Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị sấy hơi quá nhiệt

Đồ án thiết kế thiết bị sấy hơi quá nhiệt Sấy bằng hơi quá nhiệt, một giải pháp hoàn toàn mới ở Việt Nam, sản phẩm sau khi sấy giữ được tối đa hàm lượng chất dinh dưỡng, màu sắc, hương vị và đặc biệt giảm thiểu khả năng oxy hóa sản phẩm. Có rất ý các nghiên cứu, thiết kế về phương pháp này, đây có thể coi là thiết kế đầu tiên hoàn chỉnh để thiết kế thiết bị sấy hơi quá nhiệt, bài tính toán đi kèm bản thiết kế sẽ giúp người đọc hình dung rõ hơn về thiết bị

Họ và tên sinh viên: Trần Quang Long Mã số sinh viên: 20174211

Khóa: K62

Khoa/Viện: Công nghệ sinh học - Công nghệ thực phẩm

Chuyên ngành: Quá trình và thiết bị CNSH - CNTP

1 Đầu đề: Thiết kế hệ thống sấy hơi quá nhiệt sấy bơ năng suất nhập liệu 200kg/mẻ

2 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Tổng quan sấy hơi quá nhiệt

Chương 3: Tính toán thiết bị sấy hơi quá nhiệt

Chương 4: Tính toán chọn thiết bị phụ

Chương 5: Tính toán giai đoạn làm mát

Chương 6:Thiết lập sơ đồ chức năng

Chương 7:Kết luận

3 Các bản vẽ, đồ thị:

Bản vẽ A1: Bản vẽ lắp thiết bị sấy; Bản vẽ sơ đồ chức năng hệ thống sấy hơi quá nhiệt

Bản vẽ A1: Các bản vẽ chi tiết

Sinh viên đã hoàn thành đồ án chuyên ngành: Ngày ……… tháng ………năm

………

Người duyệt Sinh viên

( Ký, ghi rõ họ, tên ) ( Ký, ghi rõ họ, tên )

Mục Lục

DANH MỤC HÌNH ẢNH 2

DANH MỤC BẢNG BIỂU 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Giới thiệu về bơ 2

1.1.1 Nguồn gốc trái bơ 2

1.1.2 Tác dụng của quả bơ 3

1.1.3 Bột bơ là gì? 4

1.1.4 Tác dụng của bột bơ 4

1.2 Tổng quan về các phương pháp sấy 6

1.2.1 Các phương pháp sấy 6

1.2.2 Phân loại quá trình sấy 7

1.2.3 Thiết bị sấy 8

1.2.4 Nguyên lý của quá trình sấy 13

1.2.5 Tác nhân sấy 14

1.2.6 Yếu tố ảnh hưởng tới quá trình sấy 15

1.2.7 Những biến đổi của vật liệu trong quá trình sấy 15

1.2.8 Lựa chọn phương pháp sấy 16

1.2.9 Quy trình công nghệ của sấy bơ 17

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ SẤY HƠI QUÁ NHIỆT 18

2.1 Khái niệm 18

2.2 Ưu nhược điểm 18

2.2.1 Ưu điểm 18

2.2.2 Nhược điểm 19

2.3 Nguyên lý sấy bằng hơi quá nhiệt 19

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY HƠI QUÁ NHIỆT 21

3.1 Chế độ sấy 21

3.1.1 Tính toán cân bằng quá trình sấy lý thuyết 21

3.1.2 Tính toán, lựa chọn kích thước buồng và khay sấy 22

3.1.3 Tính bề dày thiết bị 25

3.1.4 Tính ống dẫn hơi 27

3.1.5 Tính bề dày nắp buồng sấy 27

3.2 Tính toán quá trình sấy thực 28

3.2.1 Tính toán tổn thất 28

3.2.2 Tổn thất do vật liệu sấy mang đi 29

3.2.3 Tổn thất do thiết bị truyền tải 30

3.2.4 Tổn thất ra môi trường 31

3.2.5 Tổng tổn thất nhiệt 34

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 35

4.1 Chọn thiết bị gia nhiệt 35

4.1.1 Tính hệ số trao đổi nhiệt bên trong α1 36

4.1.2 Tính hệ số trao đổi nhiệt bên ngoài α2 38

4.1.3 Hệ số truyền nhiệt K 39

4.1.4 Các thông số cụ thể của calorifer khí - hơi 40

4.2 Chọn nồi hơi 41

4.3 Tính chọn quạt 42

4.4 Tính toán bơm chân không 47

4.4.1 Khối lượng không khí trong buồng 47

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN GIAI ĐOẠN LÀM MÁT 50

5.1 Các thông số ban đầu 50

5.2 Cân bằng năng lượng ta có 50

5.3 Cân bằng vật chất 51

CHƯƠNG 6 THIẾT LẬP SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG 52

6.1 Sơ đồ chức năng 52

6.1.1 Thiết bị đo và ký hiệu chức năng 55

6.1.2 Bảng kí hiệu đường truyền 56

6.1.3 Chữ viết tắt 56

CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN 59

Tài liệu tham khảo 59

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Tác dụng của bơ 4

Hình 1.2 Thiết bị sấy hầm 8

Hình 1.4 thiết bị sấy tháp 10

Hình 1.5.Thiết bị sấy thùng quay 11

Hình 1.6 Thiết bị sấy khí động 12

Hình 1.7 Máy sấy tầng sôi 12

Hình 1.8 Thiết bị sấy phun 13

Hình 2.1 Đồ thị đường cong sấy 19

Hình 3.1 Khay sấy 22

Hình 3.2 Xe gòong 24

Hình 4.1 Calorifer khí hơi 34

Hình 4.2 Quạt hướng trục 45

Hình 5.1 Bơm hút chân không 47

Hình 6.1 Sơ đồ chức năng 50

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Thiết bị đo và ký hiệu chức năng 53

Bảng 2: Kí hiệu đường truyền 54

Bảng 3: Ý nghĩa chữ viết tắt 55

Bằng kiến thức hiểu biết cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy Nguyễn Ngọc Hưng, em xin được trình bày về đề tài “Tính toán thiết kế thiết bị sấy hơi quá nhiệt sấy bơ năng suất nhập liệu vào200kg/mẻ “ trong đồ án này , đồ án còn những thiếu sót, em mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cô

Em xin trân thành cảm ơn !

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN1.1 Giới thiệu về bơ

1.1.1 Nguồn gốc trái bơ

Theo như một số truyền thuyết kể lại rằng trước khi được trồng rộng rãi trong nông nghiệp như hiện nay, quả bơ vốn là thức ăn của các loài động vật khổng lồ (hay còn được gọi

là megafauna) trong kỷ băng hà (xa quá trời xa) Nhờ những megafauna di chuyển đi khắp nơi mà hạt bơ được phát tán đi khắp nơi và giúp cây bơ sinh sôi nảy nở

Phân bố cây bơ tại Việt Nam

Bơ là loại quả yêu cầu cao về thổ nhưỡng cũng như khí hậu để thích hợp để phát triển, hiện nay quả bơ thường được trồng nhiều ở khu vực tây nguyên và đạt hiệu quả kinh tếcao, những khu vực trồng bơ tiêu biểu gồm:

 Vùng Đà Lạt: các loại giống thuộc chủng Mexico thường phân bố rộng tại đây nhờkhả năng chịu lạnh tốt

 Vùng Đức Trọng, Đơn Dương, Bảo Lộc: Đây là những vùng có tỉ lệ chủng Antillescao nhất

 Vùng Di Linh: thích hợp với chủng Guatemala

 Vùng Đắk Lắk được xem là vùng chuyên canh bơ của Tây Nguyên với diện tích trồng bơ đạt 2.700 ha với 80.000 hộ dân, sản lượng hàng năm đạt 40.000 tấn

2

Ngoài ra thì ở các tỉnh thành khu vực miền Bắc cũng có một số tỉnh người dân cũng bắt đầu tìm kiếm những giống bơ phù hợp với thổ nhưỡng và thời tiết ngoài đó, nhưng kết

quả ban đầu cho thấy cây bơ trồng ở miền bắc cho sản lượng và chất lượng hiện vẫn không

thể sánh bằng những loại bơ được trồng ở khu vực Tây Nguyên và Miền Đông Nam Bộ

1.1.2 Tác dụng của quả bơ

Dù là những dòng bơ thường hay bơ thương hiệu thì trái bơ nói chung vẫn là siêu thực phẩm – loại trái cây bổ dưỡng và cực kì tốt cho sức khỏe con người từ đông y, tây y chođến làm đẹp

Được biết đến là loại trái cây tốt nhất hành tinh bởi giá trị dinh dưỡng quả bơ có 14loại Vitamin khác nhau và các khoáng chất thiết yếu, các chất béo không no rất tốt cho chúng ta

Đặc biệt trong trái bơ còn có chất folate đặc biệt tốt cho phụ nữ mang thai và trẻ nhỏ(giúp giảm nguy cơ nứt đốt sống), kali chống lão hoá, là nguồn giàu glutathione giúp chống lại chất sinh ung thư, chống viêm cực kì hiệu quả

Không chỉ vậy thịt trái bơ con là một chất dưỡng, mặt nạ bơ rất tốt cho da măt, tóc và móng bởi chúng chứa những hợp chất giúp cho da và tóc có thể tái tạo, phục hồi và được nuôi dưỡng rất an toàn và tự nhiên

3

Hình 1: 1 Tác dụng của bơ

1.1.3 Bột bơ là gì?

Trái bơ không còn quá xa lạ với tất cả mọi người Nó được biết đến là một loại tráicây thơm ngon, giàu dinh dưỡng Nếu lấy thịt của trái bơ tươi để sấy khô, sau đó xay nhuyễnthì ta sẽ thu được bột bơ nguyên chất Màu sắc của bột bơ còn tùy thuộc vào loại bơ, cáchlàm

1.1.4 Tác dụng của bột bơ

Có thể nói bột bơ là nguyên liệu thiên nhiên rất tốt cho những liệu pháp làm đẹp đơngiản và tiết kiệm Bạn có thể tạo nên những chiếc nạ từ bột bơ với 1 hoặc 1 số nguyên liệukhác Lưu ý là phải tìm hiểu thông tin thật kỹ trước khi thực hiện

Vậy bột bơ có tác dụng gì khi làm mặt nạ? Việc đắp mặt nạ có rất nhiều lợi ích cho

da, chẳng hạn như làm chậm quá trình lão hóa Cũng như làm mờ vết thâm nám, hình thànhcollagen làm săn chắc da Đặc biệt hơn là các vitamin B giúp làm giảm sự gây hại của cácgốc tự do, trả lại sức sống cho làn da

4

Trước và sau khi đắp mặt nạ đều phải vệ sinh da mặt một cách nhẹ nhàng Có thể rửamặt với nước ấm trước khi thoa hỗn hợp lên da Để chân lông giãn nở, da dễ hấp thụ dưỡngchất hơn Sau đây là một số công thức tự làm mặt nạ bột bơ tại nhà mà bạn có thể ápdụng.Làm đẹp bằng các loại mặt nạ bột bơ

Ăn bơ giúp giảm Cholesterol, chất béo trung tính

Bột bơ có tác dụng gì trong việc bảo vệ mắt

Hỗ trợ chiến đấu với hành trình giảm cân

5

1.2 Tổng quan về các phương pháp sấy

Khái niệm về phương pháp sấy

Quá trình sấy là quá trình làm khô một vật thể bằng phương pháp tách nước

Đối tượng của quá trình sấy là các vật chứa ẩm, là những vật chứa một lượng chất lỏng nhất định Chất lỏng trong vật ẩm thường là nước, một số ít vật ẩm khác chứa chất lỏng là dung môi hữu cơ

Mục đích của quá trình sấy

Giảm chi chí vận chuyển (do giảm tổng khối lượng toàn khối thực phẩm) Đồng thời giảm hao hụt trong vận chuyển do hư hỏng

Vốn đầu tư thấp nhưng vẫn giữ được những đặc tính tốt đặc trưng của sản phẩm: độ dẻo, dai,màu sắc, hương vị và độ bóng sáng của sản phầm, không nứt nẻ, cong vênh,

Tăng khả năng bảo quản

Sấy còn là một quá trình hoàn thiện một số loại sản phẩm đặc trưng(mít sấy khô, hoa quả sấykhô, )

Phương pháp nhiệt: dùng nhiệt năng làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu, được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp và đời sống

1.2.2 Phân loại quá trình sấy

• Phân loại theo tác nhân sấy

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

Sấy nhân tạo: quá trình cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng các tác nhân sấy như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt, và nó được hút ra khỏi thiết bị khi sấy xong Quá trình nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên

• Phân loại theo phương thức truyền nhiệt

Phương pháp sấy đối lưu: trong hệ thống sấy này, vật liệu sấy nhận nhiệt từ một dịch thể nóng mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò Đây là loại hệ thống sấy phổ biến hơn cả Trong hệ thống này người ta lại phân ra các loại: hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm, hệ thống sấy thùng quay, hệ thống sấy tháp, hệ thống sấy khí động,

Phương pháp sấy bức xạ: trong phương pháp sấy này, vật liệu sấy nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để ẩm dịch chuyển từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và từ bề mặt khuếch tán vào môi trường Rõ ràng, trong hệ thống sấy bức xạ, người ta tạo ra độ chênh lệch phân áp suất hơi nước giữa vật liệu và môi trường chỉ bằng cách đốt nóng vật

Phương pháp sấy tiếp xúc: vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng Trong các hệ thống sấy tiếp xúc, người ta tạo ra độ chênh lệch phân áp nhờ tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy Chúng ta thường gặp hệ thống sấy lô, hệ thống sấy tang,

Phương pháp sấy bằng điện trường dòng cao tần: nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy nhờ dòngđiện cao tần tạo nên điện trường cao tần trong vật sấy làm vật nóng lên

Phương pháp sấy thăng hoa: sấy trong môi trường có độ chân không rất cao, nhiệt độ rất thấp Ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn thành trạng thái hơi không qua trạng thái lỏng

Phương pháp sấy tầng sôi: nguồn nhiệt từ không khí nóng nhờ quạt thổi vào buồng sấy đủ mạnh và làm sôi lớp hạt, sau một thời gian nhất định hạt khô được tháo ra ngoài

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

Hình 1: 2 Thiết bị sấy hầm

• Thiết bị sấy buồng Thường dùng để sấy các vật liệu dạng cục, hạt với năng suất không lớn lắm Làm việc theo chu kì

Buồng sấy có thể làm bằng thép tầm 2 lớp, giữa có cách nhiệt hoặc đơn giản xây bằng gạch

đỏ có cách nhiệt hoặc không

Tác nhân sấy: thường là không khí nóng hoặc khói lò( không khí được đốt nóng nhờ

calorifer điện hoặc calorifer khí- khói Calorifer được đặt dưới các thiết bị đỡ vật liệu hoặc 2 bên sườn buồng sấy)

Cấu tạo đơn giản dễ vận hành không yêu cầu mặt bằng lớn nhưng năng suất không cao, khó

cơ giới hóa, vốn đầu tư không đáng kể, do đó thiết bị buồng sấy thích hợp với các xí nghiệp bé, lao động thủ công là chính, chưa có điều kiện kinh phí để xây dựng các thiết bị sấy khác có năng suất cao, dễ cơ giới hóa

Nhược điểm là năng suất nhỏ

Hình 1 3 Thiết bị sấy buồng

Hệ thống máy sấy gồm calorifer hoặc cấp nhiệt trực tiếp từ buồng đốt hòa trộn với không khí tươi, hệ thống quạt và các thiết bị phụ trợ khác

Thiết bị sấy thápTháp sấy là một không gian hình hộp mà chiều cao lớn hơn rất nhiều so với chiều rộng và chiều dài Trong tháp sấy người ta bố trí hệ thống kênh dẫn và thải tác nhân xen kẽ nhau ngay tronglớp vật liệu sấy Tác nhân sấy từ kênh dẫn gió nóng luồn lách qua lớp vật liệu thực hiện quá trình trao đổi nhiệt sấy và nhận thêm ẩm đi vào các kênh thải ra ngoài Tháp sấy nhận nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưu giữa dòng tác nhân chuyển động vừa ngược chiều, vừa cắt ngang và do dẫn nhiệt từ bềmặt kênh dẫn và kênh thải qua lớp bề mặt vật liệu nằm trên các bề mặt đó Khi sấy hạt di chuyển từ trên cao ( do gàu tải hoặc vít tải đưa lên) xuống mặt đất theo chuyển động thẳng đứng hoặc zik zắc trong tháp sấy

Các loại máy sấy tháp phổ biến: máy sấy tháp tam giác, máy sấy tháp tròn, máy sấy tháp hình thoi Là thiết bị chuyên dụng để sấy các loại hạt cứng như thóc, ngô, đậu, có độ ẩm không lớn lắm

3

Hình 1: 3 thiết bị sấy tháp

Thiết bị sấy thùng quay

Là thiết bị sấy chuyên dùng để sấy các vật liệu dạng hạt hoặc bột nhão, cục nhưng

có độ ẩm ban đầu lớn và khó tự dịch chuyển nếu dùng thiết bị sấy tháp Phần chính của thiết

bị sấy thùng quay là một trụ tròn đặt nằm nghiêng một góc với mặt phẳng nào đó cố định hoặc không đổi Tác nhân sấy chủ yếu của thiết bị sấy thùng quay thường là không khí nóng hoặc khói lò

Nó có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều với vật liệu sấy

Thiết bị thùng quay không nên làm việc với áp suất dương

Hình 1: 4 Thiết bị sấy thùng quay

Thiết bị sấy khí động Thường dùng để sấy các vật liệu dạng hạt bé, nhẹ, xốp như than, cám, cỏ, hoặc rau băm nhỏ, các tinh thể,…

Tác nhân sấy chủ yếu là không khí nóng hoặc khói lò

Phần chính là một ống thẳng, vật liệu sấy được không khí nóng hoặc khói lò cuốn từ dưới lên trên và dọc theo ống

Tốc độ tác nhân phụ thuộc vào chủng loại vật liệu sấy, kích thước, khối lượng riêng của hạt, có thể đạt tới 10-40 mm/seek

Nhược điểm: tiêu tốn năng lượng lớn, nhất là điện dùng cho quạt, điều kiện vệ sinh công nghiệp khó thực hiện tốt và có khả năng gây nguy hiểm nếu vật liệu có thể gây cháy hoặc nổ

Hình 1: 5 Thiết bị sấy khí động

Thiết bị sấy tầng sôi

Thường dùng để sấy các vật liệu dạng hạt cục

Ưu điểm: Cường độ sấy lớn có thể đạt hàng trăm kg ẩm/m3

Dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ sấy và vật liệu sấy khá đồng đều

Nhược điểm: Tiêu tốn năng lượng khá lớn để tạo áp lực đáng kể để duy trì trạng thái “sôi” của vật liệu

Cấu tạo phức tạp

Hình 1: 6 Máy sấy tầng sôi

Thiết bị sấy phun

Chuyên dùng để sấy các dịch thể , dùng để sấy các sản phẩm dạng bột hòa tan như sữa bò, sữa đậu nành, bột trứng, cafe tan

Bộ phận cơ bản của sấy phun là buồng sấy, là tháp hình trụ,

Dịch thể được nén bởi một bơm cao áp đưa vào qua vòi phun cùng với tác nhân sấy tạo thành sương mù và quá trình sấy được thực hiện

Hình 1: 7 Thiết bị sấy phun

1.2.4 Nguyên lý của quá trình sấy

Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phức tạp vì nó baogồm cả quá trình khuếch tán bên trong và cả bên ngoài vật liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt Đây là một quá trình nối tiếp nghĩa là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng

sang pha hơi sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu Động lực của quá trình là sự chênh lệch

đổ ẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu Quá trình khuếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí xung quanh Vận tốc của toàn bộ quá trình được quy định bởi giai đoạn nào là chậm nhất Ngoài ra tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy hoặc cản trở quá trình

di chuyển ẩm từ trong vật liệu sấy ra ngoài bề mặt vật liệu

Trong quá trình sấy thì môi trường không khí xung quanh có ảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến tốc độ sấy Do vậy cần nghiên cứu tính chất là thông số cơ bản quá trình sấy

1.2.5 Tác nhân sấy

Định nghĩa

Là những chất cấp nhiệt cho vật để bay hơi ẩm, đồng thời chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật sấy

Nhiệm vụ: Gia nhiệt cho vật sấy

Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vào môi trường Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt

Không khí nóng

Không khí ẩm là loại tác nhân sấy thông dụng nhất

Ưu điểm: Rẻ, có sẵn trong tự nhiên

Có thể dùng hầu hết cho các loại sản phẩm

Không độc, không làm ô nhiễm sản phẩm

Nhược điểm: Cần trang bị thêm bộ phận gia nhiệt không khí( calorifer khí- hơi hay khí- khói) Nhiệt độ không khí để sấy không thể quá cao( thường < 5000° C) Vì nếu nhiệt độ cao hơn làm ảnh hưởng lớn đến thiết bị nên phải sử dụng các vật liệu như thép hay hợp kim hay gốm sứ chi phí cao

Khói lò

Ưu điểm: Phạm vi nhiệt độ rộng từ hàng chục đến hàng nghìn °C Không cần calorifer Nhược điểm: có thể làm ô nhiễm sản phẩm sấy, chỉ dùng cho các vật liệu không sợ bị ô nhiễm như gỗ, đồ gốm, một số loại hạt có vỏ

Hơi quá nhiệt

Hơi quá nhiệt dùng làm môi chất sấy trong trường hợp nhiệt độ cao và sản phẩm sấy dễ cháy

nổ

Hỗn hợp không khí và hơi nước

Dùng khi cần có độ ẩm tương đối cao

1.2.6 Yếu tố ảnh hưởng tới quá trình sấy

Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí: Trong các điều kiện khác nhau không đổi như độ ẩm không khí, tốc độ gió…, việc nâng cao nhiệt độ sẽ làm tăng nhanh tốc độ sấy Nhưng nhiệt độ làm khô cao sẽ làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, dễ làm cho nguyên liệu bị chín và gây nên

sự tạo màng cứng ở lớp bề ngoài cản trở tới sự chuyển động của nước từ lớp bên trong ra bề mặt ngoài Nhưng với nhiệt độ làm khô quá thấp, dưới giới hạn cho phép thì quá trình làm khô sẽ chậm lại dẫn đến sự thối rữa, hủy hoại nguyên liệu Khi sấy ở những nhiệt độ khác nhau thì nguyên liệu

có những biến đổi khác nhau Nếu nhiệt độ cao hơn nữa thì nguyên liệu có thể bị cháy làm mất giá trị dinh dưỡng và mất giá trị cảm quan của sản phẩm

Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động không khí: Tốc độ chuyển động của không khí có ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy, tốc độ gió quá lớn hoặc quá nhỏ đều không có lợi cho quá trình sấy Vìtốc độ chuyển động của không khí quá lớn khó giữ nhiệt lượng trên nguyên liệu để cân bằng quá trình sấy, còn tốc độ quá nhỏ sẽ làm cho quá trình sấy chậm lại Hướng gió cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình làm khô, khi hướng gió song song với bề mặt nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất nhanh

Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí Độ ẩm tương đối của không khí cũng là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến quá trình làm khô, độ ẩm của không khí càng lớn thì quá trình làm khô sẽ chậm lại

Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu: Kích thước nguyên liệu cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy Nguyên liệu càng bé, càng mỏng thì tốc độ sấy càng nhanh, nhưng nếu nguyên liệu có kích thước quá bé và quá mỏng sẽ làm cho nguyên liệu bị cong, dễ gãy vỡ

Ảnh hưởng của bản thân nguyên liệu: Tùy vào bản thân nguyên liệu mà người ta chọn chế

độ làm khô cho phù hợp, cần phải xét đến thành phần hóa học của nguyên liệu

1.2.7 Những biến đổi của vật liệu trong quá trình sấy

Biến đổi vật lý: thể tích, khối lượng riêng tăng, giảm khối lượng do nước bay

hơi

Biến đổi hóa lý: khuếch tán ẩm Trong giai đoạn đầu, ẩm khuếch tán từ lớp

ngoài nguyên liệu vào bên trong nguyên liệu do giãn nở vì nhiệt Đây là sự dời ẩm gâylên sự chêch lệch nhiệt độ các thành phần khác nhau của nguyên liệu sấy

Biến đổi hóa học: tốc độ phản ứng hóa học tăng lên Do nhiệt độ nguyên liệu

tăng như phản ứng oxy hóa khử Tốc độ phản ứng hóa học chậm đi do môi trường nước

bị giảm dần Hàm ẩm giảm dần trong quá trình sấy

Biến đổi sinh họá: giai đoạn đầu của quá trình sấy Nhiệt độ tăng dần và chậm

tạo ra sự hoạt động mạnh mẽ của các hệ enzyme oxy hóa khử Gây ảnh hưởng xấu đếnnguyên liệu Giai đoạn sấy, hoạt độ enzyme giảm vì lượng nước giảm Giai đoạn cuối,enzyme oxy hóa khử tiếp tục hoạt động yếu trong thời gian bảo quản Đến giai đoạn nào

đó có thể phục hồi khả năng hoạt động

Biến đổi sinh học: cấu tạo tế bào thường xảy ra hiện tượng tế bào sống biến

thành tế bào chết Do nhiệt độ làm biến tính không thuận nghịch chất nguyên sinh vànước

Biến đổi cảm quan: màu sắc tố bị giảm do tác dụng của nhiệt độ Có màu thẩm,

màu nâu đỏ do phản ứng caramel hóa, phản ứng melanodin và oxy hóa các phenol Do

ẩm giảm nên nồng độ các chất gia vị tăng lên nhất là vị ngọt và vị mặn Một số chất thơmbay theo ẩm và do nhiệt độ bị phân hủy gây tổn thất chất thơm

1.2.8 Lựa chọn phương pháp sấy

Bơ là 1 loại quả có hàm lượng dinh dưỡng cao, giàu các vitamin và khoáng chất,đặc biệt là hàm lượng polyphenol có trong bơ là 1 hợp chất rất tốt cho cơ thể và nó mang lại giá trị cho bơ Thế nhưng hợp chất này lại rất dễ bị oxy hóa khi tiếp xúc với không khínên thông thường khi thực hiện sấy bơ, người ta thường lựa chọn các phương pháp như sấy lạnh, sấy thăng hoa, sấy bơm nhiệt, sấy hơi quá nhiệt… để hạn chế sự tiếp xúc của oxy vs bơ

Ưu điểm của các phương pháp sấy thăng hoa, bơm nhiệt… là giữ được màu sắc, giá trị dinh dưỡng của sản phẩm

Nhược điểm của nó là thời gian sấy lâu, chi phí đầu tư cao, dẫn đến chi phí về kinh tế lớn và thời gian đáp ứng nhu cầu không đảm bảo

Chính vì vậy việc sử dụng hơi quá nhiệt để sấy bơ là 1 giải pháp nhằm phần nào khắc phục những vấn đề trên với những ưu điểm như: Chi phí kinh tế thấp, nguồn nhiên liệu tiện dụng, dồi dào, tận dụng được nguyên liệu đầu ra, giữ được tối đa các chất dinh dưỡng trong bơ, rút ngắn thời gian sấy

1.2.9 Quy trình công nghệ của sấy bơ

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ SẤY HƠI QUÁ

NHIỆT1.3 Khái niệm

Tương tự như hơi bảo hoà, nhưng đối với hơi quá nhiệt thì sau khi ta có một áp suất

và nhiệt độ hơi nóng nhất định của hơi bảo hoà Do nhu cầu sử dụng nhiệt cao hơn, khi đó ta

sẽ sử dụng bộ gia nhiệt bên ngoài để sấy hơi hoàn toàn khô giúp đạt được nhiệt độ hơi cao hơn nhiệt độ hơi bảo hoà Khi toàn bộ nước bị bốc hơi, bất kỳ sự gia tăng nhiệt nào sau đó làm tăng nhiệt độ của hơi nước quá mức nhiệt độ hơi bão hòa được gọi là hơi quá nhiệt

1.4 Ưu nhược điểm

1.4.1 Ưu điểm

 Sử dụng hơi nước quá nhiệt có thể dẫn đến tiết kiệm năng lượng cao hơn từ 50 đến 80% so với việc sử dụng không khí nóng hoặc khí thải Những tiết kiệm này có thể đạt được do hệ số truyền nhiệt cao hơn và tốc độ sấy tăng Tốc độ sấy cao hơn này sẽ làm tăng hiệu quả của hoạt động chế biến, có khả năng dẫn đến giảm kích thước thiết

bị, tăng năng suất Hiệu suất nhiệt sử dụng nhiệt cao thường chỉ đạt được nếu hơi thải được thu gom và sử dụng cho các quá trình khác trong quá trình chế biến

 Sử dụng hơi nước quá nhiệt làm môi trường sấy thay cho không khí nóng ta sẽ có mộtmôi trường sấy không có Điều đó có nghĩa là không có phản ứng oxy hóa hoặc phản ứng cháy trong quá trình sấy (không có nguy cơ cháy nổ) Môi trường không có oxy cũng tạo ra chất lượng sản phẩm được cải thiện (không bị cháy xém)

 Hầu hết các máy sấy hơi quá nhiệt được thiết kế như một hệ thống khép kín, nơi khí thải có thể được thu gom và ngưng tụ Bằng cách này, các hợp chất độc hại hoặc đắt tiền được loại bỏ và thu gom trước khi chúng ra môi trường, do đó làm giảm ô nhiễm không khí Theo cách tương tự, bụi từ quá trình này có thể được thu thập

 Chế biến trong hơi nước quá nhiệt cho phép đồng thời chần, thanh trùng, khử trùng

và khử mùi thực phẩm trong quá trình sấy

 Hệ số truyền nhiệt cao hơn không khí khi sử dụng hơi nước quá nhiệt, đặc biệt là trong hoạt động dưới áp suất, dẫn đến tăng tốc độ sấy, nâng cao hiệu quả sản xuất, do

đó giảm kích thước thiết bị và chi phí đầu tư

 Hơi quá nhiệt có tính chất tách các chất hữu cơ bay hơi hoặc bán bay hơi ra khỏi sản phẩm sấy Mùi thơm của thức ăn chăn nuôi hoặc các sản phẩm thực phẩm được làm khô bằng hơi nước quá nhiệt có thể được cải thiện do làm mất đi một số axit trong sảnphẩm Ngoài ra, một số hợp chất hữu cơ dễ bay hơi có giá trị được tạo ra từ vật liệu được sấy khô có thể được thu hồi và tách ra bằng bình ngưng

 Việc kiểm soát quá trình sấy bằng hơi nước dễ dàng hơn so với không khí Tốc độ sấy

và độ ẩm cuối cùng của sản phẩm có thể được kiểm soát đơn giản bằng cách theo dõi nhiệt độ và vận tốc hơi nước, nhưng việc kiểm soát độ ẩm phức tạp hơn

 Có thể gặp khó khăn khi nạp nguyên liệu và x sản phẩm đã sấy khô mà không có hơi nước thoát ra ngoài quá nhiều hoặc không khí rò rỉ vào hệ thống sấy Điều này cho thấy khả năng sấy liên tục là không thể, phù hợp với sấy theo mẻ Hệ thống sấy phức tạp hơn là cần thiết, đặc biệt là sấy dưới áp suất hoặc chân không

 Sản phẩm sấy khó đạt được mức độ ẩm thấp nếu nhiệt của hơi sấy tương đối thấp

1.5 Nguyên lý sấy bằng hơi quá nhiệt

Hình 2 1 Đồ thị đường cong sấy

Tương tự như các quá trình sấy khác Sấy bằng hơi quá nhiệt gồm 3 giai đoạn : Giai đoạn gia nhiệt- Giai đoạn sấy đẳng tốc – Giai đoạn sấy giảm tốc

- Giai đoạn gia nhiệt :Ban đầu ta cấp hơi quá nhiệt vào để nâng nhiệt độ của vật liệu từnhiệt độ ban đầu tới điểm sôi của nước ở áp suất đặt trước, ở giai đoạn đầu, độ ẩm củavật liệu sấy tăng lên do hơi mất nhiệt vì truyền cho vật liệu để trở thành hơi bão hòa, hơi này ngưng tụ trên bền mặt sản phẩm

- Giai đoạn sấy đẳng tốc: khi nhiệt độ của vật liệu tăng lên trên điểm bão hòa, sự ngưng

tụ ẩm chấm dứt Vật liệu ngừng tăng độ ẩm và bắt đầu bay hơi Khi lượng ẩm bổ sungbay hơi, độ ẩm cảu vật liệu trở về giá trị ban đầu lúc này ẩm trong lòng vật liệu bắt đầu thoát ra bề mặt và bay hơi đi Bề mặt vật liệu luôn duy trì ở trạng thái bão hòa, Như vậy ẩm tiếp tụ bay hơi đến khi bề mặt vật liệu khô, tốc độ làm khô là không đổi

- Giai đoạn sấy giảm tốc : Trong giai đoạn này, tốc độ sấy giảm và nhiệt độ tăng lên bằng nhiệt độ của hơi quá nhiệt Lực cản bên trong lớn hơn sức cản bên ngoài, lức này trong lòng vật liệu gần như là ẩm liên kết nên rất khó tách

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ

SẤY HƠI QUÁ NHIỆT 1.6 Chế độ sấy

Độ ẩm ban đầu : 75%

Độ ẩm cuối : 15%

Tác nhân sấy hơi quá nhiệt

Nhiệt độ đầu vào : 140

Áp suất p= 1atm = 1,013bar

Nhiệt độ ra khỏi hầm sấy : 110

Thông số không khí ngoài trời : nhiệt độ to = 25oC

Bơ sau khi được thu hoạch được thái miếng dày 10mm

1.6.1 Tính toán cân bằng quá trình sấy lý thuyết

Năng suất 200kg/mẻ tương đương khối lượng vật liệu vào là G1 = 200 (kg/mẻ) Năng suất sấy bằng

G1 = G2 = G2 = 200 ( kg/mẻ)

 G2 = 58,82kg/mẻ

Lượng ẩm cần bốc hơi trong quá trình là

Theo công thức ta có:L= W = G1 – G2 = 200-58,8 = 141,2kg

Tại T =140 => entapi hóa hơi H2 = 2770

Tại T = 110 => entapi hóa hơi H1 = 2676

ẩn nhiệt hóa hơi r= 2256 tại

Theo phương trình cân bằng năng lượng ta có

S.H2 = S.H1 + Lr

Trong đó:

S là lượng hơi

L lượng ẩm cần bay hơi

r ẩn nhiệt hóa hơi

H entapi hóa hơi

 = 0,041

 Lượng hơi cần cung cấp cho cả quá trình sấy S= 3388,8kg

1.6.2 Tính toán, lựa chọn kích thước buồng và khay sấy

Kích thước quả bơ : chiều dài 10 – 12cm , đường kính 6cm

Khối lượng 1 quả bơ khoảng 150 – 175 g => có khoảng 1140 quả

Mỗi quả bơ được thái lát dày khoảng 10mm và khối lượng 1 miếng khoảng 16g Khối lượng riêng của bơ 0,911 g/cm3

 Thể tích 1 quả bơ =175,63 cm3

1.6.2.1 Kích thước của bộ phận vận chuyển

Khay sấy được làm bằng Inox 304 có bề dày δ = 2 mm Ta có thông số của Inox 304 là: Nhiệt dung riêng Cinox = 0,46 kJ/kg; Khối lượng riêng ρinox = 8000 kg/m3

Bộ phận vận chuyển gồm các xe goòng, trên xe để các khay đựng vật liệu

Khay đựng vật liệu

.Chọn các kích thước khay là:

Chiều dài: Lk = 600 mm Chiều rộng: Bk = 460 mm Chiều cao: Hk = 20 mmChiều dày thành khay: 1,5 mm Các khay được đục lỗ ở đáy có kích thước

Trong đó: Lbs là chiều dài bổ sung thêm để bố trí TNS vào và ra khỏi thiết bị sấy

 Hầm sấy hình trụ, có nắp đặt nằm ngang có đường kính 1,5 m và chiều dài 1,7m

Xe goong sẽ được đặt lên 1 xe chuyên dụng để đưa vào hầm

 p : Áp suất trong của thiết bị, với môi trường trong thiết bị là hới quá nhiệt

nên suy ra áp suất hơi: p1 atm1,013 bar101325 Pa

Với: ; : là giới hạn kéo và giới hạn chảy (N/m2)

; : là hệ số an toàn theo giới hạn kéo và giới hạn chảy

 Chọn ứng suất cho phép có giá trị nhỏ hơn, vậy có:

[] = = 70.96106 (N /m2)

 : Hệ số làm yếu, phụ thuộc vào số lỗ, số cửa trên thân hình trụ Trên thân hình trụ có 2 lỗ của ống dẫn hơi đường kính 246 mm nên  = 0,96

 Thiết bị hình trụ, phía sau có đục 1 lỗ để dẫn hơi đi từ sau

 Chiều dài thân là: H = 1,7m; đường kính ống hơi là: d = 0,246m

 C3 - đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu Đối với vật liệu SUS 304 có chiều dày từ 3 – 5mm, lấy C3 = 1,5 mm (tra bảng XIII.9, Sổ tay hóa công II)

Trong đó Stt là lượng hơi thực tếF= = = 0,045 m2 v vận tốc hơi đi vào thiết bị v = 20m/sĐường kính ống dẫn hơi Dh = 2 = 0,24

Chọn ống dẫn hơi 246 độ dày s= 2mm

1.6.5 Tính bề dày nắp buồng sấy

- Ta có công thức tính bề dày đáy elip:

Sđáy = + CTrong đó: ye: là hệ số y đối với hình elip (giá trị tùy thuộc tỷ lệ )

- Kết quả thực nghiệm cho thấy các giá trị a và ye như sau

Từ thực nghiệm thấy rằng tỉ lệ a = 2 và ye = 1 là hợp lý nhất

- Các giá trị P, [], và C lấy tương tự như với phần tính toán thân thiết bị

- Vậy ta có bề dày đáy thiết bị là:

Sđáy = + C

= + 3.5

= 3.5 (mm) Quy chuẩn: Sđáy = 4 mm

Chiều cao phần elip nhô lên h=0.25d = 375mm

1.7 Tính toán quá trình sấy thực

1.7.1 Tính toán tổn thất

Trong quá trình sấy thực tế xảy ra quá trình tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che, vật liệu sấy, thiết bị vận chuyển,… Cân bằng quá trình sấy thực ta có: