LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập tại trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ
Chí Minh, chúng em đã nhận đƣợc rất nhiều sự tận tình giúp đỡ của quý Thầy Cô, đặc
biệt là quý Thầy Cô trong ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt thuộc khoa Cơ khí động
lực.
Trƣớc hết chúng em xin cảm ơn quý Thầy Cô trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ
thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã dạy dỗ, giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian học
tập tại trƣờng. Trong đó, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô
thuộc Bộ môn Công nghệ Nhiệt – Điện lạnh đã tận tình chỉ dạy chúng em những kiến
thức chuyên ngành bổ ích và những kinh nghiệm chun mơn giúp chúng em có hành
trang chuyên ngành vững chắc.
Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy TS Lê Minh
Nhựt và thầy ThS Nguyễn Thành Luân. Những sự quan tâm, giúp đỡ và chỉ dạy kịp
thời của q Thầy đã giúp chúng em có thể hồn thành tốt Đồ án tốt nghiệp. Hơn thế
nữa, niềm đam mê nghiên cứu và sự yêu nghề của quý Thầy đã giúp chúng em tự tin
theo đuổi đam mê với ngành nghề mà chúng em đã chọn.
Ngoài ra, chúng em cũng cảm ơn sự giúp đỡ, động viên của gia đình, bạn bè
và ngƣời thân để chúng em có thể hồn thành tốt thời gian học tập tại trƣờng.
Trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp, chúng em sẽ không thể tránh khỏi
những thiếu sót. Kính mong q Thầy Cơ tận tình chỉ bảo để Đồ án có thể hồn thiện
hơn.

i


TÓM TẮT
Do nhu cầu bảo quản, nâng cao chất lƣợng sản phẩm nói chung và sấy nói riêng
đang tăng lên đáng kể trong thời gian vừa qua. Đặc biệt là công nghệ sấy thăng hoa,
đang đƣợc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng rộng rãi trong việc sấy những thực
phẩm, dƣợc liệu quý nhờ những ƣu điểm vƣợt trội. Ở nƣớc ta, hiện tại đa số máy sấy
thăng hoa trên thị trƣờng có nguồn gốc nƣớc ngồi, bên cạnh đó là một số sản phẩm

chế tạo thành công trong nƣớc. Tuy nhiên, tựu chung lại các sản phẩm này có công
suất lớn, giá thành cao, vận hành tƣơng đối phức tạp, chỉ thích hợp sử dụng cho quy
mơ cơng nghiệp.
Với mong muốn tạo ra một thiết bị sấy thăng hoa năng suất nhỏ, giá thành thấp,
nhỏ gọn, có thể sử dụng đƣợc trong gia đình, cũng nhƣ hệ thống, củng cố lại những
kiến thức đã học về kỹ thuật lạnh, kỹ thuật sấy, điện… Nhóm đã tiến hành nghiên cứu,
thiết kế, chế tạo máy sấy thăng hoa mini qua đề tài này.
Ngoài phần mở đầu và tài liệu tham khảo, đề tài gồm có các nội dung sau:
Chƣơng 1: Trình bày tổng quan về phƣơng pháp sấy thăng hoa và vật liệu sấy chuối
Chƣơng 2: Tính tốn nhiệt cho q trình sấy & hệ thống sấy
Chƣơng 3: Tính tốn chọn thiết bị cho hệ thống sấy
Chƣơng 4: Mơ hình, mục đích và quy trình thí nghiệm
Chƣơng 5: Đánh giá kết quả thí nghiệm và bàn luận
Chƣơng 6: Kết luận và kiến nghị

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i
TĨM TẮT....................................................................................................................... ii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... viii
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................................... 1
1.1. Tổng quan về sấy thăng hoa ..................................................................................1
1.1.1. Các phƣơng pháp sấy ......................................................................................1
1.1.2. Lý thuyết sấy thăng hoa ..................................................................................2
1.2. Tổng quan vật liệu sấy .......................................................................................... 7
1.3. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 10
1.4. Mục đích của đề tài ............................................................................................. 11

1.5. Đối tƣợng nghiên cứu ......................................................................................... 11
1.6. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 11
1.7. Phƣơng pháp nghiên cứu.....................................................................................11
1.8. Tình hình nghiên cứu .......................................................................................... 12
1.8.1. Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc .................................................................12
1.8.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc .................................................................13
CHƢƠNG 2: TÍNH TỐN Q TRÌNH SẤY ........................................................... 16
2.1. Tính tốn sơ bộ ....................................................................................................16
2.2. Tính tốn kích thƣớc buồng sấy ..........................................................................18
2.3. Tính tải nhiệt cho q trình cấp đơng .................................................................20
2.3.1. Tổn thất nhiệt cho q trình cấp đơng .......................................................... 20
2.3.2. Nhiệt tổn thất do làm lạnh vỏ buồng sấy và khay ........................................21
2.3.3. Nhiệt tổn thất do làm lạnh khơng khí trong buồng sấy ................................ 22
2.3.4. Nhiệt tổn thất ra mơi trƣờng .........................................................................23
2.4. Tính tải nhiệt cho quá trình sấy thăng hoa .......................................................... 25
CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ .........................................................................26
3.1. Chọn thơng số làm việc của chu trình lạnh ......................................................... 26
3.2. Tính tốn chu trình lạnh ...................................................................................... 27
3.3. Tính chọn thiết bị chu trình lạnh .........................................................................28
3.3.1. Tính chọn máy nén ....................................................................................... 28
iii


3.3.2. Tính chọn thiết bị ngƣng tụ ..........................................................................30
3.3.3. Tính tốn chế tạo thiết bị bay hơi .................................................................31
3.3.4. Tính chọn thiết bị phụ ...................................................................................34
3.4. Tính chọn bơm chân khơng .................................................................................34
3.5. Tính chọn điện trở sấy......................................................................................... 35
CHƢƠNG 4: HỆ THỐNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ..................................................36
4.1. Hệ thống thí nghiệm ............................................................................................ 36

4.2. Thơng số thực tế thiết bị...................................................................................... 40
4.3. Hệ thống điều khiển. ........................................................................................... 46
4.4. Nội dung và mục đích thí nghiệm. ......................................................................49
4.5. Quy trình sấy chuối ............................................................................................. 51
CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN ..........................................53
5.1. Kết quả thí nghiệm và nhận xét ..........................................................................53
5.2. Bàn luận và đánh giá thí nghiệm .........................................................................69
CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 70
6.1. Kết luận ...............................................................................................................70
6.2. Kiến nghị .............................................................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 72

iv


DANH MỤC HÌNH ẢNH
CHƢƠNG 1
Hình 1.1: Giản đồ trạng thái pha của nước ....................................................................3
Hình 1.2: Quan hệ giữa áp suất với nhiệt độ thăng hoa của nước đá ............................ 4
Hình 1.3: Đường cong sấy .............................................................................................. 6
Hình 1.5: Chuối sứ ..........................................................................................................8
Hình 1.6 Chuối sấy dẻo .................................................................................................10
CHƢƠNG 2
Hình 2.1: Khay sấy ........................................................................................................18
Hình 2.2: Kích thước khay sấy và buồng ......................................................................19
Hình 2.3: Kết cấu thân và đáy buồng sấy .....................................................................23
CHƢƠNG 3
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý chu trình quá lạnh - quá nhiệt ............................................27
Hình 3.2: Đồ thị lgp-h của chu trình quá lạnh - q nhiệt ...........................................27
Hình 3.3: Sơ đồ dịng lưu chất trao đổi nhiệt tại dàn nóng ..........................................30

Hình 3.4: Sơ đồ dòng lưu chất trao đổi nhiệt tại dàn lạnh ...........................................32
CHƢƠNG 4
Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống thống sấy thăng hoa .............................................37
Hình 4.2: Mơ hình máy sấy thăng hoa ..........................................................................39
Hình 4.3: Thơng số kỹ thuật buồng sấy .........................................................................40
Hình 4.4: Thơng số kỹ thuật khay chứa vật liệu sấy .....................................................41
Hình 4.5: Thơng số kỹ thuật máy nén ............................................................................41
Hình 4.6: Thơng số kỹ thuật thiết bị ngưng tụ ............................................................... 42
Hình 4.7: Thơng số kỹ thuật dàn lạnh ...........................................................................42
Hình 4.8: Thơng số kỹ thuật bơm chân khơng............................................................... 43
Hình 4.9: Thơng số kỹ thuật điện trở sấy ......................................................................43
Hình 4.10: Thơng số kỹ thuật van tiết lưu .....................................................................44
Hình 4.11: Thơng số kỹ thuật bình tách lỏng ................................................................ 45
Hình 4.12: Thơng số kỹ thuật bình chứa cao áp ........................................................... 45
v


Hình 4.13: Thơng số kỹ thuật van điện từ .....................................................................46
Hình 4.14: Mạch động lực............................................................................................. 47
Hình 4.15: Mạch điều khiển .......................................................................................... 48
Hình 4. 16: Thể hiện sự bố trí các thiết bị điện bên ngồi tủ điện. ............................... 49
Hình 4.17: Quy trình sấy chuối .....................................................................................51
CHƢƠNG 5
Hình 5.1: Vật liệu trước quá trình thí nghiệm............................................................... 53
Hình 5.2: Thành phẩm sau q trình thí nghiệm mẻ sấy 15h .......................................53
Hình 5.3: Thành phẩm sau q trình thí nghiệm mẻ sấy 17h .......................................54
Hình 5.4: Thành phẩm sau q trình thí nghiệm mẻ sấy 19h .......................................54
Hình 5.5: Thành phẩm sau q trình thí nghiệm mẻ sấy 21h .......................................55
Hình 5.6: Thành phẩm sau q trình thí nghiệm mẻ sấy 23h .......................................55
Hình 5.7: Đồ thị thể hiện tương quan giữa thời gian sấy với độ ẩm cuối quá trình và

điện năng tiêu thụ ..........................................................................................................56
Hình 5.8: Đồ thị thể hiện tương quan giữa thời gian sấy, thời gian chạy điện trở, thời
gian chạy bơm và độ ẩm cuối quá trình sấy ..................................................................57
Hình 5.9: Đồ thị thể hiện tương quan giữa thời gian sấy, điện năng tiêu thụ trung bình
trên giờ và điện năng tiêu thụ trên 1kg vật liệu sấy ...................................................... 58
Hình 5.10: Đồ thị thể hiện tương quan giữa áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất
chân khơng theo thời gian trong mẻ 15 giờ...................................................................59
Hình 5.11: Đồ thị thể hiện tương quan giữa áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất
chân không theo thời gian trong mẻ 17 giờ...................................................................60
Hình 5.12: Đồ thị thể hiện tương quan giữa áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất
chân không theo thời gian trong mẻ 19 giờ...................................................................61
Hình 5.13: Đồ thị thể hiện tương quan giữa áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất
chân không theo thời gian trong mẻ 21 giờ...................................................................62
Hình 5.14: Đồ thị thể hiện tương quan giữa áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, áp suất
chân không theo thời gian trong mẻ 23 giờ...................................................................63
Hình 5.15: Đồ thị thể hiện tương quan giữa nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt
độ môi trường và nhiệt độ buồng theo thời gian trong mẻ 15 giờ ................................ 64
Hình 5.16: Đồ thị thể hiện tương quan giữa nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt
độ môi trường và nhiệt độ buồng theo thời gian trong mẻ 17 giờ ................................ 65
Hình 5.17: Đồ thị thể hiện tương quan giữa nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt
độ môi trường và nhiệt độ buồng theo thời gian trong mẻ 19 giờ ................................ 66
vi


Hình 5.18: Đồ thị thể hiện tương quan giữa nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt
độ môi trường và nhiệt độ buồng theo thời gian trong mẻ 21 giờ ................................ 67
Hình 5.19: Đồ thị thể hiện tương quan giữa nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt
độ môi trường và nhiệt độ buồng theo thời gian trong mẻ 23 giờ ................................ 68

vii



DANH MỤC BẢNG BIỂU
CHƢƠNG 1
Bảng 1.1: Quan hệ giữa áp suất (Pth) với nhiệt độ (Tth) thăng hoa của nước đá ...........4
Bảng 1.2: Thống kê sản lượng của một số loại trái cây chính trên thế giới.[33] ...........7
CHƢƠNG 3
Bảng 3.1: Thơng số các điểm nút chu trình q lạnh - quá nhiệt .................................28
Bảng 3.2: Thông số các điểm nút chu trình quá lạnh - quá nhiệt tiêu chuẩn ...............29
Bảng 3.3: Thơng số các thiết bị phụ trong chu trình lạnh ............................................34
CHƢƠNG 4
Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật các thiết bị trong hệ thống ..............................................36
Bảng 4.2: Thông số đường ống .....................................................................................44
Bảng 4.3: Thời gian thực hiện các mẻ sấy ....................................................................50

viii


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về sấy thăng hoa
1.1.1. Các phƣơng pháp sấy
Sấy là quá trình tách ẩm (chủ yếu là nƣớc và hơi nƣớc) ra khỏi vật liệu nhằm
tránh hƣ hỏng trong quá trình bảo quản, tăng độ bền cho sản phẩm, giảm trọng lƣợng,
giảm chi phí chuyên chở và đồng thời nó cũng làm tăng giá trị cảm quan cho sản
phẩm. Có nhiều phƣơng pháp sấy, đƣợc phân loại dựa trên những cách khác nhau.
Dựa vào phƣơng thức cấp nhiệt cho vật liệu sấy, ngƣời ta phân ra các loại:
- Sấy đối lƣu: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ quá trình truyền nhiệt đối lƣu nhờ lƣu
chất mang nhiệt độ cao thổi qua, thông thƣờng là không khí nóng hoặc khói. Các kiểu
sấy đối lƣu nhƣ: sấy buồng, sấy hầm, sấy thùng quay,…
- Sấy tiếp xúc: Vật liệu sấy đƣợc trao đổi nhiệt với một bề mặt đƣợc đốt nóng. Bề

mặt tiếp xúc có thể là vật rắn hay vật lỏng. Các kiểu sấy tiếp xúc: sấy lô quay, sấy
dầu,…
- Sấy bức xạ: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ nguồn nhiệt bức xạ. Nguồn bức xạ
thƣờng dùng là đèn hồng ngoại, thanh điện trở…
- Sấy dùng điện cao tần: Sử dụng năng lƣợng điện có tầng số cao để làm nóng vật
sấy. Vật sấy đƣợc đặt trong từ trƣờng điện từ do vậy trong vật xuất hiện dịng điện và
dịng điện này nung nóng vật.
Dựa vào nhiệt độ sấy mà chúng ta có hai phƣơng pháp sấy chính: sấy ở nhiệt độ
cao và sấy ở nhiệt độ thấp.
- Sấy ở nhiệt độ cao: Tác nhân sấy đƣợc gia nhiệt lên nhiệt độ cao hơn nhiều so
với nhiệt độ môi trƣờng. Các phƣơng thức gia nhiệt nhƣ đã kể ở trên.
- Sấy ở nhiệt độ thấp: Quá trình sấy đƣợc diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn các phƣơng
pháp sấy thông thƣờng đã kể trên. Tác nhân sấy đƣợc làm lạnh để tách ẩm (sấy lạnh)
hoặc quá trình tách ẩm đƣợc diễn ra ở môi trƣờng chân không (sấy chân không, sấy
thăng hoa).

1


Trong đó, sấy thăng hoa là một trong những phƣơng pháp sấy tiên tiến nhất hiện
nay. Quá trình sấy đƣợc thực hiện ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp, thấp hơn điểm
o

ba thể của nƣớc (t = 0,0098 C; p = 4,58 mmHg), diễn ra trong một buồng sấy kín.
Đầu tiên sản phẩm đƣợc làm lạnh để đóng băng hoàn toàn lƣợng nƣớc chứa bên trong,
tiếp theo buồng sấy đƣợc hút chân không, trạng thái của nƣớc xuống dƣới điểm ba thể.
Sau đó, q trình cấp nhiệt ở chân khơng đƣợc tiến hành, q trình thăng hoa diễn ra,
ẩm trong vật dƣới dạng rắn sẽ hóa hơi và thốt ra, nhiệt độ vật lúc này khơng đổi. Sau
cùng là q trình bay hơi ẩm cịn lại, nhiệt độ vật tăng lên, ẩm trong vật ở trạng thái
lỏng, quá trình sấy lúc này giống nhƣ sấy chân khơng thơng thƣờng.

Ƣu điểm của phƣơng pháp sấy thăng hoa là nhờ sấy ở nhiệt độ thấp và diễn ra sự
thăng hoa nên giữ đƣợc các tính chất tƣơi sống của sản phẩm, giữ đƣợc chất lƣợng và
hƣơng vị, không bị mất các vitamin. Tuy nhiên phƣơng pháp này có nhƣợc điểm là giá
thành thiết bị cao, vận hành phức tạp, ngƣời vận hành cần có trình độ kỹ thuật cao, tiêu
hao điện năng lớn.
1.1.2. Lý thuyết sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng sự thăng hoa của nƣớc.
Quá trình thăng hoa là quá trình chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi. Ở điều kiện
bình thƣờng, ẩm trong thực phẩm ở dạng lỏng, nên để thăng hoa chúng cần đƣợc
chuyển sang thể rắn bằng phƣơng pháp lạnh đơng. Chính vì vậy nên cịn gọi là phƣơng
pháp sấy lạnh đơng (Freeze Drying hay Lyophillisation).
Quá trình sấy thăng hoa trải qua 3 giai đoạn chính : giai đoạn làm lạnh, giai đoạn
thăng hoa và giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại.
Nếu ẩm trong vật liệu sấy có trạng thái đóng băng đƣợc gia nhiệt đẳng áp đến
nhiệt độ nhất định thì nƣớc ở thể rắn sẽ thực hiện quá trình thăng hoa. Từ giản đồ cho
thấy áp suất càng thấp thì nhiệt độ thăng hoa của nƣớc càng giảm do đó khi cấp nhiệt
cho vật liệu sấy ở áp suất càng thấp thì độ chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nhiệt và vật
liệu sấy càng tăng.

2


Hình 1.1: Giản đồ trạng thái pha của nước
Giai đoạn làm lạnh (giai đoạn lạnh đông):
Trong giai đoạn này, vật liệu sấy đƣợc làm lạnh từ nhiệt độ môi trƣờng khoảng
(20 0C ÷ 30 0C) xuống nhiệt độ (-10 0C ÷ -15 0C), ở nhiệt độ này nƣớc trong thực
phẩm đóng băng hầu nhƣ hồn tồn. Mỗi thực phẩm khác nhau sẽ có nhiệt độ lạnh
đơng khác nhau, nhƣng phải đảm bảo cho sự đông kết của nƣớc bên trong nó phải đạt
gần 100%. Ở giai đoạn này, lƣợng ẩm thốt ra rất ít, chủ yếu là sự bay hơi và thăng
hoa nƣớc trên bề mặt thực phẩm. Sự thoát ẩm này là do chênh lệch áp suất riêng phần

của hơi nƣớc trong khơng khí khơng gian sấy và lớp khơng khí sát bề mặt thực phẩm.
Ngồi ra cịn sự chênh lệch nhiệt độ thực phẩm lạnh đông với nhiệt độ môi
trƣờng lạnh đông. Đây cũng là nguyên nhân làm bay hơi ẩm để có xu hƣớng đạt tới
trạng thái cân bằng nhiệt. Lƣợng ẩm thoát ra trong giai đoạn này khoảng (4% ÷ 10%).
Tuy nhiên trong giai đoạn này nếu có hút chân khơng thì chênh lệch áp suất riêng phần
hơi nƣớc ở thực phẩm và môi trƣờng sấy lớn. [8]
Có hai cách làm lạnh đơng vật liệu đƣợc tiến hành trong sấy thăng hoa :
- Cách thứ nhất sử dụng thiết bị làm lạnh để làm lạnh đông sản phẩm bên ngồi
buồng sấy thăng hoa, sau đó đƣa vào buồng để tiến hành hút chân không.

3


- Cách thứ hai là vật sấy đƣợc lạnh đông ngay trong buồng sấy thăng hoa. Tùy
theo kiểu truyền nhiệt mà q trình hút chân khơng có thể diễn ra ngay sau khi q
trình lạnh đơng kết thúc hoặc diễn ra song song với q trình cấp đơng (lúc này do môi
trƣờng chân không, nên cấp đông phải thực hiện theo kiểu trao đổi nhiệt tiếp xúc trực
tiếp).
Trong giai đoạn này sản phẩm cần đƣợc làm lạnh đông rất nhanh để hình thành
các tinh thể băng nhỏ ít gây hƣ hại đến cấu trúc tế bào của sản phẩm. Đối với sản
phẩm dạng lỏng, phƣơng pháp làm lạnh đông chậm đƣợc sử dụng để băng tạo thành
từng lớp, các lớp này tạo nên các kênh giúp cho hơi nƣớc dịch chuyển dễ dàng.
Bảng 1.1: Quan hệ giữa áp suất (Pth) với nhiệt độ (Tth) thăng hoa của nước đá
Tth, oC

0,0098

-1,7

Pth, mmHg


4,58

4,00 3,00 2,00

-5,1

-9,8

-17,5 -26,6 -39,3 -45,4 -57,6 -66,7
1,00

0,40

0,10

0,05

0,01

0,001

Hình 1.2: Quan hệ giữa áp suất với nhiệt độ thăng hoa của nước đá
Giai đoạn thăng hoa:
Giai đoạn này là giai đoạn tách ẩm chính của phƣơng pháp sấy thăng hoa. Khi
nhiệt độ sản phẩm đạt nhiệt độ cấp đông, ngừng quá trình cấp đơng, lúc này bơm chân
khơng bắt đầu hoạt động làm áp suất buồng sấy hạ xuống rất nhanh tạo mơi trƣờng
chân khơng, có áp suất ít thay đổi (0,1 mmHg ÷ 1 mmHg). Do sự chênh lệch áp suất
riêng phần hơi nƣớc ở thực phẩm và áp suất hơi nƣớc trong môi trƣờng sấy quá lớn.
4



Đồng thời dòng nhiệt bức xạ từ các tấm kim loại phát ra để đốt nóng là cho sự chênh
lệch nhiệt độ giữa môi trƣờng và thực phẩm khá lớn. Do đó nƣớc trong thực phẩm
đơng lạnh bắt đầu thăng hoa mãnh liệt. Hơi nƣớc tiếp tục đƣợc tách ra khỏi sản phẩm
bằng cách giữ cho áp suất trong buồng sấy thăng hoa thấp hơn áp suất hơi nƣớc trên bề
mặt của băng, đồng thời tách hơi nƣớc bằng máy bơm chân khơng và ngƣng tụ nó
bằng các ống xoắn ruột gà lạnh, các bản dẹt lạnh hoặc bằng hoá chất. Khi quá trình sấy
tiếp diễn, bề mặt thăng hoa di chuyển vào bên trong sản phẩm đông lạnh, làm sản
phẩm đƣợc sấy khô. Nhiệt lƣợng cần thiết để dịch chuyển bề mặt thăng hoa (ẩn nhiệt
thăng hoa) đƣợc truyền đến sản phẩm do truyền nhiệt bức xạ hoặc tiếp xúc trực tiếp
qua khay. Hơi nƣớc di chuyển ra khỏi sản phẩm qua các kênh và đến bình ngƣng, sau
đó thành băng bám trên bề mặt ống. Độ ẩm giảm nhanh và gần nhƣ tuyến tính, có thể
xem là giai đoạn có tốc độ sấy khơng đổi. Ở thời gian cuối của giai đoạn nhiệt độ sản
phẩm sấy tăng dần từ (-30 0C ÷ -25 0C) đến 0 0C (chính xác 0,00098 0C), tại đây kết
thúc giai đoạn thăng hoa.
Trong giai đoạn thăng hoa, nhiệt độ môi trƣờng ở lối ra buồng thăng hoa hầu nhƣ
không đổi, dẫn đến nhiệt độ ở thiết bị ngƣng tụ - đóng băng hầu nhƣ củng khơng đổi
trong suốt q trình thăng hoa. Nhiệt độ tấm gia nhiệt và nhiệt độ môi trƣờng giữa các
tấm gia nhiệt hầu nhƣ không đổi trong suốt quá trình thăng hoa và sấy nhiệt. Trong lúc
đó, nhiệt độ tấm gia nhiệt phải duy trì trong khoảng tử (38 0C ÷ 40C) để nhiệt độ giữa
các các tấm bức xạ gia nhiệt hay nhiệt độ môi trƣờng sấy dao động trong khoảng
(300C ÷ 40 0C) là thích hợp. [8]

5


Hình 1.3: Đường cong sấy
Khi hút chân khơng, áp suất trong buồng sấy giảm xuống, ẩm tự do bay
hơi mạnh làm giảm nhanh nhiệt độ của nó xuống đến nhiệt độ đóng băng tB của ẩm

(đƣờng A-B). Q trình đóng băng của ẩm có toả nhiệt nên nhiệt độ của vật sấy tăng
lên một chút (B-C). Quá trình thăng hoa ẩm diễn ra khác với quá trình sấy thứ nhất
(tốc độ không đổi) trong sấy đối lƣu là nhiệt độ tăng lên một ít theo thời gian sấy
(đoạn C-D dốc lên).
Điều đó đƣợc giải thích là ở lớp sâu bên trong vật sấy cịn có ẩm đang đóng
băng.
Giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại:
Là giai đoạn làm bay hơi ẩm cịn lại trong vật liệu sấy. Ở cuối q trình thăng
hoa, do trạng thái của nƣớc trong vật liệu sấy nằm trên điểm 3 thể nên ẩm trên vật liệu
trở về dạng lỏng, nhiệt độ vật liệu sấy tăng lên và đạt 00C, áp suất môi trƣờng sấy chân
không vẫn khơng đổi và vẫn dao động trong khoảng (0,1 ÷ 2)mmHg, nhƣng áp suất
riêng phần của ẩm còn lại trong thực phẩm lớn hơn 4,58 mmHg.
Do áp suất không gian sấy là áp suất chân khơng (0,1 ÷ 2)mmHg, và nó đƣợc duy
trì bởi bơm chân khơng. Vật liệu sấy vẩn đƣợc tiếp tục gia nhiệt bằng bức xạ nhiệt
nên ẩm không ngừng biến đổi pha từ lỏng sang hơi khuyếch tán hoặc bay hơi vào
môi trƣờng sấy trƣớc khi về bình ngƣng tụ đóng băng. Nhƣ vậy giai đọn là bay hơi
lƣợng ẩm cịn lại chính là giai đoạn sây chân khơng bình thƣờng. động lực cho q
trình bay hơi - khuyếch tán vẩn là sự chênh lệch áp suât riêng phần của hơi nƣớc,
nhiệt độ giữa thực phẩm và môi trƣờng sấy.
6


Giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại trong vật liệu sấy kết thúc khi nhiệt độ giữa các tấm
gia nhiệt, môi trƣờng không gian sấy và vật liệu sấy bằng nhau. Tại điểm này xảy ra
cân bằng nhiệt và cân bằng ẩm, lƣợng ẩm trong vật liệu sấy không thể bốc hơi đƣợc
nửa và gần cuối giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại này hầu nhƣ lƣợng ẩm trong vật liệu sấy
hầu nhƣ khơng đổi.
Q trình dịch chuyển ẩm trong sấy thăng hoa khác với quá trình dịch chuyển
ẩm trong hệ thống sấy khác làm việc ở áp suất khí quyển (P = 760 mmHg = 1at). Khi
thăng hoa các phân tử nƣớc khơng va chạm nhau bởi vì mơi trƣờng chân không không

tồn tại trƣờng lực đàn hồi của hệ thống khí các phân tử nƣớc tƣơng tác với nhau bỡi
lực đẩy ra xa nên không thể va chạm. Nhờ đó mà sấy thăng hoa có một ƣu điểm lớn là
bảo toàn đƣợc chất lƣợng sinh học của sản phẩm sấy. một ƣu điểm nửa là trong môi
truờng chân khơng các sản phảm sấy khơng bị oxy hóa.
1.2. Tổng quan vật liệu sấy
Chuối là trái cây phổ biến rộng rãi thứ 2, chỉ sau trái cây họ cam quýt, đóng
góp vào khoảng 16% tổng lƣợng sản xuất trái cây của thế giới.
Ở Việt Nam, có trồng rất nhiều loại chuối khác nhau, nhƣng có ba loại chính:
 Chuối tiêu
 Chuối sứ
 Chuối bom
Bảng 1.2: Thống kê sản lượng của một số loại trái cây chính trên thế giới.[33]
Loại trái cây

Sản lƣợng (tấn)

Phần trăm sản lƣợng (%)

Táo

64355520

12.86

Chuối

81263358

16.26


Quýt

115650545

23.14

Dừa

5471676

10.95

Nho

66271676

13.26
7


Cam

63906064

12.79

Chanh

13032388


2.61

Đào

17457087

3.49

Lê

20105683

4.02

Plantain

34444795

6.89

Tổng sản lƣợng

499711349

100

Chuối sứ là loại chuối đƣợc trồng rất phổ biến ở nƣớc ta. Có nhiều màu sắc và
kích cỡ khác nhau tùy vào giống chuối. Khi chín, quả chuối có vỏ màu vàng sáng, thịt
quả rắn, hƣơng vị ngọt thơm, vỏ chuối sứ khi chín khơng nhũn nhƣ các loại chuối khác
nên rất thuận tiện cho vận chuyển. Thời gian từ khi trồng đến khi thu hoạch là từ

khoảng 13 ÷ 14 tháng. Mỗi buồng có từ 10 ÷ 12 nải và nặng khoảng 40 ÷ 45 kg.

Hình 1.4: Chuối sứ
Chuối là một loại quả rất giàu dinh dƣỡng và có nhiều cơng dụng cũng nhƣ dễ
chế biến và dễ tiêu hóa hơn một số loại trái cây khác. Bên cạnh đó, giàu hàm lƣợng
Kali, Canxi và hàm lƣợng Natri thì thấp. Chuối cũng rất giàu các loại vitamin nhƣ
vitamin A, C, E, vitamin B12, dƣỡng chất niacin (Vitamin B3), ….
Vì chứa lƣợng protein và carbohydrate cao nên chuối đƣợc xem nhƣ một thực
phẩm rất giàu năng lƣợng. Ngồi ra, chuối cịn có các cơng dụng khác.
Chuối rất tốt trong việc cải thiện hệ tiêu hóa và khơi phục chức năng nhu động
ruột. Giảm thiểu bệnh táo bón, bổ sung một số chất điện giải quan trọng khi cơ thể bị
tiêu chảy.
8


Acid béo có trong chuối xanh giúp ni dƣỡng các tế bào dạ dày. Những tế bào
này rất hữu ích trong việc hấp thụ canxi một cách hiệu quả, rất cần thiết trong sự phát
triển khỏe mạnh của hệ xƣơng.
Chất tryptophan amino acid có trong chuối đƣợc chuyển đổi thành chất serotonin,
giúp giảm thiểu các triệu chứng về thần kinh nhƣ trầm cảm hoặc căng thẳng.
Sử dụng chuối thƣờng xuyên giúp giảm nguy cơ bị thối hóa điểm vàng, một
trong những nguyên nhân gây giảm thị lực ở ngƣời già.
Ngoài ra, ăn chuối giúp giảm các nguy cơ bị cao huyết áp và đột quỵ, giảm thiểu
bệnh thiếu máu, chống lão hóa và ngăn ngừa nguy cơ ung thƣ.
Chuối sấy là sản phẩm đƣợc chế biến từ các loại chuối, thƣờng sử dụng chuối
tiêu, chuối sứ để làm nguyên liệu vì thịt khơng bị bở, khơng q ngọt và giá thành phải
chăng. Chuối sấy đang trở thành một trong những món ăn nhẹ tiện dụng và dinh dƣỡng
vì tính chất bảo quản đƣợc lâu dƣới nhiệt độ phòng và phƣơng pháp sấy chân không sẽ
không làm mất đi giá trị dinh dƣỡng của chuối.
Có rất nhiều loại chuối sấy trên thị trƣờng hiện nay nhƣ: Chuối sấy dẻo, chuối

sấy giòn (sấy chân khơng), chuối sấy khơ, … Ngồi ra, từ những kiểu sấy cơ bản, cịn
có các loại chuối sấy bổ sung thêm các hƣơng vị khác làm cho sản phẩm trở nên đa
dạng về hình thức.
o

Chuối sấy dẻo là phƣơng pháp duy trì nhiệt độ sấy ở nhiệt độ 50 C ÷ 70 0C, tƣơng
đƣơng nhiệt độ phơi sản phẩm dƣới nắng trong một thời gian nhất định. Sau khi đạt độ
khơ u cầu thì đem ra làm nguội và đóng bao bì. Sản phẩm sấy dẻo khơng sử dụng
dầu chiên hoặc nhúng qua dầu nên khơng có hiện tƣợng thấm dầu hoặc caramen hóa.

9


Hình 1.5 Chuối sấy dẻo
1.3. Tính cấp thiết của đề tài
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế toàn cầu, nhu cầu dinh dƣỡng của
ngƣời dân ngày một đa dạng, cao cấp hơn. Con ngƣời khơng chỉ địi hỏi đƣợc “ ăn no,
mặc ấm’’ mà phải là “ ăn ngon, mặc đẹp’’. Để đáp ứng đƣợc “ ăn ngon’’ thì vấn đề
bảo quản, chế biến và giữ gìn vệ sinh thực phẩm cần thiết phải đặt ra những yêu cầu
khắt khe do thực phẩm sau chế biến cần giữ nguyên đƣợc những tính chất tƣơi sống
cũng nhƣ chất lƣợng và hƣơng vị của sản phẩm. Đồng thời sản phẩm sau chế biến phải
đảm bảo khả năng bảo quản lâu nhất trong những điều kiện hàng ngày để đáp ứng nhu
cầu của ngƣời dân cũng nhƣ xuất khẩu sang các nƣớc khác. Việt nam là một nƣớc có
khí hậu nhiệt đới thuận lợi cho việc phát triển ngành nông nghiệp, là nơi trồng nhiều
loại rau quả. Nhƣng giá trị kinh tế từ rau quả mang lại chƣa cao, hàng hóa nơng nghiệp
xuất khẩu chủ yếu là dạng tƣơi và chế biến thô sơ, đơn giản nên chất lƣợng, giá thành
thấp. Điều đó đặt ra cho ngành cơng nghệ sấy một vai trò quan trọng trong dây chuyền
sản xuất và chế biến thực phẩm.
Để thực hiện quá trình sấy, ngƣời ta có thể sử dụng nhiều phƣơng pháp sấy
khác nhau nhƣ: sấy tiếp xúc, sấy đối lƣu, sấy bức xạ, sấy thăng hoa,... Trong đó sấy

thăng hoa là một trong những kỹ thuật sấy tiên tiến nhất hiện nay với những ƣu điểm
đã kể trên.
Công nghệ sấy thăng hoa đã đƣợc nghiên cứu từ lâu và thƣơng mại hóa ở nhiều
nƣớc trên thế giới nhƣ: Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc,… Ở Việt Nam công
nghệ này đang rất đƣợc các nhà khoa học và các công ty thực phẩm, hóa dƣợc quan
10


tâm. Hiện nay, trên thị trƣờng nƣớc ta đã có rất nhiều sản phẩm máy sấy thăng hoa
khác nhau đa số vẫn là nhập ngoại, bên cạnh một số sản phẩm chế tạo trong nƣớc; tuy
nhiên, giá thành của những máy này khá cao, năng suất lớn, chỉ thích hợp cho quy mơ
doanh nghiệp.
Vì vậy, với mong muốn tạo ra một sản phẩm máy sấy thăng hoa mini, có năng
suất nhỏ, giá thành phù hợp với quy mơ gia đình cũng nhƣ có cơ hội hệ thống, củng cố
lại những kiến thức đã học, đánh giá tính khả thi của máy sấy thăng hoa mini, nhóm đã
thực hiện đề tài “Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế và chế tạo máy sấy thăng hoa năng
suất 1,5 kg/mẻ”.
1.4. Mục đích của đề tài
- Tìm hiểu, tổng hợp kiến thức về cơng nghệ, kỹ thuật sấy thăng hoa.
- Nghiên cứu, thiết kế máy sấy thăng hoa sấy năng suất 1,5 kg/mẻ.
- Chế tạo, vận hành, đánh giá máy sấy thăng hoa.
1.5. Đối tƣợng nghiên cứu
- Hệ thống máy sấy thăng hoa năng suất 1,5 kg/mẻ.
- Vật liệu sấy: sử dụng chuối sứ làm vật liệu thí nghiệm.
1.6. Phạm vi nghiên cứu
Tính tốn, thiết kế, chế tạo, vận hành, đánh giá hệ thống sấy thăng hoa năng suất
1,5 kg/mẻ trong điều kiện thành phố Hồ Chí Minh.
Thời gian thực hiện: từ tháng 4 đến tháng 7 năm 2019.
1.7. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp tổng quan tài liệu: Thông qua các bài báo khoa học, giáo trình, tài

liệu chuyên khảo về kỹ thuật sấy, cơng nghệ sấy thăng hoa.
- Phƣơng pháp tính tốn lý thuyết: Tính tốn, thiết kế hệ thống máy sấy thăng
hoa theo kiến thức tổng hợp từ tài liệu.
- Phƣơng pháp thực nghiệm: Xây dựng mơ hình và tiến hành thí nghiệm trên mơ
hình, phân tích, đánh giá các giá trị thực nghiệm thu đƣợc từ vận hành thực tế phục vụ
11


cho việc tính tốn và đối chiếu, điều chỉnh với tính tốn lý thuyết, bàn luận, kết luận và
đƣa ra kiến nghị.
1.8. Tình hình nghiên cứu
1.8.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc
Hiện nay, các nhà sản xuất và những nhà khoa học trên thế giới đã và đang
không ngừng nghiên cứu, hồn thiện cơng nghệ sấy thăng hoa. Sấy thăng hoa đã đƣợc
áp dụng và đóng vai trị quan trọng trong nhiều ngành: hóa học, sinh học, y học… đặc
biệt là trong công nghệ thực phẩm.
Lin và các cộng sự[21] đã có nghiên cứu về tác động của bức xạ hồng ngoại đối
với quá trình sấy thăng hoa khoai lang. Nghiên cứu đã cho thấy việc kết hợp bức xạ
hồng ngoại vào sấy thăng hoa làm giảm đáng kể thời gian sấy so với sử dụng điện trở
và môi chất nóng nhƣ thơng thƣờng.
Ucar và Karadag[23] đã thực nghiệm về những tác động của sấy chân không và
sấy thăng hoa đối với tính chất hóa lý của nấm bào ngƣ. Các tác giả đã tiến hành thí
nghiệm sấy nấm bào ngƣ lần lƣợt bằng hai phƣơng pháp sấy chân không và sấy thăng
hoa để đối chiếu. Các tính chất vật lý nhƣ màu sắc, khả năng hoàn nguyên, cùng các
hợp chất phenolic và các hoạt chất chống oxy hóa của nấm sau khi sấy đã đƣợc đem ra
so sánh. Các kết quả cho thấy, với phƣơng pháp sấy thăng hoa: tổng hàm lƣợng các
axit amin và các hoạt chất chống oxy hóa đƣợc giữ lại cao hơn nhiều so với sấy chân
khơng; màu sắc, khả năng hồn ngun cũng tốt hơn. Từ đó đƣa ra kết luận, sấy thăng
hoa là phƣơng pháp sấy ƣu việt hơn để bảo quản nấm bào ngƣ.
Khoai tây tƣơi của Trung Quốc rất khó bảo quản và dễ bị hƣ hỏng. Sấy thăng

hoa thƣờng đƣợc sử dụng để sản xuất khoai chiên chất lƣợng cao, nhƣng thời gian sấy
thƣờng kéo dài so với yêu cầu của quy mô công nghiệp. Duan và các cộng sự[17] đã
nghiên cứu phƣơng pháp sấy thăng hoa với giai đoạn sấy sử dụng vi sóng thay thế cho
điện trở hay đƣợc dùng. Các đặc tính cấu trúc nhƣ độ giịn, độ cứng và thành phần của
khoai đã đƣợc khảo sát. Kết quả cho thấy, khi dùng vi sóng, thời gian sấy thăng hoa đã
đƣợc rút ngắn, các đặc tính cấu trúc và các thành phần vẫn đƣợc đảm bảo tốt tƣơng tự
nhƣ sấy bằng điện trở.
12


Harguindeguy và Fissore[19] đã xem xét, so sánh ảnh hƣởng của phƣơng pháp
sấy thăng hoa và phƣơng pháp sấy lạnh đối với một số tính chất dinh dƣỡng của thực
phẩm. Ở giai đoạn sấy, các biện pháp dùng sóng siêu âm (untralsound), vi sóng
(microwave) và tia hồng ngoại cũng đƣợc sử dụng để khảo sát. Các kết quả cuối cùng
cho thấy: Đối với sự giữ lại các vitamin, sấy thăng hoa cho kết quả tốt nhất ở gần nhƣ
mọi lần thử; sự kết hợp sấy thăng hoa bằng tia hồng ngoại hoặc vi sóng có thể giảm
bớt thời gian sấy; hàm lƣợng các hợp chất chống oxy hóa đƣợc giữ lại ở sấy lạnh và
sấy thăng hoa là khá bằng nhau.
Cho đến nay, công nghệ sấy thăng hoa đã phát triển tƣơng đối hoàn thiện và
nhiều quốc gia trên thế giới đã chế tạo thành công do chuyển giao và mua công nghệ
của các nƣớc tiên tiến. Phƣơng pháp sấy thăng hoa đã áp dụng trên quy mô công
nghiệp ở nhiều nƣớc ví dụ nhƣ các cơng ty ở:
- Trung Quốc: Beijing YshiyuanFood, Shandong Tonghai Food, Xinghua
Natural Foods, Sinochem Qingdao,…
- Mỹ: Harvest Right, Lapconco, Martin Christ,…
- Nhật: Yamato Scientific, SMC,…
- Đài Loan: Howenia Enterprise Co. Ltd.
- Thái Lan: Cha-Liang, Thiptipa.
- Philippines: Amley Food.
1.8.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc

Ở Việt Nam, khi ngƣời Mỹ đến Việt Nam họ đã mang theo cơng nghệ sấy thăng
hoa vào với mục đích phục vụ chiến tranh. Sau ngày đất nƣớc thống nhất, công nghệ
này không đƣợc tiếp tục nghiên cứu và phát triển; chúng chỉ đƣợc ứng dụng trong một
số trung tâm, viện nghiên cứu phục vụ cho nghiên cứu khoa học về cơng nghệ sinh
học, y dƣợc, phân tích,…
Cơng nghệ sấy thăng hoa chỉ đƣợc quan tâm từ năm 1999 trử lại đây nhƣng vẫn
cịn hạn chế. Nhìn chung, vấn đề nghiên cứu, ứng dụng sấy thăng hoa trong bảo quản
các sản phẩm dƣợc, thực phẩm, chế phẩm sinh học,… vẫn chƣa phổ biến do hệ thống
13


sấy thăng hoa rất đắt, vốn đầu tƣ lớn nên các nhà khoa học khơng có khả năng đầu tƣ
thiết bị nghiên cứu, ứng dụng và triển khai công nghệ này vào thực tế sản xuất.
Hiện nay ở thị trƣờng Việt Nam các sản phẩm rau quả sấy thăng hoa cịn tƣơng
đối ít, mặc dù nhu cầu của thị trƣờng đƣợc ghi nhận và dự đoán là rất lớn. Nhiều công
ty chế tạo thiết bị trong nƣớc cũng đã chế tạo máy sấy thăng hoa cơng nghiệp nhƣng
chƣa hồn chỉnh về kỹ thuật và công nghệ (chƣa đạt độ chân không thăng hoa, cấp
nhiệt chủ yếu bằng điện trở, các khay chƣa liên kết thành một bộ, nên chủ yếu vận
hành thủ công từng khay, thiết bị tự động điều khiển chƣa chuyên biệt nên cồng
kềnh…) nên chƣa thuyết phục khách hàng. Hiện tại, một số công ty ở Việt Nam đang
bán máy sấy thăng hoa nhƣ: Hai Tấn, Tech Mart, Bạch Mã, Nhất Phú thái, Tân Tiến…
Đa số sản phẩm vẫn là có nguồn gốc từ nƣớc ngồi, tuy nhiên đã có những sản phẩm
do Việt Nam chế tạo tƣơng đối hồn thiện.
Bên cạnh đó, Một số trƣờng đại học cũng đã và đang nghiên cứu và chế tạo
thiết bị sấy thăng hoa nhƣ: Trƣờng đại học Sƣ phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh,
Trƣờng đại học Nơng Lâm thành phố Hồ Chí Minh, Trƣờng Đại học Bách Khoa thành
phố Hồ Chí Minh, Trƣờng đại học Văn Lang... Một số chuyên gia đã nghiên cứu, chế
tạo thành công máy sấy thăng hoa công nghiệp và chuyển giao cho doanh nghiệp.
Trần Đức Ba[26] đã chế tạo thành công máy sấy thăng hoa chuyên dùng trong lĩnh
vực chế biến thực phẩm với năng suất 2 kg sản phẩm/mẻ. Máy có thể sấy các loại sản

phẩm thủy hải sản nhƣ tôm, sò huyết, hàu; các loại rau, quả (dâu tây, gấc, sầu riêng),
sữa ong chúa, cơm dừa, lô hội, bột lá dứa, bột lá cẩm… Sau khi qua máy sấy, các sản
phẩm cịn lại độ ẩm khoảng 10%, các protein khơng bị biến tính và sản phẩm giữ đƣợc
gần nhƣ nguyên vẹn màu sắc và hƣơng vị.
Nguyễn Trƣờng Lợi[27] cùng các cộng sự đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị
sấy thăng hoa công suất 50 kg/mẻ và chuyển giao cho chi nhánh công ty TNHH công
nghệ thực phẩm Minh Anh, tỉnh Bình Dƣơng. Hệ thống vận hành tự động điều khiển
bằng PLC với áp suất chân không khi sấy thăng hoa nhỏ hơn hoặc bằng 4 torr, nhiệt độ
buồng ngƣng tụ lớn hƣơn hoặc bằng -40 0C, giá thành bằng khoảng một nửa so với
thiết bị cùng công suất nhập từ nƣớc ngoài.

14


Nguyễn Tấn Dũng và nhóm nghiên cứu[28] của mình đã chế tạo thành công máy
sấy thăng hoa DS-10 vào năm 2017. Đặc trƣng của hệ thống là cấp nhiệt cho quá trình
sấy bằng thiết bị hồi nhiệt (dạng bơm nhiệt), tối ƣu về mặt năng lƣợng, tiết kiệm chi
phí năng lƣợng cho quá trình sấy. Hệ thống sấy đƣợc hai chế độ: sấy tự làm lạnh đông
sản phẩm và sấy các sản phẩm đã đƣợc cấp đông riêng. Các thông số kỹ thuật: Năng
suất 35kg nƣớc ngƣng/24h (khoảng 50kg đến 70kg nguyên liệu/mẻ, tùy theo loại sản
phẩm, tùy theo hàm lƣợng ẩm và trong lƣợng riêng của sản phẩm); nhiệt độ lạnh đơng
o

o

o

o

sản phẩm: (-45 C ÷ -35 C); nhiệt độ mơi trƣờng sấy: (-45 C ÷ 30 C); nhiệt độ hóa đá:

o

o

(-45 C ÷ -35 C); áp suất mơi trƣờng sấy sản phẩm: 0,001 mmHg đến 4,58 mmHg. Bên
cạnh đó, hệ thống tự động đo lƣờng và điều khiển q trình sấy rất thơng minh, ứng
dụng cơng nghệ Internet of Things (IoT - Kết nối vạn vật) vào trong q trình điều
khiển. Khi đó, chủ doanh nghiệp tuy ở một địa điểm cách xa nhà máy nhƣng vẫn điều
khiển, kiểm soát đƣợc hoạt động hệ thống sấy thăng hoa. Giá thành hệ thống chỉ bằng
1/6 đến 1/4 so với máy nhập ngoại cùng năng suất.
Với tình hình nghiên cứu trong nƣớc hiện tại, đa số các máy sấy thăng hoa vẫn là
công suất vừa đến lớn, giá thành không nhỏ. Việc chế tạo thử nghiệm loại máy mini,
giá thành thấp, phục vụ quy mơ gia đình là rất cần thiết để từ đó khảo sát, đánh giá tính
khả thi. Do đó, nhóm đã thực hiện đề tài thiết kế, chế tạo máy sấy thăng hoa năng suất
1,5 kg/mẻ với chuối là vật liệu sấy đƣợc dùng để thí nghiệm - một sản phẩm nông
nghiệp tiêu biểu ở nƣớc ta, là loại trái cây dễ tìm với hƣơng vị thơm ngon, chứa nhiều
chất dinh dƣỡng cần thiết cho cơ thể và có tiềm năng kinh tế lớn.

15


CHƢƠNG 2: TÍNH TỐN Q TRÌNH SẤY
2.1. Tính tốn sơ bộ
Vật liệu sấy: Chuối sứ
Độ ẩm vật liệu trƣớc khi sấy: W1 = 70% (thực nghiệm)
Độ ẩm vật liệu sau khi sấy: W2 = 10%
Khối lƣợng riêng vật liệu sấy:

= 997 kg/m3. [25]


Nhiệt dung riêng vật liệu sấy:
n

c  X tp j .c j ( J / kg.K ) [3]

(2.1)

j 1

Trong đó:
cj ,J/kg.K - nhiệt dung riêng của chất thứ j chiếm tỉ lệ trong nguyên liệu sinh học Xtpj
(%). Nguyên liệu sinh học chủ yếu là nƣớc, protein, gluxit, lipit, khoáng chất(tro) và
thành phần các hợp chất đa lƣợng khác.
Thành phần sinh học của chuối: 70% nƣớc, 26% gluxit, 3% protein, và 1% lipit [25]

c  0,70.4200  0, 26.1594  3240.0,03  2000.0,01
 3471,64 J / kgK  3, 47kJ / kgK
Nhiệt dung riêng chất khô:
Ck 

C  4,187.W1 3, 47  4,187.0,7
= 0,6kJ/kgK

W2
1  0,1

(2.2)

Khối lƣợng sản phẩm sấy mỗi mẻ: G1 = 1,5kg
Thời gian mỗi mẻ sấy: t = 28 h

Khối lƣợng sản phẩm sau khi sấy: Gsp  G1 

100  W2
100  10
 1,5 
 0,5kg
100  W1
100  70

Khối lƣợng ẩm bốc hơi: Ga = G1 – Gsp = 1,5 – 0,5 = 1kg

(2.3)
(2.4)

16


Thời gian, nhiệt độ và khối lƣợng ẩm bốc hơi trong từng giai đoạn:
Ở giai đoạn lạnh đông:
Thời gian lạnh đông là: tlđ = 5 h
Phần trăm lƣợng ẩm bốc hơi là : Wa1 = 10 % [8]
Nhiệt độ buồng lạnh đông của tủ cấp đông: tbl = –20oC
Nhiệt độ trung bình của sản phẩm khi cấp đơng là: t2 = –15oC
Ở giai đoạn thăng hoa:
Thời gian thăng hoa theo thực nghiệm trải qua từng giai đoạn từ tth = 15h → tth = 23h
Phần trăm lƣợng ẩm bốc hơi là: Wa2 = 75 % [8]
Ở giai đoạn sấy chân không.
Thời gian sấy chân không là: tck = 1 h
Phần trăm lƣợng ẩm bốc hơi là: Wa3 = 15 % [8]
Nhiệt độ điện trở bức xạ: tđn = 35oC

Môi chất lạnh sử dụng là: R404A.

17