Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị sấy tầng sôi lien tục kiểu xung khí để sấy vật liệu thực phẩm có độ kết dính cao (muối, đường RS, cơm dừa)

Đường RS hay muối tinh là các dạng vật liệu rời, có ẩm tập trung nhiều ở bề mặt nên dễ hút ẩm khi không qua quá trình sấy, dễ kết dính thành từng khối khi có cấp nhiệt liên tục, đồng thời cũng tồn tại ẩm liên kết bên trong nên rất khó tách khỏi vật liệu. Để tách được ẩm liên kết cần cung cấp nhiệt lượng cao, khi đó sẽ ảnh hưởng đến màu sắc của sản phẩm, làm giảm chất lượng sản phẩm. Với các đặc điểm như vậy, phương pháp sấy phù hợp với sản phẩm đường RS, muối tinh là phương pháp sấy tầng sôi cấp khí gián đoạn hay còn gọi là phương pháp sấy tầng sôi xung khí.

Để giải quyết được bài toán sấy các sản phẩm như đường RS, muối tinh, mục tiêu đề ra của đề tài là “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị sấy tầng sôi xung khí dạng liên tục theo hướng tiết kiệm năng lượng để ứng dụng sấy vật liệu có đặc tính kết dính  trong môi trường nhiệt - ẩm, có năng suất 20kg/h”. Đề tài đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật sấy tầng sôi xung khí đối với sản phẩm RS. Từ kết quả nghiên cứu lý thuyết đã tiến hành thiết kế và chế tạo mô hình vật lý có quy mô thí nghiệm để tiến hành nghiên cứu thực nghiệm.

Đề tài được thực hiện bởi nhóm tác giả ThS. Phạm Quang Phú làm chủ nhiệm đề tài và cơ quan chủ trì là Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh.

Muối tinh, đường RS là các vật liệu được hình thành từ quá trình kết tinh, độ ẩm sau công đoạn sau ly tâm thường khá cao và phải được sấy ngay nếu không chỉ sau một thời gian ngắn chúng cũng bị kết dính và vón cục, đặc biệt khi có tác động nhiệt thì chúng càng dễ bị kết dính. Thực tế đặc tính kết dính sẽ gây khó khăn trong việc sấy khô trong lớp hạt sôi liên tục, trong khi yêu cầu chất lượng sản phẩm sấy phải cao.

Do đó, việc sấy muối và đường sau khi ly tâm là cần thiết để bảo quản lâu dài và đảm bảo độ ẩm theo tiêu chuẩn. Trước đây, sấy thùng quay được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật sấy nhưng từ khi công nghệ tầng sôi phát triển trong lĩnh vực sấy thì máy sấy tầng sôi dần được ứng dụng nhiều hơn. Các ưu điểm của kỹ thuật tầng sôi đã được phân tích và kiểm chứng.

Mặt khác, để giải quyết vấn đề về chi phí năng lượng cho quạt sử dụng trong quá trình sấy, một số tác giả của thế giới đã nghiên cứu một phương pháp sấy tầng sôi mới đó là phương pháp tầng sôi kiểu xung khí (pulsed fluidized bed dryer). Các công bố được phân tích trong phần tổng quan cho thấy mô hình thí nghiệm cho kết quả khả quan về mặt tiết kiệm năng lượng.

Để xử lý cho các trường hợp khi sấy vật liệu có độ ẩm nguyên liệu đầu vào cao, giữa các hạt có xu hướng dính với nhau và vón cục khi cấp nhiệt, người ta thường dùng kiểu cấp liệu rung trước buồng sấy, tuy nhiên nếu dùng kiểu sấy tầng sôi xung khí sẽ dễ dàng tách liên kết giữa các hạt dễ dàng bằng cách thay đổi trạng thái cấp khí đột ngột. Nhờ tác động bằng dòng tác nhân khí nên va đập cơ học giữa vật liệu sấy và ghi phân phối tác nhân sấy xảy ra, sản phẩm nên các hạt vật liệu không bị bào mòn các cạnh, các hạt vật liệu không bị vỡ nên tỷ lệ thu hồi sản phẩm và chất lượng sấy sẽ ổn định hơn.

Mặt khác, ở Việt Nam các nghiên cứu về máy sấy tầng sôi xung khí được công bố rất hạn chế nên hướng đề tài nghiên cứu là hướng mới, tiếp cận với kỹ thuật sấy cao hơn.

Qua thời gian nghiên cứu, dựa trên các kết quả nghiên cứu thực nghiệm và phân tích số liệu đa yếu tố, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

Các ứng dụng của máy sấy tầng sôi xung khí liên tục trong quá trình sấy đường ít được công bố trong các công trình khoa học. Kết quả đạt được của nghiên cứu này cho thấy máy sấy tầng sôi xung khí liên tục là phù hợp để sấy đường RS do đặc tính thủy động tốt, hệ số truyền nhiệt và truyền ẩm cao.

Ảnh hưởng của 04 thông số công nghệ chính đến quá trình sấy đã được nghiên cứu thông qua quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2. Kết quả đã xác định được chế độ sấy tầng sôi xung khí đối với đường RS là nhiệt độ sấy 71,50C, vận tốc tác nhân sấy 2,1m/s, tần số xung khí 0,55Hz, đường kính hạt 467µm.

Tuy nhiên, ngoài yếu tố độ ẩm thì các yếu tố khác như màu sắc sản phẩm sấy, độ vỡ hạt, hàm lượng chất dinh dưỡng hay hàm lượng đường trong sản phẩm sau khi sấy… cũng là những yếu tố cần xem xét khi đánh giá chất lượng sản phẩm. Điều này cho thấy đề tài còn hạn chế khi chưa xem xét các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm khác và các thông số công nghệ khác có ảnh hưởng đến quá trình sấy. Với mô hình thực nghiệm từ đề tài này, giảng viên và sinh viên khoa học công nghệ Nhiệt Lạnh có thể tiếp tục nghiên cứu nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy hơn nữa và có thể tiến hành nghiên cứu trên nhiều loại vật liệu khác nhau.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 15332/2018) tại Cục Thông tin KHCNQG

Đ.T.V (NASATI)