Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015
MỤC LỤC
Phần 1: Mở đầu 5
Phần 2: Nội dung 7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY
1.1. Các thông số của vật liệu sấy 8
1.2. Các thông số đặc trưng của tác nhân sấy 10
1.3. Phân loại phương pháp sấy 12
1.4. Đánh giá chung 17
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ SẤY CHÂN
KHÔNG
2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống sấy chân không 18
2.2. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy của vật liệu 20
2.3. Các kiểu hệ thống sấy chân không trong thực tế thường gặp 22
2.4. Các yêu cầu khi chọn công nghệ sấy chân không 29
2.5. Đánh giá chung 30
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH
3.1. Nhiệm vụ đặt ra và các yêu cầu 31
3.2. Thiết kế sơ bộ mô hình 31
3.3. Một số hình ảnh chế tạo mô hình thực tế 35
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 40
Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 1
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số thứ tự Tên gọi Trang
Hình 1.1 Nhiệt độ đọng sương và nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí 10
Hình 1.2 Hệ thống sấy lô và sấy tang 14
Hình 1.3 Hệ thống sấy buồng và sấy khí động 14
Hình 1.4 Hệ thống sấy bức xạ 15
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống sấy chân không 18
Hình 2.2 Tủ sấy chân không 22

Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015
[3] Hoàng Văn Chước, Kỹ thuật sấy. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 1999.
học và Kỹ thuật, Hà Nội 1999.
[4] Nguyễn Văn May (2004), Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm, NXB Khoa học và
Kỹ thuật, Hà Nội 2007.
[5] Nguyễn Văn Lụa, Qúa trình và thiết bị công nghệ hóa học thực phẩm, NXB Đại
học quốc gia TP.Hồ Chí Minh.
[6] Các trang web.
MỞ ĐẦU
Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 5
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015
Để đáp ứng yêu cầu sử dụng trong nước, chất lượng sản phẩm đặc biệt là các
loại nông sản và lâm sản sấy khô cần phải đạt được các yêu cầu về chất lượng khắt
khe như hình dáng kích thước và thể tích sản phẩm, màu sắc sản phẩm, nồng độ vị,
chất thơm và các chất khác, sự thấm nước thấm khí trở lại của sản phẩm sấy, độ ẩm
cuối đạt được tùy theo nhu cầu sử dụng và bảo quản sản phẩm.
So với nhiều phương pháp sấy khác, phương pháp sấy chân không luôn là một
phương pháp có thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu chất lượng trên và là phương pháp
rút ngắn được thời gian sấy một cách đáng kể, dó đó phương pháp này đã được áp
dụng cho sấy những vật liệu khô chậm, khó sấy, có yêu cầu chất lượng sấy cao.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế, đề tài được thực hiện với mục đích chính là xây
dựng nên một mô hình thí nghiệm về thiết bị sấy chân không, phục vụ cho nhu cầu
học tập, thí nghiệm và nghiên cứu của sinh viên trong nhà trong trường. Với mong
muốn từ mô hình thí nghiệm, chúng ta sẽ thấy được phần nào thực hiện các thí
nghiệm, để từ đây yêu thích đam mê nghiên cứu khoa học. Đó là tiền đề cho sinh viên
sau khi ra trường sẽ áp dụng các kiến thức của chuyên ngành nói chung và phương
pháp sấy chân không vào các ngành sản xuất ở nước ta.
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 6
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015

%100.
G
G
k
a
k
=ω
(1-1)
- Do khối lượng ẩm chứa trong vật liệu có thể lớn hơn khối lượng VLK nên độ
ẩm tuyệt đối có thể lớn hơn 100%.
- Đối với vật liệu khô tuyệt đối (G
a
= 0) thì ta có ω
k
= ω = 0%. Vì vậy, đối với
những vật liệu có độ ẩm nhỏ thì giá trị độ ẩm tương đối và độ ẩm tuyệt đối không
khác nhau nhiều lắm.
1.1.2. Độ ẩm tương đối
- Độ ẩm tương đối (còn gọi là độ ẩm toàn phần) là số phần trăm khối lượng
nước (rắn, lỏng và hơi) chứa trong 1 kg vật liệu ẩm (VLA).
%100.
G
G
a
=ω
(1-2)
Với: G - là khối lượng của vật liệu ẩm, kg
G
a
- là khối lượng nước có trong vật liệu ẩm, kg

g
g
u
=
(1-5)
- Nếu ẩm phân bố đều trên vật liệu thì giá trị độ ẩm tuyệt đối bằng độ chứa ẩm.
1.1.5. Độ ẩm cân bằng
- Là độ ẩm của vật khi ở trạng thái cân bằng với môi trường xung quanh. Ở
trạng thái này độ chứa ẩm trong vật là đồng đều và phân áp suất hơi nước trên bề mặt
vật ẩm bằng phân áp suất hơi nước trong không khí ẩm. Lúc này quá trình trao đổi
chất giữa vật ẩm và không khí ẩm là kết thúc.
- Như vậy, độ ẩm cân bằng phụ thuộc trạng thái của môi trường bao quanh vật.
Trong thực tế độ ẩm cân bằng có ý nghĩa rất lớn, nó xác định giới hạn của quá trình
sấy và dùng để xác định độ ẩm bảo quản của mỗi loại vật liệu trong những điều kiện
môi trường khác nhau.
- Nếu vật ẩm có độ ẩm nhỏ hơn độ ẩm của môi trường không khí ẩm thì vật sẽ
hấp thụ ẩm và làm cho độ ẩm tương đối của vật tăng lên cho đến khi đạt trạng thái
cân bằng thì kết thúc. Ngược lại khi vật ẩm có độ ẩm lớn hơn độ ẩm môi trường
không khí ẩm thì vật sẽ thải ẩm cho đến khi đạt độ ẩm cân bằng thì dừng lại. Vì vậy
khi bảo quản các sản phẩm, để tránh sự ẩm mốc làm mất chất lượng sản phẩm, thông
thường chúng ta gói sản phẩm trong các bao bì ni lông nhằm cách ẩm.
1.1.6. Quan hệ giữa môi trường sấy và vật ẩm
Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 9
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015
- Nếu chúng ta để một vật ẩm trong môi trường không khí ẩm thì sẽ có sự trao
đổi nhiệt và ẩm giữa vật liệu và môi trường không khí. Qúa trình trao đổi nhiệt phụ
thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ giữa không khí và vật liệu, còn quá trình trao đổi
ẩm (chất) phụ thuộc vào độ chênh lệch phân áp suất của hơi nước trên bề mặt vật và
phân áp suất hơi nước trong không khí ẩm.
- Trong trường hợp phân áp suất của hơi nước trên bề mặt vật ẩm lớn hơn phân

và d có mối quan hệ phụ thuộc. Những trạng thái không
khí có cùng dung ẩm thì nhiệt độ đọng sương của chúng như nhau. Nhiệt độ đọng
sương có ý nghĩa rất quan trọng khi xem xét đến khả năng đọng sương trên các bề
mặt thiết bị cũng như xác định trạng thái không khí sau khi xử lý. Khi không khí tiếp
xúc với một bề mặt, nếu nhiệt độ bề mặt đó nhỏ hơn hay bằng nhiệt độ đọng sương t
s
thì hơi ẩm trong không khí sẽ ngưng kết lại trên bề mặt dàn lạnh.
1.2.2. Nhiệt độ nhiệt kế ướt
Khi cho hơi nước bay hơi đoạn nhiệt vào không khí chưa bão hòa. Nhiệt độ
của không khí sẽ giảm dần trong khi độ ẩm tương đối tăng lên, tới trạng thái bão hòa
φ = 100% thì quá trình bay hơi chấm dứt. Nhiệt độ ứng với trạng thái bão hòa cuối
cùng này gọi là nhiệt độ nhiệt kế ướt và ký hiệu t
ư
. Như vậy nhiệt độ nhiệt kế ướt của
một trạng thái là nhiệt độ ứng với trạng thái bão hòa và có entanpi I bằng entanpi của
trạng thái không khí đã cho. Giữa entanpi I và nhiệt độ nhiệt kế ướt t
ư
có mối quan hệ
phụ thuộc.
1.2.3. Độ ẩm tuyệt đối
- Là khối lượng hơi ẩm trong 1 m
3
không khí ẩm. Giả sử trong V(m
3
) không
khí ẩm có chứa G
h
(kg) hơi nước thì độ ẩm tuyệt đối ký hiệu là ρ
h
và được tính như

R
h
- hằng số của hơi nước
T - nhiệt độ của hơi nước,
0
K , T = t
0
+ 273
1.2.4. Độ ẩm tương đối
- Là tỷ số phần trăm giữa độ ẩm tuyệt đối φ
h
của không khí với độ ẩm bão hòa
φ
max
ở cùng nhiệt độ với trạng thái đã cho.
100.
max
ρ
ρ
=ϕ
% (1-8)
- Độ ẩm tương đối biểu thị mức độ chứa hơi nước trong không khí ẩm so với
không ẩm ở trạng thái bão hòa ở cùng nhiệt độ.
Khi: φ = 0 trạng thái không khí khô.
0 < φ < 100 trạng thái không khí ẩm chưa bão hòa.
φ = 100 trạng thái không khí ẩm bão hòa.
- Độ ẩm φ là đại lượng rất quan trọng của không khí ẩm có ảnh hưởng nhiều
đến cảm giác của con người và khả năng sử dụng không khí để sấy các loại vật liệu
trong thực tế.
- Độ ẩm tương đối càng nhỏ thì khả năng sấy của không khí càng lớn.

tác nhân sấy được đốt nóng nên độ ẩm tương đối φ giảm dần đến phân áp suất hơi
nước p
am
trong tác nhân sấy giảm. Mặt khác do nhiệt độ của vật liệu sấy tăng lên nên
mật độ hơi trong các mao quản tăng và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật cũng
tăng theo công thức:








ρ
δρ
−==ϕ
r0
h
0
r
P
2
exp
P
P
(1-10)
Trong đó:
P
r

) và phân áp suất của hơi
nước tác nhân sấy (p
am
) tăng dần đến làm tăng quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lòng
vật liệu sấy ra bề mặt và đi vào môi trường. Dựa vào phương thức cấp nhiệt cho vật
liệu sấy người ta phân ra phương pháp sấy nóng ra các loại như sau:
a. Hệ thống sấy tiếp xúc
Trong hệ thống sấy tiếp xúc, vật sấy được trao đổi nhiệt với một bề mặt đốt
nóng. Bề mặt tiếp xúc với vật sấy có thể là bề mặt vật rắn hay vật lỏng. Nhờ đó người
ta làm tăng sự chênh lệch áp suất hơi nước. Các phương pháp thực hiện có thể là sấy
kiểu trục cán, sấy kiểu lô quay, sấy dầu,…
Hình 1.2: Hệ thống sấy lô và sấy tang
b. Hệ thống sấy đối lưu
Trong hệ thống sấy đối lưu, vật liệu sấy nhận nhiệt bằng đối lưu từ một dịch
thể nóng mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò. Các tác nhân sấy được đốt
Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 14
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015
nóng rồi vận chuyển đến trao đổi nhiệt với vật sấy. Hệ thống sấy đối lưu như vậy có
nhiều phương pháp để thực hiện: sấy buồng, tầng sôi, phun, thùng quay,…
Hình 1.3: Hệ thống sấy buồng và sấy khí động
c. Hệ thống sấy bức xạ
Vật sấy được nhận nhiệt từ nguồn
bức xạ để ẩm dịch chuyển từ trong lòng vật
ra bề mặt và từ bề mặt ẩm khuếch tán vào
môi trường. Nguồn bức xạ thường dùng là
đèn hồng ngoại, dây hay thanh điện trở.
Sấy bức xạ có thể tiến hành trong điều kiện
tự nhiên hay trong buồng kín.
Hình 1.4: Hệ thống sấy bức xạ
d. Hệ thống sấy dùng điện cao tần

thường thấp (có thể thấp hơn nhiệt độ của môi trường bên ngoài).
a. Hệ thống sấy ở nhiệt độ thấp
Với những hệ thống sấy mà nhiệt độ vật liệu sấy cũng như nhiệt độ tác nhân
sấy xấp xỉ nhiệt độ môi trường, tác nhân sấy thường là không khí được khử ẩm bằng
phương pháp làm lạnh hoặc bằng các máy khử ẩm hấp thụ, sau đó nó được đốt nóng
hoặc làm lạnh đến các nhiệt độ yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu sấy. Khi đó do phân áp
suất hơi nước trong tác nhân sấy bé hơn phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu
sấy mà ẩm từ lỏng bay hơi đi vào tác nhân sấy.
Các hệ thống sấy lạnh có nhiệt độ tác nhân sấy bằng nhiệt độ môi trường thì ta
sẽ tìm cách giảm phân áp suất hơi nước của tác nhân sấy p
am
bằng cách giảm lượng
chứa ẩm d kết hợp với quá trình làm lạnh (sau khi khử ẩm bằng hấp thụ) hoặc đốt
nóng (sau khi khử ẩm ở dàn lạnh).
b. Hệ thống sấy thăng hoa
Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 16
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015
Phương pháp sấy thăng hoa được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ và áp suất
thấp. Chế độ làm việc thấp hơn điểm ba thể của nước, qúa trình sấy được thực hiện
trong một buồng sấy kín. Giai đoạn đầu là giai đoạn làm lạnh sảm phẩm, trong giai
đoạn này do hút chân không làm áp suất trong buồng sấy giảm, ẩm thoát ra chiếm
khoảng 10÷15%. Việc bay hơi ẩm làm cho nhiệt độ vật liệu sấy giảm xuống dưới
điểm ba thể, có thể làm lạnh vật liệu trong buồng làm lạnh riêng. Giai đoạn tiếp theo
là giai đoạn thăng hoa, lúc này nhiệt độ trong buồng sấy đã ở chế độ thăng hoa. Ẩm
trong vật dưới dạng rắn sẽ thăng hoa thành hơi và thoát ra khỏi vật. Hơi ẩm này sẽ
đến bình ngưng và ngưng lại thành lỏng sau đó thành băng bám trên bề mặt ống.
Trong giai đoạn này nhiệt độ vật không đổi. Giai đoạn sau cũng là giai đoạn bay hơi
ẩm còn lại.

Ưu điểm của phương pháp sấy thăng hoa là nhờ sấy ở nhiệt độ thấp nên giữ

được hút ra ngoài. Nhiệt độ trong buồng sấy dao động xung quanh nhiệt độ ngoài
trời. Phương pháp sấy này phức tạp bởi khả năng giữ buồng chân không, thể tích luôn
giới hạn đến mức độ nào đó.
Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống sấy chân không
2.1.2. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý sấy cơ bản đó là sự phụ thuộc vào áp suất điểm sôi của nước. Nếu
làm giảm (hạ thấp) áp suất trong một thiết bị chân không xuống đến áp suất mà ở đấy
nước trong vật bắt đầu sôi và bốc hơi sẽ tạo nên một dòng chênh lệch áp suất đáng kể
dọc theo bề mặt vật, làm hình thành nên một dòng ẩm chuyển động trong vật liệu
theo hướng từ trong ra bề mặt vật. Điều này có nghĩa là ở một áp suất nhất định nước
sẽ có một điểm sôi nhất định, do vậy khi hút chân không sẽ làm cho áp suất trong vật
giảm đi và đến mức nhiệt độ vật (cũng là nhiệt độ của nước trong vật) đạt đến nhiệt
độ sôi của nước ở áp suất đấy, nước trong vật sẽ hóa hơi và làm tăng áp suất trong vật
Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 19
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015
và tạo nên một chênh lệch áp suất hơi ∆p = (p
bh
- p
h
)

giữa áp suất bão hòa hơi nước
trên bề mặt vật và phân áp suất hơi nước trong môi trường đặt vật sấy, đó chính là
động lực làm tăng quá trình di chuyển ẩm từ bên trong vật ra ngoài bề mặt của quá
trình sấy chân không. Và ở đấy, dưới điều kiện chân không, quá
trình bay hơi diễn ra nhanh chóng và qua đó quá trình khô vật sẽ rất nhanh, thời gian
sấy giảm xuống đáng kể. Bên cạnh đó, nhờ chỉ sấy ở nhiệt độ thấp (có thể thấp hơn
nhiệt độ môi trường) nên nhiều tính chất đặc trưng ban đầu: tính chất sinh học, hương
vị, màu sắc, hình dáng của sản phẩm được giữ lại gần như đầy đủ. Sản phẩm sấy chân
không bảo quản lâu dài và ít bị tác động bởi môi trường.

2.2. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy của vật liệu
2.2.1. Vật liệu sấy
a. Kích thước
Hình dạng của sản phẩm phụ thuộc vào mục đích sử dụng. Độ dày của sản
phẩm sấy cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy. Chiều dày của vật liệu sấy càng mỏng
thì quá trình sấy khô vật sẽ diễn ra càng nhanh và đồng đều, nhưng nếu quá mỏng sẽ
làm cho sản phẩm bị cong, dễ gãy vỡ, giảm năng suất của máy sấy. Ngược lại, nếu
quá dày thì sẽ làm giảm sự lưu thông của không khí, dẫn đến sản phẩm bị “đổ mồ
hôi” do hơi ẩm đọng lại. Trong những điều kiện giống nhau về chế độ sấy thì tốc độ
sấy tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt và tỷ lệ nghịch với chiều dày vật liệu sấy sấy.
b. Độ ẩm
Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 21
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015
Độ ẩm của vật liệu sấy liên quan trực tiếp đến thời gian sấy khô vật liệu. Độ
ẩm đầu vào của vật liệu sấy cao, độ ẩm yêu cầu đầu ra thấp thì quá trình sấy khô
vật sẽ diễn ra chậm. Tùy vào yêu cầu độ ẩm đầu ra mà thời gian sấy của các vật
liệu là khác nhau, nếu sau khi sấy mà độ ẩm của vật ra còn quá cao thì việc bảo
quản vật liệu sấy sau này rất khó, dễ bị ẩm mốc. Và ngược lại nếu sấy khô quá thì
sản phẩm sẽ mất hết hàm lượng chất, mùi vị và khối lượng sản phẩm hao hụt nhiều
2.2.2. Nhiệt độ và áp suất trong buồng sấy
a. Nhiệt độ
Việc nâng cao nhiệt độ sẽ làm tăng nhanh tốc độ làm khô do lượng nước
trong nguyên liệu giảm xuống càng nhiều. Nhưng tăng nhiệt độ cũng ở giới hạn
cho phép vì nhiệt độ làm khô cao sẽ làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm,
dễ làm cho nguyên liệu bị chín và gây nên sự tạo màng cứng ở lớp bề ngoài cản trở
tới sự chuyển động của nước từ lớp bên trong ra bề mặt ngoài. Nhưng với nhiệt độ
làm khô quá thấp, dưới giới hạn cho phép thì quá trình làm khô sẽ chậm lại. Nhiệt
độ sấy thích hợp được xác định phụ thuộc vào độ dày bán thành phẩm, kết cấu tổ
chức của sản phẩm và đối với các nhân tố khác. Khi sấy ở những nhiệt độ khác
nhau thì nguyên liệu có những biến đổi khác nhau.

- Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo
- Giá thành thiết bị thấp, dễ sử dụng
- Tủ sấy chân không có năng suất sấy nhỏ và hiệu quả thấp nên nó được sử
dụng chủ yếu trong phòng thí nghiệm.
2.3.2. Thùng sấy có cánh đảo
a. Đặc điểm chung
Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 23
Hình 2.2: Tủ sấy
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015
Để tăng khả năng truyền nhiệt chuyển khối, sản phẩm trong thùng sấy được
đảo trộn nhờ trục gắn cánh đảo 3. Thùng sấy hình trụ dài có hai lớp để chứa và tải
chất tải nhiệt (hơi nước hoặc nước nóng).
Trục
và cánh đảo có thể đổi chiều quay theo định kỳ (5÷8 phút) để tăng sự đảo trộn đều
đặn và chống bết dính theo chiều quay. Ngoài ra các cánh đảo còn có các ống đảo phụ
5 để phá vỡ sự vón cục và đảo đều theo chiều dọc thùng sấy. Năng suất thùng sấy phụ
thuộc vào tính chất, độ ẩm ban đầu của vật liệu, nhiệt độ của chất tải nhiệt và độ chân
không.
b. Ưu điểm và hạn chế
Ở các thùng sấy này, tiếp liệu và tháo sản phẩm phần lớn đã được cơ giới hóa.
Hơi bốc từ sản phẩm được dẫn qua bộ lọc tới thiết bị ngưng tụ. Đối với hơi nước
thường dùng thiết bị ngưng tụ dạng phun tia, còn với những loại hơi cần thu hồi thì
dùng thiết bị ngưng tụ bề mặt. Để hút khí không ngưng người ta thường dung bơm
chân không vòng nước. Nguyên liệu cho vào thùng sấy tốt nhất khoảng 80% thể tích
thùng.
Chủ nhiệm đề tài: Trần Đức Giang- Hoàng Văn Toàn- Nguyễn Văn Khanh 24
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2015
2.3.3. Thiết bị chân không băng tải
a. Sơ đồ nguyên lý
b. Ưu điểm và hạn chế