Đồ án quá trình và thiết bị thiết kế hệ thống sấy băng tải chuối nguyên trái

Bản chất của quá trình sấy Sấy là sự bốc hơi nước của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ thích hợp, là quá trình khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BĂNG TẢI CHUỐI NGUYÊN TRÁI

Sinh viên thực hiện: Trần Thị Diễm ThúyMSSV: 61103515

GVHD: Tạ Đăng Khoa

TP.HCM, tháng 12/2014

MỤC LỤC

Phần 1: Tổng Quan………4

 Giới thiệu nguyên vật liệu………4

 Giới thiệu quá trình sấy……… 6

Phần 2: Thuyết minh quy trình công nghệ………10

Phần 3: Tính cân bằng vật chất và năng lượng 11

 Các thông số của từng trạng thái khí……….………11

 Tính cân bẳng vật chất……….………13

I Tính cân bằng năng lượng……… 13

Phần 4: Tính kích thước thiết bị sấy……….…………18

I Băng tải……… 18

II Kích thước thân thiết bị 19

III Động cơ băng tải……….………19

Phần 5 : Tính toán và chọn thiết bị phụ………22

I Calorifer……….22

II Cyclon……….……….28

III Quạt……….………29

PHẦN 1 TỔNG QUAN

1.1 Các loại chuối chính ở Việt Nam

Chuối có nhiều loại nhưng có 3 loại chính:

- Chuối tiêu ( còn gọi là chuối già )

- Chuối goòng ( còn gọi là chuối tây, chuối sứ, chuối Xiêm )

- Chuối bom

1.2 Đặc điểm cơ bản của chuối

Chuối là một loại quả dài, vỏ nhẵn và hầu như có quanh năm Chuối có nguồn gốc

từ khu vực Malaysia Loại trái cây này bắt đầu trở nên phổ biến trên thế giới từ thế kỉ 20

và phát triển tốt nhất ở những nơi có khí hậu nhiệt đới Chúng được trồng chủ yếu phục

vụ cho ẩm thực, cho việc sản xuất sợi bông, dùng trong ngành công nghiệp dệt và chế tạogiấy Chúng ta có thể thưởng thức loại quả này bằng cách ăn trực tiếp quả khi chín, hoặc

có thể chế biến thành nhiều món ăn hấp dẫn khác nhau từ chuối, chẳng hạn như các loại bãnh chuối, các món salad hoa quả, bánh nướng, các món tráng miệng,

Chuối cũng có nhiều màu sắc và kích cỡ khác nhau Khi chín, quả chuối có thể cómàu vàng, màu đỏ sẫm, hoặc màu tía (hay màu trứng quốc) Có tất cả hơn 50 loại chuối khác nhau trên thế giới Đặc điểm chung về hình dạng của chuối là quả chuối được gắn kết với nhau thành buồng, mỗi buồng được chia thành nhiều nải, và trên mỗi nải có khoảng từ 10 đến 20 quả Chuối là một trong những quả rất tốt và có nhiều công dụng, đặc biệt là chuối chín cây Khi chín, tinh bột có trong chuối sẽ được chuyển hóa thành đường tự nhiên, và vì thế chuối chín thường có vị ngọt dịu và thơm

1.3 Giá trị dinh dưỡng của quả chuối

Thành phần hóa học cơ bản của quả chuối

Nướ

c Đường khử Saccaroza Axit hữu

cơ

Tinh bột Protit Axit amin Lipit Tanin Vitamin Tro

76,3

8 14,18 2,35 0,326 3,298 0,92 0,083 1,13 0,068 0,565 0,7

Bảng: Thành phần hóa học cơ bản của chuối

Chuối chứa một lượng lớn protein và hyđrat-cacbon Trong chuối còn bao một số loại đường khác nhau như đường glucozo, đường lactoza, đường mantoza, đường galactoze, đường sucrôza (đường mía), đường fructoza, và tinh bột Chuối cũng rất giàu các loại vitamin như Vitamin A, C,E, Vitamin B2, sinh tố R, dưỡng chất niacin, Vitamin B12 và một số khoáng chất như sắt, canxi, magiê, photpho, kẽm và florua Ngoài ra còn có các axit amin thiết yếu như chất tryptophan, lizin,

Hình: Hình dạng quả chuối

leuxin, glyxin, khoáng chất acginin… cũng có trong thành phần của chuối Trong một quả chuối, nó có thể chứa trung bình một lượng calo là 100 đến 125 calo Có thể nói, chuối là một loại quả rất tốt cho sức khỏe và là một loại thực phẩm rất giàu năng lượng.

1.4 Công dụng của chuối

Chuối được dùng như một phương thuốc chữa bệnh rất hiệu quả Hơn nữa,

do chúng có chứa lượng đường khá cao nên cũng được xem như một loại thựcphẩm giàu năng lượng Với những giá trị dinh dưỡng thiết yếu, loại hoa quả nàymang lại một số lợi ích cho sức khỏe

- Chuối rất tốt trong việc cải thiện hệ tiêu hóa và khôi phục chức năng hoạtđộng của ruột Chuối cũng giúp ích giảm thiểu bị táo bón Trong trường hợp bịtiêu chảy, cơ thể chúng ta sẽ mất một lượng chất điện giải quan trọng, nếu ănchuối sẽ giúp cơ thể khôi phục lại chất điện giải, vì trong chuối có chứa lượng kalicao

- Axit béo có trong chuối xanh giúp nuôi dưỡng các tế bào niêm mạc dạdày Những tế bào này rất có hữu ích trong việc hấp thụ canxi một cách hiệu quả,rất cần thiết cho sự phát triển khỏe mạnh của hệ xương

- Chất amino acid tryptphan có trong chuối sẽ được chuyển đổi thành chấtserotonin, giúp giảm thiểu các triệu chứng trầm cảm và cải thiện tâm trạng Nhưvậy, chuối là một phương thuốc rất tốt nhằm giàm căng thẳng và tình trạng bịstress

- Ăn chuối thường xuyên giúp giảm nguy cơ thoái hóa điểm vàng, mộttrong những nguyên nhân gây giảm thị lực ở người cao tuổi

- Do chứa hàm lượng kali cao và lượng natri thấp, nên chuối chính là sự lựachọn thích hợp để giảm thiểu nguy cơ bị huyết áp cao và đột quỵ

- Chuối cũng rất giàu các hợp chất phenolic giúp chống lão hóa, vì thế ănchuối thường xuyên còn giúp ngăn ngừa nguy cơ ung thư thận

- Do hàm lượng sắt cao nên chuối giúp tăng thành phần hemoglobin trongmáu và giảm thiểu bệnh thiếu máu

1.5 Tính chất vật lý cơ bản của chuối

- Khối lượng riêng:  = 977 kg/m3

- Nhiệt dung riêng: c = 1,0269 kJ/kg.độ

II GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH SẤY:

2.1 Bản chất của quá trình sấy

Sấy là sự bốc hơi nước của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ thích hợp, là quá trình khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác do chênh lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh

2.2 Phân loại quá trình sấy

Người ta phân biệt ra 2 loại:

 Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng, gió Phương pháp này thời giansấy dài, tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh và độ ẩm cuối cùng của vậtliệu còn khá lớn, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu

 Sấy nhân tạo: quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng đến tác nhânsấy như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt…và nó được hút ra khỏithiết bị khi sấy xong Quá trình sấy nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy

tự nhiên

Nếu phân loại phương pháp sấy nhân tạo, ta có:

Phân loại theo phương thức truyền nhiệt:

 Phương pháp sấy đối lưu: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt

truyền từ môi chất sấy đến vật liệu sấy bằng cách truyền nhiệt đối lưu Đây

là phương pháp được dùng rộng rãi hơn cả cho sấy hoa quả và sấy hạt

 Phương pháp sấy bức xạ: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là thựchiện bằng bức xạ từ một bề mặt nào đó đến vật sấy, có thể dùng bức xạthường, bức xạ hồng ngoại

 Phương pháp sấy tiếp xúc: nguồn cung cấp nhiệt cho vật sấy bằng cách chotiếp xúc trực tiếp vật sấy với bề mặt nguồn nhiệt

 Phương pháp sấy bằng điện trường dòng cao tầng: nguồn nhiệt cung cấpcho vật sấy nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần trong vật sấylàm vật nóng lên

 Phương pháp sấy thăng hoa: được thực hiện bằng làm lạnh vật sấy đồngthời hút chân không để cho vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa của nước,nước thoát ra khỏi vật sấy nhờ quá trình thăng hoa

 Phương pháp sấy tầng sôi: nguồn nhiệt từ không khí nóng nhờ quạt thổi vàobuồng sấy đủ mạnh và làm sôi lớp hạt, sau một thời gian nhất định, hạt khô

và được tháo ra ngoài

 Phương pháp sấy phun: được dùng để sấy các sản phẩm dạng lỏng

 Bức xạ: sự dẫn truyền nhiệt bức xạ từ vật liệu nóng đến vật liệu ẩm

Phân loại theo tính chất xử lý vật liệu ẩm qua buồng sấy:

 Sấy mẻ: vật liệu đứng yên hoặc chuyển động qua buồng sấy nhiều lần, đếnkhi hoàn tất sẽ được tháo ra

 Sấy liên tục: vật liệu được cung cấp liên tục và sự chuyển động của vật liệu

ẩm qua buồng sấy cũng xảy ra liên tục

Phân loại theo sự chuyển động tương đối giữa dòng khí và vật liệu ẩm:

 Loại thổi qua bề mặt

 Loại thổi xuyên vuông góc với vật liệu

2.3 Nhân tố ảnh hưởng đến quá trình sấy chuối

Trong quá trình sấy chuối quả xảy ra một loạt biến đổi hóa sinh, hóa lý, cấutrúc cơ học và các biến đổi bất lợi khác, làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm.Những biến đổi cơ học bao gồm sự biến dạng, nứt, cong queo, biến đổi độ xốp

Sự thay đổi hệ keo do pha rắn (protein, tinh bột, đường, ) bị biến tính thuộc vềnhững biến đổi hóa lý Những biến đổi hóa sinh trong quá trình sấy là những phảnứng tạo thành melanoidin, caramen, những phản ứng ôxy hóa và polyme hóa cáchợp chất polifenol, phân hủy vitamin và biến đổi chất màu

Hàm lượng vitamin trong chuối quả sấy thường thấp hơn trong chuối quảtươi vì chúng bị phá hủy một phần trong quá trình sấy và xử lý trước khi sấy.Trong các vitamin thì axit ascobic và caroten bị tổn thất là do quá trình ôxy hóa.Riboflavin nhạy cảm với ánh sáng, còn thiamin bị phá hủy bởi nhiệt và sự sunfithóa

Để tránh hoặc làm chậm các biến đổi không thuận nghịch ấy, cũng như tạođiều kiện để ẩm thoát ra khỏi chuối quả một cách dễ dàng, cần có chế độ sấy thíchhợp cho từng loại sản phẩm

Nhiệt độ sấy: Nhiệt độ sấy càng cao thì tốc độ sấy càng nhanh, quá trình càng

có hiệu quả cao Nhưng không thể sử dụng nhiệt độ sấy cao cho sấy chuối quả vìchuối quả là sản phẩm chịu nhiệt kém Trong môi trường ẩm, nếu nhiệt độ cao hơn

60oC thì protein đã bị biến tính; trên 90oC thì fructoza bắt đầu bị caramen hóa, cácphản ứng tạo ra melanoidin, polime hóa các hợp chất cao phân tử xảy ra mạnh.Còn ở nhiệt độ cao hơn nữa, chuối quả có thể bị cháy Vì vậy, để sấy chuối quảthường dùng chế độ sấy ôn hòa, nhiệt độ sấy không quá cao

Ngoài ra, độ ẩm tương đối của chuối, độ ẩm cân bằng … ảnh hưởng trực tiếpđến quá trình sấy

2.4 Công nghệ sấy chuối

2.4.1 Độ chính của chuối nguyên liệu

Chuối khi thu hái phải đủ già nghĩa, là có thể tự chín Tuy nhiên để chuối tự chín thì chuối chín chậm và không đồng loạt Dấm dú là cách để chuối chín đều vànhanh.

Độ chín của chuối nguyên liệu là một yếu tố quyết định đến chất lượng chuối sấy Có nhiều cách xác định độ chín, trong đó cách xác định theo màu vỏ là phổ biến nhất Trong chế biến hoặc ăn tráng miệng chuối thường được dùng theo 3 độ chín sau đây:

- Vỏ vàng hai đầu xanh vị ngọt đậm đà, hơi chát, hơi cứng, chưa thật thơm, vỏ còn chắc, chuối có hàm lượng đường axit cực đại, còn có tinh bột và tanin

- Vỏ vàng hoàn toàn vị ngọt, độ chát giảm, thơm,vỏ dễ bóc Đường và axit bắt đầu giảm, tinh bột và tamin còn ít

- Vỏ vàng có màu chấm nâu vị ngọt, thơm, không chát, mềm vỏ dễ gãy

Đường, axit hữu cơ giảm, tinh bột hầu như không còn, tamin còn rất thấp

2.4.2 Hỗ trở việc rửa bột chuối bằng hoá chất

Trên bề mặt chuối có một lớp bột bao quanh nếu không được loại bỏ sẽ làmchuối có màu trắng loang lỗ và xù xì Để loại bỏ lớp bột này người ta xoa chuối bằng tay trong chậu nước chứa khoảng 3kg chuối/3 lít nước, mỗi mẻ cần 2 – 3 phút.Việc chọn hoá chất để họ trở công việc này nhằm 2 mục đích:

- Giảm thời gian thao tác

- Cải thiện màu sản phẩm

Hoá chất được chọn phải rẽ, không độc, không gây mùi vị cho sản phẩm, không ảnh hưởng tới người thao tác và dụng cụ, làm bong nhanh lớp bột, có tính khử Thông thường chọn một số hoá chất phổ biến sau:hỗn hợp dung dịch

(NaHSO3 và HCl) hoặc hỗn hợp dung dịch (NaHSO3 và Al2(SO4)3)… Tổ hợp dung dịch hiệu quả nhất là (HCl 0,05 % + Al2(SO4)3) 0,5 % HCl ở nồng độ trên không ảnh hưởng xấu đến người sản xuất và phương tiện bảo hộ lao động, dễ mua,

dễ xử lý, chi phí thấp Có tác dụng thay đổi môi trường các phản ứng hoá sinh không có lợi và sát trùng nhẹ Phèn chua ở nồng độ trên cũng có tác dụng sát trùngnhẹ, tăng cường bề mặt cấu trúc cho chuối, không gây vị chát, giá rẽ, dễ sử dụng

2.4.3 Hiệu quả diệt khuẩn của tia cực tím

Sau khi sấy khô chuối được làm nguội và phục hồi trạng thái do hút ẩm trở lại

để có độ mềm dẻo nhất định (do sấy đến độ ẩm dưới 20%) rồi mới đóng gói Thời gian này thường từ vài giờ đến vài ngày Trong môi trường khí quyển thông thường và không thực hiện nghiêm chỉnh vệ sinh công nghiệp, sản phẩm dễ bị nhiễm vi sinh vật Nhiều cơ sở đã sử dụng đèn tia cực tím để diệt khuẩn coi đó là biện pháp an toàn cần thiết cho vệ sinh thực phẩm

2.4.4 Xác định độ ẩm cân bằng của chuối sấy

Độ ẩm cân bằng của chuối sấy là hàm lượng nước của nó trong môi trưòng xácđịnh (t và φ xác định của không khí) mà không xẩy ra quá trình nhã nước (bốc hơi)hay hút nước (hấp thụ) giữa nó và môi trường

Chuối sau khi sấy đến độ ẩm dưới độ ẩm cân bằng thường là 15 ÷ 20% sau vài giờ đến vài ngày để ngoài không khí sẽ tăng hàm lượng ẩm tới độ ẩm cân bằng Xác định độ ẩm cân bằng của chuối sấy nhằm chọn độ ẩm có lợi khi kết thúc sấy

và đề ra cách xử lý đóng gói, bảo quản phù hợp

Muốn bảo quản chuối sấy tốt cần giữ độ ẩm của nó dưới 25 % tốt nhất 22 %

Do vậy sau khi sấy khô nên quạt nguội và lựa chọn đóng gói ngay, không nên để ngoài không khí lâu sẽ làm cho độ ẩm của chuối sấy thấp hơn độ ẩm cân bằng Nếu chưa lựa chọn bao gói ngay thì trữ trong bao kín để nơi khô mát để hôm sau

xử lý Bao bì cần làm từ vật liệu chống không khí ẩm đi qua và dán kín

2.5 Công nghệ sấy chuối quả

Ta lựa chọn công nghệ sấy là công nghệ sấy băng tải Tác nhân nhiệt là

không khí nóng được gia nhiệt bằng calorife

Yêu cầu đối với chuối nhiên liệu: Chuối quả phát triển đầy đủ, tươi tốt, nguyên vẹn, sạch sẽ Vỏ chuối mỏng, dễ bóc, có màu từ vàng toàn trái đến vàng có chấm nâu Ruột chuối mềm nhưng chưa nhũ, hương thơm, vị ngọt, không chát

Nhiệt độ sấy lựa chọn là 800C, do sản phẩm chuối chỉ sấy được ở khoảng nhiệt

độ từ 60-900C vì để tránh tổn thất vitamin

Chọn chế độ sấy:

Khi sấy ngược chiều, vật liệu sẽ tiếp xúc với tác nhân sấy có nhiệt độ cao, dễgây biến tính sản phẩm Do đó sấy ngược chiều thường chỉ thích hợp với vật liệusấy có nhiệt độ cao cao Đối với sấy chuối, là loại vật liệu có nhiệt độ thấp, nênchọn chế độ sấy cùng chiều

rửa lần2sấyphân loạiđóng gói

sản phẩm

Thuyết minh quy trình: Chuối nguyên liệu đem rửa sạch, bóc vỏ, cắt đầu rồi rửa

lại và lau nhẹ để làm sạch các lớp trong vỏ quả còn dính lại và lớp ngoài ruột quả Sau đó đem xử lý hóa chất như ngâm vào dung dịch canxi clorua (2÷4%), natri cacbonat (5%) nhưng hiệu quả nhất là sunfit hóa bằng phương pháp khô hoặc bằngphương pháp ướt Khi sunfit hóa, người ta nhúng ruột chuối vào dung dịch có hàmlượng SO2 tự do là (0,2 ÷ 1)% trong (5÷20)phút Sau khi xử lý bằng hóa chất chuối được cho đi trên băng tải rửa xối để rửa bớt phần hóa chất vừa ngâm Sấy ở nhiệt độ 800C cho đến khi độ ẩm của chuối đạt yêu cầu Sau khi sấy xong, cần tiếnhành phân loại để loại bỏ những cá thể không đạt chất lượng (do cháy hoặc chưa đạt độ ẩm yêu cầu

Đóng gói: sản phẩm được bao gói bằng vật liệu dẻo hoặc hộp nhựa

PHẦN 3 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

I CÁC THÔNG SỐ CỦA TỪNG TRẠNG THÁI KHÍ:

1 Không khí trước calorife:

Chọn trạng thái vào của không khí có: t0 = 30o

- Lượng chứa ẩm do:

do = 0,621

ϕ0P bo B−ϕ0P bo ([1])

B = 760mmHg = 0,98 bar

do = 0,621

0,85.0,0422 0,98−0,85.0,0422 =0.0236 kg ẩm/kg k2 khô

- Enthalphy:

Io = 1,004to + do(2500 + 1,842to) ([1]) = 1,004.30 + 0,0236(2500 + 1,842.30) = 90.42 kJ/kg k2 khô

2 Không khí sau calorifer:

- t1 = 80oC, khi qua calorife không khí được đốt nóng với d = const: d1 = do

3 Không khí ra khỏi buồng sấy:

Chọn t2 = 40oC, khi ra khỏi thùng I2 = I1 = 142,8 kJ/kg k2 khô

- Áp suất hơi bão hoà với t2 = 50oC:

- Lượng ẩm tách ra:

W = G1 – G2 = 4100-1000=3100 kg/h

III TÍNH TOÁN CÂN BẲNG NĂNG LƯỢNG:

1 Quá trình sấy lý thuyết:

- Lượng ẩm tiêu hao riêng:

a Tổn thất do vật liệu sấy mang lại:

+ Lấy nhiệt dung riêng của VLK gần bằng của thóc Cvk = 1,0269kJ/kgK.+ Nhiệt dung riêng của VL ra khỏi máy sấy Cv2:

Cv2 = Cvk.(1 – ω2) + Ca.W2 ([1]) = 1,0269.(1 – 0,18) + 4,1816.0,18 =1,5947kJ/kgK

+ Ta chọn tổn thất nhiệt lượng ra môi trương bằng 30% nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sấy.

f Xác định các thông số của TNS sau quá trình sấy thực:

- Nhiệt dung riêng của TNS trước quá trình sấy:

3 Kiểm tra lại giả thuyết về TNS:

- Bảng cân bằng nhiệt lượng:

- Nhiệt lượng tiêu hao q:

q=l.( I1−I0)=81,3.(142,8−90,42)=4258,5 kJ/kg ẩm

Bảng 3: Bảng cân bằng nhiệt lượng

4 Tính thời gian sấy:

a T ính vận tốc dòng khí :

- Tính tiết diện tự do giữa hai tầng băng tải:

F td=B h×d

B h=B÷2B bs

chọn: chiều rộng băng tải: B=4,5m , B bs=0,1

khoảng cách giữa hai băng tải: d=1m

w2=

W2

100−W2×100=

18100−18×100=21, 95 %

Chiều rộng băng tải: B=4.5m

- Chiều dày lớp vật liệu: h=0,05m

⇒J m=α p(P m−P k)=0 ,06(55,438−27,83)=1,66

- Năng suất khối lượng: V =

G

ρ =

4100 977×3600 =1,166×10

1 Số lượng băng tải :

 Thể tích vật liệu chứa trong thiết bị:

V=V1=

G1

ρ1  ([2])