Thiết kế chế tạo máy sấy thăng hoa nghiên cứu khoa học sinh viên năm học 2021 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐƠNG Á (bìa 1, in giấy màu) NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2021-2022 Tên đề tài: Thiết Kế Chế Tạo Máy Sấy Thăng Hoa Giảng viên hướng dẫn Nhóm sinh viên thực : : Sinh viên Lớp Khoa : : Phạm Thế Văn Nguyễn Công Viên Nguyễn Mậu Việt Hà Văn Hải DCKTN 11.10 Nhiệt- Điện Lạnh Bắc Ninh, Tháng năm 2022 BẮC NINH - 20 … BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ ĐƠNG Á (trang phụ bìa số 2, bìa trắng) NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2021-2022 Tên đề tài: Thiết Kế Chế Tạo Máy Sấy Thăng Hoa Giảng viên hướng dẫn Nhóm sinh viên thực Sinh viên Lớp Khoa Phạm Thế Văn Nguyễn Công Viên Nguyễn Mậu Việt Hà Văn Hải : DCKTN 11.10 : Nhiệt- Điện Lạnh : : Ngày sinh:03/08/2002 Ngày sinh:22/09/2002 Ngày sinh: 12/08/2001 Bắc Ninh, Tháng năm 2022 Mã SV:20200990 Mã SV:20200392 Mã SV:20200108 Mục lục MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Mục tiêu 3 Đối tượng giới hạn nghiên cứu Nội dung đồ án 5 Ý nghĩa khoa học Ý nghĩa thực tiễn Bố cục 1.1 Sấy thăng hoa CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1.1 Lịch sử phát triển ngành sấy thăng hoa 1.1.2 Cơ sở khoa học sấy thăng hoa 1.2 Tình hình nghiên cứu phát triển nước sấy thăng hoa 12 1.3 Tình hình nghiên cứu phát triển sấy thăng hoa nước 13 1.4 Nguyên liệu 14 1.5 Công nghệ sấy thăng hoa 15 1.6 Thiết bị hệ thống lạnh sấy thăng hoa 17 1.6.1 Buồng thăng hoa 17 1.6.2 Thiết bị ngưng tụ - đóng băng 19 1.6.3 Bơm chân không 19 1.6.4 Hệ thống điều khiển tự động đo lường 20 Tín hiệu vào 20 Tín hiệu 20 1.7 Ứng dụng 23 1.7.1.1 Trong bảo quản loại thủy hải sản 23 1.7.1.2 Trong bảo quản sản phẩm rau 23 1.8 Kết luận 25 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TỐN 26 2.1 Phương pháp tiếp cận 26 2.2 Đối tượng nghiên cứu tính tốn 28 2.3 Sơ đồ nghiên cứu tính tốn 29 2.4 Phương pháp tính tốn thiết kế 30 2.4.1 Các bước tính tốn, thiết kế hệ thống lạnh 30 2.4.2 Tính tốn, thiết kế thiết bị ngưng tụ - đóng băng 30 2.5 Phương pháp chế tạo 30 Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 31 3.1 Những thống số ban đầu cần thiết cho tính tốn 31 3.2 Tính tốn sơ lược hệ thống lạnh sấy thăng hoa 31 3.2.1.1 Thể tích chứa sản phẩm 31 3.2.1.2 Thể tích kích thước buồng sấy thăng hoa 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 LỜI NÓI ĐẦU K ỹ thuật sấy thăng hoa ngày nghiên cứu ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Ở nước ta kỹ thuật nghiên cứu phát triển mạnh mẽ Nó xu hướng cho kỹ thuật bảo vệ loại thực phẩm giữ hàm lượng chất thực phẩm cao so với phương pháp đông lạnh phương pháp sấy truyền thống Ngồi cơng nghệ cịn ứng dụng lĩnh vực khác: công nghệ dược phẩm giúp giữ gìn bảo quản hoạt chất sinh học bên trong; công nghệ sinh học để bảo quản tế bào, bảo quản gen chế phẩm sinh học Nhưng việc ứng dụng công nghệ vào sản xuất đồng loạt cịn non trẻ Dù có nhiều dịng hệ thống sấy thăng hoa nghiên cứu hoàn thiện mà TS Nguyễn Tấn Dũng cộng cho mắt thị trường Việc sản xuất cịn mang tính chất quy mơ nhỏ cần có quan tâm đầu tư cho hệ thống điều cần thiết Và việc nghiên cứu phát triển hệ thống toàn diện giá thành cho phù hợp chắn mang lại lợi ích to lớn tương lai Đồ án “Tính tốn, thiết kế hệ thống lạnh sấy thăng hoa sản phẩm sầu riêng với suất 1000kg/mẻ” nêu vấn đề cho trình thiết kế tính tốn hệ thống lạnh cho máy sấy thăng hoa Tuy nhiên kiến thức của hệ thống rộng phức tạp nên việc làm đồ án tránh sai sót nên mong bạn đọc tham khảo rút kinh nghiệm cho Qua xin cảm ơn thầy Nguyễn Tấn Dũng (Khoa CNHH-TP) hướng dẫn chúng em tận tình suốt trình làm đồ án DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1 Đồ thị giản đồ P – t nước 11 Hình 1.2 Quy trình công nghệ sấy thăng hoa 12 Hình 1.3 Biểu diễn trình sấy thăng hoa 13 Hình 1.4 Quan hệ áp suất nhiệt độ thăng hoa nước đá 13 Hình 1.5 Đồ thị làm việc buồng sấy thăng hoa 14 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thăng hoa DS – 15 Hình 1.7 Một số hệ thống lạnh sấy thăng hoa – DS thiết kế UTE 15 Hình 1.8 Một số sản phẩm sấy thăng hoa Việt Nam 16 Hình 1.9 Quả mít 17 Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa 26 Hình 1.11 Cấu tạo buồng thăng hoa 28 Hình 1.12 Một số buồng thăng hoa thực tế 28 Hình 1.13 Thiết bị ngưng tụ - đóng băng 29 Hình 1.14a Máy bơm hút chân khơng Leybold 30 Hình 1.14b Bơm hút chân khơng vịng dầu Busch 30 Hình 1.15 Mơ tả sơ đồ khối hệ thống tự điều khiển 30 Hình 1.16 Sơ đồ mơ tả tín hiệu vào, 30 Hình 1.17 Sơ đồ khối hệ thống tự động điều khiển thông minh 31 Hình 2.1 Sơ đồ nghiên cứu tính tốn 38 DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Áp suất nhiệt độ thăng hoa nước đá 13 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Từ xưa người biết vận dụng kỹ thuật sấy vào việc bảo quản loại nông sản thực phẩm cách sử dụng nguồn nhiệt mặt trời hay loại nhiệt khác để loại nước loại thực phẩm Đó phương pháp sấy cổ điển với nguồn nhiệt tự nhiên Tuy nhiên với phương pháp sấy người khơng thể kiểm soát hàm lượng nước sản phẩm thời gian sấy nên dùng phải dùng nguồn nhiệt nhân tạo hệ thống sấy điều khiển máy móc Và sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực sống nhiên việc sấy nguồn nhiệt cao làm cho số chất dinh dưỡng hoạt chất sinh học loại thực phẩm bị giảm xuống Để khắc phục điều việc sấy nguồn nhiệt thông thường người ta nghĩ kỹ thuật sấy thăng hoa nhiệt độ thấp giúp nâng cao chất lượng giữ hết chất dinh dưỡng Kỹ thuật sấy thăng hoa ứng dụng nhiều lĩnh vực: - Công nghiệp chế biến bảo vệ thực phẩm - Công nghệ sinh học: thu giữ bảo vệ loại gen - Công nghiệp sản xuất chế phẩm sinh học - Trong y học: sản xuất bảo vệ thuốc - Trong công nghiệp sản xuất sữa Với công đổi nước ta việc phát triển ngành sấy truyền thống việc nghiên cứu cho cơng nghệ sấy thăng hoa mang lại nhiều lợi ích cho nước nhà Như biết, Việt Nam có đường bờ biển dài khí hậu nóng ẩm nên có nhiều loại dược liệu q lồi thủy sản có giá trị Việc bảo quản loại sản phẩm mà không nguồn dinh dưỡng hoạt chất sinh học nguồn xuất lớn mang lại nguồn ngoại tệ đáng kể Cũng việc xuất công nghệ mang lại giá trị kinh tế lớn cho Việt Nam Mục tiêu Đồ án cung cấp kiến thức cho quy trình nghiên cứu bước tính tốn thiết kế cho hệ thống lạnh sấy thăng hoa Đối tượng giới hạn nghiên cứu Đồ án nghiên cứu vấn đề sau đây: - Tổng quan nguyên liệu sầu riêng công nghệ sấy thăng hoa sầu riêng - Tính tốn thiết kế hệ thống lạnh sấy thăng hoa với suất 1000kg/mẻ - Quy hoạch mặt xây dựng nhà xưởng lắp đặt hệ thống lạnh sấy thăng hoa sầu riêng suất 1000kg/mẻ Nội dung đồ án Đồ án xoay quanh vấn đề liên quan đến hệ thống sấy thăng hoa gồm nội dụng sau: - Mục đích, yêu cầu xây dựng hệ thống sấy thăng hoa - Khái qt mơ hình hệ thống sấy thăng hoa - Các thông số kỹ thuật trình sấy thăng hoa - Cơng suất hệ thống (tính kg/mẻ), trữ sấy (sức chứa sản phẩm sấy), làm lạnh đông bảo quản lạnh đơng - Các đặc điểm tính chất quy trình cơng nghệ, tính chất sản phẩm u cầu phục vụ cho quy trình cơng nghệ - Nguồn nguyên liệu tính chất nguyên liệu Ý nghĩa khoa học - Tạo thông số, liệu cần thiết ban đầu cho hệ thống thiết bị - Các bước tính tốn nhằm khắc phục sai sót, tổn thất vật chất lượng hệ thống trước tiến hành chế tạo - Đưa nhìn chung bao quát hệ thống lạnh sấy thăng hoa với ưu nhược điểm để có hướng phát triển - Tạo sở cho nghiên cứu hệ thống sau Ý nghĩa thực tiễn Nguồn nguyên liệu vô phong phú đa dạng mang tính chất thời vụ thời gian bảo quản thường khơng lâu Có nhiều loại thực phẩm cần sấy nhiệt độ thấp để giúp bảo quản lâu không đánh thành phần dinh dưỡng sản phẩm nhiều cung cấp nguyên liệu cho nhà máy xưởng sản xuất cần có hệ thống sấy thăng hoa Hệ thống sấy thăng hoa sử dụng để bảo quản loại vật liệu vô rộng rãi Trong công nghệ thực phẩm: - Bảo quản loại trái sầu riêng, nho, lệ chi… - Bảo quản loại thủy sản tôm sú, mực… - Loại rau củ khoai lang, cà rốt… - Loại thực phẩm có lợi cho sức khỏe sữa, loại bột màu tự nhiên… Trong dược liệu: - Sản xuất loại dược liệu: nấm linh chi, đông trùng hạ thảo… - Sản xuất bảo quản loại thuốc Bố cục Đồ án gồm có chương lớn là: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Phương pháp nghiên cứu, tính tốn thiết kế Chương 3: Tính tốn, thiết kế hệ thống thảo luận Ngồi cịn có phần Mở đầu, Mục lục Phụ lục CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Sấy thăng hoa 1.1.1 Lịch sử phát triển ngành sấy thăng hoa Thăng hoa, trình chuyển pha từ pha rắn sang pha không thông qua pha lỏng, phát từ sớm số người Tây Tạng (Trung Quốc), họ leo lên núi cao có băng tuyết phủ đầy quanh năm thấy tượng tảng băng bốc thành khói trắng Tuy nhiên, người Tây Tạng chưa thể hình thành nên lý thuyết thăng hoa từ thể rắn sang thể khí Đến năm 1761 – 1764 giáo sư Black, lần thí nghiệm nhiệt – lạnh, tìm lý thuyết nhiệt ẩn hóa chất lỏng rắn, nhiệt ẩn nóng chảy chất rắn Tiếp theo phát quan trọng vào năm 1780 hai nhà khoa học Clouet Monge lần hóa lỏng SO2 Năm 1810 nhà khoa học Leslie (Pháp) thiết kế, chế tạo thành công máy nén hấp thụ với cặp môi chất lạnh H2O/H2SO4 Đến kỷ 19, máy phát triển cách rầm rộ nhờ kỹ sư tài ba Carré (Pháp) với hàng loạt phát minh máy lạnh hấp thụ chu kỳ liên tục với cặp môi chất lạnh khác Năm 1834, J.Perkins (Anh) thiết kế, chế tạo thành công hệ thống máy lạnh nén với đầy đủ chi tiết hệ thống lạnh đại có máy nén, có thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay van tiết lưu Năm 1910 nhà khoa học Leiblanc người chế tạo thành công máy lạnh Ejector nước Đây kiện có ý nghĩa trọng đại ngành kỹ thuật lạnh Năm 1930, số nhà khoa học Mỹ phát tính chất nhiệt động loại môi chất lạnh hữu Freon tốt Và lịch sử ngành công nghệ nhiệt – lạnh bước sang trang Năm 1950 – 1960, nhà khoa học Mỹ chế tạo thành cơng hệ thống máy sấy thăng hoa hồn chỉnh; sau Nga, Pháp, Anh, Đức… chế tạo thành công hệ thống sấy thăng hoa với nhiều dạng khác Năm 1970, nhà khí chế tạo Đức thiết kế, chế tạo thành công hệ thống máy sấy thăng hoa công nghiệp đại bậc giới với hệ điều khiển thông minh trưng bày Hội chợ triển lãm thương mại quốc tế Paris (Pháp) • Phần cứng Tập hợp phần tử thiết bị điều khiển, đối tượng điều khiển, phận lấy tín hiệu điều khiển, kênh liên hệ thuận kênh liên hệ ngược • Phần mềm Đây chương trình logic tốn học lập trình theo yêu cầu cho trước Khi chương trình phần mềm vận hành điều khiển phần cứng hoạt động Đối với hệ thống tự động điều khiển có tiếp điểm, phần mềm nguyên lý hoạt động mạch điện thể vẽ mạch điện Đối với hệ thống tự động điều khiển không tiếp điểm, phần mềm chương trình viết ngơn ngữ lập trình: Assembler, Pascal, C++, Visual basis… Cơ cấu điều khiển fng y Bộ biến đổi D/A (Giải mã) Đối tượng điều khiển Hiển thị Bộ biến đổi A/D (Mã hóa) Cảm biến lấy tín hiệu Vi xử lý C.P.U (Control Processing Unit) Cài đặt thơng số chuẩn Hình 1.17 Sơ đồ khối hệ thống tự động điều khiển thơng minh • Vi xử lý hiểu tín hiệu đưa tín hiệu dạng số, mà tín hiệu đưa ln phải mã hóa • Khi thiết kế hệ thống đo lường điều khiển phải nắm rõ thuật tốn điều khiển hệ thống máy móc thiết bị, dây chuyền quy trình cơng nghệ • Cảm biến phận giải mã tín hiệu A/D phải có độ xác cao 22 Hệ thống đo lường tự động hóa phải đảm bảo thơng số công nghệ: nhiệt độ môi trường sấy, áp suất môi trường sấy, thời gian sấy, bề dày sản phẩm sấy, độ ẩm sản phẩm, chi phí lượng chất lượng sản phẩm sau sấy 1.7 Ứng dụng 1.7.1 Ứng dụng kỹ thuật sấy thăng hoa nông nghiệp 1.7.1.1 Trong bảo quản loại thủy hải sản Hiện việc ứng dụng công nghệ sấy thăng hoa vào sản xuất mặt hàng nông sản ngày phổ biến Một số sản phẩm thủy sản bảo quản công nghệ sấy thăng hoa loại tơm, loại mực loại thủy sản có giá trị cao hải sâm, bào ngư đưa vào Công nghệ sấy thăng hoa giúp giải phần cho cơng nghệ làm cho giá thành sản phẩm giảm bảo quản phương pháp độc cho mơi trường mà giữ gần nguyên vẹn giá trị dinh dưỡng 1.7.1.2 Trong bảo quản sản phẩm rau Như biết nước ta nước có diện tích sản xuất nơng nghiệp tương đối lớn Đặc biệt sản xuất loại trái rau củ phụ thuộc nhiều vào tính thời vụ Và việc bảo quản loại trái điều cần thiết Do trái chứa nhiều nước có nhiều loại vitamin khống chất thành phần dễ bị vi sinh vật cơng làm cho khơng cịn giữ ngun giá trị ban đầu Từ nhiều thập niên qua người sử dụng hệ thống lạnh tủ lạnh, xưởng lại để bảo quản loại trái Ngày công nghệ sấy thăng hoa ứng dụng việc bảo quản loại trái Những loại sản phẩm công nghệ cho thị trường như: sầu riêng sấy, bột gấc sấy, cà rốt sấy, mít sấy, chuối sấy thăng hoa Ngồi ứng dụng làm mứt sản xuất loại bột màu từ thiên nhiên 1.7.2 Ứng dụng kỹ thuật sấy thăng hoa y tế 1.7.2.1 Trong bảo quản thuốc vật phẩm y tế - Các loại vacxin: Do giữ tính chất tươi sống, hoạt tính sinh học, đặc hiệu nên kỹ thuật sấy thăng hoa sử dụng để sản xuất loại vắc xin đông khô cho người gia súc Hiện nước ta người ta sử dụng phổ biến kỹ thuật Viện vệ sinh dịch tế Hà Nội, Viện Pasteur thành phố Hồ Chí Minh, Viện sản xuất sinh vật phẩm Đà Lạt – Nha Trang… 23 - Huyết tương: Huyết tương sấy thăng hoa sản phẩm sản xuất từ máu tươi, vật phẩm quý báu, dùng để điều trị cấp cứu Trong trình sản xuất huyết tương khơ người ta làm lạnh sấy thăng hoa để đạt huyết tương có độ ẩm 1% 1.7.2.2 Trong bảo quản loại thuốc thực phẩm chức - Sữa loại thực phẩm chức tốt cho sức khỏe với việc ứng dụng công nghệ sấy thăng hoa vào sản xuất cho thành tựu Sản xuất sữa ong chúa loại sữa có giá trị dinh dưỡng cao cung cấp cho người nhiều loại vitamin, khống chất, hoạt chất sinh học chống lão hóa ung thư - Từ xưa người bảo quản loại thuốc loại dược liệu cách phơi khơ Nhưng cách phụ thuộc nhiều vào thời tiết sản phẩm lại dễ bị nấm mốc Nên để bảo quản lâu người ta cho vào loại thuốc lưu huỳnh hợp chất chất lại ảnh hưởng đến sức khỏe người Để khắc phục điều người ứng dụng công nghệ sấy thăng hoa vào bảo quản loại dược phẩm quí Và việc làm khô điều kiện nhiệt độ thấp không làm dược tính vốn có loại thuốc Một số sản phẩm đáng ý nấm linh chi, đông trùng hạ thảo, hà thủ ô… 1.7.3 Ứng dụng nơng nghiệp sản xuất hóa chất Những ứng dụng quan trọng lĩnh vực hóa chất hóa lỏng khí bao gồm hóa lỏng chất khí sản phẩm cơng nghiệp hóa học clo, ammoniac, cacbonic, sunfuro, clohydric, loại khí đốt, loại khí sinh học… Hóa lỏng tách khí tử thành phần khơng khí ngành cơng nghiệp có ý nghĩa lớn ngành luyện kim, chế tạo máy ngành kinh tế khác kể y học sinh học Oxy nito sử dụng lĩnh vực khác hàn, cắt kim loại, sản xuất phân đạm, làm chất tải lạnh… Các khí trơ heli, argon… sử dụng nghiên cứu vật lý, công nghiệp hóa chất sản xuất bóng đèn Cao su loại dẻo hạ nhiệt độ xuống đủ thấp chúng trở nên giòn cứng thủy tinh Nhờ đặc tính này, người ta chế tạo bột cao su mịn Khi hòa trộn với bột sắt để tạo cao su từ tính hịa trộn với phụ gia để đạt đồng cao 24 Trong việc sản xuất loại tinh dầu hợp chất tan nhiệt độ nóng chảy lại thấp so với nước nên khơng thể loại nước phương pháp hóa học thông thường mà phải sử dụng công nghệ sấy thăng hoa để loại bỏ nước 1.7.4 Một số ứng dụng khác - Ngồi ứng dụng sấy thăng hoa sử dụng để bảo quản chế phẩm sinh học Các loại chế phẩm sinh học thường nhạy cảm với nhiệt độ bị biến tính q trình nhiệt độ - Được ứng dụng công nghệ tế bào gốc để bảo quản loại gen loại sinh vật quí - Được ứng dụng nghệ xăng dầu để loại thành phần nước có sản phẩm xăng dầu thông qua giai đoạn chế biến 1.8 Kết luận Với nội dung nêu từ mục trên, đồ án thiết kế hệ thống lạnh sấy thăng hoa sầu riêng cho ta thấy nhìn tổng quan cấu tạo chung thiết bị sở để tạo phương pháp sấy thăng hoa Ngoài cho ta thấy thành tựu công nghệ kể nước quốc tế Tiềm phát triển công nghệ lợi ích to lớn mà thiết bị mang lại cho sống Là thiết bị hứa hẹn mang lại cho người nguồn thực phẩm chất lượng, xanh đáp ứng đủ nhu cầu cho người tiêu dùng ngồi nước Mang lại nhìn phát triển kỹ thuật máy móc tiên tiến nước nhà Nhưng cho thấy phức tạp kỹ thuật để vận hành nghiên cứu tương đối khó khăn khối lượng kiến thức cho cơng nghệ lớn Tóm lại chương cho ta nhìn tổng quan cơng nghệ sấy thăng hóa 25 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TỐN 2.1 Phương pháp tiếp cận - Phương pháp tiếp cận từ thực tiễn: Thông qua việc tìm hiểu nguồn tài liệu từ thực tiễn quan sát thiết bị sấy thăng hoa chế tạo thông tin thiết bị từ giáo viên hướng dẫn Và khảo sát nhu cầu thị trường công nghệ sấy thăng hoa việc bảo quản loại thực phẩm thời đại khoa học công nghệ ngày cao đòi hỏi chất lượng sản phẩm ngày khắc khe Trong trường hợp sản phẩm nơng nghiệp nói chung sản phẩm sầu riêng nói riêng sau thu hoạch chúng cần bảo quản để giữ giá trị dinh dưỡng vốn có khơng bị vi sinh vật làm biến chất Trong trường hợp này, việc bảo quản nhiệt độ thấp tốt, vi khuẩn bị chết tuyệt vời phương pháp hay Nhưng cần thời gian lưu trữ kéo dài làm tốn nhiều lượng sinh nhiều chất có hại cho mơi trường Một biện pháp khác loại lượng nước loại nơng sản phương sấy nước thành phần quan trọng sống làm cho vi sinh vật chết ức chế Phương pháp giải vấn đề lượng giảm nguồn chất gây nhiễm mơi trường Nhưng gặp phải vấn đề lớn thành phần dinh dưỡng loại trái chất hữu tương đối mẫn cảm với nhiệt độ làm cho chúng bị biến tính giá trị dinh dưỡng vốn có Với vấn đề việc tìm cơng nghệ sấy thăng hoa vấn đề quan trọng giải yếu tố thỏa mãn nhu cầu người đảm bảo vấn đề cho môi trường - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Là phương pháp thông qua nguồn tài liệu mà giáo viên hướng dẫn cung cấp thu thập thông tin thông qua đọc sách báo Nhằm mục đích tìm chọn khái niệm sở để hình thành bước sơ cấp thuận tiện cho việc tính tốn thiết kế sau này, hình thành tư lơ-gic khoa học, đưa thuộc tính hệ thống lạnh sấy thăng hoa, xây dựng mơ hình lý thuyết hay thực nghiệm ban đầu hệ thống - Phương pháp phân tích, phát triển bổ sung lý thuyết: Đó phương thức mà tiếp nhận thông tin từ nguồn tài liệu phân tích đưa nhận định ý kiến suy nghĩ bàn luận vấn đề lý thuyết thực tiễn Mong muốn đến từ phía người tiêu dùng phương thức phân tích lý thuyết thành 26 mặt, phận, mối quan hệ theo lịch sử thời gian để nhận thức, phát khai thác khía cạnh khác lý thuyết từ chọn lọc thông tin cần thiết phục vụ cho đề tài nghiên cứu Phân tích lý thuyết bao gồm nội dung sau: + Phân tích nguồn tài liệu (tạp chí báo cáo khoa học, tác phẩm khoa học, tài liệu lưu trữ thông tin đại chúng, trang website) Mỗi nguồn có giá trị riêng biệt nên cần phải thông qua nguồn tài liệu khác mà đối chiếu để đưa nhận định kiến thức cung cấp xác + Phân tích sách tác giả cuống sách bao gồm nước lẫn ngồi nước Những vấn chuyên gia lĩnh vực cho nhìn riêng biệt họ đối tượng mà tìm hiểu - Phương pháp tổng hợp lý thuyết: phương pháp liên kết mặt, phận, mối quan hệ thông tin từ lý thuyết thu thập thành chỉnh thể để tạo hệ thống lý thuyết đầy đủ sâu sắc chủ đề đồ án nghiên cứu Tổng hợp lý thuyết bao gồm nội dung sau: + Bổ sung tài liệu, sau phân tích phát thiếu sai lệch + Lựa chọn tài liệu chọn thứ cần, đủ để xây dựng đồ án - Phương pháp mơ hình hóa: Phương pháp mơ hình hóa phương pháp khoa học việc xây dựng mô hình hệ thống máy, cho việc nghiên cứu mơ hình cho ta thơng tin (về thuộc tính, cấu trúc, chức năng, chế vận hành ) Cơ sở logic phương pháp mơ hình hóa phép loại suy Phương pháp mơ hình hóa cho phép tiến hành nghiên cứu mơ hình vật chất hay ý niệm (tư duy) người nghiên cứu tạo (lớn hơn, nhỏ đối tượng thực) để thay việc nghiên cứu đối tượng thực Điều thường xảy người nghiên cứu khó nghiên cứu đối tượng thực điều kiện thực tế Phương pháp mơ hình hóa xem xét đối tượng nghiên cứu hệ thống (tổng thể), song tách từ hệ thống (đối tượng) mối quan hệ, liên hệ có tính quy luật có thực tế nghiên cứu, phản ánh mối quan hệ, liên hệ yếu tố cấu thành hệ thống - trừu tượng hóa hệ thống thực 27 2.2 Đối tượng nghiên cứu tính tốn Xoay quanh việc nghiên cứu thành phần mít từ tính chất nhiệt vật lý thành phần hóa học mít Từ rút thông số công nghệ phù hợp để đạt giá trị dinh dưỡng cao giúp cho sản phẩm sấy dù qua xử lý có giá trị ban đầu Thơng qua thơng số kỹ thuật ứng dụng cho việc tính tốn thiết kế hệ thống thăng hoa Cho vẽ mô buồng sấy hệ thống sấy thăng hoa kiểm tra tính chất bền bền nhiệt cho thiết bị Tính tốn tối ưu hóa yếu tố lượng từ nâng cao giá trị sản phẩm phù hợp với tính kinh tế Nâng cao sống cho người sản xuất vệ môi trường sống bị hủy hoại nhiều phát triển sống 28 2.3 Sơ đồ nghiên cứu tính tốn Cơng nghệ sấy thăng hoa mít Nghiên cứu đối tượng Xác định thơng số đầu vào/ Hiệu chỉnh Sai Thẩm định Đúng Tính tốn quy trình hệ thống thiết bị Hiệu chỉnh Sai Đúng Kiểm tra Thẩm định Xuất vẽ Không đạt yêu cầu Thẩm định Đánh giá Hình 2.1 Sơ đồ nghiên cứu tính tốn 29 2.4 Phương pháp tính tốn thiết kế 2.4.1 Các bước tính tốn, thiết kế hệ thống lạnh - Xác định thông số kỹ thuật buồng lạnh đông - Xác định nhiệt tải q trình lạnh đơng sản phẩm trước sấy - Xác định chu trình nhiệt động cho hệ thống lạnh - Xác định suất lạnh riêng q0 (kJ/kg) chu trình lưu lượng khối lượng mtt (kg/s), lưu lượng thể tích Vtt mơi trương lạnh - Xác định hệ số cấp (năng suất hút) máy nén λmn chọn máy nén - Xác định công nén đoạn nhiệt máy nén Ns, công suất nén thị máy nén Ni (kW), công suất ma sát Nms (kW); cơng suất hữu ích máy nén Ne (kW); công suất tiếp điện đông Nel (kW) - Xác định công suất động cho máy nén Nđc (kW) chọn động - Xác định thơng số tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt thiết bị phụ 2.4.2 Tính tốn, thiết kế thiết bị ngưng tụ - đóng băng - Xác định nhiệt tỏa thiết bị hóa đá - Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt thiết bị hóa đá - Xác định thời gian xả đá thời gian đuổi khí buồng thăng hoa 2.5 Phương pháp chế tạo Dựa vào tính tốn cho thơng số kích thước thông số nhiệt vật lý Từ thơng số chiều dài, đường kính, số lượng khây buồng sấy môi trường mà buồng sấy cho ta biết cách chọn vật liệu để làm buồng sấy Cũng phương pháp chế tạo phương pháp hàn, đúc, gia cơng cắt gọt chọn hình dáng thiết bị đáy nắp thiết bị hình dạng kích thước Cũng cho cách chọn lựa van tiết lưu phù hệ thống dàn lạnh loại máy nén phù hợp cho trình thăng hoa Từ việc cho vẽ chi tiết ta phối hợp với kỹ sư khí cho sản phẩm hồn thiện 30 Chương 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Những thống số ban đầu cần thiết cho tính tốn Độ ẩm nguyên liệu ban đầu: sản phẩm chưa nghiên cứu thực nghiệm, nên chọn độ ẩm ban đầu nguyên liệu W1 = 65% Độ ẩm cuối cùng: W2 = 5% Năng suất lạnh đông sản phẩm 10 kg sản phẩm/mẻ Chọn hệ thống sử dụng mơi chất lạnh R134 Nhiệt độ mơi trường nóng năm là: tft = 35℃ Nhiệt độ kết tinh nước sầu riêng tkt = -1,06 ℃ Cân vật chất G1 =G2 +W G1(100-W1)=G2(100-W2)  W = G2 W1 − W2 65 − = 10 = 17,14kg 100 − W1 100 − 65  G1 = G2 + W = 10 + 17,14 = 27,14kg 3.2 Tính tốn sơ lược hệ thống lạnh sấy thăng hoa 3.2.1 Xác định kích thước thể tích buồng thăng hoa 3.2.1.1 Thể tích chứa sản phẩm + Năng suất sấy thăng hoa Gsp = 10kg/mẻ + Thời gian cấp đông theo yêu cầu t =2h/mẻ = 3600.2 = 7200 s/mẻ + Nhiệt độ buồng lạnh đơng tf2 = 30℃ + Nhiệt độ trung bình sản phẩm sau lạnh đông để nước sản phẩm đóng băng hịan tồn TFopt = -18,33℃ + Bề dày sản phẩm khay 30 mm Thể tích chứa sản phẩm tính tốn theo cơng thức sau: Vsp = G1  = 27,19 = 0,026m3 1043,25 Trong đó: Gsp – khối lượng sản phẩm sầu riêng chứa tối đa buồng lạnh đông (kg); Vsp – thể tích sản phẩm chứa tối đa buồng lạnh đông (m3); ρ – khối lượng riêng sản phẩm buồng lạnh đơng 3.2.1.2 Thể tích kích thước buồng sấy thăng hoa Chiều dài khay ak = 40cm = 0,4 m - Chiều rộng khay bk = 30cm = 0,3 m - Chiều cao khay hk = 30mm = 0,03 m - Bề dày lớp mít khay δ1 = 22 mm = 0,022 m + Thể tích khay là: Vk = ak.bk.hk = 0,4.0,3.0,03 = 3,6 10−3 m3 + Thể tích mít khay là: Vsr = ak.bk.δ1 = 0,4.0,3.0,022 = 2,64 10−3 m3 => Số khay thủy tinh đặt buồng lạnh đông hay buồng sấy thăng hoa là: Nsk = Vsp =1 Vsr 31 Thể tích khơng gian số Nsk chiếm chỗ buồng lạnh đông hay buồng thăng hoa là: Vnsk = Vk N sk = 1.0,036 = 0,036m Buồng sấy thăng hoa hay buồng lạnh đông sản phẩm thiết kế dạng hình trụ có đường kính D1 (m), đường kính ngồi D2 (m), chiều dài L1 (m) + Chiều dài thân hình trụ là: L1 = 0,50 m; + Hai nắp buồng sấy hình trụ hai chỏm cầu có chiều cao là: hc = 0,30 m; + Vậy chiều dài hình trụ buồng sấy thăng hoa là: L = 2hc + L1 = 2.0,3 + 0,6 = 1,2m Diện tích khay Chiều dài 0,5m Chiều rộng 0,25 m => đường kính 0,58m= D1 Bề dầy dường sấy D = D1 + 2.s = 0,55 + 2.0,036  1mm => Thiết kế buồng sấy theo hình trụ có kích thước - Chiều dài thân hình trụ: L1 = 0,6 m - Chiều cao mõi chỏm cầu là: hc = 0,3 m - Đường kính D1 = 2R1 = 0,58 m - Đường kính ngồi D2 = 2R2 = 0,60 mm 3.2.2 Tính tốn phụ tải lạnh (hay suất) cho q trình lạnh đơng sản phẩm trước sấy thăng hoa Năng suất xác định theo công thức:  Qsp + Qk + Qkk  Q =  + Qmt + Qqn    , kw    Với: Qsp (kJ) chi phí lạnh q trì h cấp đơng; n Qk (kJ) nhiệt lượng lấy từ khuôn khay; Qkk (kJ) Nhiệt lượng lấy làm lạnh khơng khí; Qmt (kW) – nhiệt lượng từ môi trường xâm nhập qua vách buồng đông sấy thăng hoa; Qqn (kW) – nhiệt lượng môi trường xâm nhập đường ống làm nhiệt máy nén; τ (s) – thời gian mẻ làm đơng; β - hệ số tải an tồn 3.2.2.1 Chi phí lạnh q trình làm lạnh đơng sản phẩm Lượng nhiệt cần tải trình cấp đơng tính theo cồn thức sau: Qsp = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5, kJ Trong đó: Q1 (kJ) – lượng nhiệt lấy để làm giảm nhiệt độ sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ đóng băng nước sản phẩm Q2 (kJ) – nhiệt lượng lấy để làm toàn nước sản phẩm đóng băng Q3 (kJ) – lượng nhiệt lấy để làm giảm nhiệt độ băng đến nhiệt độ cuối trình làm đông 32 Q4 (kJ) – lượng nhiệt lấy để làm giảm nhiệt độ thành nước khơng đóng băng sản phẩm Q5 (kJ) – lượng nhiệt lấy để làm giảm nhiệt độ thành phần chất khô Ta có: - Nhiệt độ ban đầu Mít t1 (thường lấy nhiệt phòng) t1 = 250 C - Nhiệt độ Mít cuối q trình lạnh đơng để làm nước kết tinh hồn tồn -Nhiệt độ Mít cuối q trình lạnh đơng để làm nước kết tinh hoàn toàn t2 = TFopt = -18,330 C - Nhiệt độ bắt đầu kết tính nước tkt = -1,060 C 3.2.3 Tính tốn cho máy nén lắp đặt cho hệ thống lạnh sấy thăng hoa 3.2.3.1) Tính lưu lượng m1 Lưu lượng khối lượng thực tế môi chất lạnh tuần hoàn qua máy nén cấp thấp (cấp 1) xác định sau: m1 = Q0mn 188 = = 0,978 h1 − h8 383,56 − 191,27 Trong đó: m1 (kg/s) – lưu lượng thực tế qua máy cấp thấp; Q0 mn (kW) – suất lạnh máy nén; h1 (kJ/kg) – entalpy môi chất lạnh khỏ thiết bị bay hơi; h8 (kJ/kg) – entalpy môi chất khỏi van tiết lưu lần hai trước vào thiết bị bay 3.2.3.2) Tính hút thực tế vào xi lanh V1 tt = m1.v1’ = 0,978.0,2452 = 0,2398 m3 3.2.3.3) Hệ số thị thể tích hệ số tổn thất tăng nhiệt độ λ1 TA = λ1i.λ1 w’   n P +  P  tg P0 − P0 tg  P0 − P0    1 = − C   P0 P0 P0     Trong đó: P0 = 0,6459 bar; Ptg = 3,145 bar; C = 0,05: hệ số không gian có hại (C= 0,03 ÷ 0,05); n = 1,12 – số mũ đa biến trình nén; ∆P0 = ∆Ptg = 0,051 bar: tổn thất áp suất hút áp suất trung gian Tính được:   , 0,6459 − 0,051  3,145 + 0,051  12 0,6459 − 0,051 1i = − 0,05. = 0,76  −  0,6459   0,6459 0,6459   T − 50 + 273,15 1W ' = = = 0,86 Ttg − 13 + 273,15 1TA = 0,76.0,86 = 0,65 3.2.3.4) Thể tích hút lý thuyết máy nén cấp thấp 33 Vlt1 = Vtt1 N i1 = N s1 , kw N i1 = N s1 = = 0,2398 = 0,2788m3 0,86  3.2.3.5) Công suất nén đoạn nhiệt N1s = m1.(h2 – h1’), kW N1 s = 0,978.(436,44 – 392,48) = 42,993 kW 3.2.3.6) Công suất thị TA i1 Với: η1I = λ1 w’ + b.t0 = 0,86 + 0,001.(-50) = 0,73 b = 0,0025: hệ số xác định thực nghiệm môi chất lạnh R134; b = 0,001 môi chất lạnh NH3 Như vậy: 42,993 = 58,895kw 0,73  3.2.3.7) Công suất ma sát N1 ms = Pms.V1 tt, kW (3.47) Với Pms = (0,4 ÷ 0,8) bar: máy nén sử dụng mơi chất lạnh R22, nên chọn: Pms = 50.103 N/m2 ; V1 tt = 0,2398 m3 /s; i Như : N ms 50.103.0,2398 = = 11,99kw 1000 3.2.3.8) Công suất hữu ích N1 e = N1 ms + N1 i = 55,895 + 11,99 = 67,885 kW 3.2.3.9) Công suất tiếp điện cho động máy nén cấp thấp N el1 = N e1 , kw td el Trong đó: ηtd – hiệu suất truyền động; ηel – hiệu suất động cơ; Chọn ηtd = 0,90; ηel = 0,9 Như vậy: N el1 = N e1 67,885 = = 83,81kw td el 0,9.0,9 3.2.3.10) Công suất động điện máy nén cấp thấp N1 dc = (1,1 ÷ 1,2).N1 el = 1,1.83,81 = 92,191 kW 34 KẾT LUẬN Q ua trình làm đồ án với hướng dẫn thầy, chúng em tìm hiểu kiến thức sấy thăng hoa tính tốn thiết kế hệ thống lạnh sấy thăng hoa mít với suất 5kg/mẻ Sấy thăng hoa công nghệ đại với nhiều lợi ích nên cần tìm hiểu, cải tiến cách liên tục hiệu Dưới hướng dẫn thầy Phạm Thế Văn, nhóm chúng em hồn thành việc thiết kế hệ thống lạnh sấy thăng hoa Vì lần đầu thiết kế hệ thống nên có nhiều sai sót q trình làm Rất mong góp ý dẫn thầy để nhóm chúng em hồn thiện Một lần nhóm cảm ơn hướng dẫn thầy q trình làm để nhóm hồn thành đồ án Cùng với Bộ mơn Kỹ thuật sấy tạo điều kiện để chúng em thực đồ án 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Đức Ba, Nguyễn Tấn Dũng, Trần Ngọc Hào Nghiên cứu công nghệ sấy thăng hoa Hội nghị Khoa học & Công nghệ lần Nguyễn Tấn Dũng (2016) Kỹ thuật công nghệ sấy thăng hoa Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 431 trang Nguyễn Tấn Dũng (2016) Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm Cơng nghệ lạnh ứng dụng công nghệ thực phẩm Nhà xuất Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 547 trang Nguyễn Tấn Dũng (2007) Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống sấy thăng hoa suất nhỏ phục vụ cho chế biến loại thực phẩm cao cấp Đề tài NCKH cấp bộ, mã số B2006-22-08, năm 2006-2008 Nguyễn Tấn Dũng (2007) Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống sấy thăng hoa công nghiệp DS3 phục vụ cho sản xuất loại thực phẩm cao cấp Tạp chí Giáo dục Khoa học Kỹ thuật, số 3(1), trang 7-12 Nguyễn Tấn Dũng (2013) Q trình thiết bị Cơng nghệ hóa học thực phẩm, Tập 1, Các trình thiết bị học, thủy lực khí nén Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 298 trang Nguyễn Tấn Dũng (2013) Quá trình thiết bị Cơng nghệ hóa học thực phẩm Tập 2, Phần 1: Cơ sở lý thuyết truyền nhiệt Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 395 trang Nguyễn Tấn Dũng (2015) Quá trình thiết bị CNHH&TP, Tập 2, Phần 2: Các trình thiết bị truyền nhiệt CNTP Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 473 trang Nguyễn Tấn Dũng (2013) Quá Trình thiết bị CNHH&TP, Tập 2, Phần 3: Các trình thiết bị làm lạnh làm đông Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 406 trang 10 Nguyễn Tấn Dũng (2015) Nghiên cứu công nghệ sấy thăng hoa sữa ong chúa LATSKS, Viện Công nghệ Thực phẩm Hà Nội, 138 trang 36