Đồ Án Thiết kế Hệ Thống Sấy Chuối

1.3 Yếu tố ảnh hưởng đến chuối trong quá trình sấy Trong quá trình sấy chuối quả xảy ra một loạt biến đổi hóa sinh, hóa lý, cấu trúc cơ học và các biến đổi bất lợi khác, làm ảnh hưởng t

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

Danh mục bảng iii

Danh mục hình iv

LỜI NÓI ĐẦU v

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHUỐI 1

1.1 Sơ lược về chuối 1

1.2 Thành phần dinh dưỡng 1

1.3 Yếu tố ảnh hưởng đến chuối trong quá trình sấy 2

1.4 Một số thông số vật lý của chuối 3

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ SẤY 4

2.1 Sơ lược về sấy 4

2.2 Phân loại hệ thống sấy (sấy nhân tạo) 4

2.2.1 Hệ thống sấy tiếp xúc 4

2.2.2 Hệ thống sấy bức xạ 4

2.2.3 Hệ thống sấy đối lưu 5

2.3 Vật liệu sấy 6

2.4 Tác nhân sấy 6

2.5 Sơ đồ cân bằng vật chất của quá trình sấy 7

2.6 Xử lý hóa chất nguyên liệu 8

2.7 Tia cực tím 8

2.8 Qui trình công nghệ 9

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT 10

3.1 Chọn kiểu thiết bị sấy 10

3.2 Chọn chế độ sấy 10

3.3 Tính toán lượng nhập liệu 10

3.4 Thời gian sấy 11

3.5 Tính toán quá trình sấy lý thuyết 13

3.5.1 Thông số trạng thái của TNS 13

3.5.2 Xác định kích thước thiết bị 18

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY THỰC 22

4.1 Tính toán tổn thất nhiệt 22

4.1.1 Tổn thất do vật liệu sấy mang đi 22

4.1.2 Tổn thất do thiết bị truyền tải 22

4.1.3 Tổn thất do môi trường 23

4.2 Tính toán quá trình sấy thực 27

4.2.1 Thông số không khí sau quá trình sấy 27

4.2.2 Thông số không khí sau buồng hòa trộn 28

4.2.3 Thông số không khí sau khi ra khỏi calorife 28

4.2.4 Lượng không khí khô thực tế cần dùng 29

4.2.5 Nhiệt lượng cần cung cấp cho calorife 29

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN CHỌN CALORIFER VÀ THIẾT BỊ PHỤ 31

5.1 Calorifer 31

5.1.1 Sơ lược calorifer 31

5.1.2 Các thông số cơ bản yêu cầu để thiết kế calorifer 32

5.1.3 Tính toán và thiết kế calorifer 32

5.2 Lò hơi 33

5.2.1 Sơ lược lò hơi 33

5.2.2 Tính toán và chọn lò hơi 34

5.3 Cyclone lọc bụi 35

5.4 Quạt 36

5.4.1 Tính trở lực 36

5.4.2 Chọn quạt 45

5.5 Hệ thống truyền động 46

CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH 48

CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN 49

Tài Liệu Tham Khảo 50

Danh mục bảng

Bảng 3-1 Kết quả tính toán các thông số trạng thái của TNS 17

Bảng 3-2 Kết quả tiêu hao không khí và nhiệt lý thuyết 17

Bảng 3-3 Kích thước của các thiết bị 21

Bảng 4-1 Cân bằng nhiệt của hệ thống sấy 30

Bảng 5-1 Catalog một số lò hơi đốt dầu kiểu trực lưu 34

Danh mục hình

Hình 2-1 Sơ đồ cân bằng vật chất của quá trình sấy [2] 7

Hình 2-2 Sơ đồ quy trình công nghệ (Sơ đồ khối) 9

Hình 3-1 Đồ thị I-d của quá trình sấy lý thuyết hồi lưu [3] 13

Hình 4-1 Kết cấu tường bao 23

Hình 5-1 Calorifer khí – hơi 31

Hình 5-2 Nguyên lý hệ thống lò hơi 33

Hình 5-3 Lò hơi loại LD0,5/8D trên thị trường 34

Hình 5-4 Cyclone lọc bụi và các thông số kích thước 35

Hình 5-5 Sơ đồ tính toán khí động 36

LỜI NÓI ĐẦU

Việt Nam – một nước có nền nông nghiệp phát triển lâu đời nhờ vào những mảnh đất phù sa màu mỡ, thế nên các loại nông sản ngày càng phát triển và phong phú

Ngày nay khi xã hội ngày càng phát triển thì kéo theo đó là nhu cầu của con người ngày càng tăng cao cũng như các sản phẩm trên thị trường ngoài mẫu mã và bao

bì đẹp thì còn phải chất lượng và đa dạng Nắm được thị hiếu đó của người tiêu dùng cũng như những cấp bách trong việc bảo quản các nông sản sau khi thu hoạch thì người

Phương pháp sấy là đề tài mà em chọn thực hiện Do đây là lần đầu em thiết kế một hệ thống sấy như vậy nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót cũng như kiến thức và tài liệu tham khảo còn hạn chế Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình và chỉ bảo của thầy Lương Huỳnh Vủ Thanh để em thực hiện tốt đồ án lần này

Cần Thơ, ngày….tháng….năm…

Người thiết kế

Đinh Hoàng Anh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHUỐI

1.1 Sơ lược về chuối

Các di tích khảo cổ học cho rằng, chuối đã được trồng cách đây hơn 7,000 năm Đối với hầu hết mọi người, chuối chỉ là một loại quả màu vàng, hình dạng dài, có vị ngọt và không có hạt Đó chỉ là một loại chuối được gọi là Cavendish trong số hàng nghìn loại chuối được tìm thấy trên thế giới, bao gồm cả một số loại hoang dã mang đầy hạt trong chúng [4]

Chuối là cây ăn quả, chúng thuộc vào nhóm thực vật thân thảo Chuối là một loại cây nhiệt đới, có nguồn gốc ở Châu Á và cụ thể hơn là tại Malaysia Từ Malaysia cây chuối dần được trồng rộng rãi hơn trên toàn Châu Á sau đó lan rộng sang Châu Phi sau đó là trên toàn thế giới và trở thành loại trái cây được yêu thích hàng đầu thế giới

và cũng là loại thực phẩm được tiêu thụ nhiều nhất thế giới chỉ sau: Lúa mì, gạo và ngô [4]

Mỗi cây chuối chỉ có thể nở hoa một lần và kết quả, các quả chuối gắn kết với nhau thành buồng, mỗi buồng có từ 5 – 8 nải, mỗi nải có thể có tới 20 quả

Một số loại dịch bệnh trên chuối đã gây thiệt hại lớn đến diện tích chuối được trồng trên toàn thế giới như là: bệnh Panama, bệnh héo ở cây chuối, black sigatoka,…

Để ứng phó với các loại bệnh này người ta đã bước đầu nghiên cứu về giống chuối biến đổi gen

Hiện nay trên thế giới có ít nhất 107 quốc gia trồng chuối với nhiều mục đích khác nhau: chủ yếu dùng làm trái cây, kế đến là dùng để lấy sợi, sản xuất rượu chuối và làm cây cảnh,… [4]

Ở Việt Nam, chuối được trồng ở khắp các vùng miền trên cả nước Một số loại chuối phổ biến nhất ở nước ta hầu hết đều thuộc loại Cavendish như là: chuối già, chuối xiêm, chuối cao, chuối bom,…

1.2 Thành phần dinh dưỡng

Chuối chín tươi (không bao gồm vỏ) chứa khoảng 75% nước, 23% carbohydrate, 1% protein và một lượng nhỏ chất béo không đáng kể Chuối là loại thực phẩm giàu năng lượng và bổ dưỡng cứ 100g chuối cung cấp cho chúng ta khoảng 89 kcal và nhiều loại khoáng chất

Bảng 1-1 Một số thành phần dinh dưỡng và nguyên tố vi lượng có trong chuối [4]

Thành phần dinh dưỡng (g) Nguyên tố vi lượng (mg)

0,33 1,09 2,6 12,23 74,91 5 27 0,26 22 358 1 0,15

Ngoài ra, chuối còn chứa nhiều loại vitamin như là vitamin C, vitamin A, vitamin B6, vitamin B12, vitamin D, vitamin K, Niacin, Thiamin,… giúp cung cấp cho

cơ thể chúng ta một lượng lớn các loại vitamin cho hoạt động sống thường ngày [4]

1.3 Yếu tố ảnh hưởng đến chuối trong quá trình sấy

Trong quá trình sấy chuối quả xảy ra một loạt biến đổi hóa sinh, hóa lý, cấu trúc

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 về những biến đổi hóa

lý Những biến đổi hóa sinh trong quá trình sấy là những phản ứng tạo thành melanoidin, caramen, những phản ứng oxy hóa và polyme hóa các hợp chất poliphenol, phân hủy vitamin và biến đổi chất màu [2]

Hàm lượng vitamin trong chuối quả sấy thường thấp hơn trong chuối quả tươi 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 oxy hóa Riboflavin nhạy cảm với ánh sáng, còn thiamin bị phá hủy bởi nhiệt và sự sunfit hóa [2]

Để tránh hoặc làm chậm các biến đổi không thuận nghịch ấy, cũng như tạo điều kiện để ẩm thoát ra khỏi chuối quả một cách dễ dàng, cần có chế độ sấy thích hợp 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 vì chuối quả là sản phẩm chịu nhiệt kém Trong môi trường ẩm, nếu nhiệt độ cao hơn 60 C thì protein đã bị biến tính; trên 90 C thì fructoza bắt đầu bị caramen hóa, các phản 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 quả thường dùng chế độ sấy ôn hòa, nhiệt độ sấy không quá cao [2]

1.4 Một số thông số vật lý của chuối

- Loại chuối: chuối xiêm

- Khối lượng riêng: ρ = 977 kg/m3[2]

- Nhiệt dung riêng: c = 1,0269 (kJ.kg-1.K-1) [2]

- Hệ số dẫn nhiệt: λ = 0,52 (W.m-1.K-1) [2]

- Đường kính quả chuối: Dc = 3 ÷ 5 (cm) (chọn 4 cm để tính toán) [2]

- Chiều dài quả chuối: Lc = 8 ÷ 12 (cm) (chọn 10 cm để tính toán) [2]

- Khối lượng 1 quả chuối: mc = 70 ÷ 125 (g) (chọn 120 g để tính toán) [2]

- Độ ẩm của chuối: ω1 = 75 ÷ 80% (chọn 75% để tính toán) [2]

- Độ ẩm của chuối sau khi sấy: ω2 = 15 ÷ 20% (chọn 18% để tính toán) [2]

- Độ ẩm cân bằng của chuối: ωcb = 15% [2]

- Nhiệt độ sấy cho phép của chuối: tc = 60 ÷ 90 C (chọn nhiệt độ sấy là 75 C) [2]

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ SẤY

2.1 Sơ lược về 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 độ ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác

là sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh [2]

Hiện nay, có hai quá trình sấy là quá trình sấy tự nhiên và quá trình sấy nhân tạo

Sấy tự nhiên: sử dụng các tác nhân nắng, gió,… Phương pháp này thời gian sấy dài, tốn diện tích đất lớn, khó điều chỉnh độ ẩm VLS ở cuối Quá trình sấy này phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết

Sấy nhận tạo: quá trình cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng đến TNS như khói lò, hơi bão hòa, không khí nóng,… Đặc điểm là quá trình sấy nhanh, có thể dễ dàng điều khiển các thông số của sản phẩm

2.2 Phân loại hệ thống sấy (sấy nhân tạo)

Hiện nay, có khá nhiều loại hệ thống sấy nhưng phổ biến và thông dụng nhất vẫn là hệ thống sấy đối lưu

2.2.1 Hệ thống sấy tiếp xúc

a Hệ thống sấy lô

Loại hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hoặc là các vật liệu sấy dạng tấm như vải, carton, giấy… Thiết bị sấy trong hệ thống này là những trụ tròn, thường được gọi là lô Được cung cấp nhiệt thường nhờ vào hơi nước bão hòa Các vật liệu sấy được cuộn tròn từ lô này đến lô khác và nhận nhiệt bằng dẫn nhiệt từ bề mặt các lô [2]

b Hệ thống sấy tang

Là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy các vật liệu dạng bột nhão Thiết bị sấy trong hệ thống này cũng tương tự như hệ thống sấy lô là một trụ tròn, có thể là dạng trống Bột nhão bám vào tang của hình trụ và nhận nhiệt bằng dẫn nhiệt Sau khi sấy sẽ

có thiết bị khác tách bột ra khỏi tang [2]

2.2.2 Hệ thống sấy bức xạ

Các vật liệu thường dùng hệ thống sấy bức xạ là: vật liệu tấm mỏng, vải, lớp sơn kim loại, sách, bìa, phim ảnh [2]

Có thể phân loại hệ thống sấy này theo nguồn năng lượng đốt nóng bề mặt bức

Cấu tạo chủ yếu của hệ thống sấy buồng là buồng sấy Trong buồng sấy có thiết

bị để vận chuyển vật liệu sấy trong buồng được gọi là thiết bị truyền tải Kích thước của buồng sấy thường nhỏ nên hệ thống sấy buồng thường hoạt động theo chu kì từng

mẻ Ngoài ra, nếu buồng sấy có năng suất ít và thiết bị truyền tải là xe goòng thì hệ thống này còn có tên là tủ sấy [2]

b Hệ thống sấy hầm

Trong hệ thống sấy hầm thiết bị sấy là một hầm dài Thiết bị truyền tải thường

là xe goòng hoặc là băng tải Hầm sấy có thể hoạt động bán liên tục và cả liên tục Ngoài ra, năng suất của hầm sấy thường lớn hơn năng suất của hệ thống sấy buồng

Cấu tạo của hệ thống sấy hầm bao gồm ba phân chính: hầm sấy, calorifer và quạt Trong đó vật liệu sấy và tác nhân sấy thực hiện quá trình trao đổi nhiệt - ẩm Các

hệ thống sấy hầm có thể điều chỉnh cho tác nhân sấy và vật liệu sấy đi cùng chiều hoặc

là ngược chiều, hoặc zích zắc, hồi lưu hay không hồi lưu tùy thuộc vào mục đích thiết

kế [2]

c Hệ thống sấy thùng quay

Thiết bị sấy trong hệ thống này là một thùng sấy hình trụ tròn đặt nghiêng một góc nào đó thích hợp Trong thùng sấy người ta bố trí các cánh xáo trộn Khi thùng quay, vật liệu sấy vừa chuyển động từ đầu này đến đầu kia của thùng sấy vừa bị xáo trộn từ trên xuống dưới TNS cũng đi từ đầu vào đến đầu ra của thùng sấy Hệ thống sấy thùng quay chuyên dùng cho sấy hạt và cục nhỏ và thường làm việc ở chế độ liên tục [2]

d Hệ thống sấy tháp

Trong hệ thống sấy này thiết bị sấy là một tháp sấy, trong đó người ta đặt một loạt kênh dẫn và kênh thải TNS xen kẽ nhau LVS trong hệ thống này là dạng hạt tự di

chuyển từ trên xuống dưới TNS từ các kênh dẫn đi xuyên qua lớp hạt chuyển động và

đi vào kênh thải ra ngoài Hệ thống này thường là hệ thống sấy ở chế độ liên tục [2]

e Hệ thống sấy tầng sôi

Trong hệ thống sấy này, thiết bị sấy là buồng sấy Trong buồng người ta bố trí các ghi dỡ VLS TNS có thông số thích hợp được đưa vào dưới ghi và làm cho VLS chuyển động bập bùng trên ghi Hệ thống này chuyên dùng để sấy hạt, hạt khô nhẹ hơn

sẽ ở phần trên của tầng sôi và được lấy ra khỏi thiết bị sấy một cách liên lục [2]

f Hệ thống sấy phun

Là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy các dung dịch huyền phù Thiết bị sấy trong hệ thống này là một hình chóp trụ, phần chóp hướng xuống dưới Dung dịch được bơm áp suất cao vào vòi phun hoặc đĩa quay ở đỉnh tháp tạo thành những hạt dung dịch bay lơ lửng trong thiết bị sấy VLS khô thu được ở đáy chóp và được lấy ra liên tục hoặc theo chu kì [2]

g Hệ thống sấy khí động

Có rất nhiều dạng hệ thống sấy sấy khí động Thiết bị sấy trong hệ thống này có thể là một ống tròn hoặc hình phễu, trong đó TNS có tộc độ cao vừa làm nhiệm vụ sấy vừa vận chuyển VLS từ đầu này đến đầu kia của thiết bị sấy Tốc độ của TNS có thể đạt 40 ÷ 50 m/s VLS trong hệ thống này phải là những hạt, mảnh nhỏ và độ ẩm cần lấy đi trong quá trình sấy là độ ẩm bề mặt [2]

2.3 Vật liệu sấy

Vật liệu sấy là những nguyên liệu đưa vào quá trình sấy, là những vật thể chứa lượng chất lỏng nhất định tuy vào vật liệu khác nhau Vật liệu sấy bao gồm vật liệu khô tuyệt đối và ẩm [2]

Vật liệu sấy thường là các nông – lâm – thủy sản hay các dung dịch huyền phù như sữa, xà phòng,… Với các loại vật liệu sấy khác nhau có các quy trình sấy khác nhau

2.4 Tác nhân sấy

Có vai trò: gia nhiệt cho vật liệu sấy, tải ẩm, bảo vệ vật liệu sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt [2]

Nhưng cũng tùy thuộc vào phương pháp sấy, TNS có thể thay đổi vai trò

Sấy đối lưu, TNS đóng vai trò gia nhiệt và tải ẩm

Sấy bức xạ, TNS đóng vai trò tải ẩm và bảo vệ vật liệu sấy

Sấy tiếp xúc, TNS đóng vai trò tải ẩm

Sấy bằng điện, TNS đóng vai trò tải ẩm

Một số loại TNS là: Không khí ẩm, khói lò, hỗn hợp không khí hơi và hơi nước, hơi quá nhiệt,…

2.5 Sơ đồ cân bằng vật chất của quá trình sấy

Hình 2-1 Sơ đồ cân bằng vật chất của quá trình sấy [2]

i là nhiệt liên kết

Q là nhiệt lượng (kJ/h)

2.6 Xử lý hóa chất nguyên liệu

Trên bề mặt chuối có một lớp bột bao quanh nếu không được loại bỏ sẽ làm cho chuối có màu trắng loang lỗ và xù xì Để loại bỏ lớp bột này, ta cần xoa chuối bằng tay trong chậu nước

Xử lý hóa chất nhằm các mục đích như là: giảm thời gian thao tác, cải thiện màu sản phẩm, bảo vệ sản phẩm,…

Hóa chất chọn cho quá trình này phải rẽ, dễ tìm, không độc, không làm thay đổi mùi vị của sản phẩm, không ảnh hưởng xấu đến người thao tác và người tiêu dùng

Hóa chất thường được sử dụng là: hỗn hợp dung dịch NaHSO3 và HCl hoặc hỗn hợp dung dịch NaHSO3 và Al2(SO4)3,… nhưng hỗn hợp hiệu quả nhất là dung dịch HCl 0,05 % và Al2(SO4)3 0,5 % HCl ở nồng độ trên không ảnh hưởng xấu đến người thao tác, dễ mua, dễ xử lý, chi phí thấp Ngoài ra, phèn chua còn sát trùng nhẹ bề mặt chuối

Tác dụng của một số loại hóa chất: Acid citric làm kìm hãm sự biến đổi màu không do enzyme Sunfit hóa có tính khử mạnh, tác động làm biến đổi nhóm hoạt động của enzyme oxy hóa (ascobinaza, peroxidaza) làm chậm các phản ứng sẫm màu Chất tạo nhũ tương (monostearat glyxegin, albumin) làm tăng chất lượng sản phẩm sấy ứng dụng trong lỹ thuật sấy màng bọt Canxi clorua làm chậm quá trình sẫm màu, ngăn ngừa hiện tượng nhũn trong quá trình sấy, tăng độ cứng của sản phẩm (tạo phức pectat canxi)

2.7 Tia cực tím

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

để có độ mềm dẻo nhất định rồi mới đóng gói Thời gian này thường có thể lên đến vài ngày, vì vậy trong môi trường khí quyển không đảm bảo an toàn vệ sinh công nghiệp, sản phẩm dễ bị vi sinh vật tấn công Vì vậy tia cực tím có khả năng diệt vi sinh vật trước khi đóng gói và biện pháp này rất an toàn đáp ứng quy định về an toàn thực phẩm [2]

2.8 Qui trình công nghệ

Hình 2-2 Sơ đồ quy trình công nghệ (Sơ đồ khối)

Thuyết minh quy trình: Nguyên liệu chuối sau khi được nhập về sẽ qua quá

trình phân loại lại để loại bỏ các quả bị hư hại trong quá trình vận chuyển hoặc không đạt tiêu chuẩn Sau đó chuối được rửa sạch và bóc vỏ, cắt đầu rồi rửa lại nhẹ bằng nước sạch để loại bỏ lớp xơ phía ngoài còn xót lại trên quả chuối Sau đó, đém đi xử lý hóa chất như là ngâm vào dung dịch canxi clorua ( 2 ÷ 4 %) hay là sunfit hóa chuối bằng cách nhúng chuối vào dung dịch SO2 tự do có hàm lượng 0,2 ÷ 1 % trong 5 ÷ 20 phút Sau khi xử lý hóa chất, chuối được xếp vào các khay chuẩn bị cho quá trình sấy Quá trình sấy diễn ra trong điều kiện nhiệt độ 80 ÷ 95 C cho đến khi đạt yêu cầu Sau khi sấy xong, ta cần làm nguội sản phẩm trước khi phân loại lại một lần nữa Sau khi phân loại xong, sản phẩm được đem đi đóng gói Các dạng vật liệu thường dùng làm bao bì cho sản phẩm sấy là: giấy các tông và chết dẻo (PE, PVC,…)

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT

3.1 Chọn kiểu thiết bị sấy

Theo yêu cầu của đồ án nên phải sử dụng kiểu thiết bị sấy hầm

Chọn chế độ sấy ngược chiều vì tuy chuối là VLS dễ hút ẩm trở lại nhưng do độ

ẩm cân bằng thấp hơn hẳn so với độ ẩm của sản phẩm sấy Và cũng vì ở chế độ sấy ngược chiều sẽ hạn chế sự cháy cũng như là sự cong vênh của sản phẩm sấy Vì vậy ta chọn chế độ sấy hồi lưu TNS để tạo nên môi trường sấy tối ưu mà lại êm dịu hơn Ngoài ra khi hồi lưu TNS ta cũng có thể thay đổi chế độ sấy dựa trên sự thay đổi hệ số hồi lưu [2]

Với hệ thống hầm sấy chuối nguyên trái, ta chọn gia nhiệt cho không khí đến nhiệt độ 85 C và nhiệt độ không khí ra khỏi hầm sấy là 50 C (lựa chọn không quá thấp để tránh hiện tượng đọng sương bên trong hầm sấy)

Do nhiệt độ TNS trong hầm khá cao nên ta không lựa chọn sử dụng kiểu sấy có đốt nóng trung gian

Trong hệ thống sấy đối lưu, tổn thất nhiệt do TNS mang đi là rất lớn Đồng thời sản phẩm là thực phẩm dành phục vụ cho con người nên có yêu cầu chất lượng cao Vì vậy ta lựa chọn chế độ sấy hồi lưu một phần TNS để tránh sử dụng lượng lớn không khí ngoài trời Vì khi sử dụng không khí ngoài trời lớn sẽ phát sinh tiêu tốn trong quá trình vận hành (lọc bụi) Đồng thời khi sấy hồi lưu một phần sẽ giúp sản phẩm sấy ít công vênh và nứt hơn vì chế độ sấy êm dịu hơn so với sấy không hồi lưu [2]

Sử dụng môi chất sấy là không khí

Chất tải nhiệt là hơi nước bão hòa có áp suất 4 bar

3.3 Tính toán lượng nhập liệu

Chọn khối lượng VLS vào thiết bị là: G1 = 100 (kg/h)

Vậy lượng ẩm cần bốc hơi là: (công thức 2.1 trang 43 [3])

1 2 1

3.4 Thời gian sấy

Giả thiết tốc độ TNS trong hầm sấy là v0 = 4,5 (m/s)

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu: (công thức 7.46 trang 144 [2])

717,552

0, 2872500

b b

J J r

10,7

.kg-1) là bề mặt riêng của vật liệu [4]

Độ ẩm tới hạn: (công thức 3.38 trang 9 [5])

75 15

3

20, 096

cb N

3.5 Tính toán quá trình sấy lý thuyết

3.5.1 Thông số trạng thái của TNS

Hình 3-1 Đồ thị I-d của quá trình sấy lý thuyết hồi lưu [3]

a Thông số tại điểm O (không khí bên ngoài)

Nhiệt độ tại điểm O tức là nhiệt độ không khí trước khi vào calorife cũng chính

là nhiệt độ của không khí ở trong xưởng Vì nhiệt độ bên trong xưởng luôn khác so với lượng không khí bên ngoài môi trường từ 2÷3 C vì vậy ta chọn t0 = 29 C và φ0 = 79%

-Áp suất bão hòa hơi nước tại điểm O có nhiệt độ: tbh0= 29 C ( công thức 1.8 trang 16 thiết kế hệ thống thiết bị sấy)

p d

Trong đó:

p - Áp suất không khí ẩm = 745

750 (bar)

Pbh0 – Áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ tbh0

Tính được entanpy của không khí ẩm: (công thức 1.13 trang 17 [3])

I C    t d r C t        (kJ/kg KKK)Khối lượng riêng của không khí khô: (công thức 1.16 trang 20 [3])

b Thông số tại điểm 1 (sau calorife và trước và buồng sấy)

Áp suất bão hòa hơi nước tại tại điểm 1 có nhiệt độ t1 = 85 C (công thức 1.8 trang 16, thiết kế hệ thống thiết bị sấy)

Trạng thái không khí tại điểm I được xác định bởi các thông số là nhiệt độ t1, độ

ẩm tương đối φ1 Từ đó ta xác định được độ chứa hơi: (công thức 1.10 trang 16 [3])

1 1 1

Cpk  1 (kJ.kg-1.K-1) là nhiệt dung riêng của KKK

Cph 1,9 (kJ.kg-1.K-1) là nhiệt dung riêng của hơi nước

r  2500 (kJ/kg) là nhiệt ẩn hóa hơi của nước

Độ ẩm tương đối: (công thức 1.10 trang 16 [3])

1 1

0, 03 0,9933

0, 08 (0, 621 ) bh (0, 621 0, 03) 0,57

Khối lượng riêng của không khí khô: (công thức 1.16 trang 20 [3])

1 1 1

c Thông số không khí tại điểm 2 (sau quá trình sấy)

Áp suất bão hòa hơi nước tại điểm 2 có nhiệt độ t2 = 50˚C (công thức 1.8 trang

16, thiết kế hệ thống thiết bị sấy)

Dựa vào đồ thị I-d ta thấy I2 = I1

Nên ta tính được độ chứa hơi: (công thức 1.13 trang 16 [3]

Tuy nhiên ở đây ta chọn n = 2 tức là hồi lưu 66,67% lượng TNS sau quá trình sấy

Nhiệt độ của hỗn hợp: (công thức 2.9 trang 49 [3])

e Tiêu hao không khí lý thuyết

Lượng không khí khô cần để bay hơi 1kg KK ẩm (công thức 2.11 và 2.12 trang

49 [3])

0 2

66,670,064 0,049

0 0

4634, 2317

4983,0450,93

k

L V

Áp dụng các bước tính toán như trên ta được các bảng số liệu sau:

Bảng 3-1 Kết quả tính toán các thông số trạng thái của TNS

Bảng 3-2 Kết quả tiêu hao không khí và nhiệt lý thuyết

l 0 (kg/kg ẩm) L 0 (kg/h) V 0 (m 3 /h) q 0 (kJ/kg ẩm) Q 0 (kJ/h)

3.5.2 Xác định kích thước thiết bị

a Kích thước khay

Khối lượng vật liệu chứa trên khay dưới 10 kg thì có thể bỏ qua bước tính khả năng chịu lực của khay [2]

Ta chọn khối lượng VLS trên mỗi khay là mvlk = 7,14 (kg)

Ta tính được số lượng quả chuối có trên 1 khay:

7,14

59,5 600,12

chuoi

Ta chọn số chuối nằm ngang và dọc lần lượt là nn = 6 và nd = 10 (quả)

Chọn khoảng cách giữa các quả chuối là dc - c = 40 (mm)

Chọn khoảng cách giữa chuối và thành khay là dc - k = 10 (mm)

Đồng thời ta sử dụng Inox 304 có bề dày là dkhay = 1 (mm) để làm khay

Chiều dài khay:

Lkhay = nd × Dc + dc – c x (nd – 1) + dc – k × 2 + dkhay × 2 = 10 × 0,04 + 0,04 × 9 + 0,01 × 2 + 0,001 × 2 = 0,780 (m) = 780 (mm)

Chiều rộng khay:

Bkhay = nn × Lc + dc – c x (nn – 1) + dc – k × 2 + dkhay × 2 = 6 × 0,1 + 0,04 × 5 + 0,01 × 2 + 0,001 × 2 = 0,82 (m) = 820 (mm)

Chiều cao khay:

Hkhay = Hc + dkhay = 0,04 + 0,001 = 0,041 (m) = 41 (mm)

Từ các dữ liệu trên ta xác định được kích thước khay là: 780×820×41mm

Trên khay ta đục 1159 lỗ để tăng khả tiếp xúc giữa VLS và TNS Mỗi lỗ có đường kính 10 (mm) và khoảng cách của tâm các lỗ cách nhau 25 (mm) Các lỗ được

bố trí như trong bản vẽ chi tiết

b Kích thước xe goòng

Sử dụng Inox 304 25×25×2 mm dạng ống có chiều cao là 25 mm làm khung của

xe goòng

Chọn chiều dày gờ để khay sấy là 0,002 (m)

Chiều dài của xe goòng là:

Trên mỗi xe goòng ta chọn đặt 14 khay VLS

Chọn khoảng cách giữa các khay là 0,05 (m)

Khối lượng vật liệu sấy trên mỗi xe là: Gx = 7,14×14= 99,96 ≈ 100 (kg)

Tính toán khối lượng vật liệu làm xe goòng và khay ta có khối lượng lần lượt là:

mx = 28 (kg) và mk = 2,5 (kg)

Vậy ta có tổng khối lượng mỗi xe chứa vật liệu là:

mtong = Gx + mx + mk = 100 + 28 + 2,5 × 14 = 163 (kg) Thiết kế xe cần sử dụng 4 bánh xe đẩy, vậy tải trọng mỗi bánh xe cần chịu là lớn hơn 50 (kg) Ta chọn bánh xe đẩy có mã là H130 làm bằng cao su và có thể xoay

Bảng 3-3: Một số thông số kỹ thuật bánh xe đẩy mã H130 cao su , xoay

xe (mm)

Cốt (mm)

Chiều cao (mm)

Trục (mm)

Mặt đế (mm)

Khoảng cách tâm lỗ (mm)

Lỗ boulon

đế (mm)

Chiều cao xe goòng là:

Hxe = hbánh xe + 14 × hkhay + 15 × hkhoảng cách khay + 2 × hthanh làm xe

Hxe = 161 + 14 × 41 + 15× 50 + 2× 25 = 1535 (mm) = 1,535 (m)

Từ các dữ liệu trên ta tính ra được kích thước xe goòng là 830×874×1535 mm

Trong đó:

V0 là lưu lượng trung bình của tác nhân sấy trong hầm (m3/s)

v0 là vận tốc tác nhân sấy trong hầm (m/s)

Tiết diện bên trong của hầm: (công thức 2.31 trang 57 [3])

0,308

1,54

td h

F F

x

x

G n G



Trong đó: τ là tổng thời gian sấy

Nhưng trên thực tế lượng xe goòng cần sử dụng nhiều hơn số xe goòng tính toán

là vì số xe goòng tính toán được thực chất là số xe goòng hoạt động trong hầm sấy còn

số lượng thực tế cần bao gồm cả lượng xe goòng dự phòng để sắp xếp vật liệu để chuẩn

bị Vậy ở đây ta chọn số xe goòng thực tế là 15 xe

Chiều dài hầm sấy: (công thức 9.8 trang 191 [2])

2

L  n L  L Trong đó Lbs là khoảng chiều dài bổ sung để bố trí kênh dẫn và thải TNS Trong các hầm sấy thông dụng, TNS thường được đưa vào hầm từ trên đỉnh hầm và được lấy

ra từ đỉnh hầm ở đầu kia Lbs thường trong khoảng 1000 ÷ 1500 (mm) Ở đây ta chọn là

1000 (mm)

13 830 2 1000 12790

h

Chiều rộng hầm: (công thức 9.9 trang 191 [2])

Bh = Bxe +100 = 874 + 100 = 974 (mm)

Chiều cao hầm sấy: (công thức 9.10 trang 191 [2])

Hh = Hxe + 50 = 1535 + 50 = 1585 (mm)

Kiểm tra: B hH h  974 1585 1,54   (m2)  Fh

Vậy tính toán chọn kích thước hầm là có thể chấp nhận được

Vì hệ thống sấy hầm làm việc chế độ hồi lưu TNS nên cần có kênh dẫn khí Ta chọn chiều cao kênh dẫn khí Hd = 700 (mm) Chiều cao này trung bình có thể đặt được các thiết bị quạt và calorifer

Ta cần thiết kế trần phụ sao cho có khả năng chịu được trọng lực của các thiết bị phụ, thường thì Hph = 50 ÷ 100 (mm) [3] Ta chọn 100 (mm)

Chiều cao phủ bì: (công thức 9.12 trang 191 [2])

HH H H      Với 1, 2 và 3 lần lượt là chiều dài của lớp bê tông cốt thép nhẹ, lớp bông thủy tinh cách nhiệt và lớp vữa trát tường 1 = 100 (mm), 2 = 100 (mm), 3 = 15 (mm)

Bảng 3-3 Kích thước của các thiết bị

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY THỰC

4.1 Tính toán tổn thất nhiệt

4.1.1 Tổn thất do vật liệu sấy mang đi

Theo kinh nghiệm vận hành hệ thống sấy của Hoàng Văn Chước về nông sản

thực phẩm thì sản phẩm sấy khi ra khỏi thiết bị sấy thường có nhiệt độ thấp hơn nhiệt

độ của TNS đi vào từ 5 ÷ 10 C Do đó, VLS đi ra có nhiệt độ tv2 = 85 - 10 = 75 C

Nhiệt độ VLS đi vào đúng bằng nhiệt độ môi trường tv1 = 26,6 C

Nhiệt dung riêng của nước là 4,18 (kJ.kg-1.K-1)

Ta tính được nhiệt dung riêng của chuối khi ra khỏi hầm sấy:

vl vl

Q q W

Nhiệt độ của khay và xe goòng khi ra khỏi hầm sấy đều bằng 85 C

Giả định khối lượng khay sấy là 4 kg và khối lượng xe goòng là 28 (kg) Nhiệt dung riêng của Inox 304 là 0,5 (W.m-1.K-1 )

Số lượng khay cần dùng là 210 khay

Tổn thất của khay là:

2 1

1809, 2313

kh kh kh kh kh kh