1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN SẤY TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BẰNG BƠM NHIỆT ĐỂ SẤY CÀ RỐT NĂNG SUẤT 150KG/MẺ Giảng viên hƣớng dẫn TS Lê Nhƣ Chính Sinh viên[.]
QUAN VỀ VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP SẤY
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU CÀ RỐT
Cà rốt, còn gọi là "carotte" trong tiếng Pháp, có tên khoa học là Daucus carota subsp sativus, là loại cây có củ phổ biến với màu đỏ, vàng, trắng hoặc tía Phần ăn được của cà rốt chính là củ, là rễ cái chứa nhiều tiền tố của vitamin A, rất tốt cho sức khỏe mắt Cà rốt không chỉ có giá trị dinh dưỡng cao mà còn là nguyên liệu phổ biến trong nhiều món ăn, giúp bổ sung vitamin A tự nhiên cho cơ thể.
Cà rốt là loại cây sống hai năm, mùa xuân và hè phát triển phần lá, đồng thời tích trữ năng lượng trong rễ để ra hoa vào năm thứ hai Thân cây cao tới 1 mét, mang hoa tán nhỏ màu trắng, tạo ra quả gọi là quả nẻ Trong tự nhiên, cà rốt chứa lượng natri vừa đủ để duy trì huyết áp ổn định, giúp những người tiêu thụ thường xuyên cà rốt có huyết áp trong tầm kiểm soát.
1.1.2 Nguồn gốc và phân bố của cây cà rốt
Cây cà rốt lần đầu tiên xuất hiện tại Afghanistan và nhanh chóng lan rộng sang các khu vực lân cận như Trung Đông và Bắc Phi nhờ sức hấp dẫn của loại cây ăn củ này Sau đó, cà rốt được du nhập vào Tây Ban Nha, các nước châu Âu và Trung Quốc, trở thành một trong những loại rau quen thuộc và phổ biến trên toàn thế giới.
Hiện nay, cà rốt được trồng và sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới, đặc biệt tại các khu vực có khí hậu ôn đới Tại Việt Nam, cà rốt là loại cây trồng phổ biến mang lại nhiều giá trị cao và thường được trồng ở các vùng nông thôn nhằm mục đích sử dụng và kinh doanh.
1.1.3 Đặc điểm cà rốt ở Việt Nam
Cà rốt là loại cây thân đơn, gồm hai phần chính: phần lá xanh tươi và phần củ chứa dưỡng chất quan trọng Mặc dù là loại củ phổ biến, nhiều người chỉ biết đến hình dáng của củ cà rốt mà ít để ý đến các bộ phận khác như thân cây, lá và hoa Hiểu rõ các bộ phận của cây cà rốt giúp tăng giá trị dinh dưỡng và khai thác tối đa lợi ích từ loại rau củ này trong chế biến thực phẩm và sức khỏe.
Phần củ chính của cây cà rốt là bộ phận rễ cái, phình to thành hình trụ, chứa nhiều chất dinh dưỡng quan trọng Củ cà rốt có đa dạng các kích cỡ và màu sắc khác nhau tùy thuộc vào từng giống cây Đây là bộ phận chứa hàm lượng dưỡng chất cao nhất của cây, đóng vai trò thiết yếu trong dinh dưỡng hàng ngày.
Phần thứ hai của cà rốt là phần lá và thân cây, với lá thuộc dạng lá kép hình lông chim mềm, có cuống lá dài tạo thành bẹ và chụm lại ở gốc củ Lá cây cà rốt có màu xanh tươi và mỗi cây trưởng thành thường có khoảng 5-6 bẹ lá, góp phần quan trọng vào sự sinh trưởng và sức khỏe của cây.
Cà rốt không chỉ có phần củ và lá mà còn bao gồm bộ phận hoa và hạt Hoa cà rốt gồm các hoa tập hợp thành tán kép, với màu sắc trắng, hồng hoặc tím, nhưng không sinh sản Hạt cà rốt rất nhỏ, chỉ vài millimet, có vỏ gỗ cứng và phủ lớp lông che che, giúp bảo vệ hạt trong quá trình phát triển.
1.1.4.Thành phần dinh dƣỡng của cà rốt với sức khỏe
Cà rốt là thực phẩm tự nhiên và dược liệu nhờ vào thành phần hóa học quý giá chứa trong đó Nhờ vào hàm lượng chất dinh dưỡng phong phú, cà rốt mang lại nhiều lợi ích sức khỏe vượt trội cho người dùng Chính vì lý do này, cà rốt được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới như một nguồn thực phẩm bổ dưỡng và tự nhiên hỗ trợ chăm sóc sức khỏe hiệu quả.
Cà rốt chủ yếu chứa nước, chiếm khoảng 88-95% trong một củ, giúp cung cấp độ ẩm tự nhiên cho cơ thể Bên cạnh đó, cà rốt còn là nguồn cung cấp phong phú các chất quan trọng như protein, carbohydrate, đường, chất xơ, chất béo, chất béo bão hòa, cùng các axit béo omega-3 và omega-6, góp phần thúc đẩy sức khỏe và cải thiện hệ tiêu hóa.
Cà rốt là nguồn cung cấp phong phú các loại vitamin như vitamin A, C, K, D và nhóm vitamin B (B1, B2, B6, B12), cùng với các khoáng chất thiết yếu như canxi, sắt, magie, photpho, kali, natri, kẽm, đồng và mangan, hỗ trợ tốt cho sức khỏe toàn diện.
Cà rốt là loại rau có giá trị dinh dưỡng cao và tác dụng chữa bệnh, giúp bổ sung vitamin, năng lượng và lượng đường thiết yếu cho cơ thể Lượng đường và các vitamin tập trung chủ yếu ở lớp vỏ và thịt của củ, trong khi phần lõi rất ít, vì vậy củ cà rốt tốt thường có lớp vỏ dày và lõi nhỏ.
Carrots are composed of approximately 88.5% water per 100 grams, making them a highly hydrating vegetable They contain essential nutrients such as 1.5% protein, 8.8% carbohydrates, and 1.2% dietary fiber, including cellulose Additionally, carrots provide vital mineral salts like potassium, calcium, iron, phosphorus, copper, boron, bromine, manganese, magnesium, and molybdenum, contributing to overall health and nutritional balance.
1.1.5 Xây dựng quy trình công nghệ sấy cà rốt
*Cà rốt phải chọn màu đỏ, củ to và lõi nhỏ
*Sau khi rửa sạch chần trong nước sôi ở nhiệt độ 87-88 0 C trong thời gian 6-8 phút
*Rửa lại để loại bỏ vỏ và sunfit hóa bằng dung dịch SO 2 có nồng độ 0,2-1%
*Cà rốt đƣợc sunfit hóa thái mỏng thành lát, trải đều trên khay sấy đảm bảo sao cho quá trình trao đổi nhiệt đối lưu tối ưu nhất
Cà rốt là loại rau củ giàu vitamin và chất dinh dưỡng, vì vậy không thể tiến hành sấy ở nhiệt độ cao Nhiệt độ thích hợp để sấy cà rốt thường nằm trong khoảng 30-70°C để giữ tối đa hàm lượng dinh dưỡng Quá trình sấy cà rốt cần tuân thủ quy trình công nghệ phù hợp nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Cà rốt tươi đầu vào (độ ẩm 88,7%)
Rửa sạch, cắt gọt Chần trong nước sôi nhiệt độ (87-88 0 C) trong thời gian 6-8 phút
Rửa lại nguyên liệu bằng dung dịch SO2 với nồng độ từ 0,2% đến 1% để loại bỏ vỏ và tạp chất Sau đó, thái mỏng và xếp đều vào khay sấy, thực hiện quá trình sấy ở nhiệt độ từ 30-50°C theo phương pháp sấy lạnh để giữ chất lượng Tiếp tục sấy đến khi đạt độ ẩm lý tưởng từ 12-14%, rồi đóng gói cẩn thận để bảo quản lâu dài.
Các sản phẩm từ cà rốt hiện nay có trên thị trường
TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY
Quá trình sấy là phương pháp loại bỏ độ ẩm khỏi vật liệu thông qua cung cấp năng lượng nhiệt từ các tác nhân sấy và thiết bị sấy, giúp nâng cao hiệu quả làm khô Nhiệt năng được truyền đến vật liệu bằng nhiều phương pháp như dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc năng lượng điện và trường có tần số cao Việc sử dụng công nghệ sấy phù hợp đảm bảo giữ chất lượng vật liệu, tối ưu quá trình làm khô và tiết kiệm năng lượng.
Quá trình sấy nhằm giảm hàm lượng nước trong vật liệu, từ đó kéo dài thời gian sử dụng và nâng cao khả năng bảo quản sản phẩm Việc sấy khô còn giúp giảm thể tích vật liệu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình vận chuyển, tiết kiệm không gian và giảm chi phí logistics Đây là bước quan trọng trong công nghệ bảo quản và nâng cao hiệu quả sản xuất.
Trong quá trình sấy, nước trong nguyên liệu chuyển từ thể lỏng sang thể hơi nhờ vào sự chênh lệch áp suất giữa hơi nước trên bề mặt vật liệu và áp suất riêng phần của hơi nước Quá trình này giúp loại bỏ độ ẩm hiệu quả, nâng cao chất lượng sản phẩm sấy Áp suất và nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu quả sấy và giảm thời gian xử lý Công nghệ sấy tiên tiến tận dụng sự chênh lệch áp suất để tối ưu hóa quá trình, tiết kiệm năng lượng và đảm bảo vệ sinh thực phẩm.
12 trong không khí ẩm Quá trình sấy là một quá trình không ổn định, độ ẩm của nguyên liệu thay đổi theo không gian, thời gian sấy
Quá trình sấy đƣợc khảo sát theo hai mặt là: “Tĩnh lực học và động lực học”
Chúng tôi sẽ xác định mối quan hệ giữa các thông số đầu vào và đầu ra của nguyên vật liệu sấy dựa trên phương trình cân bằng vật chất – năng lượng, giúp xác định các trạng thái vật liệu và sản phẩm cũng như mức tiêu hao của tác nhân sấy và năng lượng cần thiết Trong lĩnh vực động lực học, việc phân tích các yếu tố này giúp tối ưu quy trình sấy và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng.
Ta sẽ khảo sát mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm vật liệu với thời gian và các thông số và của các quá trình
1.2.2 Phân loại các phương pháp sấy
1.2.2.1.Sấy tự nhiên (phơi nắng) Đây là phương pháp truyền thống để dùng năng lượng từ mặt trời để tách ẩm của vật liệu sấy Ƣu điểm: Không tốn k m về nhiên liệu, diệt trừ một số nấm mốc, côn trùng, tiết kiệm chi phí sấy
Nhược điểm của phương pháp này là không chủ động kiểm soát quá trình sấy, phải phụ thuộc vào điều kiện thời tiết bên ngoài Quá trình này còn tiêu tốn nhiều công lao động và chưa được cơ giới hóa, dẫn đến hiệu quả thấp Ngoài ra, vật liệu sấy dễ bị ô nhiễm bởi tác động của môi trường bên ngoài và bị ẩm ướt khi thời tiết mưa trong quá trình sấy ngoài trời.
Phương pháp sấy sử dụng tác nhân chính là không khí ẩm, khói lò hoặc hơi quá nhiệt để thực hiện quá trình sấy hiệu quả Có nhiều phương pháp sấy nhân tạo khác nhau phù hợp với từng mục đích và loại vật liệu Việc lựa chọn phương pháp sấy phù hợp giúp tối ưu hóa quá trình làm khô, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu tổn thất.
Ta dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt có thể chia ra các loại như sau: a) Sấy đối lưu
Nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy chính là nhiệt truyền từ môi chất sấy đến vật liệu sấy bằng cách truyền nhiệt đối lưu
Sấy bằng phương pháp đối lưu là phương pháp dùng không khí nóng hoặc là hỗn hợp không khí nóng với khói lò để làm khô vật liệu sấy
Không khí được đốt nóng đến nhiệt độ nhất định rồi đưa vào buồng sấy để trao đổi nhiệt với vật liệu cần sấy Quá trình này giúp cung cấp nhiệt lượng cần thiết để làm cho độ ẩm trong vật liệu bốc hơi, từ đó thúc đẩy quá trình sấy khô hiệu quả.
Trong nước, phương pháp sấy đối lưu sử dụng bơm nhiệt đã được TS Trần Đại Tiến và TS Lê Như Chính thực nghiệm thành công, chỉ rõ rằng thiết bị sấy đối lưu bằng bơm nhiệt không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm như thủy sản và rau củ quả mà còn giúp tiết kiệm năng lượng hiệu quả trong quá trình sấy Bên cạnh đó, phương pháp sấy bức xạ cũng là một kỹ thuật đang được nghiên cứu và ứng dụng để nâng cao hiệu quả sấy và bảo quản thực phẩm.
Phương pháp sấy bức xạ sử dụng nguồn nhiệt phát ra từ bề mặt để chuyển đổi năng lượng thành nhiệt, quá trình này thực hiện bằng cách bức xạ từ các thiết bị như đèn hồng ngoại, gốm hồng ngoại hoặc thanh điện trở Nguồn năng lượng để sấy bức xạ có thể sử dụng nhiên liệu hóa thạch dạng khí hoặc lỏng, hoặc hoạt động trong môi trường tự nhiên hoặc trong các phòng sấy kính Ưu điểm của phương pháp sấy bức xạ bao gồm khả năng truyền nhiệt nhanh, tiết kiệm năng lượng và phù hợp cho nhiều loại vật liệu khác nhau.
Khả năng tách ẩm của thiết bị đạt mức xuất sắc, vượt xa so với phương pháp sấy trực tiếp và sấy đối lưu, giúp nâng cao hiệu quả quá trình sấy Điều này nhờ vào dòng nhiệt bức xạ phía trên tỏa ra một lượng lớn năng lượng, tăng cường khả năng làm khô nhanh chóng và đồng đều Ngoài ra, thiết bị sấy còn được thiết kế nhỏ gọn, nhẹ, tiết kiệm diện tích và dễ dàng vận hành trong nhiều không gian khác nhau.
Thời gian sấy của vật liệu có thể được rút ngắn, giúp tăng năng suất sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm Điều này không chỉ tối ưu hiệu quả quá trình chế biến mà còn góp phần giảm chi phí sản xuất, từ đó tạo ra sản phẩm với giá thành cạnh tranh hơn trên thị trường.
Vật liệu sau khi sấy dễ bị nứt, vỡ và cong vênh, làm giảm chất lượng và giá trị sử dụng của chúng Chính vì vậy, các loại vật liệu như gỗ, men gốm, sứ không phù hợp để sử dụng phương pháp sấy truyền thống này Để đảm bảo độ bền và tính thẩm mỹ, cần lựa chọn phương pháp sấy phù hợp cho từng loại vật liệu, đặc biệt là các vật liệu nhạy cảm như gỗ, gốm sứ.
Phương pháp sấy bức xạ này không thích hợp với các vật liệu sấy có kích thước tưng đối dày
Để khắc phục hai nhược điểm trên, yêu cầu nguyên vật liệu sấy phải mỏng và quá trình chiếu không gây sự khác biệt lớn về nhiệt độ cũng như độ ẩm Phương pháp sấy gián đoạn có thể được sử dụng để sấy các vật liệu có độ dày cao một cách hiệu quả.
1.2.2.3 Giới thiệu về phương pháp sấy bơm nhiệt a Lịch sử hình thành và phát triển của bơm nhiệt
Bơm nhiệt có quá trình phát triển lâu dài bắt đầu từ những đề xuất của Nicholas Carnot về năng lượng Ông đã lý luận rằng một thiết bị có thể đảo ngược quá trình nhiệt truyền từ vùng nóng sang vùng lạnh, mở ra khả năng sử dụng bơm nhiệt trong các ứng dụng làm lạnh và gia nhiệt Vào đầu những năm 1850, Lord Kelvin phát triển các lý thuyết về bơm nhiệt, nhấn mạnh khả năng sử dụng các thiết bị làm lạnh để nâng cao nhiệt lượng Sản phẩm bơm nhiệt đầu tiên được bán ra vào năm 1952, đánh dấu bước chuyển mình quan trọng của ngành công nghiệp này Sau cuộc khủng hoảng năng lượng đầu thập niên 70, bơm nhiệt đã có bước tiến vượt bậc, với nhiều loại kích cỡ và ứng dụng khác nhau được nghiên cứu, chế tạo và phổ biến rộng rãi Hiện nay, bơm nhiệt trở thành công nghệ quen thuộc trong các lĩnh vực điều hòa không khí, sấy, hút ẩm và đun nước.
THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Sơ đồ nguyên lý các thông số của không khí ẩm
Hình 2.1- Sơ đồ hệ thống sấy
1.Máy nén lạnh; 2 Dàn lạnh; 3 Dàn ngưng trong; 4 Quạt gió 5 Van tiết lưu
6 Van điện từ; 7 Dàn ngƣng ngoài; 8 Giá đỡ nguyên liệu sấy 9 Vách buồng sấy;
Dựa trên sơ đồ nguyên lý của hệ thống sấy trình bày trên hình 2.1, ta có thể phân tích quá trình biến đổi của không khí ẩm qua trạng thái trên đồ thị i-d theo mô hình sấy lý thuyết được thể hiện trong hình 2.2 Quá trình này mô tả rõ ràng các bước biến đổi của không khí ẩm trong quá trình sấy, giúp tối ưu hóa hiệu quả hệ thống sấy và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Bằng các phương pháp tra đồ thị hoặc tính toán thu được các thông số của không khí ẩm tại các trạng thái nhƣ sau:
Hình 2.2: Biến đổi trạng thái không khí ẩm trên đồ thị I-d
+ Thông số không khí sau dàn lạnh
Xác định đƣợc thông số d1 và I 1 : Độ chứa ẩm: d1= 0,0123 kg/kgk 3
+ Thông số không khí qua dàn nóng:
Xác định được độ ẩm tương đối: φ2= 25,13%
+ Thông số không khí sau khi sấy( trước khi vào dàn lạnh)
Từ: t3= 35 o C và I3=I2= 70,98 kj/kgk 3 Xác định đƣợc thông số còn lại là φ3 và d3 Độ ẩm tương đối: φ3 = 39,16% và độ chứa ẩm: d3= 0,014 kg/kgk3
Từ các kết quả trên tập hợp đƣợc các thông số ở bảng 6.3
Bảng 4.6 thông số của không khí ẩm tại các điểm trên đồ thị i-d của quá trình sấy lý thuyết:
TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC BUỒNG SẤY
Tính toán khối lượng vật liệu sấy trước khi cấp buồng sấy
- Năng suất yêu cầu của hệ thống là m 1 = 150kg/mẻ(8h) đây là khối lƣợng sản phẩm sau sấy và cũng là yêu cầu khi chủ đầu tƣ yêu cầu
+ Chiều dài và chiều rộng của một khay sấy là:
Chiều dài Lx= 0,8 m, chiều rộng W= 0,5 m, chiều cao Hx= 0,8 m
3.1.1 Số lƣợng giá đỡ nguyên liệu sấy
+ Số ngăn lưới cho giá đỡ nguyên liệu sấy:
Chọn khoảng cách giữa 2 ngăn lưới: h= 150 ÷ 200 mm Chọn h= 0,2 m
+ Khối lượng cà rốt xếp trên ngăn lưới:
Thế tích của cà rốt xếp trên một ngăn lưới: Vi=a.Wx.Lx.δ,m 3
Trong đó: δ là chiều dày của cà rốt xếp trên 1 ngăn lưới
Theo số liệu thực nghiệm: δ cà rốt = 6 ÷ 12 chọn δ = 8mm = 0,008 m a hệ số hiệu chỉnh lắp đầy của khay, a = 0,85 ÷ 0,95 , chọn a = 0,9
Thay số vào ta được: Vi = 0,9.0,5.0,75.0,008 = 0,0027 m 3 khối lượng cà rốt trên 1 khay lưới : gi = V i p cr = 0,0027.1035 = 2,8 kg Trong đó: pcr là khối lƣợng riêng của cà rốt, kg/m 3
Tra bảng 1.11 ta có: pcr = 1035 kg/m 3
Khối lƣợng cà rốt xếp trên 1 giá đỡ nguyên liệu: mi=gi.zi = 2,8.5 = 14 kg
+ Số lƣợng giá đỡ cần thiết: Z =
3.1.2 Tính kích thước buồng sấy
+ Chiều cao của buồng sấy ( H ):
Chiều cao của ngăn sấy chƣa phủ bì: H 1 = H x +h 1 +h 2
Trong đó: h1: Khoảng cách từ nền phồng sấy đến giá đỡ h 1 = 200 ÷ 220 mm Chọn h 1 = 200 mm = 0,2 m h 2 : Khoảng cách từ trần phòng sấy đến giá đỡ h 2 = 200 ÷ 250 mm Chọn h 2 = 250 mm = 0,25 m
H x : Chiều cao của giá đỡ Đ chọn ở trên Hx = 0,8 m Chiều cao của tầng sấy: H1 = H x + h 1 + h 2 = 0,8 + 0,2 + 0,25 = 1,25 m + Chiều rộng buồng sấy ( R ):
Wx: Chiều rộng của giá đỡ; Wx = 0,5 m
R1: Khoảng cách giữa giá đỡ và tường phòng sấy theo chiều rộng
Z 2 : Số lƣợng giá đỡ xếp theo 1 hàng của chiều dài buồng sấy
Trong quá trình lắp đặt giá đỡ Z2 = 5, khoảng cách d1 đo từ giá đỡ đến tường phòng sấy theo chiều dài, thường được chọn là 500 mm (0,5 m) trong khoảng 500 ÷ 700 mm để đảm bảo an toàn và hiệu quả Khoảng cách d2 giữa các giá đỡ theo chiều dài thường là 200 mm (0,2 m), phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật để đảm bảo sự ổn định và chịu lực tốt của hệ thống giá đỡ.
Lx: là chiều dài của giá đỡ Đ chọn : Lx = 0,75 m
3.1.3 Lưu lượng quạt gió tính theo lý thuyết
Lƣợng ẩm thoát ra khỏi nguyên liệu sấy: W= m1
= 112,5 kg Sản phẩm cà rốt ra khỏi thiết bị sấy: m2 = m1 – W = 150 – 112,5 = 37,5 kg/ mẻ sấy Lƣợng không khí khô cần thiết:
= 2757,35 kg/h Lưu lượng khối lượng của không khí ẩm qua quạt gió:
Lưu lượng thể tích của không khí ẩm qua quạt:
3.1.4 Lưu lượng quạt gió tính theo thực tế
Tiết diện không khí thổi qua cà rốt:
F PS : là diện tích ngang của phòng sấy
F cr : là diện tích cà rốt chắn ngang dòng không khí chuyển động trong phòng sấy
Z1: số lƣợng giá đỡ xếp theo một hàng chiều ngang của buồng sấy , Z1 =2
Wx: chiều rộng của một giá đỡ , Wx = 0,5 m δ: chiều dày của cà rốt xếp trên một ngăn lưới, ta đ chọn δ = 0,008 m
Zi: số ngăn lưới trên một giá đỡ, ở trên ta đ tính được: Zi = 5 ngăn
Tiết diện ngang của không khí chuyển động qua phòng sấy:
Lưu lượng thế tích không khí chuyển động qua
Như vậy: VT = 5325 m 3 /h lớn hơn so với lưu lượng thể tích lý thuyết của không khí ẩm qua quạt:
Để tính toán nhiệt và chọn quạt gió phù hợp cho hệ thống sấy, cần lấy năng suất thực tế của quạt VT Lưu lượng khối lượng của quạt gió được xác định bằng công thức m_q = V_T × ρ₃, trong đó V_T là thể tích lưu lượng và ρ₃ là khối lượng riêng của không khí sau buồng sấy Ví dụ, với ρ₃ khoảng 1,8216 kg/m³, ta tính được lưu lượng khối lượng là khoảng 2,058 kg/s Việc xác định chính xác năng suất và khối lượng riêng giúp đảm bảo lựa chọn quạt phù hợp, tối ưu hiệu quả hệ thống sấy.
Trong đó: t3 = 35 o C là nhiệt độ không khí sau buồng sấy, p 3 ≈ pkq = 1 at = 9,81 N/m2 ; R= 287 J/kgK là hằng số khí lí tưởng
Lưu lượng không khí khô thực tế cần thiết:
3.1.5 Các tổn thất nhiệt của thiết bị sấy
Nhiệt để nâng giá đỡ nguyên liệu sấy
Ta có: Qs1 = mx.cx.(tx2 - tx1) , kj/mẻ sấy
Trong quá trình sấy, khối lượng giá đỡ nguyên liệu bằng thép được tính gần đúng là 40 kg và có nhiệt dung riêng là 0,473 kJ/kgK Nhiệt độ của khung giá đỡ, lấy bằng nhiệt độ trung bình tác nhân sấy, là 37,5°C, trong khi nhiệt độ của giá đỡ khi vào buồng sấy, lấy bằng nhiệt độ không khí bên ngoài, là 27°C.
Nhiệt cần thiết để nâng giá đỡ nguyên liệu sấy
Nhiệt để làm nóng nguyên liệu sấy
Trong quá trình sấy, khối lượng vật liệu vào buồng sấy là 150 kg, với nhiệt dung riêng của cà rốt là 3,870 kJ/kg·K Nhiệt độ ban đầu của cà rốt khi vào buồng sấy bằng nhiệt độ ướt của môi trường là 24°C, trong khi nhiệt độ trung bình của cà rốt trong quá trình sấy là 29,2°C, tính bằng cách cộng độ chênh lệch Δt vào nhiệt độ ban đầu.
Với: tƣ = 24,2 0 C là nhiệt độ ƣớt của không khí trong phòng sấy Δt = 3 ÷ 5 0 C , chọn Δt = 5 0 C
Qs2= m1.ccr.(tv2 – tv1) = 150.3,87.(29,2 – 24) = 3018 kj = 0,836 kW
3.1.6 Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che
Fv : là diện tích toàn phần của phòng sấy (m 2 )
Tường buồng sấy được xây dựng bằng tôn thép có chiều dày 0,0008 m và hệ số dẫn nhiệt là 46 W/mK, đảm bảo khả năng chịu lực và độ bền cao Giữa lớp tôn là lớp bông sợi thủy tinh cách nhiệt dày 0,025 m với hệ số dẫn nhiệt 0,032 W/mK, giúp giảm thất thoát nhiệt và nâng cao hiệu quả cách nhiệt của hệ thống sấy.
Hệ số trao đổi nhiệt giữa bề mặt vách ngoài với không khí bên ngoài
Theo công thức tính gần đúng của Jurges (PL-V):
Trong đó: ꞷ là vận tốc chuyển động của không khí ( m/s)
Không khí chuyển động bên trong và ngoài vòng sấy ꞷ 1 = 0,96 m/s và ꞷ 2 = 0,3 m/s
+ Hệ số trao đổi nhiệt giữa không khí bên trong với vách trong buồng sấy 1 = 5,8 + 3,9.ꞷ1 = 5,8 + 3,9.0,96 = 9,54 W/m 2 K
+ Hệ số trao đổi nhiệt giữa không khí bên ngoài với vách ngoài buồng sấy
+ Hệ số truyền nhiệt của vách: k
+ Nhiệt tổn thất qua tường bao của vách phòng sấy :
Qs3 = k.Fv ( ts – tl ) = 0,97.52,71.(37,5 – 27 ) = 536,85 W = 0,53686 kW + Tổng lƣợng nhiệt tổn thất:
Qs = Qs1 + Qs2 + Qs3 = 0,005 + 0,836 + 0,53686 = 1,37786 kW
3.1.7 Nhiệt lƣợng cần thiết cho calirofer và năng suất lạnh
Hình 3.1 Biến đổi không khí ẩm thực tế trên đồ thị I-d
Từ phương trình cân bằng nhiệt tại buồng sấy và quá trình biến đổi của không khí ẩm trên đồ thị I-d nhƣ hình trên 3.1
Trong đó: Qbs là nhiệt bổ sung tại buồng sấy Không có thiết bị sấy bổ sung tại buồng sấy nên: Qbs = 0
Thay vào phương trình trên ta có:
Nhiệt lƣợng cần thiết cho calirofer:
Năng suất lạnh của máy lạnh:
Chọn máy nén lạnh Bitzer loại piston máy bán kín với các thông số nhƣ sau:
Năng suất lạnh của máy: 44,6 kW
Tra trên web của Bitzer ta chọn đƣợc loại máy: 4TES-12-40P
Máy nén có công suất nhiệt thả ra ở thiết bị ngƣng tụ : Qkmáy = 45,8HP = 34,14 kW
Ta có Qkmáy = Qk = 34,14 kW nên không cần thiết kế dàn ngƣng phụ.
Hình 3.2 Các thông số của máy nén
KẾT LUẬN
Sau khi nguyên cứu đồ án cà rốt bằng phương pháp bơm nhiệt ta rút ra được một số kết luận:
Tìm hiểu được đặt điểm, khả năng ứng dụng của phương pháp bằng bơm nhiệt trong công nghệ sấy khô thủy sản
Đ xây dựng quy trình sấy cà rốt bằng phương pháp sấy bơm nhiệt
Sấy cà rốt bằng phương pháp bơm nhiệt là giải pháp hiệu quả, phù hợp với nguyên liệu có độ dày nhỏ Phương pháp này giúp giữ lại chất lượng và cảm quan của sản phẩm, đảm bảo mang lại cà rốt khô đạt chuẩn về mặt hình thức và giá trị dinh dưỡng.
33 thực phẩm dễ hƣ và khó bảo quan nhƣ cà rốt Giúp sản phẩm dễ bảo quản mà vẫn giữ giá thành cao.
KIẾN NGHỊ
Mở rộng ứng dụng của phương pháp trên đối với nhiều đối tường khác nhau
Nguyên cứu hoàn thiện công nghệ, tiến tới lắp đặt thiết bị sấy với công suất quy mô lớn, khả năng tự động hóa cao
TS Trần Đại Tiến, TS Lê Như Chính và ThS Nguyễn Văn Hoàng (2021) đã trình bày chi tiết về kỹ thuật sấy thủy sản trong cuốn sách "Kỹ thuật sấy thủy sản", xuất bản bởi Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật tại TP Hồ Chí Minh Cuốn sách cung cấp các phương pháp và công nghệ sấy tiên tiến giúp giữ chất lượng và tăng giá trị thủy sản qua quá trình bảo quản và chế biến Tài liệu này là nguồn tham khảo hữu ích cho các nhà nghiên cứu, kỹ thuật viên, và doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực chế biến thủy hải sản Tham khảo thêm tại https://kupdf.net/download/do-an-say-bom-nhiet-say-ca-rot-_pdf để nắm bắt các kỹ thuật sấy phù hợp, nâng cao hiệu quả sản xuất, bảo vệ môi trường và đảm bảo an toàn thực phẩm.
Bảng I.1 Thông số nhiệt vật lý của một số nguyên liệu thực phẩm
Bảng II.1: Nước và hơi nước bão hòa theo nhiệt độ
Bảng II.2 Nước và hơi nước bão hòa theo áp suất
Bảng III.1 ĐỒ THỊ I-D CỦA KHÔNG KHÍ ẨM
Bảng IV.1 Xát định các hệ số v1 và 1 theo chuẩn số Bi