đồ án- tính toán thiết kế buồng sấy để sấy quả vải, năng suất 300kg-mẻ

Đối với nước ta là nước nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu công nghệ sấy để sấy các nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc biệt: kết hợp phơi sấy để tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu công nghệ sấy và

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU……… 1

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU SẤY………3

1.1 Nguyên liệu……….3

1.2 Lựa chọn nguyên liệu cho quy trình………10

1.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ vải quả………11

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY ……… …12

2.1 Bản chất của quá trình sấy………12

2.2 Phân loại quá trình sấy……… 12

2.3 Phương pháp thực hiện quá trình sấy………13

2.4 Chọn loại máy sấy……… 14

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ………16

3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ……… 16

3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ………16

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BUỒNG ………21

4.1 Tính toán các thông số vật liệu……….21

4.2 Tính toán quá trình sấy lý thuyết……… 23

4.2.1 Giai đoạn I……….23

4.2.2 Giai đoạn II………27

4.2.3 Giai đoạn III……… 31

4.3 Xác định các kích thước cơ bản của thiết bị……… 34

4.4 Tính toán quá trình sấy thực tế……… 37

4.4.1 Giai đoạn I………37

4.4.2 Giai đoạn II……… 40

4.4.3 Giai đoạn III……….45

4.5 Tính toán chọn calorife……… 49

4.5.1 Công suất nhiệt của calorife……… 49

4.5.2 Tiêu hao hơi nước ở calorife……… 49

4.5.3 Xác định bề mặt truyền nhiệt của calorife……… 50

4.5.4 Kích thước calorife……… 53

4.6 Tính toán khí động, chọn quạt gió……….51

KẾT LUẬN ……….54

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 55

LỜI MỞ ĐẦU

Kỹ thuật sấy là một ngành khoa học phát triển từ những năm 50 đến 60 ở các Viện và các trường Đại học trên thế giới chủ yếu giải quyết những vấn đề kỹ thuật sấy các vật liệu cho công nghiệp và nông nghiệp

Trong những năm 70 trở lại đây người ta đã đưa kỹ nghệ sấy nông sản thành những sản phẩm khô, không những kéo dài thời gian bảo quản mà còn làm phong phú thêm các mặt hàng sản phẩm như: trái cây, cà phê, sữa, bột, cá khô, thịt khô Đối với nước ta là nước nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu công nghệ sấy để sấy các nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc biệt: kết hợp phơi sấy để tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu công nghệ sấy và thiết bị sấy phù hợp với từng loại nguyên vật liệu để đạt được chất lượng cao nhất, đặc biệt là sấy vải

Vải thiều là loại cây ăn quả quý có giá trị kinh tế và giá trị dinh dưỡng cao, được coi là vua trái cây ở các nước nhiệt đới Ở nước ta cây vải được coi là cây chủ lực trong vườn

và vải quả được xếp vào danh mục đặc sản thiên nhiên nổi tiếng của Việt Nam Sản phẩm vải quả của nước ta được tiêu thụ dưới dạng quả tươi và vải sấy khô là chủ yếu Vải là loại quả có thời gian thu hoạch rất ngắn (35-40 ngày), dễ bị hư hỏng bởi thời tiết nắng nóng trong vụ thu hoạch đã tạo ra áp lực tiêu thụ rất lớn đặc biệt vào đỉnh vụ, khối lượng sản phẩm lớn, gây ứ đọng, giá bán rất thấp đã gây thiệt hại nhiều cho nông dân Một số vùng trồng vải như Bắc Giang, Lạng Sơn, Thái Nguyên, Hòa Bình… nhất là các địa phương vùng cao đã xuất hiện tình trạng vải quả không tiêu thụ được, để rụng thối quanh gốc cây, gây lãng phí rất lớn Vì vậy, để giảm tổn thất vải quả sau thu hoạch, một trong những biện pháp có hiệu quả mà các hộ nông dân vùng trồng vải đã và đang thực hiện là sấy khô để kéo dài thời gian bảo quản, sau đó lựa chọn thời điểm và thị trường thích hợp

để tiêu thụ Thực tế hiện nay, phần lớn vải quả vẫn được làm khô trong hang ngàn lò sấy thủ công do các hộ nông dân tự xây dựng nên chất lượng sản phẩm không cao và không

ổn định, nhiều mẻ sấy có chất lượng rất kém không tiêu thụ được và cũng có nhiều lô hàng xuất khẩu do không đạt tiêu chuẩn chất lượng phải trả về hoặc chịu chấp nhận giá bán thấp gây thiệt hại rất lớn cho người sản xuất Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế hệ thống sấy vải quả phù hợp nhằm tạo ra sản phẩm sấy có chất lượng cao với giá thành chế tạo và chi phí sấy thấp là vấn đề có ý nghĩa thực tiễn rất lớn và cũng là nhu cầu cấp thiết

để ổn định và phát triển cây vải trong giai đoạn hiện nay

Trong đồ án này em có nhiệm vụ “Tính toán thiết kế buồng sấy để sấy quả vải, năng suất 300kg/mẻ”

Đây là lần đầu tiên tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào sâu chuyên ngành, do kiến thức và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên em không thể tránh khỏi sai sót trong quá trình thiết kế Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của cô giáo Ths Phạm Thanh Hương để em có thể hoàn thành tốt đồ án này

Hà Nội, ngày 27/09/2013 Sinh viên thiết kế

Bùi Thị Lan

Chương 1: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU SẤY 1.1 Nguyên liệu

1.1.1 Tổng quan về quả vải:

Bảng 1.1:

Hoa có cánh nhỏ, màu thay đổi từ trắng xanh đến vàng Vào mùa xuân, cây vải trông khá nổi bật khi những cụm hoa lớn nở rộ trên cây Sự ra hoa thường bắt đầu trước khi quả chin khoảng 140 ngày

Mỗi chum vải có thể gồm từ 2 đến 30 quả Quả vải thường có hình oval, hình tim hay hình tròn, được bao bọ bởi một lớp vỏ mỏng, dai, sần sùi nhưng mềm nên dễ lột nếu còn tươi Vỏ thường có màu đỏ hồng của dâu, đôi khi hồng nhạt hay hổ phách, một số loài thậm chí nhuốm màu xanh lục Đường kính của quả khoảng 2.5cm Phần thịt quả thường dày, trơn láng, mọng nước, màu từ trắng đục đến xám hoặc đôi khi hồng nhạt Thịt quả rất thơm, có vị ngọt xen lẫn vị chua nhẹ rất đặc trưng

Hạt vải có kích thước và hình dạng thay đổi tùy thuộc vào giống Thông thường hạt có hình oval, dài đến 20mm, cứng, vỏ ngoài màu đen bong và bên trong màu trắng

1.1.3 Nguồn gốc và phân bố:

Cây vải có nguồn gốc từ miền Nam Trung Quốc Hiện nay trên thế giới có trên 20 nước trồng vải nhưng chỉ ở một số nước như: Trung Quốc, Ấn Độ, Australia, Mỹ thì vải mới được sản xuất với quy mô công nghiệp Ở nước ta vùng trồng vải chủ yếu là đồng bằng sông Hồng, trung du, miền núi Bắc Bộ và một phần khu 4 cũ Những nơi trồng nhiều như tình Hải Dương, Bắc Giang, Phú Thọ, nông trường Đông Triều, vườn quốc gia Cát Bà… Ngoài ra còn có vườn vải giống chín sớm dọc sông Đáy

1.1.4 Các giống vải:

Trong sản xuất hiện nay thường gặp 3 nhóm chính:

- Vải chua: cây mọc khỏe, quả to, khối lượng trung bình 20-50g, hạt to Tỉ lệ ăn được chiếm 50-60%, là loại chín sớm Cách nhận biết vải chua là chum hoa vải chua từ cuống đến các nụ hoa có phủ một lớp lông màu đen Vải chua ra hoa đậu quả đều và năng suất ổn định hơn vải thiều Ở vùng Thanh Oai, giống vải này nổi tiếng với ưu điểm màu đẹp, quả to, cùi dày

- Vải nhỡ: là giống lai giữa vải chua với vải thiều Cây to hoặc trung bình, tán cây dựng đứng, lá to Chùm hoa có độ dài và lớn trung gian giữa vải chua và vải thiều,

có lông màu đen nhưng thưa hơn vải chua, trong số đó cũng có cây chùm hoa có lông màu trắng Quả bằng quả vải chua loại nhỏ, hạt to, phẩm chất quả kém hơn vải thiều Khi chín vỏ quả vẫn có màu xanh, ở đỉnh quả có màu tím đỏ, ăn ngọt, ít chua

- Vải thiều: còn gọi là vải Tàu Nhân giống bằng chiết cành nên các đặc tính về sinh học, kinh tế tương đối ổn định, có độ đồng đều cao, dễ nhận dạng Tán cây hình tròn bán cầu, lá nhỏ, phiến lá dày, bóng phản quang Vải thiều chỉ có thể ra hoa vào mùa đông khi nhiệt độ xuống thấp Chùm hoa và nụ có màu trắng, quả nhỏ hơn vải chua, khối lượng trung bình khoảng 25-30g, hạt nhỏ hơn vải chua Tỉ lệ ăn

được cao 70-80% Vải thiều chín muộn hơn vải chua Quả chín vào đầu tháng 6, cũng có khi chín muộn hơn, khoảng đầu tháng 7

Ngoài ra, có những giống vải đặc trưng cho các vùng:

 Giống vải Hùng Long:

- Đây là giống vải đột biến tự nhiên, được các cán bộ khoa học Viện Nghiên cứu rau quả phát hiện và chọn lọc thành công tại xã Hùng Long, huyện Đoan Hùng, tỉnh Phú Thọ

- Đặc điểm về giống: Cây sinh trưởng tốt, tán cây hình bán cầu Chùm hoa to theo kiểu hình tháp, cuống hoa có màu nâu đen Quả hình tròn, hơi dài, khi chín có màu

đỏ thẫm, gai thưa, nổi

- Khối lượng quả trung bình 23,5g (40-45 quả/kg), tỷ lệ phần ăn được trung bình 72%, độ Brix 17-20%, vị ngọt, hơi chua nhẹ, được nhiều người ưa chuộng

- Năng suất trung bình cây 8-10 tuổi đạt 80 kg/cây (10-15 tấn/ha)

- Đây là giống chín sớm, thời gian cho thu hoạch từ 10/5 đến 20/5

 Giống vải lai Bình Khê:

- Đây là giống vải lai tự nhiên có nguồn gốc tại xã Bình Khê, huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh

- Đặc điểm về giống: Cây sinh trưởng tốt, tán cây hình bán cầu dẹt, lá có màu xanh tối Chùm hoa to, phân nhánh thưa, dài, cuống hoa có màu nâu đen Quả to, hình trứng, khi chín có màu đỏ thẫm, mỏng vỏ, gai thưa, ngắn

- Khối lượng quả trung bình đạt 33.5g (28-35 quả/kg), tỷ lệ phần ăn được trung bình 71.5%, độ Brix 17-20%, vị ngọt thanh

- Năng suất trung bình cây 30 tuổi đạt 94,2 kg/cây (12-15 tấn/ha) Đây là giống chín sớm, thời gian cho thu hoạch từ 5/5 đến 15/5

 Giống vải lai Yên Hưng:

- Đây cũng là một giống vải lai tự nhiên, có nguồn gốc tại xã Đông Mai, huyện Yên Hưng, tỉnh Quảng Ninh

- Đặc điểm về giống: Cây sinh trưởng khỏe, tán cây hình bán cầu, lá có màu xanh hơi vàng Chùm hoa to trung bình, phân nhánh dài, cuống hoa có màu nâu đen Quả hình tim, khi chín có màu đỏ vàng rất đẹp

- Khối lượng quả trung bình đạt 30,1g/quả (30-35 quả/kg), tỷ lệ phần ăn được trung bình 73,2%, độ Brix 18-20%, vị ngọt, hơi chua nhẹ

- Năng suất trung bình cây 20 tuổi đạt 89,8kg/cây (12-16 tấn/ha)

- Đây là giống chín sớm, thời gian cho thu hoạch từ 10/5 đến 20/5

 Giống vải thiều Thanh Hà:

- Vải thiều Thanh Hà được nhân giống từ cây vải tổ ở thôn Thúy Lâm, xã Thanh Sơn, huyện Thanh Hà, tỉnh Hải Dương

- Đặc điểm về giống: Cây sinh trưởng tốt, tán hình bán cầu cân đối Quả hình cầu, khi chín có màu đỏ tươi, gai thưa, ngắn Khối lượng quả trung bình 20,7g (45-55 quả/kg), tỷ lệ phần ăn được trung bình 75%, độ Brix 18-21%, thịt quả chắc, vị ngọt đậm, thơm Năng suất trung bình cây 8-10 tuổi đạt 55kg/cây (8-10 tấn/ha) Đây là giống chính vụ, thời gian cho thu hoạch từ 5/6 đến 25/6

- Vải thiều Thanh Hà là giống được trồng phổ biến từ lâu ở các tỉnh miền Bắc nước

ta, các giống vải mới khác như Hùng Long, Bình Khê và Yên Hưng cũng được nông dân ưa chuộng, trồng rộng rãi nhiều nơi, cho kết quả rất tốt

- Giống vải được ưa chuộng nhất Việt Nam là vải thiều trồng tại khu vực huyện Thanh hà, tỉnh Hải Dương Quả thu hoạch từ các cây vải trồng trong khu vực này thông thường có hương vị thơm và ngọt hơn vải trồng ở các khu vực khác (mặc dù cũng lầy giống từ đây)

Gần đây có nhập một số giống vải Trung Quốc: quế vị, hoài chi, hắc điệp, tam nguyệt hồng, phi tử tiếu, đại tạo

1.1.5 Điều kiện sinh trưởng:

Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến việc ra hoa của vải Hoa vải nở trong điều kiện nhiệt độ

>10oC; 18-24oC hoa nở rộ Trên 29oC hoa nở giảm Cây vải có yêu cầu đặc biệt về nhiệt

độ Trong năm phải có một thời kì nhiệt độ hạ thấp tạo điều kiện ức chế mầm mùa đông, làm cho cành sung sức, tích lũy được nhiều dinh dưỡng giúp xúc tiến quá trình phân hóa mầm hoa

Ánh sáng đầy đủ làm tăng khả năng đồng hóa của cây, xúc tiến quá trình phân hóa mầm hoa, làm tăng màu sắc của vỏ quả và làm tăng phẩm chất quả, gió nhẹ có lợi cho cây trong vườn

Vải là loại cây không kén đất lắm, đất nào cũng trồng được vải miễn là đủ phân bón và nước cho cây

1.1.6 Thu hoạch:

- Từ 3,4 đến 5 tháng sau khi hoa nở thì vải chín Ở miền Bắc Việt Nam vải chín từ

hạ tuần tháng 4 đến trung tuần tháng 6, chín sớm nhất là các giống vải chua, sau

đó là vải nhỡ và cuối cùng là các giống vải thiều, không nên thu hoạch quá sớm vì những ngày gần chín quả lớn rất nhanh, thu sớm 3-5 ngày có khi giảm sản lượng 10-20% Hơn nữa vải không chín thêm sau thu hoạch, hái sớm vải thường có độ

chua cao Để muộn không thu hoạch kịp thì thiệt hại do sâu bọ, dơi, chuột, chim tăng lên, gặp mưa, quả nứt… nên mùa thu hoạch vải thường rất khẩn trương

- Tổ chức việc thu hoạch và vận chuyển đến nơi tiêu thụ càng phải chu đáo vì vải rất

dễ thối dập, chỉ một ngày không che đậy, hoặc vận chuyển không nhẹ tay là vỏ quả đã thâm lại, màu đỏ của quả và màu xanh của lá mất đi khi bán

- Bản thân việc thu hoạch vải cũng phải cẩn thận hơn các loại quả khác vì vỏ quả không chịu cọ xát, chùm quả phải kèm theo lá già để độn, sọt, bồ, thúng, rổ phải chắc… Chọn ngày nắng ráo để hái quả và hái vào buổi sáng Không nên hái quả sớm khi quả còn xanh ảnh hưởng đến sản lượng và phẩm chất quả Nếu phải vận chuyển đi xa nên hái quả vào lúc vỏ quả màu xanh vàng bắt đầu chuyển sang màu

đỏ thẫm, lúc này phẩm chất quả cao nhất

- Khi thu hoạch chỉ nên bẻ cành mang quả, không kèm theo lá vì khoảng cách giữa các cành với phần lá dưới cành quả có các mầm ngủ Sau hái quả, các mầm này sẽ nảy mầm, đó là đợt cành thu có chức năng làm cành mẹ sau này trên đó sẽ mọc ra các cành quả

- Khả năng xuất khẩu vải đi xa ngày càng tăng nên người ta nghiên cứu nhiều biện pháp xử lý để kéo dài thời gian bảo quản của vải sau thu hoạch

1.1.7 Bảo quản vải:

Vải tươi có thể giữ được màu sắc và chất lượng chỉ trong 3-5 ngày ở nhiệt độ phòng Nếu

xử lý trước với đồng sunfat nồng độ 0,5% và giữ trong túi polyethylene, có thể tăng thời gian bảo quản tươi lên 7-10 ngày

Để dự trữ đưa vào chế biến, vải phải được bảo quản kỹ lưỡng Bảo quản vải tốt nhất là ở nhiệt độ 1-2oC kéo dài trong khoảng 23-26 ngày Nếu ta bảo quản ở 5o

C thì chỉ được 3-4 tuần

Trước khi bảo quản, vải có thể được xử lý bằng các phương pháp sau:

+ Sunfit hóa: Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi sunfit hóa (xông lưu huỳnh) vải tươi để hàm lượng SO2 trong cùi đạt 10-20 ppm thì có thể đảm bảo giữ màu của vỏ và có thể sát trùng quả

+ Chất metabisunfit được dùng để sát trùng và chống biến màu vỏ vải Nếu kết hợp xử lý hóa chất trên nhúng trong HCl loãng thì kết quả càng khả quan Hiệu quả sử dụng SO2 còn phụ thuộc vào độ già của quả Quả càng già thì biến màu càng ít Ngược lại, khi sử dụng SO2 như chất sát trùng cho vải xanh thì màu quả sẽ không tốt

+ Các biện pháp khác: Vải được bọc màng mỏng rồi được chiếu xạ với liều lượng 1,5 Kgy nên rất nhạy cảm với sự hư hỏng khi bảo quản so với mẫu không xử lý Nhưng

0,75-nếu nhúng vải vào nước nóng trước, sau đó mới bọc bằng màng mỏng rồi chiếu xạ thì không thấy hiện tượng gì Điều đó có thể là do nước nóng khử được vi sinh vật trên bề mặt quả, hạn chế sinh bệnh khi bảo quản

+ Vải có thể bảo quản được 28 ngày ở nhiệt độ 1oC khi đựng trong túi màng mỏng,

nhưng khi đưa ra khỏi buồng lạnh để ở môi trường khí quyển bình thường thì chỉ khoảng sau 30 phút vỏ quả sẽ nâu dần

1.1.8 Thành phần hóa học:

Thành phần hóa học của quả vải được tóm tắt trong bảng sau:

Bảng 1.2 Thành phần dinh dưỡng của quả vải:

Thành phần dinh dưỡng Đơn vị Giá trị trên 100g ăn được

để đạt đến độ pH khoảng 4.5, đun hộp trong nước sôi trong tối đa 10 phút sau đó làm lạnh ngay lập tức

- Vải lạnh đông:

Vải sau khi phân loại, rửa sạch, đem tách vỏ, bỏ hạt rồi đem lạnh đông Khi sử dụng phải cho rã đông trong nước ấm, đồng thời phải sử dụng ngay vì nó sẽ mất màu và rất nhanh hư

- Vải khô:

Vải sấy có dạng nguyên quả (còn vỏ) và dạng chỉ có thịt quả (long vải) Vải sấy có hương vị thơm ngọt, được sử dụng rộng rãi trong cả đời sống và trong cả y học cổ truyền

Vải khi đem sấy có dạng nguyên quả, không bóc vỏ Thường dùng nguyên liệu vải thiều Nhiệt độ sấy trong khoảng 70-80oC, độ ẩm của sản phẩm trung bình là 18% Để sản phẩm có màu đẹp, vải thường được sunfit hóa trước khi sấy Để có cùi vải, sau khi sấy quả đem bóc vỏ, bỏ hạt rồi sấy lại trong khoảng 2-4 giờ, đến khi độ ẩm sản phẩm đạt 14-16%

- Các sản phẩm liên quan:

Với hương vị đặc biệt của mình, vải còn được sử dụng như một nguyên liệu phụ trong các sản phẩm như: trà, sữa, kẹo, bánh, kem…

1.1.10 Tính chất dược lý của vải khô:

Lê Quý Đôn, nhà bác học lớn thế kỷ 18 của nước ta đã viết: “ giống quả vải của làng Thịnh Quang có vị ngọt đậm, ăn vào thấy hương thơm tưởng chừng như rượu tiên trên đời Vải chữa bệnh yếu tim, lại then trí nhớ, bổ dạ dày lá lách, yên thần kinh nên dễ ngủ…” (Sách Thượng kinh phong vật chí)

Ngày nay vải khô là một trong những thành phần quan trọng trong các bài thuốc dân gian chữa bệnh mất ngủ, tăng cường trí nhớ

1.2 Lựa chọn nguyên liệu cho quy trình:

Trong quy trình sản xuất vải sấy, nguyên liệu thường được sử dụng là vải thiều do những tính chất nổi trội của nó như: vỏ mỏng, cùi dày, vị ngọt thanh, thơm…

Tiêu chí lựa chọn vải tươi:

- Vải đem đi sấy phải thu đúng độ chín kỹ thuật Vỏ quả có màu hồng đến đỏ, nếu

xử lý sau thu hoạch bằng SO2 sẽ có màu vàng nhạt đến hồng

- Quả vải phải nguyên vẹn, lành lặn, sạch, không có sâu bệnh, vết nâu, vật lạ bám vào, không bị giập nát thối rữa, vỏ quả khô không có nước (ngoại trừ trường hợp vừa lấy ở kho lạnh ra)

- Ngoài giống vải thiều, ta có thể sử dụng loại vải chua hoặc vải nhỡ để sấy nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu, nâng cao năng suất hoạt động của phân xưởng

- Vải đem sấy phải là vải chín mới thu hoạch Thời gian từ lúc sấy đến lúc hái càng ngắn càng tốt Kính cỡ vải trong một mẻ phải đồng đều, không có sâu bệnh

1.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ vải quả:

1.3.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ vải quả trên thế giới:

Hiện nay vải được trồng chủ yếu ở các nước nhiệt đới, á nhiệt đới như: Trung Quốc, Ấn

Độ, Thái Lan, Úc, Mỹ và Nam Phi Sản xuất ở châu Á chiếm hơn 95% các vùng canh tác trên thế giới (khoảng 2 triệu tấn), tập trung chủ yếu ở Trung Quốc (1.300.000 tấn), Ấn Độ (430.000 tấn), Thái Lan (80.000 tấn)… Tại Trung Quốc, vải sấy khô chủ yếu được bán tại đại phương, còn lại xuất khẩu sang các nơi khác như Hồng Kông, Nhật Bản và

Singapore Trong khi đó vải quả sấy khô của Thái Lan đã có mặt ở hầu hết thị trường các châu lục trên thế giới với tổng sản lượng xuất khẩu là 6.770 tấn gấp 4.5 lần sản lượng vải xuất khẩu của Việt Nam

1.3.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ vải ở trong nước:

Ở nước ta cây vải được trồng cách đây 2000 năm và được thương mại hóa ở Việt Nam từ năm 1980 Cây vải được trồng chủ yếu ở các tỉnh phía bắc như Lục Ngạn (Bắc Giang), Chí Linh, Thanh Hà (Hải Dương)… Đây là một trong những cây ăn quả có giá trị kinh tế cao, giúp nông dân xóa đói giảm nghèo, do đó diện tích trồng vải và sản lượng của nước

ta không ngừng tăng lên hàng năm, khoảng 70-75% sản lượng vải được tiêu thụ dưới dạng quả tươi, 25-30% còn lại được sấy khô và đưa vào chế biến ở các dạng nước quả, vải hộp Giá vải giữa vụ thu hoạch thường chỉ bằng 1/3 so với giá đầu và cuối vụ

Thị trường xuất khẩu: Hiện nay, tỷ trọng xuất khẩu của vải quả chưa lớn (chiếm khoảng gần 30% sản lượng), trong đó phần lớn là xuất khẩu ở dạng sấy khô

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP 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 gian sấy dài, tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh và độ ẩm cuối cùng của vật liệu 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 nhân sấy như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt… và nó được hút ra khỏi thiết 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 thực hiện bằng bức xạ từ một bề mặt nào đó đến vật sấy, có thể dùng bức xạ thường, bức xạ hồng ngoại

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

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

 Phương pháp sấy thăng hoa: được thực hiện bằng làm lạnh vật sấy đồng thời 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 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 dung 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, đến khi 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 Phương pháp thực hiện quá trình sấy:

Để đảm bảo được hoặc dung để chế biến các sản phẩm có chất lượng cao, các loại nông sản cần được sấy khô xuống độ ẩm bảo quản hoặc độ ẩm chế biến Để thực hiện quá trình sấy, có thể dùng nhiều hệ thống sấy khác nhau: buồng sấy, hầm sấy, sấy chân không, sấy lạnh… Mỗi chế độ công nghệ sấy khác nhau sẽ có ảnh hưởng khác nhau đến chất lượng của sản phẩm

 Thiết bị sấy hầm: được dùng khá rộng rãi trong công nghiệp, dùng để sấy các vật liệu dạng hạt, cục, lát… với năng suất cao, dễ dàng cơ giới hóa, vật liệu được đưa vào liên tục.(hình vẽ)

Hầm sấy thường dài 10-15m hoặc lớn hơn, chiều cao và chiều ngang phụ thuộc vào xe goòng và khay tải vật liệu sấy

 Thiết bị sấy băng tải: dùng để sấy các vật liệu như rau quả, ngũ cốc, than đá,… Cấu tạo gồm một phòng hình chữ nhật, trong đó có một vài băng tải chuyển động nhờ tay quay, các băng tải này tựa trên các con lăn để không bị võng xuống.(hình vẽ)

 Thiết bị sấy buồng: dùng sấy các vật liệu dạng hạt, cục, tấm,… Cấu tạo chủ yếu của hệ thống là buồng sấy, trong buồng sấy có bố trí các thiết bị giá đỡ gọi chung

là thiết bị chuyên tải Nhược điểm là năng suất nhỏ.(hình vẽ)

 Thiết bị sấy tháp: là thiết bị chuyên dụng để sấy các loại hạt cứng như thóc, ngô, đậu,… có độ ẩm không lớn lắm và có thể tự dịch chuyển từ trên đỉnh tháp xuống dưới nhờ trọng lượng của chúng Đặc điểm của thiết bị là có kênh gió nóng và kênh gió thải ẩm được bố trí xen kẽ ngay trong lớp vật liệu Tác nhân sấy đi qua

kênh gió nóng thực hiện quá trình sấy rồi nhận thêm ẩm đi vào các kênh thải và đi

ra ngoài

 Thiết bị sấy thùng quay: là thiết bị chuyên dụng để sấy các vật liệu có dạng hạt hoặc bột nhão, cục có độ ẩm ban đầu lớn.(hình vẽ)

Phần chính của thiết bị là một trụ tròn đặt nằm nghiêng với mặt phẳng một góc nào đó

cố định hoặc biến đổi

 Thiết bị sấy khí động: dùng để sấy các vật liệu dạng hạt bé, nhẹ xốp, các tinh thể,…(hình vẽ)

Phần chính của thiết bị là một ống thẳng đứng, trong đó vật liệu được không khí nóng hoặc khói lò cuốn đi từ dưới lên trên và dọc theo ống

 Thiết bị sấy tầng sôi: dùng để sấy vật liệu dạng cục, hạt Cũng như thiết bị sấy khí động, sấy tầng sôi có ưu điểm là cường độ sấy rất lớn, dễ điều chỉnh nhiệt độ sấy

và vật liệu sấy khô khá đồng đều.(hình vẽ)

 Thiết bị sấy phun: chuyên dùng để sấy các dịch thể Sản phẩm sấy dạng bột hòa tan như sữa bò, sữa đậu nành, bột trứng, café tan,…(hình vẽ)

Bộ phận cơ bản của thiết bị sấy phun là buồng sấy, thường là tháp hình trụ, trong đó dịch thể được nén bởi một bơm cao áp đưa qua vòi phun cùng với tác nhân sấy tạo thành dạng như sương mù và quá trình sấy được thực hiện

2.4 Chọn loại máy sấy:

Để sấy vải quả người người ta có thể dùng thiết bị sấy chân không, hầm sấy, buồng sấy,… Ở đây em dùng thiết bị sấy buồng, là thiết bị chuyên dụng để sấy các vật liệu

có dạng cục, hạt hoặc lát với năng suất không lớn lắm và thích hợp cho các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ, phân tán Thiết bị sấy buồng là thiết bị làm việc theo chu kỳ Buồng sấy

có thể làm bằng thép tấm 2 lớp giữa có cách nhiệt hoặc đơn giản xây bằng gạch đỏ có cách nhiệt hoặc không Do yêu cầu về an toàn thực phẩm, ta chọn buồng sấy làm bằng thép có cách nhiệt.(hình vẽ)

Tác nhân trong thiết bị buồng sấy ta dùng không khí nóng, không khí được đốt nóng nhờ calorifer khí- khói, khói được tạo từ lò đốt than đá Trong thiết bị buồng ta tổ chức cho tác nhân sấy lưu động cưỡng bức nhờ hệ thống quạt gió

Buồng sấy cần bố trí giá đỡ, khay,… Sao cho tác nhân có thể dễ dàng đi qua vật liệu sấy để truyền nhiệt cho vật liệu và nhận thêm ẩm thải ra ngoài Vì vậy mật độ vật liệu sấy trên khay, khe hở giữa thành khay với tường thiết bị sấy, kích thước và vị trí lỗ

thoát ẩm có ý nghĩa đặc biệt trong thiết bị sấy buồng Khe hở giữa thành khay và tường thiết bị được bố trí đủ cho thao tác được dễ dàng Mật độ vật liệu sấy trên khay cũng có một ý nghĩa đặc biệt Nếu vật liệu có mật độ quá lớn thì tác nhân sấy khó lưu chuyển dẫn đến thời gian sấy lớn và vật liệu khô không đều, do đó chất lượng và năng suất có thể giảm Ngược lại nếu mật độ vật liệu trên khay quá bé, điều kiện truyền nhiệt truyền chất được tăng cường thì thời gian sấy sẽ giảm, chất lượng sản phẩm sấy cao nhưng năng suất thiết bị không lớn Do đó mật độ vật liệu trên khay có một giá trị tối ưu Giá trị tối ưu này phụ thuộc vào từng loại vật liệu và thường được xác định bằng thực nghiệm

Về kết cấu, phần trên của thiết bị sấy buồng được bố trí dạng chóp, đỉnh chóp là lỗ thoát

ẩm, kích thước lỗ thoát ẩm cân xứng với thiết bị và có cơ cấu điều chỉnh lượng tác nhân thoát ra bằng van con bướm Thiết bị sấy buồng có kết cấu 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 cho các xí nghiệp vừa và nhỏ, lao động thủ công là chính

Chương 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ

3.2 Thuyết minh quá trình công nghệ:

3.2.1 Lựa chọn, phân loại:

Vải sấy

Vỏ, hạt

Vải sấy

- Yêu cầu của quá trình:

Quả phải giữ được hình dạng tự nhiên, vỏ quả không bị rách

+ Giảm số lượng vi sinh vật trên vỏ quả

+ Cảm quan: quả sạch hơn, ít tạp chất

- Phương pháp thực hiện: Dùng nước rửa sạch dư lượng thuốc trừ sâu, hóa chất được dùng trong kĩ thuật nông nghiệp, vi sinh vật theo bùn đất bám vào quả

- Yêu cầu của quá trình rửa:

+ Nguyên liệu sau khi rửa xong phải sạch và không bị dập nát, các chất dinh

- Thiết bị: Dùng máy ngâm rửa xối tưới

SO2 làm đông tụ chất nguyên sinh của tế bào, một phần dịch quả chảy ra ngoài nên các mô quả bị mềm đi

SO2 tác dụng liên kết với các hợp chất màu trong vải, làm vải bị mất màu

- Phương pháp thực hiện: Sunfit hóa bằng phương pháp khô ( xông khí SO2)

Sử dụng SO2 nén sẵn trong bình Quả vải được xông hơi trong kho kín Quá trình

xử lý hóa chất kết thúc khi nguyên liệu mất màu và mềm ra, hàm lượng SO2 trong quả khi đó đạt tới 0,06 -0,12% Trước khi lấy nguyên liệu ra khỏi buồng xông lưu huỳnh, tiến hành quạt gió trong buồng với thời gian 1,5 đến 2 giờ

+ Biến đổi vật lý: sự tạo thành gradient nhiệt độ ở mặt ngoài và mặt trong vật liệu

Biến đổi tính chất cơ lý: như sự biến dạng, hiện tượng co, hiện tương tăng độ giòn của

vỏ

+ Biến đổi hóa lý:

Khuếch tán ẩm: trong giai đoạn đầu của quá trình sấy, ẩm khuếch tán từ lớp ngoài vào trong vật liệu do giãn nở vì nhiệt Đây là sự dời ẩm gây nên do sự chênh lệch nhiệt độ các phần khác nhau của vật liệu sấy

Chuyển pha giữa lỏng sang hơi của ẩm

+ Biến đổi hóa học:

Tốc độ phản ứng hóa học tăng lên do nhiệt độ vật liệu tăng như phản ứng oxi hóa khử, phản ứng Maillard là phản ứng tạo màu không enzyme của protein và đường khử; phản ứng phân hủy protein làm giảm khả năng thích nghi với sự tách nước

+ Biến đổi hóa sinh:

Giai đoạn đầu: nhiệt độ nguyên liệu tăng dần và chậm tạo ra sự hoạt động mạnh mẽ của các hệ enzyme nhất là các enzyme oxi hóa khử, gây ảnh hưởng xấu đến sản phẩm

Giai đoạn sau: enzyme bị vô hoạt

+ Biến đổi sinh học: tiêu diệt vi sinh vật trên bề mặt nguyên liệu

+ Biến đổi cảm quan:

Màu sắc: màu đỏ tự nhiên bị mất đi do tác dụng của nhiệt độ Sản phẩm có màu thẫm, màu nâu do phản ứng caramen hóa, phản ứng tạo melanoidin và oxi hóa các

Ngoài 3 thông số cơ bản trên, độ dày của lớp sản phẩm sấy cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy Lớp sản phẩm càng mỏng thì quá trình sấy càng nhanh và đồng đều, nhưng nếu quá mỏng sẽ làm giảm năng suất của thiết bị sấy

- Thiết bị sấy: sử dụng thiết bị sấy buồng sấy

Chương IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BUỒNG

Điều kiện thiết kế: Vải chín có độ ẩm ban đầu ω1 = 80%, độ ẩm cuối ω2 = 25%

Tác nhân sấy là không khí

Thời gian sấy: 32 giờ

Chế độ sấy có 3 giai đoạn: GĐ I: Nhiệt độ tác nhân sấy: t1 = 100oC

Độ ẩm của vải quả: ω11 = 80%, ω12

Thời gian sấy: τ = 2h

GĐ II: Nhiệt độ tác nhân sấy: t2 = 90oC

Độ ẩm của vải quả: ω21, ω22

Thời gian sấy: τ = 6h

GĐ III: Nhiệt độ tác nhân sấy: t3 = 70oC

Độ ẩm vải quả: ω31, ω32 = 25%

Thời gian sấy: τ = 24h

Tốc độ sấy của cả 3 giai đoạn là v = 2 ÷ 3 m/s Trạng thái không khí bên ngoài to = 20oC,

Chia ẩm bốc hơi theo các giai đoạn như sau: W1 = 375 kg, W2 = 300 kg, W3 = 150 kg

Lƣợng vật liệu ra khỏi giai đoạn I là: G12 = G1 – W1 = 1125 – 375 = 750 kg

Các đại lƣợng trên đƣợc tính trung bình cho 1 giờ của giai đoạn I là:

Độ ẩm vật liệu ra khỏi giai đoạn II là:

ω22 = G21 × ω21 - W2 × 100

G21 - W2 =

750 × 70 - 300 × 100

750 - 300 = 50%

Lƣợng vật liệu ra khỏi giai đoạn II là: G22 = G21 – W2 = 750 – 300 = 450 kg

Các đại lƣợng trên tính trung bình cho 1 giờ của giai đoạn II là:

Độ ẩm vật liệu ra khỏi giai đoạn III là:

ω32 = G31 × ω31 - W3 × 100

G31 - W3 =

450 × 50 - 150 × 100

450 - 150 = 25%

Lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn III chính là sản phẩm, tức là:

Trạng thái không khí bên ngoài: to = 20oC, φo = 80% Từ đó ta xác định được:

Phân áp suất bão hòa hơi nước Pb bằng:

Pb = exp( 12 - 4026.42

235.5 + to ) = exp( 12 -

4026.42235.5 + 20 ) = 0.0233 bar Lượng chứa ẩm do:

do = 0.621 × φo × Pb

B - φo × Pb = 0.621 ×

0.80 × 0.0233745

5 = 1.159 kg/m3

 Trạng thái không khí vào buồng sấy: Ta có: t1 = 100oC

Phân áp suất bão hòa hơi nước Pb11:

Pb11 = exp( 12 - 4026.42

235.5 + t1 ) = exp( 12 -

4026.42235.5 + 100 ) = 0.9987 bar Lượng chứa ẩm d11 = do= 0.01188 kg ẩm/kgkk

Entanpy:

I11= 1.004t1 + d1(2500 + 1.842t1) = 1.004 × 100 + 0.01188( 2500 + 1.842 × 100) = 132.288 kJ/kgkk

Độ ẩm tương đối: φ11= Bd11

Pb1(0.621 + d11) =

745

750 × 0.011880.9987( 0.621 + 0.01188) = 0.0187 = 1.87%

Khối lượng riêng của không khí trong giai đoạn I:

ρk11= B - φ11Pb1

287( 273 + t11) =

745

750 - 0.0187 × 0.0233287( 273 + 100) × 10

5 = 0.93 kg/m3

 Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy

Giai đoạn này là giai đoạn tốc độ sấy không đổi, nhiệt độ vật liệu không đổi Nhiệt độ

và độ ẩm không khí vào buồng là t11= 100oC, φ11= 1.87% Chọn nhiệt độ khi ra khỏi buồng sấy t12= 40oC

Pb12= exp( 12 - 4026.42

235.5 + t12 ) = exp( 12 -

4026.42235.5 + 40 ) = 0.0732 bar

ρk12= B - φ12Pb12

287(273 + t12) =

745

750 - 0.739 × 0.0732287( 273 + 40) = 1.046 kg/m

3

Tiêu hao không khí lý thuyết: l1 = 1

d12 - d11 =

10.03579 - 0.01188 = 41.823 kgkk/kg ẩm

L1 = l1 × W1 = 41.823 × 375 = 15683.8 kg = 7841.91 kg/h

Lưu lượng tác nhân sấy giai đoạn I là:

V1 = ρLk11 =

7841.910.93 =8432.16 m

3/h

Vtb1 = L1

0.5(ρk1 + ρk2) =

7841.910.5(0.93 + 1.046) = 7936.16 m

3/h

Tiêu hao nhiệt lý thuyết:

qo1 = l1( I1 – Io) = 41.823( 132.288 – 50.218) = 3432.414 kJ/kg ẩm

Qo1 = qo1W1= 3432.414 × 375 = 1287155.104 kJ

Qo1 = Qτo11 =

1287155.104

2 = 643577.552 kJ/h = 178.772 kW Cân bằng nhiệt lý thuyết của giai đoạn I:

Nhiệt đƣa vào: Qv = Qo1 + Qo

Qo là nhiệt do không khí đƣa vào:

Hiệu suất nhiệt của buồng sấy: ɳs = Q1

Qo =

929077.5787610.072 = 1.18 = 118%

4.2.2 Giai đoạn II:

Giai đoạn này nhiệt độ tác nhân sấy vào nhỏ hơn Trong giai đoạn 2 nhiệt độ tác nhân sấy vào buồng sấy là t21 = 90oC

Pb21 = exp( 12 - 4026.42

235.5 + t21 ) = exp( 12 -

4026.42235.5 + 90 ) = 0.6908 bar

Để tiện lợi cho việc điều chỉnh quạt gió, ta thiết kế sao cho lưu lượng khối lượng không khí ở cả 3 giai đoạn như nhau, tức là L1 = L2 = L3 hay W1l1= W2l2 = W3l3

Lượng chứa ẩm: d21 = 0.621 φ21Pb21

B - φ21Pb21 = 0.621 ×

0.03 × 0.6908745

5 = 0.933 kg/m3