Kỹ thuật sấy là một quá trình công nghệ rất quan trọng trong đời sống sản xuất, nhằm bảo quản sản phẩm được lâu ngày. Công nghệ này ngày càng phát triển mạnh trong các ngành chế biến rauquả, hải sản, chế biến gỗ, các nông sản như: lúa, ngô, cà phê, đậu … Sấy không chỉ là quá trình tách nước ra khỏi vật liệu một cách đơn thuần mà còn phải đảm bảo chất lượng, tiêu tốn ít năng lượng, chí phí đầu tư và vận hành thấp, đảm bảo vệ sinh môi trường đó là một quá trình công nghệ. Để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng một số hệ thống: thiết bị sấy (buồng sấy, hầm sấy, tháp sấy, thùng quay…), thiết bị làm nóng tác nhân sấy ( calorife ) và một số thiết bị khác như quạt, bơm, xyclon… Trong đồ án môn học em được giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống buồng sấy đương quy năng suất 550kgmẻ. Với kiến thức cũng như nguồn tài liệu còn hạn chế nên kết quả vẫn tồn tại nhiều sai sót. Mong quý thầy cô chỉ bảo thêm để em có thể hoàn thành tốt các đồ án sau.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - - Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: TÌM HIỂU TÍNH CHẤT CỦA ĐƯƠNG QUY VÀ PHƯƠNG ĐỒ ÁN I – QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ PHÁP SẤY .4 Đặc điểm đương quy: Các thông số bản của đương quy và quy trình công nghệ sấy: .9 Lựa chọn phương án sấy: 10 Chương 2: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY BUỒNG .12 Năng suất sấy theo mẻ: 12 Tính toán quá trình sấy lý thuyết: 13 2.1 Thơng số khơng khí ngồi trời ( điểm A ) 13 2.2 Thơng số khơng khí vào buồng sấy ( điểm B ) 14 2.3 Thông số khơng khí khỏi buồng sấy ( điểm C ) 14 2.4 Lượng khơng khí khơ lý thuyết .15 2.5 Nhiệt lượng tiêu hao .16 Kích thước bản của buồng sấy: 16 Tính tốn trình sấy thực tế 18 4.1 Xác định tổn thất .18 4.2 Tính tốn q trình sấy thực tế 22 4.3 Tính tốn cân nhiệt .23 Tính tốn thiết bị sấy: 24 5.1 Tính tốn chọn calorife: 24 5.2 Tính tốn chọn quạt: 26 Kết luận 32 Tài liệu tham khảo: .33 LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật sấy q trình cơng nghệ quan trọng đời sống sản xuất, nhằm bảo quản sản phẩm lâu ngày Công nghệ ngày phát triển ĐỒ ÁN I – QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ mạnh ngành chế biến rau-quả, hải sản, chế biến gỗ, nông sản như: lúa, ngô, cà phê, đậu … Sấy khơng q trình tách nước khỏi vật liệu cách đơn mà phải đảm bảo chất lượng, tiêu tốn lượng, chí phí đầu tư vận hành thấp, đảm bảo vệ sinh môi trường q trình cơng nghệ Để thực trình sấy người ta sử dụng số hệ thống: thiết bị sấy (buồng sấy, hầm sấy, tháp sấy, thùng quay…), thiết bị làm nóng tác nhân sấy ( calorife ) số thiết bị khác quạt, bơm, xyclon… Trong đồ án môn học em giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống buồng sấy đương quy suất 550kg/mẻ Với kiến thức nguồn tài liệu hạn chế nên kết tồn nhiều sai sót Mong q thầy bảo thêm để em hồn thành tốt đồ án sau Em xin chân thành cảm ơn ĐỒ ÁN I – QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ Chương TÌM HIỂU TÍNH CHẤT CỦA ĐƯƠNG QUY VÀ PHƯƠNG PHÁP SẤY Đặc điểm đương quy: 1.1 Khái niệm, phân loại: Đương quy lồi thực vật có hoa họ Hoa tán, thường đem phơi sấy khô để làm thuốc 80 thuốc y học cổ truyền Trung Hoa cách hàng ngàn năm Trong tên gọi đương quy, “quy” có nghĩa “về” Đặt tên vị thuốc có tác dụng điều hịa khí huyết, làm cho huyết trở vị trí Dựa vào nguồn gốc xuất xứ, phân loại đương quy thành: + Đương quy Trung Quốc + Đương quy Nhật Bản + Đương quy Triều Tiên Nước ta phải nhập đương quy Trung quốc Triều tiên Ta nhiều lần thí nghiệm trồng thành cơng phạm vi nhỏ Sapa tỉnh Lào Cai, chưa phổ biến rộng rãi 1.2 Cấu tạo đương quy: + Rễ: phát triển, phân nhánh nhiều Là phận sử dụng làm thuốc, hình trụ, đường kính - 3cm, dài 15 - 25 cm, gồm - 10 rễ cấp nhiều rễ phụ Rễ Đương quy chia làm phần (Quy đầu, Quy thân, Quy vĩ) + Thân: loại nhỏ, thảo, sống lâu năm Cây cao 40 - 80cm, hoa cao độ 1m, máu tím, có rãnh dọc + Lá: Mọc so le, cuống màu tím nhạt, có bẹ Phiến xẻ - lần lông chim Cuống dài - 10cm, có đơi chét mọc từ to đến nhỏ dần, đôi chét cuối khơng có cuống, chét lại xẻ - lần Mép khía răng, thuộc kép, khơng có lơng Cuống phát triển thành bẹ bọc lấy thân + Hoa: Ra hoa vào tháng 6, năm tuổi (trồng điều kiện vùng ôn đới) năm vùng nhiệt đới ĐỒ ÁN I – QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ Hoa màu trắng tím, hoa lưỡng tính giao phấn nhờ trùng Hoa hình tán kép gồm 12 - 14 tán/cây, chiều dài tán - 7cm, tán có 36 tán Mỗi tán có 10 - 20 hoa + Quả: bế đôi, dẹp, thuôn dài - 5mm, rộng - 4mm, có cánh nhỏ bên ĐỒ ÁN I – QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 1.3 Yêu cầu sinh thái: + Yêu cầu độ cao nhiệt độ: mọc độ cao 2000 - 3000m so với mặt nước biển Ưa khí hậu mát mẻ Nhiệt độ thích hợp 18 - 30 oC, nhiệt độ tối thiểu - 7oC, tối đa lớn 40oC + Yêu cầu ánh sáng: Cây non yêu cầu ánh sáng, giai đoạn trồng ruộng sản xuất ưa sống nơi khuất gió, đủ ánh sáng + Yêu cầu độ ẩm: Ưa mưa nhiều, yêu cầu lượng mưa năm 1.034mm Độ ẩm thích hợp 70 - 75% giai đoạn con, giai đoạn phát triển thân yêu cầu 75 - 80%, giai đoạn già 65 - 70% + Yêu cầu đất đai: ưa sống nơi đất khai hoang, tầng đất dày, nhiều mùn, tơi xốp, độ pH 5,5 - 6,5 Giai đoạn sản xuất: yêu cầu tưới nước tiện lợi, nước tốt, thích hợp đất cát pha 1.4 Các giai đoạn sinh trưởng phát triển đương quy: + Giai đoạn hạt mầm: Giai đoạn kéo dài tầm 20 ngày, yêu cầu nhiệt độ từ 20 - 25 độ, tỷ lệ nảy mầm cao 80% Thời kỳ sinh trưởng yếu đến - xẻ thùy Đây thời điểm thích hợp để tỉa định mật độ Thời gian từ gieo hạt đến thu dược liệu năm miền núi - 10 tháng vùng đồng + Giai đoạn sinh trưởng: gồm giai đoạn: (1) Giai đoạn con: kéo dài từ mọc mầm đến - Thời gian kéo dài từ - tháng Giai đoạn yếu, sinh trưởng chậm Cần tạo điều kiện thuận lợi cho sinh trưởng, phát triển tốt Giai đoạn sinh trưởng thân rễ phát triển mạnh Thời kỳ kéo dài từ - tháng (đối với sinh trưởng vùng núi) sau sinh trưởng chậm lại, chuyển vàng ngủ nghỉ qua mùa đông Đây thời điểm thu hoạch dược liệu, đương quy trồng vùng đồng bằng, miền núi tiếp tục qua đông, đến mùa xuân sang năm mọc mầm tiếp tục sinh trưởng Sau năm thu hoạch củ ĐỒ ÁN I – QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ (2) Giai đoạn sinh trưởng thực: Cây sinh trưởng năm vùng núi năm đồng Vào tháng - dương lịch trỗ ngồng hoa Biểu ngồng: Lúc xung quanh cổ rễ ngừng phát triển mà hình thành nhỏ thân Rễ củ không tăng lên khối lượng mà lại tiêu hao dinh dưỡng để nuôi hoa, quả, làm cho rễ củ bị hóa xơ rỗng, khơng sử dụng làm dược liệu Quá trình thường kéo dài - tháng cuối vòng đời 1.5 Thành phần hóa học: Thành phần hóa học đương quy bao gồm: acid hữu cơ, phthalide, polysaccharide + Các acid hữu cơ: Đương quy chứa acid ferulic, acid caffeic, acid phthalic, acid vanillic, acid folic, acid succinic, acid nicotinic + Các phthalide: Là thành phần có hoạt tính, phát có 28 loại phthalide đương quy Bao gồm ligustilide (E Z), butylidene phtalit (E Z), butylphthalide Các phthalide có đương quy + Polysaccharide: Có 36 loại polysaccharide xác định rễ đương quy Các đơn vị đường polysaccarit bao gồm fucose, glucose, galactose, xylose, arabinose, rhamnose, arabinose, mannose ĐỒ ÁN I – QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ APS1 (polysaccharide trung tính), APS2, APS3 (polysaccharide có tính acid) phân lập từ đương quy nước nóng + Hợp chất khác: Các flavonoid có hoạt tính kháng khuẩn chống oxy hóa Acid amin (17 loại), chiếm 6,5% so với tổng số thành phần hóa học đương quy, có loại acid amin thiết yếu không tổng hợp Adenine, phospholipids, choline uracin Ngoài ra, vitamin A, B12, xanthotoxin số khoáng chất canxi, kẽm, kali, đồng, magiê, natri, sắt tìm thấy đương quy 1.6 Công dụng đương quy: (1) Tác dụng tử cung trơn: + Ức chế co tử cung, làm giãn nghỉ căng tử cung, làm cho hành kinh không bị đau + Do tử cung giãn nghỉ, huyết lưu thơng mạnh, cung cấp dinh dưỡng cho quan, giúp tử cung nhanh chóng hồi phục, gián tiếp chữa chứng thống kinh + Đương quy làm tăng co bóp trơn chữa táo bón, làm giảm xung huyết vùng chậu giúp giảm đau kinh nguyệt (2) Bổ máu: + Thiếu máu bệnh phổ biến, đặc biệt phụ nữ (do lượng máu chu kỳ kinh nguyệt hàng tháng) Đương quy vị thuốc dùng với vai trò bổ máu thuốc y học cổ truyền + Theo nghiên cứu gần đây, polysaccharide có tác dụng điều trị thiếu máu, kích thích tăng sinh tế bào tủy sống sản sinh kháng thể; phối hợp với erythropoietin thúc đẩy trình tạo máu (3) Cải thiện trí nhớ bảo vệ tế bào thần kinh: + Đương quy ngăn ngừa trình suy giảm trí nhớ, tăng hoạt động hệ cholinergic, tăng tuần hồn máu não, ngăn ngừa suy giảm tế bào não Acid ferulic, Zligustilide ASP đóng vai trị quan trọng tác dụng cải thiện trí nhớ bảo vệ thần kinh + Bên cạnh đó, tinh dầu đương quy có tác dụng trấn tĩnh hoạt động đại não: ban đầu làm hưng phấn trung khu tủy sống, sau làm tê liệt dẫn đến hạ huyết áp, hạ nhiệt độ thể, mạch đập chậm có tượng co quắp ĐỒ ÁN I – QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ (4) Tác dụng tim mạch: + Tinh dầu đương quy có tác dụng làm hạ huyết áp, thành phần không bay đương quy lại làm co trơn thành mạch, dẫn đến huyết áp tăng + Natri ferulate 3-methoxy-4-hydroxy cinnamate, chất có hoạt tính có đương quy, phối hợp với thuốc tây, điều trị đau thắt ngực nhồi máu tim + Đương quy cịn có hiệu điều trị biến chứng mạch máu ngoại vi bệnh nhân tiểu đường điều trị bệnh liên quan đến tim mạch (5) Tác dụng chống kết tập tiểu cầu: + Đương quy thành phần axit ferulic, Z-ligustilide chứng minh có tác dụng chống kết tập tiểu cầu + Tác dụng liên quan đến điều trị huyết khối não, viêm tắc tĩnh mạch huyết khối, tăng cường tuần hoàn não * Ngoài ra, nghiên cứu ra, thành phần hóa học có đương quy có tác dụng tiêu diệt tế bào ung thư, chống oxy hóa, điều hịa miễn dịch, nhiên cần làm sáng tỏ thêm chế, thành phần tác dụng, liều dùng, … Các thông số đương quy quy trình cơng nghệ sấy: 2.1 Các thơng số đương quy: + Rễ củ Đương quy dài 10-20cm, gồm nhiều nhánh, phân biệt thành phần: phần đầu gọi quy đầu, phần gọi quy thân, phần gọi quy vĩ Đường kính quy đầu 1,0-3,5cm, đường kính quy thân quy vĩ từ 0,3-1,0cm + Độ ẩm φ = 70%, nhiệt độ t = t mt = 20oC + Độ ẩm sau sấy φ=15 % + Năng suất 550 kg/mẻ 2.2 Quy trình cơng nghệ sấy: ĐỒ ÁN I – QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ + Sau thu hoạch Đương quy tươi cần phải để khoảng 2-3 ngày sấy khơ, Đương quy khơ dẻo + Dược liệu Đương quy sau tập kết điểm xử lý, cần thực bước sau: Bước 1: Dùng dao cắt bỏ phần thân, gốc giáp thân rễ phụ củ, loại bỏ tạp chất, thái lát mỏng ( lát có độ dày khoảng 3mm ) Bước 2: Rửa dược liệu làm đất để nước Bước 3: Sấy để đảm bảo độ ẩm ≤ 15% Lựa chọn phương án sấy: + Có phương án sấy vật liệu sau: (1) Sấy nóng: Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với khơng khí nóng, khói lị, … hay gọi tác nhân sấy Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua vách ngăn Sấy tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng lượng tia hồng ngoại nguồn nhiệt phát truyền cho vật liệu sấy Sấy dòng điện cao tần: phương pháp sấy dùng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng tồn chiều dày lớp vật liệu (2) Sấy lạnh: Trong phương pháp người ta tạo chênh áp vật liệu sấy tác nhân sấy Thực cách làm giảm độ chứa ẩm khơng khí nhờ tách ẩm dàn lạnh Khi ẩm dịch chuyển từ bề mặt vào mơi trường xung quanh thực nhiệt độ lớn nhỏ 0˚C Phương pháp sấy lạnh bao gồm hệ thống sau: hệ thống sấy lạnh nhiệt độ lớn 0˚C, hệ thống sấy chân không thăng hoa, hệ thống sấy chân không Sấy thăng hoa: phương pháp sấy môi trường có độ chân khơng cao, nhiệt độ thấp nên ẩm tự vật liệu đóng băng bay từ trạng thái rắn thành không qua trạng thái lỏng + Mỗi phương án sấy có ưu nhược điểm riêng nó, trường hợp sấy đương quy chọn phương án sấy đối lưu, sấy đối lưu có tốc độ sấy cao, 10 ĐỒ ÁN I – QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 4.1.2 Tổn thất thiết bị vận chuyển: + Khối lượng xe goong, chọn mxe=60kg Xe làm thép CT3 có nhiệt dung riêng C = 0,5 kJ/kgK + Vì xe làm thép nên nhiệt độ xe goong khỏi buồng lấy nhiệt độ tác nhân sấy buồng: tx2=55℃ 𝐺𝑥 = 4.60 = 240 𝑘𝑔 𝑄𝑥=𝐺𝑥.𝐶.(𝑡x2−𝑡x1)=240.0,5.(55−20)=4200 (𝑘𝐽) qx= Q x 4200 = =11,8(kJ /kg ẩm) W 355,9 4.1.3 Tổn thất tỏa nhiệt môi trường: + Tính 𝛼1 theo cơng thức kinh nghiệm: Với v=2m/s ≤ 5, nên: 𝛼1=6,15+4,18.v=6,15+4,18.2=14,51 (𝑊 /m2.K) Gọi: + tw1, tw2, nhiệt độ mặt bên bên thành tường + tf1 nhiệt độ trung bình bên buồng: 𝑡𝑓1 = 55+40 o =47,5 C + tf2 nhiệt độ bên buồng + 𝛿 độ dày tường + Hệ số dẫn nhiệt lớp thép λ = 46,5 (W/m.K) + Hệ số dẫn nhiệt lớp λ = 0,04 (W/m.K) + Bằng phương pháp tính lặp, ta giả thiết trước nhiệt độ tường phía nóng tính dịng nhiệt truyền từ tác nhân cho tường q1 Từ dòng nhiệt từ tw1 ta tìm nhiệt độ mặt ngồi tường Từ nhiệt độ mặt lớp tường nhiệt độ môi trường tf2 ta xác định nhiệt lượng truyền nhiệt đối lưu tự nhiên tường ngồi buồng sấy mơi trường q2 sai khác khơng q 5% xem kết tính tốn chấp nhận Chọn tw1 = 46,54oC Chọn chế độ khơng khí bên ngồi chảy rối + Mật độ dòng nhiệt trao dổi nhiệt tác nhân sấy mặt tường : 𝑞1 = 𝛼1(𝑡𝑓1−𝑡𝑤1) = 14,51(47,5−46,54) = 13,93 (𝑊/𝑚2) 19 ĐỒ ÁN I – QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ n λ q1 =∑ δ i (tw1 - tw2) tw2 = 24,92oC i=1 i Suy ra: 𝛼2 = 1,715(𝑡𝑤2−𝑡𝑓2)0,333 = 1,715(24,92−20)0.333 = 2,92 (𝑊/𝑚2.𝐾) + Mật độ dòng nhiệt đối lưu tự nhiên từ mặt ngồi tường với mơi trường bên ngồi là: 𝑞2 =𝛼 2(𝑡𝑤2−𝑡𝑓2) = 2,92(24,92−20) = 14,37(𝑊/𝑚2) → Sai số: | || | q1 −q2 13,93−14,37 = =3,16 % (thỏa mãn ) q1 13,93 Vậy: 𝑡𝑤1 = 46,54; 𝑞1 = 13,93; 𝑡𝑤2 = 24,92 𝑞2 = 14,37 𝛼1 = 14,51; 𝛼2 = 2,92 + Hệ số truyền nhiệt tác nhân sấy buồng tường là: 1 = = =0,44 δ δ δ 0,015 0,075 1 12 p 𝐾= + + ( + + + + + + α λ α α λ1 λ α 14,51 46,5 0,04 2,92 + Tổn thất qua tường bao quanh là: 𝑄𝑥𝑞 = 3,6.𝐾.𝐹𝑥𝑞.∆𝑡 Với: Fxq = Lb.Hb+2.Bb.Hb = 4,85.2,33 + 2.1,55.2,33 = 18,523 (m2) ∆𝑡 = 47,5 – 20 = 27,5oC 𝑄𝑥𝑞 = 3,6.0,44.18,523.27,5 = 806,86 (kJ/h) 20 W/m2.K)