NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY SẢN PHẨM MÍT BẰNG BỨC XẠ HỒNG NGOẠI Ở ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU VỚI NĂNG SUẤT NHỎ 10KG NGUYÊN LIỆU TRÊN MẺ

Nghiên cứu thực nghiệm quá trình sấy sản phẩm mít bằng bức xạ hồng ngoại nhằm giải quyết đƣợc mục tiêu là xác định các thông số công nghệ tối ƣu của quá trình sấy để khi tiến hành sấy sẽ tạo ra sản phẩm có chất lƣợng tốt, độ ẩm đạt yêu cầu, chi phí năng lƣợng thấp, qua đó giúp nâng cao giá trị kinh tế của sản phẩm mít sấy phục vụ cho tiêu dùng và xuất khẩu.

Dựa trên các thông số tối ƣu tìm đƣợc sẽ tiến hành thiết kế và chế tạo hệ thống sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại với năng suất 10kg/mẻ. Sau đó các thực nghiệm sấy trên hệ thống đã chế tạo sẽ đƣợc tiến hành theo chế độ tối ƣu để kiểm chứng chất lƣợng của sản phẩm, hiệu quả sử dụng năng lƣợng và độ ẩm sản phẩm.

Đề tài luận văn “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy sản phẩm mít bằng bức xạ hồng ngoại ở điều kiện tối ưu với năng suất nhỏ 10kg/mẻ” nhằm hỗ trợ cho việc xác định chế độ sấy thích hợp trong công nghệ sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại, đặc biệt hơn là đề tài còn phục vụ cho công nghệ chế tạo máy sấy hồng ngoại trên cơ sở có đƣợc các thông số tối ƣu của quá trình sấy.

Luận văn đã đạt đƣợc các kết quả chính nhƣ sau:

1. Nghiên cứu lý thuyết tổng quan về quá trình sấy hồng ngoại, xác định đƣợc quá trình sấy hồng ngoại là phù hợp để sấy mít.

2. Nghiên cứu thực nghiệm theo quy hoạch trực giao cấp 2 và tối ƣu hóa theo phƣơng pháp điểm không tƣởng đã xác định đƣợc các thông số công nghệ tối ƣu cho quá trình sấy hồng ngoại sản phẩm mít gồm: nhiệt độ buồng sấy 63,43C, thời gian sấy 7,13 giờ và cƣờng độ bức xạ hồng ngoại 6,40 kW/m2.

3. Dựa trên các thông số công nghệ tối ƣu đã tiến hành thiết kế và chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại sản phẩm mít với năng suất nhập liệu 10kg/mẻ, kích thƣớc buồng sấy (dài x rộng x cao) 800mm x 800mm x 1000mm, tổng công suất của bóng đèn hồng ngoại 2000W.

4. Các thực nghiệm đã đƣợc tiến hành trên hệ thống sấy đã chế tạo ở chế độ tối ƣu cho thấy chi phí năng lƣợng đạt 1,46 kWh/kg, độ ẩm sản phẩm 5,13% và v độ tổn thất hàm lƣợng carbohydrate đạt 6,27%. Kết quả phù hợp với các giá trị tính đƣợc từ bài toán tối ƣu.

5. Sản phẩm mít đã đƣợc sấy trên máy sấy hồng ngoại và máy sấy đối lƣu bằng không khí nóng nhằm so sánh chất lƣợng sản phẩm sấy. Kết quả cho thấy quá trình sấy hồng ngoại có độ tổn thất hàm lƣợng carbohydrate thấp hơn so với sấy bằng không khí nóng.

6. Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể làm cơ sở để nghiên cứu, thiết kế máy sấy hồng ngoại cho các loại rau, củ, quả khác nhằm tối ƣu chế độ công nghệ, giảm chi phí năng lƣợng và tăng chất lƣợng sản phẩm sấy.

NỘI DUNG:

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN ............................................................................... 5

1.1. Nguyên liệu mít ................................................................................................ 5

1.1.1. Tên gọi và tên khoa học ................................................................................ 5

1.1.2. Nguồn gốc phân bố, sinh trƣởng và phát triển ......................................... 5

1.1.3. Thành phần hóa học, hóa lý .................................................................... 7

1.1.4. Giá trị của mít ......................................................................................... 8

1.1.5. Các yếu tố tác động làm hƣ nguyên liệu ............................................... 12

1.1.6. Sản phẩm từ mít ................................................................................... 13

1.2. Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc liên quan

về sấy hồng ngoại ............................................................................................... 14

1.2.1. Các nghiên cứu trong nƣớc ................................................................... 14

1.2.2. Các nghiên cứu ngoài nƣớc................................................................... 16

1.2.3. Thảo luận và đề xuất mô hình sấy ......................................................... 17

CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ SẤY HỒNG NGOẠI .. 18

2.1. Sấy vật liệu ẩm .............................................................................................. 18

2.2. Các phƣơng pháp sấy vật liệu ẩm .................................................................. 18

2.2.1. Phƣơng pháp sấy nóng .......................................................................... 18

2.2.2. Phƣơng pháp sấy lạnh ........................................................................... 20

2.2.3. Tác nhân sấy ......................................................................................... 23

ix

2.2.4. Vật liệu ẩm và các dạng liên kết nƣớc với vật liệu ẩm .......................... 23

2.2.5. Một số tính chất nhiệt vật lý của vật liệu ẩm

liên quan đến quá trình sấy ..................................................................... 27

2.2.6. Động học của quá trình sấy ................................................................... 29

2.3. Phƣơng pháp sấy bức xạ hồng ngoại ............................................................... 32

2.3.1. Đặc điểm bức xạ hồng ngoại ................................................................. 32

2.3.2. Sấy bằng bức xạ hồng ngoại ................................................................. 33

2.3.3. Cơ chế sấy khô vật liệu ẩm bằng bức xạ hồng ngoại ............................. 33

2.3.4. Công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại......................................................... 34

2.3.5. Hệ thống thiết bị sấy hồng ngoại ........................................................... 35

2.4. Các biến đổi của sản phẩm trong quá trình sấy ................................................ 37

2.4.1. Biến đổi vật lý ...................................................................................... 37

2.4.2. Biến đổi hóa học ................................................................................... 38

2.4.3. Biến đổi sinh học và hóa sinh ............................................................... 39

2.5. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sấy hồng ngoại ........................................ 39

2.5.1. Yếu tố nguyên liệu................................................................................ 39

2.5.2. Yếu tố tác nhân sấy ............................................................................... 39

2.5.3. Yếu tố thiết bị sấy ................................................................................. 40

2.6. Quy trình công nghệ sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại cần nghiên cứu ............. 40

CHƢƠNG 3 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN

VÀ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ....................................................... 42

3.1. Phƣơng pháp tiếp cận ...................................................................................... 42

3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................. 42

3.2.1. Phƣơng pháp xác định các thông số công nghệ và các hàm mục tiêu .... 43

3.2.2. Phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm ................................................... 44

3.2.3. Phƣơng pháp Mô hình hóa thiết lập bài toán tối ƣu đa mục tiêu ............ 47

3.2.4. Tối ƣu hóa giải bài toán tối ƣu đa mục tiêu trong

nghiên cứu công nghệ sấy hồng ngoại ..................................................... 55

3.3. Phƣơng pháp tính toán thiết kế ........................................................................ 57

3.3.1. Phƣơng pháp tính toán .......................................................................... 57

3.3.2. Phƣơng pháp thiết kế ............................................................................ 58

3.4. Phƣơng pháp chế tạo ....................................................................................... 58

CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY ............................................. 59

4.1. Xác định và lựa chọn các thông số tối ƣu cần thiết cho tính toán thiết kế ........ 59

4.1.1. Mô hình thực nghiệm đa yếu tố.................................................................... 59

4.1.2. Xác định miền cực trị của thực nghiệm ........................................................ 60

4.1.3. Bài toán tối ƣu một mục tiêu: ....................................................................... 63

4.1.4. Bài toán tối ƣu đa mục tiêu: ......................................................................... 63

4.2. Tính toán thiết kế và chế tạo hệ thống sấy ....................................................... 65

4.2.1. Các thông số cần thiết cho quá trình tính toán thiết kế .......................... 65

4.2.2. Tính toán thiết kế không gian sấy ......................................................... 66

4.2.3. Tính nhiệt tải cho hệ thống sấy ............................................................. 67

4.3. Tổng nhiệt lƣợng cần thiết cho quá trình sấy ................................................... 73

4.4. Thiết kế hệ thống sấy hồng ngoại .................................................................... 74

4.5. Chế tạo hệ thống sấy ....................................................................................... 74

4.6. Tự động điều khiển hệ thống sấy ..................................................................... 74

4.7. Tính kiểm tra chất lƣợng hệ thống sấy............................................................. 75

4.7.1. Phía vật liệu sấy (mít) ........................................................................... 75

4.7.2. Về phía nguồn phát hồng ngoại (bóng đèn) ........................................... 77

4.8. Mô phỏng và thảo luận .................................................................................... 78

4.8.1. Mô phỏng các hàm mục tiêu cần nghiên cứu trên đồ thị 3D và 2D ........ 78

4.8.2. Thực nghiệm kiểm chứng lại các thông số công nghệ tối ƣu

của quá trình sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại ......................................... 79

4.8.3. Xác định các thông số công nghệ tối ƣu ảnh hƣởng đến

quá trình bảo quản sản phẩm mít phục vụ cho tiêu dùng và xuất khẩu. ... 81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 86

PHỤ LỤC