Đồ án Thiết bị sấy chân không- Xây dựng mô hình và thực nghiệm

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM, NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 5.1. CÁC BẢNG SỐ LIỆU TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 5.1.1. Sấy cà rốt + Bảng 5.1: Chế độ sấy p = -0.98 kN/cm2 , t = 30oC. (, [h]  0h  2  3  4  5  6  7  Gc   δ = 5mm Gm1, [g] Wm1, [%]  20.59 89.00  10.17 77.73  6.89 67.13  4.78 52.62  3.66 38.12  2.88 27.15  2.57 11.87  2.31 2   δ = 5mm Gm2, [g] Wm2, [%]  16.27 89.00  9.8 81.73  6..99 74.40  5.00 64.20  3.84 53.39  3.03 40.93  2.22 19.38  1.82 2   δ = 5mm Gm3, [g] Wm3, [%]  13.04 89.00  7.62 81.17  5.32 73.04  3.77 61.95  2.86 49.85  2.03 29.34  1.84 22.04  1.46 2   +Bảng 5.2: Chế độ sấy: p = - 0,98kN/cm2, t = 40oC. (, [h]  0h  2  3  4  5  6  Gc   ( = 5mm Gm1, [g] Wm1, [%]  20.14 89.00  7.95 72.13  4.96 55.33  3.50 36.7  2.76 19.73  2.58 14.13  2.26   ( = 5 mm Gm2, [g] Wm2, [%]  20.35 89.00  8.77 74.47  5.35 58.15  3.67 39.00  2.86 21.73  2.55 12.21  2.28   ( = 3mm Gm3, [g] Wm3, [%]  23.95 89.00  7.46 64.47  3.84 31.51  2.74 4.01    2.68   5.1.2. Sấy thìa là +Bảng 5.3: Với chế độ sấy: t = 40oC, p = - 0,98 kN/cm2. (, [h]  0h  2  3  4  5  6  Gc   Nguyên cọng Gm1, [g] Wm1, [%]  14.96 90.00  5.05 70.03  3.85 61.14  2.91 48.59  2.33 35.79  1.71 12.50  1.53 2   Nguyên cọng Gm2, [g] Wm2, [%]  12.95 90.00  4.54 71.17  3.52 63.10  2.73 52.56  2.10 38.33  1.50 13.66  1.32 2   Thái nhỏ Gm3, [g] Wm3, [%]  13.65 90.00  4.04 66.38  2.60 51.35  2.00 31.75  1.48 7.77   1.39   3. Sấy gỗ + Bảng 5.4: Chế độ sấy: p = - 0,98 kN/cm2, t = 35÷55oC (,[h]  0  4  6  11  19  24  29  36  48  72  Gc   ( = 40mm Gm1, [g] Wm1, [%]  276 47  267 45.3  263 44.4  257 43.19  250 41.6  243 39.91  239 38.91  233 34.53  195 25.13  167 12.57  151   ( = 40mm Gm1, [g] Wm1, [%]  247 47  237 44.72  233 43.78  226 42.03  218 39.90  211 37.91  198 33.81  186 29.57  174 24.71  149 12.08  135   ( = 30mm Gm2, [g] Wm2, [%]  147 47  132 40.90  128 39.06  123 36.58  120 35.00  119 34.45  113 30.97  107 27.10  99 21.2  88 11.36  80   ( = 20mm Không luộc Gm4, [g] Wm4, [%]  147 45  138 41.30  131 38.17  126 35.71  121 33.05  118 31.35  115 29.5  109 25.68  102 20.59  91 11  83   5.2. ĐỒ THỊ VÀ NHẬN XÉT 5.2.1. Cường độ bức xạ nhiệt trong buồng sấy và nhiệt độ sấy + Sấy cà rốt, nhiệt độ t = 30oC chiều dày ( = 5mm Qua bảng số liệu bảng 5.1 và đồ thị hình 5.1 ta nhận thấy: Khi sấy ở nhiệt độ thấp (bằng nhiệt độ môi trường), sẽ hạn chế khả năng truyền nhiệt bức xạ của buồng sấy, do đó nhận thấy quá trình giảm ẩm giữa các ngăn trong buồng sấy là không được đều nhau. Vì buồng sấy được gia nhiệt từ hai bên và đáy phía dưới nên quá trình khô ở ngăn thứ ba là nhanh hơn cả. + Sấy thìa là, nhiệt độ sấy 40oC Dựa vào bảng tính toán số liệu bảng 5.3 và đồ thị hình 5.2, nhận xét: khả năng bức xạ nhiệt của buồng sấy dã được phát huy, do đó quá trình khô của vật liệu giữa các ngăn tương đối đều nhau. (ngăn một và ngăn hai là quá trình giảm ẩm của rau thìa là sấy ở 40oC và để nguyên cọng, còn ngăn ba là thìa là phần lá). 5.2.2. Ảnh hưởng của chế độ sấy (nhiệt độ) + Sấy cà rốt có chiều dày ( = 5mm ở nhiệt độ 30 và 40oC; đồ thị hình 5.3, số liệu lấy từ bảng 5.1 và bảng 5.2. + Sấy gỗ, nhiệt độ sấy tăng dần từ 35 ( 55Oc; số liệu lấy từ bảng 5.4; đồ thị hình 5.4. Từ bảng tính toán số liệu và đồ thị, ta nhận thấy tốc độ sấy và thời gian sấy phụ thuộc đáng kể vào nhiệt độ sấy, đặc biệt với phương pháp sấy chân không thì điều đó càng thấy rõ. Cụ thể: - Như ở quá trình giảm ẩm của cà rốt ở trên đây, nhiệt độ sấy cao hơn thì đường cong sấy càng dốc và thời gian sấy rút ngắn hơn nhiều.(chênh nhau đến gần 1 giờ để đạt độ ẩm yêu cầu). - Hay ta xem ở đồ thị quá trình giảm ẩm của gỗ khi tăng nhiệt độ sấy từ 35 đến 55oC như hình 5.4dưới đây, các đường cong sấy bao gồm nhiều đoạn với các độ dốc khác nhau, độ dốc càng lớn khi nhiệt độ sấy tăng đột ngột. 5.2.3. Ảnh hưởng của của hình dáng, kích thước, điều kiện xử lý ban đầu đến quá trình và chất lượng, thời gian sấy + Xem bảng kết quả tính toán 5.2 và đồ thị hình 5.7 sấy cà rốt ở nhiệt độ 30oC, với chiều dày vật liệu khác nhau ( = 3mm và ( = 5mm. + Hay xem số liệu bảng 5.3 và đồ thị hình 5.6 sấy thìa là ở 40oC, ở dạng nguyên cộng và phần lá. + Và xem bảng số liệu 5.4 và đồ thị hình 5.5, 5.6 khi sấy gỗ có kích thước khác nhau và điều kiện gỗ đã qua luộc và chưa luộc. Ta có nhận xét: - Thời gian sấy cà rốt có kích thước mỏng hơn và thìa là phần lá ngắn hơn so với hai mẫu còn lại. Và đường cong sấy cũng dốc hơn cho thấy ẩm ở đấy thoát nhanh hơn (vật chóng khô hơn). - Cường độ thoát ẩm của gỗ có chiều dày khác nhau cũng không đồng đều, mẫu gỗ mỏng hơn sẽ nhanh khô hơn (thời gian sấy ngắn hơn). Bên cạnh đó, khi sấy hai mẫu gỗ có cùng độ dày, nhưng một mẫu được luộc trước còn một mẫu ta không luộc, quan sát quá trình sấy nhận thấy mẫu gỗ không luộc dễ bị nứt nẻ đầu gỗ khi tăng nhiệt độ sấy so với mẫu đã luộc. Ở đây, nhờ phương pháp sấy chân không, nhiệt độ sấy tương đối thấp, nên các nứt nẻ khi sấy không nhiều, đảm bảo chất lượng gỗ sấy đạt yêu cầu đặt ra. 5.2.4. Sự phụ thuộc từng loại vật liệu sấy + Xem đồ thị sấy gỗ hinh 5.5, 5.6 và đồ thị hình 5.8, 5.9 so sánh cường độ thoát ẩm và quá trình giảm ẩm của thìa là và gỗ, ta nhận thấy: - Đúng như lý thuyết vật liệu ẩm, do ẩm trong cà rốt là nước còn ẩm trong thìa là còn ở dạng tinh dầu nên quá trình thoát ẩm trong cà rốt dễ dàng hơn, ẩm trong thìa là khó thoát hơn. - Đối với quá trình sấy gỗ, tuy ẩm trong gỗ không ở dạng tinh dầu như thìa là, nhưng gỗ ta đem sấy đã qua hong phơi và đã thoát một lượng lớn ẩm. Ẩm còn lại trong gỗ lúc này khó thoát hơn, nhưng không thể sấy ở nhiệt độ quá cao sẽ gây nứt nẻ, biến dạng ảnh hưởng chất lượng gỗ sấy. Ở đây, dưới điều kiện chân không, nhiệt độ sấy không quá cao này, ẩm trong gỗ sẽ thoát hết trong thời gian không quá dài (ba ngày) so với các phương pháp sấy nóng khác (5 ngày, gỗ dày 40mm). 5.3. SO SÁNH KẾT QUẢ SẤY CHÂN KHÔNG VỚI MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP SẤY KHÁC - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.3.1. So sánh kết quả thí nghiệm sấy chân không với một số phương pháp sấy khác Dựa theo kết quả của bài viết “ Nghiên cứu hút ẩm và sấy lạnh rau củ thực phẩm bằng bơm nhiệt máy nén” của PGS. TS Phạm Văn Tùy, KS. Vũ Huy Khuê, KS. Nguyễn Đắc Tuyên in trên “Tạp chí Khoa học và Công Nghệ Nhiệt”, số ra 53 - Tháng 9/2003, ta tiến hành so sánh với kết quả thí nghiệm sấy hai loại vật liệu cà rốt, rau thìa là bằng mô hình thí nghiệm thiết bị sấy chân không đã trình bày trên đây, (ta so sánh dựa vào đồ thị và bảng kết quả). Lập bảng so sánh như sau: Nguyên liệu  Phương pháp sấy  Nhận xét chất lượng cảm quan  Độ ẩm cuối, [%]  Thời gian sấy, [h]   Cà rốt  Sấy không khí nóng Sấy hồng ngoại Sấy lạnh bơm nhiệt Sấy chân không  Đỏ tối, kém thẳng Đỏ bóng, kém thẳng Đỏ tự nhiên, bóng thẳng Đỏ tươi, hơi nhăn  5,7 5,6 6,6 4,01  7 5 9 4   Thìa là  Sấy không khí nóng Sấy hồng ngoại Sấy lạnh bơm nhiệt Sấy chân không  Xanh tối, xốp, kém thơm Xanh tối, xốp, kém thơm Xanh tự nhiên, thơm mạnh Xanh đậm, thơm mạnh  6,0 5,9 6,9 7,77  6 6 10 5   Riêng sấy gỗ, thời gian sấy giảm hai ngày khi sấy gỗ thông có chiều dày ( = 40mm, wo = 47%: Nguyên liệu  Phương pháp sấy  Chất lượng  Độ ẩm , [%]  Thời gian sấy, [ngày]   Gỗ thông  Sấy không khí nóng Sấy chân không  Không có nứt nẻ đầu gỗ.  12 12.08  5 3   5.3.2. Kết luận Về phương pháp sấy chân không Với ưu điểm của phương pháp sấy chân không là có thể tiến hành sấy ở nhiệt độ thấp (có thể thấp hơn nhiệt độ môi trường), sản phẩm sấy thí nghiệm (cà rốt, thìa là, gỗ thông) của ta được đảm bảo đạt các yêu cầu khắc khe về chất lượng, đặc biệt nhận thấy đã rút ngắn được thời gian sấy một cách đáng kể. Cụ thể là rút ngắn được 10 đến 15% thời gian khi sấy rau quả, và rút ngắn được hai ngày khi sấy mẫu gỗ dày 40mm. Qua việc tiến hành thay đổi chế độ sấy (ở đây ta chỉ có thể thay đổi thời gian sấy), ta nhận thấy phương pháp sấy chân không có thông số điều chỉnh “rất nhạy”, do sấy ở điều kiện áp suất thấp nên chỉ cần tăng nhiệt độ sấy lên khoảng 5 ( 10oC, thì quá trình sấy và chất lượng, thời gian sấy cũng thay đổi rất nhiều. Ở đây ta sấy trong khoảng nhiệt độ 30 và 40oC, đối với rau quả, và 35 ( 55oC, đối với gỗ. Nên chất lượng sản phẩm sấy rất tốt, nhiệt độ này không đủ lớn để gây biến tính rau quả sấy khô, cũng như nứt nẻ gỗ. Đối với sấy rau quả, chất lượng cảm quan cho thấy sản phẩm giữ được màu, mùi, vị. Ta có thể sấy ở nhiệt độ 40oC, và nhiệt độ này không gây biến tính sản phẩm, đồng thời sản phẩm sấy có màu đẹp hơn (cà rốt có màu đỏ tươi hơn khi sấy ở 30oC, rau thìa là xanh hơn, nhưng mùi thoát nhiều hơn), và chất lượng sản phẩm vẫn được đảm bảo. Đặc biệt là thời gian sấy sẽ rút ngắn hơn nhiều. Khi sấy gỗ, cần chú ý về tính chất vật liệu (từng loại gỗ) để có thể vận hành, điều chỉnh các chế độ sấy cho hợp lý nhằm hạn chế các biến dạng, nứt nẻ,... xảy ra trong quá trình sấy gỗ. Ở đây ta thay đổi nhiệt độ sấy trong khoảng nhỏ nên cho chất lượng gỗ sấy rất tốt (gỗ không bị nứt nẻ nhiều). Ta chọn gỗ thông làm thí nghiệm nhưng thông thường phương pháp sấy chân không chỉ dùng sấy những loại gỗ khô chậm, khó sấy, yêu cầu chất lượng sấy cao như gỗ sồi, dẻ,..... Mỗi chế độ sấy khác nhau sẽ cho một chất lượng sấy khác nhau, và vậy ở đây chỉ là những lý thuyết nhỏ về sấy chân không, các bạn cần tìm hiểu kỹ về vật liệu cũng như thiết bị, các kỹ thuật chân không, và các thao tác, trình tự tiến hành thí nghiệm, để từ đó vận hành hệ thống được tốt, đem lại những kiến thức hữu ích cho mình và đồng thời tìm ra các chế độ sấy tối ưu cho các loại vật liệu nhằm đem lại một chất lượng sấy cao nhất đáp ứng nhu cầu sản phẩm sấy trong và ngoài nước. Về đề tài Qua việc xây dựng và tiến hành các bài thí nghiệm về sấy chân không, em đã thực hiện được một số việc sau: + Đã xây dựng được một mô hình thí nghiệm sấy chân không phục vụ cho công tác học tập, thí nghiệm và nghiên cứu của các bạn sinh viên trong khoa, trong trường. + Đã xác định được thời gian sấy của ba loại vật liệu sấy đặc trưng cho cấu trúc của một số vật liệu khác nhau. Kết quả thu được, đem so sánh với một một số phương pháp sấy khác (sấy đối lưu, sấy lạnh và bơm nhiệt) cho thấy thời gian sấy rút ngắn 10% đến 15%. + Sản phẩm sấy bằng thiết bị sấy chân không cho chất lượng tốt, mở ra triển vọng ứng dụng vào thực tế ở Việt Nam. 5.3.3. Hướng phát triển đề tài - Nên cải tiến điều kiện thí nghiệm, điều kiện đo đạc các thông số để nâng cao hiệu quả của thiết phương pháp sấy chân không. - Đề tài có thể dùng làm tiền đề cho việc xây dựng nhiều mô hình thí nghiệm tương tự cho tất cả các môn chuyên ngành, phục vụ cho công tác học tập, thí nghiệm và nghiên cứu của sinh viên trong khoa, trong trường. Trong điều kiện hạn chế về thời gian và phương tiện nghiên cứu thực nghiệm, những gì mà em đạt được còn rất khiêm tốn và không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự giúp đỡ và những ý kiến đóng góp chỉ bảo của các Thầy Cô giáo và bạn đọc quan tâm. Em xin chân thành cảm ơn. PHỤ LỤC