Thiết Kế Hệ Thống Sấy Cá Cơm Bằng Thiết Bị Sấy Buồng Năng Suất 300 Kg Mẻ

LỜI MỞ ĐẦUSấy là một quá trình trao đổi nhiệt và ẩm, dẫn đến việc loại bỏ một phần nước và độ ẩm ra khỏi vật liệu sấy bằng phương pháp sấy nóng hoặc sấy lạnh.. Sấy làmgiảm độ ẩm của thực

LỜI MỞ ĐẦU

Sấy là một quá trình trao đổi nhiệt và ẩm, dẫn đến việc loại bỏ một phần nước và độ

ẩm ra khỏi vật liệu sấy bằng phương pháp sấy nóng hoặc sấy lạnh

Kỹ thuật sấy được sử dụng rộng rãi để làm khô hầu hết các loại dược phẩm, ngũcốc, các loại hạt, nhiều thực phẩm khác và các sản phẩm thủy hải sản, làm tăng hiệu quảkinh tế trong sản xuất Quá trình sấy không chỉ đơn thuần là quá trình tách nước và hơinước ra khỏi vật liệu mà là một quá trình công nghệ Nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu sấyphải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp

Hiện nay có rất nhiều phương pháp sấy khác nhau, đối với cá người ta có thể dùngcác phương pháp sấy như: phơi nắng tự nhiên, sấy hầm, sấy buồng, sấy tủ, sấy tĩnh vỉngang… Với đề tài đồ án: ”Tính toán, thiết kế máy sấy cá cơm công suất 300kg/ mẻ”, emchọn thiết bị sấy buồng thích hợp với quy mô sản xuất nhỏ, năng suất không lớn

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức và tài liệu tham khảo còn nhiều hạnchế nên đồ án chắc chắn không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót Em mong nhận được ý kiếnđóng góp của thầy, cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy Đinh Hữu Đông, thầy Nguyễn Công Bỉnh cùng cácthầy giáo đã hướng dẫn tận tình để em hoàn thành được đồ án này

Hình 1: Cá cơm săn

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

I.1 Tổng quan về nguyên liệu cá cơm

I.1.1 Giới thiệu chung

Cá cơm (Stolephorus) thuộc họ cá Trổng (engraulidae) chủ yếu sống trong nướcmặn (có một số loài sống trong nước ngọt hay nước lợ), có kích thước nhỏ, là họ cá đứngđầu về sản lượng trong ngành khai thác hiện nay trên thế giới và là đối tượng đánh bắtquan trọng trong nghề cá nổi ven biển phân bố rộng từ Bắc đến Nam ở nước ta Theo ướctính của Viện nghiên cứu biển Nha Trang trữ lượng cá cơm của nước ta vào khoảng 50÷60vạn tấn Với nguồn nguyên liệu dồi dào, giá thành rẻ và thời gian thủy phân nhanh hơn sovới một số loại cá khác nên cá cơm trở thành nguyên liệu sản xuất nước mắm chính củacác hãng nước mắm nổi tiếng như Phú Quốc, Nha Trang, Phan Thiết…

Cá cơm thường sống thành từng đàn chủ yếu tập trung ở các vùng ven biển (độ sâudưới 100m) của biển nhiệt đới và cận nhiệt đới, có một số loài phân bố rộng vào các cửasông Các nơi có sản lượng cá cơm cao là: Quảng Ninh, Cửa Lò, Bình Định, Quảng Nam,

Đà Nẵng, Nha Trang, Phan Rang, Phan Thiết Các loài chiếm ưu thế trong khai thác là: cácơm than-stolephorus heterolobus Ruppel ở Phú Quốc, cá cơm trổng ( hay cá cơm Ấn Độ)-stolephorus indicusBleeker ở Bình Định, cá cơm đỏ-Stolephorus zollingeri Bleeker và cácơm săng-Stlephorus tri bleeker ở Nha Trang Ở Việt Nam giống cá cơm có khoảng 140loài

I.1.2 Một số loài cá cơm phổ

biến

I.1.2.1 Cá cơm săn

Tên khoa học: Stolephorus

tri (Bleeker, 1852)

Tên tiếng Anh: Spined anchovy

Đặc điểm hình thái: Thân dài,

dẹp bên Đầu tương đối to Mõm ngắn

Chiều dài thân gấp 4,8 lần chiều cao

thân và 4,6 lần chiều dài đầu Mắt

tương đối to, không có màng mỡ mắt,

khoảng cách hai mắt rộng Trên hàm,

xương lá mía, xương khẩu cái đều có răng nhỏ Khe mang rộng, lược mang dài và nhỏ.Vẩy tròn, nhỏ, dễ rụng Có một vây lưng, khởi điểm nằm ở sau khởi điểm của vây bụng,trước khởi điểm của vây hậu môn Thân màu trắng, bên thân có một sọc dọc màu trắngbạc các vây màu trắng, riêng vây đuôi màu xanh lục

Phân bố: Ấn Độ, Malaixia, Inđônêxia, Trung Quốc, Nhật Bản, Philippin, Việt

Nam

Mùa vụ khai thác: Quanh năm.

Ngư cụ khai thác: Lưới vây, mành, lưới kéo đáy.

Kích thước khai thác: 40 - 55 mm

Dạng sản phẩm: Ăn tươi, phơi khô, làm nước mắm.

I.1.2.2 Cá cơm thường

thái: Thân dài, dẹp bên Đầu

tương đối to Mõm hơi nhọn

Chiều dài thân gấp 4,4 - 5,2 lần

chiều cao thân và 4,2 - 5,0 lần

chiều dài đầu Mắt to, không có

màng mỡ mắt, khoảng cách hai

mắt rộng Trên hàm, xương lá

mía, xương khẩu cái đều có răng

nhỏ Khe mang rộng, lược

mang dẹp, mỏng và cứng Vảy

tròn, to vừa, rất dễ rụng Khởi điểm của vây lưng nằm ở sau khởi điểm của vây bụng, gầnngang bằng với khởi điểm của vây hậu môn Vây hậu môn to, dài Thân màu trắng, trênđầu có hai chấm màu xanh lục, bên thân có một sọc dọc màu trắng bạc

Phân bố: Đông Phi, Ấn Độ, Thái lan, Trung Quốc, Nhật Bản, Philippin, Việt Nam Mùa vụ khai thác: Quanh năm, tập trung vào tháng 9 - 3.

Ngư cụ khai thác: Lưới vây, mành, lưới kéo đáy

Kích thước khai thác: 50 - 70 mm.

Dạng sản phẩm: Ăn tươi, phơi khô, làm nước mắm.

I.1.2.3.Cá cơm sông

Tên khoa học: Corica sorbonna (Whitehead, 1895)

Tên tiếng Anh: Ganger River Sprat

Hình 2: cá cơm thường

Đặc điểm hình thái: Thân

thon dài, khe miệng sâu, góc miệngdài chưa đến bờ trước của ổ mắt.Phần giữa hàm trên dẹp đứng Hàmdưới nhô ra Mắt to Viền bụngcong và lườn bụng không sắc cạnh.Vảy tròn trên thân dễ rụng Vâylưng hơi trước vây bụng Vây hậu môn thấp và có 2 vây lẻ phía sau Cá có màu trắng bạc.Vây lưng, vây hậu môn và vây đuôi rải rác có các chấm sắc đen li ti

Phân bố: Thái Lan, Philipin, Malaixia, Inđônêxia, Lào, Campuchia Ở Việt Nam

gặp nhiều ở đồng bằng Nam Bộ

Mùa vụ khai thác: Quanh năm.

Kích thước khai thác: Nhỏ, tối đa 5cm.

Ngư cụ khai thác: Lưới, câu, vó, mành, đăng

Dạng sản phẩm: Ăn tươi, phơi khô.

I.1.2.4 Cá cơm sọc tiêu

Tên khoa học: Stolephorus

tri (Bleeker, 1852)

Tên tiếng Anh: Spined

anchovy

Đặc điểm hình thái: Thân hình

thon dài, hơi dẹp ngang Mõm nhô ra

và hơi nhọn Điểm cuối cùng củaxương hàm trên nhọn và dài đến khemang, eo mang kéo đến viền sau của màng mang Lườn bụng có từ 5 - 7 vảy gai giữa vâyngực và vây bụng, trong đó có một gai nằm giữa hai vây bụng Thân phủ vảy tròn, dễ rụng,không có đường bên Thân có màu kem nhạt (khi mất vảy), một sọc ánh bạc dọc hông

Phân bố: Thái Lan, Malaixia, Philipin, Lào, Campuchia, Inđônêxia, đồng bằng

sông Cửu Long Việt Nam

Mùa vụ khai thác: Quanh năm.

Kích thước khai thác: 9 - 10cm, tối đa 12cm

Ngư cụ khai thác: Lưới, vó, rùng

Dạng sản phẩm: Ăn tươi, phơi khô.

I.1.3 Thành phần hóa học cơ bản của cá cơm

Hình 3: Cá cơm sông

Hình 4: Cá cơm sọc tiêu

Bảng 1: Thành phần hóa học của cá cơm thường

I.2 Tổng quan về kỹ thuật sấy

Nguyên liệu thủy sản nói chung và nguyên liệu cá cơm nói riêng là loại nguyên liệuchứa nhiều nước và giàu chất dinh dưỡng do vậy rất dể bị hư hỏng trong quá trình chế biến

và bảo quản Để kéo dài thời gian bảo quản người dân đã nghĩ ra phương pháp đơn giản làlàm khô nguyên liệu nhờ vào ánh sáng mặt trời hoặc sấy nóng bằng không khí nóng từ củi,

lò hơi

I.2.1 Khái niệm về sấy

Sấy là một phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn và dễ dàng Sấy làmgiảm độ ẩm của thực phẩm đến mức cần thiết do đó vi khuẩn, nấm mốc và nấm men bị ứcchế hoặc không phát triển và hoạt động được, giảm hoạt động các enzyme, giảm kíchthước và trọng lượng của sản phẩm

Quá trình sấy là quá trình làm khô các vật thể, các vật liệu, các sản phẩm bằngphương pháp bay hơi nước Như vậy, quá trình sấy khô một vật thể diễn biến như sau: Vậtthể được gia nhiệt để đưa nhiệt độ lên đến nhiệt độ bão hòa ứng với phân áp suất của hơinước trên bề mặt vật thể Vật thể được cấp nhiệt để làm bay hơi ẩm Vận chuyển hơi ẩm đãthoát ra khỏi vật thể vào môi trường

Tóm lại, trong quá trình sấy xảy ra các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất cụthể là quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt cho vật sấy, quá trình truyền ẩm từ trong vậtsấy ra ngoài bề mặt sấy, quá trình truyền ẩm từ bề mặt vật sấy ra ngoài môi trường Cácquá trình truyền nhiệt truyền chất trên xảy ra đồng thời trên vật sấy, chúng có qua lại lẫnnhau.

I.2.2 Đặc điểm quá trình sấy

Đặc điểm của quá trình sấy đối với vật thể có độ ẩm tương đối cao, nhiệt độ sấy vàtốc độ chuyển động của không khí không quá lớn xảy ra theo ba giai đoạn đó là giai đoạnlàm nóng vật, giai đoạn sấy tốc độ không đổi, giai đoạn tốc độ sấy giảm dần Đối với cáctrường hợp sấy với điều kiện khác thì quá trình sấy cũng xảy ra ba giai đoạn nhưng cácgiai đoan có thể đan xen khó phân biệt hơn

Giai đoạn làm nóng vật: Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật vào buồng sấy tiếpxúc với không khí nóng cho tới khi nhiệt độ vật đạt được bằng nhiệt độ kế ướt Trong quátrình sấy này toàn bộ vật được gia nhiệt Ẩm lỏng trong vật được gia nhiệt cho đến khi đạtđược nhiệt độ sôi ứng với phân áp suất hơi nước trong môi trường không khí trong buồngsấy Do được làm nóng nên độ ẩm của vật có giảm chút ít do bay hơi ẩm còn nhiệt độ củavật thì tăng dần cho đến khi bằng nhiệt độ kế ướt Tuy vậy, sự tăng nhiệt độ trong quá trìnhxảy ra không đều ở phần ngoài và phần trong vật Vùng trong vật đạt đến nhiệt độ kế ướtchậm hơn Đối với vật dễ sấy thì giai đoạn làm nóng vật xảy ra nhanh

Giai đoạn sấy tốc độ không đổi: Kết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ vật bằng nhiệt

độ kế ướt Tiếp tục cung cấp nhiệt, ẩm trong vật sẽ hóa hơi còn nhiệt độ của vật giữ khôngđổi nên nhiệt cung cấp chỉ để làm hóa hơi nước Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặtvật, ẩm lỏng ở bên trong vật sẽ truyền ra ngoài bề mặt vật để hóa hơi Do nhiệt độ khôngkhí nóng không đổi, nhiệt độ vật cũng không đổi nên chênh lệch nhiệt độ giữa vật và môitrường cũng không đổi Điều này làm cho tốc độ giảm của độ chứa ẩm vật theo thời giancũng không đổi, có nghĩa là tốc độ sấy không đổi

Giai đoạn sấy tốc độ giảm dần: Kết thúc giai đoạn sấy tốc độ không đổi ẩm tự do đãbay hơi hết, còn lại trong vật là ẩm liên kết Năng lượng để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn ẩm

tự do và càng tăng lên khi độ ẩm của vật càng nhỏ Do vậy tốc độ bay hơi ẩm trong giaiđoạn này nhỏ hơn giai đoạn sấy tốc độ không đổi, nghĩa là tốc độ sấy trong giai đoạn nàynhỏ hơn và càng giảm đi theo thời gian sấy Quá trình sấy càng tiếp diễn, độ ẩm của vậtcàng giảm, tốc độ sấy cũng giảm cho đến khi độ ẩm của vật giảm đến bằng độ ẩm cânbằng với điều kiện môi trường

I.3 Lựa chọn thiết bị sấy

I.3.1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống buồng sấy

kk

14

15Trong đó:

1 - Ống gió thải 2 - Trần buồng sấy

5 - Kênh dẫn TNS vào buồng sấy 6 - Cửa buồng sấy

7 - Chốt gài then chèn cửa 8 - Tường bên

15 - Ống gió cấp

I.3.2 Sơ đồ nguyên lý

2

6 7

Trong đó:

1 - ống thải tác nhân sấy và hơi ẩm

2 - khay đựng cá sấy

3 - quạt cấp không khí vào calorifer

4 - calorifer để gia nhiệt cho TNS không khí

5 - kênh dẫn tác nhân sấy là khí nóng

6 - miệng phân phối TNS

7 - xe goòng vận chuyển cá

I.3.3 Nguyên lý hoạt động

Cá được rải đều trên các khay sấy 2 đặt trên xe goòng 7 rồi cho vào buồng sấy.Không khí đươc quạt 3 hút thổi vào calorifer tại đây được hơi nước nóng gia nhiệt làm chokhông khí nóng lên đến 500C thì được thổi qua kênh dẫn 5 đưa vào buồng sấy qua miệngphân phối 6, không khí nóng đến gia nhiệt cho cá và nhận ẩm rồi vận chuyển đến ống gióthải 1 thoát hoàn toàn ra ngoài môi trường

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG BUỒNG SẤY

II.1 Số liệu đầu vào.

Tính toán, thiết kế hệ thống thiết bị sấy cá cơm gồm:

− Thiết bị: buồng sấy

− Phương thức: đối lưu cưỡng bức không hồi lưu

− Tác nhân sấy: không khí nóng

− Vật liệu sấy: cá cơm

Ta ký hiệu các đại lượng như sau:

G1, G2 - khối lượng vật liệu vào, ra thiết bị sấy, kg

ω1, ω2 - độ ẩm tương đối vật liệu vào, ra thiết bị sấy, %

W - lượng ẩm bay hơi, kg

Gk - khối lượng vật liệu khô tuyệt đối, kg

Lượng vật liệu đưa vào:

Lượng ẩm cần bốc hơi:

Lượng vật liệu khô tuyệt đối:

II.3 Cân bằng năng lượng

II.3.1 Tính toán quá trình sấy lý thuyết

• Độ chứa ẩm của không khí d (kg ẩm/kg kkk): d = 0,621

Trong tính toán kỹ thuật, đại lượng áp suất của hỗn hợp không khí ẩm xem nhưkhông đổi và p = 1bar

• Entanpi I (kJ/kg kkk): I = Ik + Ih = Cpk.t + (ro + Cph.t).d

Trong đó:

Cpk = 1,005 kJ/kg.độ: nhiệt dung riêng của không khí khôCph = 1,842 kJ/kg.độ: nhiệt dung riêng của hơi nướcr0 = 2493 kJ/kg: ẩn nhiệt hóa hơi của nước

 Thông số của không khí ngoài trời (A)

 Thông số của không khí sau thiết bị sấy (C)

Quá trình sấy lý thuyết xảy ra bên trong thiết bị sấy là quá trình đẳng entanpi nên tacó: I2 = I1 = 95,489( kJ/kg kkk)

Nhiệt độ TNS sau quá trình sấy được chọn sao cho độ ẩm tương đối không quá bé

để giảm tổn thất nhiệt do TNS mang đi và không quá gần trạng thái bão hòa tránh hiệntượng đọng sương trên bề mặt vật liệu sấy

Vậy t2 phải thỏa mãn 2 điều kiện:

t2 = tu + ∆t ( ∆t = 5-10oC )t2 > ts

Trong đó:

tu : nhiệt độ bầu ướt ứng với trạng thái không khí vào buồng sấy

ts : nhiệt độ điểm sương ứng với trạng thái không khí vào buồng sấyTra đồ thị I-d của không khí ẩm tại t1 = 50oC, φ1 = 21,79% ta được: tu = 27oC, ts = 20oC.Chọn ∆t = 5oC nên ta có : t2 = tu + ∆t = 27 + 5 = 32 oC

• Phân áp suất bão hòa hơi nước Pbh2:

Tác nhân sấy trước khi vào hầm sấy có t1 = 500C, ϕ1 = 21,79%

Theo phụ lục 5 ( Tính toán và thiết kế hệ thống sấy – Trần Văn Phú) với thông số

này thể tích của không khí ẩm chứa 1kg không khí khô: vB = 0,969 (m3/kg kkk)

Tương tự tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết (điểm C) có t2 = 320C, ϕ2 = 80%

ta có: vC = 0,918 (m3/kg kkk)

Do đó:

VB = L0.vB = 123287,4.0,96 = 118355,904 (m3)

VC = Lo.vco = 123287,4.0,918 = 113177,8332( m3)

Hình 6: Khay sấy

• Lưu lượng thể tích trung bình Vo:

Vo = (VB + VCo) = .( 118355,904+113177,8332) = 115766,8686 (m3)Với thời gian sấy t = 8h nên ta có: Vo = 4,02 (m3/s)

Trong quá trình sấy lý thuyết thì hệ thống sấy được coi là lý tưởng, tức là trong quátrình sấy không có nhiệt tổn thất và không có nhiệt bổ sung Như vậy lượng nhiệt do tácnhân sấy cung cấp cho vật sấy làm ẩm bay hơi thì chính là lượng ẩm này mang một phầnlượng nhiệt trở lại tác nhân sấy

• Nhiệt lượng tiêu hao qo:

* Chọn thiết bị chuyển tải là xe goòng có kích thước:

∆L: khoảng cách xe goong cách 2 đầu buồng sấy

r: là khoảng cách giữa 2 xe goong

- Chiều cao: Hb = HX + ∆H = 1500 + 50 = 1550 mm

∆H: khoảng cách từ đỉnh xe goong đến trần buồng sấy

Ta có kết cấu tường bao, trần và và cửa buồng sấy như sau:

+ Lớp vật liệu tôn tráng kẽm mặt trong và mặt ngoài có cùng độ dày là: =0,5mm

+ Lớp bông thủy tinh cách nhiệt ở giữa: = 50mm

Tiết diện khung:

Vậy khối lượng tổng phần bánh xe là:

• Khối lượng một xe goòng khi chưa chứa vật liệu sấy

• Khối lượng xe luôn vật liệu

II.3.3 Tính toán tổn thất nhiệt trong hệ thống sấy

II.3.3.1 Tổn thất nhiệt do VLS mang đi

Tính theo công thức:

Với:

là khối lượng vật liệu sấy ra, kg

là nhiệt dung riêng của vật liệu sấy, kJ/kg.K

Cvk = 3,62 kJ/kg.K là nhiệt dung riêng của cá khô

Ca = 4,18 kJ/kg.K là nhiệt dung riêng của nước

Ta có:

kJ/kg.K)

là nhiệt độ vào của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường 0C

là nhiệt độ ra của vật kiệu sấy, nhiệt độ ra khỏi buồng sấy của vật liệu sấy theo kinhnghiệm lấy nhỏ hơn nhiệt độ ra của tác nhân sấy đi vào từ 5 0C

Qkh: tổn thất nhiệt do khay sấy mang đi.

Qx: tổn thất nhiệt do xe goòng mang đi

Nhiệt độ của khay sấy và xe goòng khi đi vào buồng sấy lấy bằng nhiệt độ môitrường:

Nhiệt độ của khay sấy và xe goòng khi đi ra buồng sấy lấy bằng nhiệt độ của tácnhân sấy:

Khối lượng của khay sấy và xe goòng lần lượt là: mxe = 100 kg, mkhay =8,373 kg.Nhiệt dung riêng của vật liệu chế tạo xe (thép CT3) và khay (nhôm) lần lượt là:

Do đó tốc độ sấy tối thiểu sẽ bằng lưu lượng thể tích trong quá trình sấy lý thuyếtV0 chia cho tiết diện tự do :

m/s)

Vì lưu lượng trong quá trình sấy thực phải lớn hơn trong quá trình sấy lý thuyết nêntốc độ TNS giả thiết để tính toán cũng phải lớn hơn wo Ta chọn w = 2,7 (m/s), chúng ta sẽkiểm tra lại giả thuyết này sau khi tính được lưu lượng thể tích thực tế

Các dữ liệu dòng nhiệt truyền qua hai bên tường buồng sấy:

+ Nhiệt độ thể nóng trong trường hợp này là nhiệt độ trung bình của TNS:

+ Nhiệt độ thể lạnh là nhiệt độ môi trường

Mật độ dòng nhiệt q (W/m2) truyền qua một đơn vị diện tích bề mặt truyền nhiệt cóthể tính bằng một trong các công thức sâu đây:

Ta có các phương trình nhiệt sau:

• Mật độ dòng nhiệt trao đổi nhiệt đối lưu giữa TNS và mặt trong của tường q1bằng:

• Mật độ dòng nhiệt do dẫn nhiệt q2: