độ ngưng tụ ở bình ngưng
Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường làm mát của thiết bị. Đối
với thiết bị làm mát bằng nước thì ta có:
tk = tw2 + ∆tk
trong đó:
- tk là nhiệt độ ngưng tụ
- tw2 là nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng
- ∆tk hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu khoảng từ 30
C đến 50
C
Chọn nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng là 300
C

25
Tk = 30 + 5 = 350
C , với ∆tk = 50
C
c. Nhiệt độ quá lạnh tql
Ngày nay do thiết bị quá lạnh làm cho máy thêm cồng kềnh, tiêu tốn vật tư tăng,
giá thành tăng mà hiệu quả đem lại không cao nên các máy lạnh hầu như không còn
trang bị thiết bị quá lạnh.
d. Nhiệt độ hơi hút th
Nhiệt độ hơi hút là nhiệt độ của hơi trước khi vào máy nén, nhiệt độ hút bao giờ
cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất lạnh.
Để đảm bảo máy nén hoạt động không bị hút phải lỏng, người ta bố trí các bình
tách lỏng và phải đảm bảo hơi hút vào máy nén nhất thiết phải là hơi quá nhiệt.
Với môi chất lạnh NH3 nhiệt độ hơi hút cao hơn nhiệt độ sôi từ 50
C đến 100
C
nghĩa là độ quá nhiệt hơi hút ∆tk =50
– 150
C là có thể đảm bảo độ an toàn cho máy
nén làm việc.
th = t0 + (50
– 150
C)
Do vậy ta có nhiệt độ hơi hút vào máy nén:
th = -20 + 5 = -15 0
C
2.1.4.2. Chu trình máy lạnh
a. Sơ đồ và chu trình biểu diễn trên sơ đồ lgp-h
Sơ đồ hệ thống lạnh:
NT: thiết bị ngưng tụ
MN: máy nén
TL: van thiết lưu
BH: thiết bị bay hơi
Nguyên lý hoạt động của hệ thống lạnh:
Môi chất sinh ra ở thiết bị bay hơi được máy nén hút về và nén lên áp suất cao
đẩy vào bình ngưng tụ, ở bình ngưng hơi môi chất thải nhiệt cho nước và ngưng tụ
lành lỏng. Lỏng có áp suất cao đi qua van tiết lưu vào bình bay hơi, tại bình bay hơi
lỏng môi chất sôi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp thu nhiệt của môi trường lạnh. Hơi
lại được hút về máy nén, như vậy vòng tuần hoàn được khép kín.
Chu trình máy lạnh trên đồ thị lgp-h:

26
Sự thay đổi trạng thái môi chất lạnh trong chu trình như sau:
1’ – 1: quá nhiệt hơi hút
1– 2: nén đoạn nhiệt hơi hút từ áp suất thấp
2- 2’: làm mát đẳng áp hơi môi chất lạnh từ trạng thái quá nhiệt xuống trạng thái
bảo hòa
2’– 3: ngưng tụ môi chất đẳng áp và đẳng nhiệt
3– 4: quá trình tiết lưu đẳng entanpy ở van tiết lưu
4- 1’: quá trình bay hơi đẳng áp và đẳng nhiệt P0 = const và t0 = const
b. Xác định các thông số của chu trình máy lạnh
Các thông số tại các điểm nút:
Từ các thông số cơ bản tra đồ thị lgp-h ta được các thông số khác
- Nhiệt độ bay hơi:
t0 = -200
C tra đồ thị ta được:
+ áp suất bay hơi là p0 = 0,19 MPa
+ Entanpy h1’1736,4 kJ/kg
- Nhiệt độ quá lạnh:
tqn = -150
+ áp suất ph1 = 0,19 Mpa
+ Entanpy h1 = 1742,9 kJ/kg
+ V = 0,64 m3
/kg
- Nhiệt độ ngưng tụ:

27
tk = 350
+ áp suất ngưng tụ pk = 1,35 Mpa
Từ điểm 1 theo đường s = const giao với đường pk ta được t2 = 1200
C và entanpy
tại điểm 2 là h2 = 2035 kJ/kg.
Từ pk = const giao với đồ thị tại điểm 3 từ đó ta tìm được h3 = 408,3 kJ/kg
Từ điểm 3 theo đường h = const giao với đường p0 ta tìm được h4 = 408,3 kJ/kg
Từ các thông số đã tính toán được ở trên ta tính toán các thông số của máy lạnh
từ đó ta có thể chọn máy lanh sao cho phù hợp với hệ thống sấy. Đảm bảo hoạt
động của hệ thống sấy cũng như đảm bảo sao cho chi phí cho một kg sản phẩm là
thấp nhất mà vẫn đảm bảo được chất lượng sản phẩm nhằm đáp ứng nhu cầu của
khách hàng.
Để thuận tiện cho việc tính toán ta lập ra bảng các thông số dưới đây:
Bảng 2.1 Thông số chu trình lạnh
Điểm t [0
C] P [MPa] H [kJ/kg] V [m3
/kg]
1’ -20 0,19 1736,4
1 -15 0,19 1742,9 0,64
2 120 1,35 2035
3 35 1,35 408,3
4 -20 0,19 408,3
Xác định các thông số để chọn máy lạnh:
Ta có năng suất lạnh đã tính được ở trên là Q0 = Qn = 854,6329414 kW
- Năng suất lạnh riêng:
Ta có công thức (7-1) sách hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh [2]
q0 = h1’ – h4 = 1736,4 – 408,3 = 1328,1 (kJ/kg)
- Lưu lượng môi chất qua máy nén:
mtt =
𝑄0
𝑞0
=
854,6329414
1328,1
= 0,6435 (kg/s)
- Thể tích hút thực tế:
Vtt = mtt . v1 = 0,6435 . 0,64 = 0,41184 (m3
/s)

28
- Hệ số cấp 𝜆
𝜆 =
𝑝0
− Δ𝑝0
𝑝0
– c [(
𝑝𝑘
− Δ𝑝𝑘
𝑝0
)
1
𝑚
−
𝑝0
− Δ𝑝0
𝑝0
]
Trong đó:
Lấy Δ𝑝0 = Δ𝑝𝑘 = 0,005 – 0,01 MPa
m = 0,95 – 1,1 đối với máy nén NH3
c tỷ số thể tích chết, c = 0,03 – 0,05
Ta chọn các thông số sau:
+ Δ𝑝0 = Δ𝑝𝑘 = 0,01
+ m = 1
+ c = 0,05
Thay các thông số vào ta được:
𝜆 =
0,19−0,01
0,19
– 0,05[(
1,35+0,01
0,19
) −
0,19−0,01
0,19
]= 0,367
- Thể tích hút lý thuyết:
Theo công thức (7-15) [2] ta có
𝑉𝑙𝑡 =
𝑉𝑡𝑡
𝜆
=
0,41184
0,367
= 0,64653 (m3
/s)
- Chọn máy nén pittong Nga A0600 có thể tích 440.10-2
m3
/s
Số liệu tra theo bảng (7-5) [2]
- Số lượng máy nén
z =
0,64653
440.10−2
= 0,147
do vậy ta chọn một máy lạnh với các thông số như sau:
+ số xy lanh z = 2
+ vòng quay n = 8,35 vòng/s
+ đường kính pittong d = 280 mm
+ dài l = 4250 mm
+ rộng r = 4020 mm
+ cao h = 1500 mm
+ khối lượng G = 5800 kg
- Công nén đoạn nhiệt: theo công thức 7-19 [2]
Ns = mtt . l = 0,6435 . (2035 – 1742,9) = 187,9664 (kW)
- Hiệu suất chỉ thị: theo công thức (7-21) [2]

29
𝜂𝑖 =
𝑇0
𝑇𝑘
+ 𝑏0. 𝑡0 =
−20 + 273
35 + 273
+ 0,001. (−20) = 0,8
- Công suất chỉ thị: theo công thức 7-20 [2]
𝑁𝑖 =
𝑁𝑠
𝜂𝑖
=
187,9664
0,8
= 234,958 (kW)
- Công suất ma sát:
𝑁𝑚𝑠 = 𝑉𝑡𝑡 . 𝑝𝑚𝑠
Chọn pms = 0,059MPa
Nms = 0,41184 . 59 = 24,3 (kW)
- Công suất hữu ích: theo công thức 7-22 [2]
Ne = Ni + Nms = 234,958 + 24,3 = 259,258 (kW)
- Công suất tiếp điện: theo công thức 7-24 [2]
𝑁𝑒𝑙 =
𝑁𝑒
𝜂𝑡𝑑. 𝜂𝑒𝑙
Hiệu suất truyền động của khớp, đai,…𝜂td = 0,95
Hiệu suất động cơ 𝜂el = 0,8 – 0,95; chọn 𝜂el = 0,9
𝑁𝑒𝑙 =
259,258
0,95.0,9
= 303,2257 (kW)
- Nhiệt thải ở bình ngưng:
Qk = Q0 + Ni = 854,6329414 + 234,958 =1089,59 (kW)
2.1.4.3. Chọn giàn ngưng cho máy lạnh
Đối với thiết bị ngưng tụ của máy lạnh thì có nhiều loại khác nhau và có kết cấu
khác nhau, sau đây là một số loại thiết bị ngưng tụ chính:
 Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước:
- Bình ngưng ống vỏ nằm ngang NH3 và freon
- Bình ngưng phần tử nằm ngang NH3 và freon
- Bình ngưng ống vỏ NH3
 Thiết bị ngưng tụ kiểu kết hợp (giải nhiệt nước và gió)
- Giàn ngưng tưới
- Tháp ngưng tụ ( có quạt hay giàn ngưng tụ bay hơi)
 Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí ( giải nhiệt gió)
- Giàn ngưng cưỡng bức
- Giàn ngưng tự nhiên
- Giàn ngưng kiểu tấm
Trong hệ thống sấy này ta dùng môi chất NH3, ta dùng bình ngưng ống vỏ nằm
ngang. Bình ngưng gồm một vỏ hình trụ, bên trong bố trí chùm ống, hai đầu có mặt
sàn, hai phía có hai nắp. Hơi NH3, trong không gian giữa các ống ngưng tụ trên bề
mặt các chùm ống. Nước vào theo đường ống bố trí trên các nắp, đi phía trong
chùm ống theo các lối bố trí sẵn rồi ra theo ống nối phía trên.

30
Các thông số để chọn bình ngưng cho máy lạnh:
- Nhiệt tỏa ra ở bình ngưng Qk = 1089,59 (kW)
- Nhiệt độ ngưng tụ tk = 350
C
- Nhiệt độ bay hơi t0 = -200
C
- Công suất máy lạnh Q0 = 854,6329414 (kW)
- Nhiệt độ nước vào bình ngưng t’ = 250
C
- Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng t’’ = 300
C
Diện tích truyền nhiệt của bình ngưng tụ được tính như sau:
𝐹 =
𝑄𝑘
𝑘.Δ𝑡
(m2
)
Trong đó:
- k: hệ số truyền nhiệt, W/m2
k
- Δt: độ chênh lệch nhiệt độ, 0
C
- Qk: nhiệt tỏa ra ở bình ngưng, W
a. Tính hiệu nhiệt độ trung bình
Δtmax = tk – t’ = 35 -25 = 100
C
Δtmin = tk – t’’ = 35 -30 = 50
C
Hiệu nhiệt độ trung bình, theo công thức 8-2 [2]
Δ𝑡 =
Δ𝑡𝑚𝑎𝑥−Δ𝑡𝑚𝑖𝑛
𝑙𝑛
Δ𝑡𝑚𝑎𝑥
Δ𝑡𝑚𝑖𝑛
=
(35−25)−(35−30)
𝑙𝑛(
35−25
35−30
)
= 7,20
C
b. Hệ số truyền nhiệt
Đối với bình ngưng ống chùm nằm ngang là thiết bị ngưng tụ gọn nhẹ, chắc
chắn, hệ số truyền nhiệt cao k = 800 – 1000 W/m2
K. Nên ta chọn hệ số truyền nhiệt
là k = 800 W/m2
K.
c. Diện tích truyền nhiệt
Ta có diện tích truyền nhiệt như sau:
F =
1089,59 .103
800 .7,2
= 189,165 (m2
)

31
2.2. Sơ đồ công nghệ và giải thích công nghệ
2.2.1. Sơ đồ công nghệ
2.2.2. Giải thích sơ đồ công nghệ
Rau đông khô sau khi được đem rửa, ngâm, cắt thành khúc rồi đem lạnh đông ở
nhiệt độ -100
C, sau đó đem sấy thăng hoa.
Yêu cầu nguyên liệu: Rau phải tươi, không dập, thối, không quá nhũn, sâu bệnh
và đã đạt kích thước yêu cầu. Thời gian từ khi thu hái đến lúc đưa vào chế biến
càng ngắn càng tốt.
Nguyên liệu
Phân loại
Làm sạch
Tạo hình
Chần
Lạnh đông nhanh
Sấy thăng hoa
Bao gói đóng thùng
Sản phẩm

32
Phân loại: Chọn ra những lá rau có màu tươi, không dập, cắt hết các phần đã hư
hoặc gốc, loại bỏ cây bị sâu bệnh.
Làm sạch: Vì rau dễ bị dập nên làm sạch rau phải cẩn thận không để nước xối
vào rau quá mạnh, ảnh hưởng xấu đến quá trình sấy. Rửa bằng thiết bị băng chuyền
có bố trí vòi nước xối hoặc rửa trong bể ngâm.
Tạo hình: Tùy vào loại rau mà sẽ cắt hay tạo hình rau.
Chần: Rau được chần qua nước nóng ở nhiệt độ khoảng 70 đến 1000
C tùy theo
từng loại rau. Thời gian chần ngắn, từ 30 giây đến 1 phút (do rau mềm, dễ bị nhũn
và chín nếu nhiệt quá cao thời gian dài).
Rau được xếp trên các khay có lỗ và nhúng vào nước chần theo mẻ, đủ thời gian
sẽ cho mẻ tiếp theo vào. Rau sau khi chần được xếp lên khay để làm nguội cũng
như ráo đi lượng nước chần. Sau chần, rau rất mềm và dễ bị nhiễm vi sinh vật nên
cần nhanh chóng chuyển sang giai đoạn tiếp theo.
Lạnh đông nhanh: Để tránh sản phẩm bị biến màu sau khi chần, rau sau khi
được xếp khay được đưa vào làm lạnh đông trong thiết bị lạnh -35 đến -40 0
C, thời
gian lạnh đông khoảng 0,5h, nhiệt độ tâm sản phẩm là -120
C.
Sấy thăng hoa: Rau sau khi làm lạnh xong được đem đi sấy thăng hoa để
chuyển hết đá trong rau thành hơi và hơi này được bơm chân không hút qua hệ
thống làm lạnh để ngưng tụ nước này thành đá, sau đó đá này được xả ra. Thời gian
sấy thăng hoa khoảng 2h, ở áp suất 4,58mmHg.
Sau khi sấy thăng hoa, tiếp tục cho rau sấy thêm 1 lần sấy chân không bình
thường để loại bỏ toàn bộ ẩm còn sót lại. Sản phẩm sau khi sấy đạt độ ẩm khoảng
8% là đạt yêu cầu.
Bao gói thành phẩm: Môi trường đóng gói có độ ẩm thấp, nhiệt độ thấp. Bao bì
sử dụng là bao bì polyetylen hoặc giấy thiếc. Và bao bì phải hút chân không và nạp
khí Nito.
2.3. Tính toán cho thiết bị chính

Tính toán và thiết kế hệ thống sấy khô rau công suất 1000kgh.docx

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Tính toán và thiết kế hệ thống sấy khô rau công suất 1000kgh.docx

Similar to Tính toán và thiết kế hệ thống sấy khô rau công suất 1000kgh.docx (20)

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói ☎☎☎ Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149 👍👍

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói ☎☎☎ Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149 👍👍 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (18)

Tính toán và thiết kế hệ thống sấy khô rau công suất 1000kgh.docx