Báo Cáo Nghiên cứu thiết lập và giải mô hình toán truyền nhiệt – tách ẩm đồng thời trong điều kiện sấy thăng

TÓM TẮT: Khi nghiên cứu ứng dụng STH trong bảo quản các sản phẩm có giá trị kinh tế thì việc xây dựng mô hình toán và giải bài toán truyền nhiệt – truyền khối đồng thời trong điều kiện STH, từ đó làm cơ sở để xác định chế độ công nghệ là rất quan trọng. Ở bài viết này chúng tôi sẽ trình bày kết quả nghiên cứu thiết lập mô hình toán và giải bài toán truyền nhiệt – tách ẩm đồng thời ở dạng trụ trong điều kiện STH, kết quả thu được sẽ ứng dụng STH trong bảo quản sản phẩm thủy hải sản nhóm giáp xác (tôm sú, tôm bạc và tôm thẻ) có giá trị kinh tế.


1. ĐẶT VẤN ĐỀ


Thực tế cho thấy việc ứng dụng STH trong bảo quản các sản phẩm thực phẩm có giá trị kinh tế thì vấn đề đặt ra cần phải xác định cho được chế độ công nghệ thích hợp, vì STH sấy ở điều kiện áp suất thấp và nhiệt độ thấp và nhỏ hơn trạng thái ba thể O(4,58mmHg, 0.00980C) của ẩm bên trong vật liệu ẩm (VLA) và đây là kỹ thuật chế biến tiên tiến nhất hiện nay, sản phẩm được chế biến bằng kỹ thuật này sẽ giữ được gần như hoàn toàn các tố chất tự nhiên ban đầu của chúng. Tuy nhiên, kỹ thuật STH khá phức tạp, việc xác định chế độ công nghệ thích hợp để đưa vào ứng dụng không gặp ít muôn vàn khó khăn. Chính vì vậy, bài toán đặt ra ở đây là cần phải nghiên cứu thiết lập mô hình toán và giải bài toán truyền nhiệt – tách ẩm khối đồng thời của VLA ở dạng trụ trong điều kiện STH, từ đó làm cơ sở cho việc xác lập chế độ công nghệ STH và ứng dụng công nghệ này trong việc bảo quản các sản phẩm thủy hải sản nhóm giáp xác (tôm sú, tôm bạc và tôm thẻ) có giá trị kinh tế.


2. NỘI DUNG


2.1. Mô tả quá trình STH
Quá trình STH gồm 3 giai đoạn nối tiếp nhau [3], [4], [5], [6]:
 Giai đoạn 1: lạnh đông VLA đến nhiệt độ lạnh đông tối ưu, nước trong VLA đóng băng
hoàn toàn.
 Giai đoạn 2: STH, kết thúc giai đoạn này nhiệt độ VLA vượt qua nhiệt độ kết tinh,
nhưng ở lân cận điểm kết tinh và còn lại là pha lỏng.
 Giai đoạn 3: Sấy chân không (SCK) để tách lượng ẩm còn lại.
Về mặt thiết bị có thể tham khảo tài liệu [4].


2.2. Các giả thiết ban đầu
i) VLA nghiên cứu là các loại thực phẩm dạng trụ có bán kính R (d = 2R), chiều cao là H
= 2h. Chẳng hạn: thủy hải sản nhóm giáp xác như: tôm sú, tôm bạc, tôm thẻ bóc vỏ, cắt bỏ đầu và đuôi xem gần đúng hình trụ có kích thước: D  2R = 2x4.5x10-3 [m], H = 75x10-3[m], xem mô tả ở hình 1.
ii) Xem các thông số nhiệt vật lý: i , Cpi , i , ai , . là hằng số lấy trung bình theo nhiệt độ, ẩn nhiệt thăng hoa rth và ẩn nhiệt hóa hơi rhh gọi chung là L0 xem là hằng số.



iii) Vì trong điều kiện STH thì áp suất thăng hoa của ẩm đóng băng và nhiệt độ của chúng nhỏ hơn điểm ba thể O(4.58mmHg, 0.00980C) nên trao đổi nhiệt trong điều kiện STH chủ yếu là trao đổi nhiệt bức xạ từ nguồn bức xạ đến bề mặt VLA, sau đó dẫn truyền từ bề mặt vào các lớp bên trong để thực hiện thăng hoa ẩm đóng băng. Vì vậy, hệ số tỏa nhiệt: đối lưu đl = 0, bức xạ bx  0.
iv) Xem hàm ẩm phân bố đều trong hình trụ và có các mặt đẳng nhiệt đồng tâm, đồng thời
xem vùng (I) là lớp khô ẩm đã thăng hoa, vùng (II) là lớp ẩm đóng băng chưa thăng hoa.