TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU SẤY
Giới thiệu về nguyên liệu sấy
Cây chanh dây là một loại cây dễ trồng, thích hợp với đất khô ráo và ít nước, có khả năng sinh trưởng tốt trên các loại đất sỏi đá hoặc cát Sau 12 tháng, cây đạt độ trưởng thành, có thể phát triển chiều dài lên đến 15 m và cho năng suất thu hoạch cao trong vòng 5-6 năm Cây chanh dây thuộc dạng cây leo, với tua cuốn đơn mọc đối diện lá, có chiều dài từ 20-40 cm.
Lá của chanh dây hình chân vịt với thùy mọc so le, kích thước 6-15 cm. Cuống lá dài 2-5 cm Viền lá có răng cưa nhỏ, tròn đầu.
Hình 1.1 Lá chanh dây [Nguồn: greensculpture.vn]
Hoa chanh dây là hoa đơn, mọc từ nách lá, với đường kính 7,5-10 cm và cuống dài 2-5 cm Hoa có năm cánh màu trắng ánh tím, tạo nên vẻ đẹp độc đáo Mỗi bông hoa chứa 5 nhị đực, có cấu trúc đặc biệt với các chỉ dính nhau ở đáy Quá trình thụ phấn diễn ra nhờ một số loài côn trùng như ong nghệ, dẫn đến sự hình thành quả Tuy nhiên, nếu cây tự thụ phấn, sẽ không có quả.
Hoa chanh dây có tác dụng an thần nhẹ, giúp "ru" ngủ và được nhiều quốc gia sử dụng để điều trị cho trẻ em dễ bị kích động hoặc có vấn đề về thần kinh Ngoài ra, hoa chanh dây còn hỗ trợ chữa bệnh hen suyễn, rối loạn tiêu hóa, chứng mất ngủ và alleviates discomfort từ hội chứng tiền mãn kinh.
Hình 1.2 Hoa chanh dây [Nguồn:perfumista.vn]
Trái chanh dây có hình cầu hoặc bầu dục, kích thước từ 4,5-7 cm, với màu sắc tím sậm hoặc vàng chanh, tự rụng khi chín Vỏ quả trơn bóng, mỏng cứng, bên trong có lớp trung bì màu xanh và nội bì màu trắng Trái chứa nhiều hạt và có cơm mềm với mùi thơm quyến rũ, hấp dẫn Dịch quả chiếm 40% trọng lượng, giàu axit, có thể được chế biến thành nước giải khát, rượu, mứt và các sản phẩm khác.
Chanh dây chứa khoảng 8,5g gluxit trên 100g, thấp hơn so với nhiều loại trái cây khác (trung bình từ 9-12g/100g) Tuy nhiên, phần lớn lượng đường trong chanh dây là fructose, một loại đường có độ ngọt cao, giúp trái cây này vẫn mang vị ngọt đặc trưng.
Chanh dây chứa một lượng protein, lipid, khoáng chất và vi lượng như sắt, photpho, kẽm, cùng với nhiều loại vitamin, đặc biệt là vitamin C và chất xơ Về mặt năng lượng, chanh dây cung cấp tương đương với xoài và sơ ri.
Nguồn gốc và phân loại
Chanh dây còn gọi là: lạc tiên, chùm bao, chanh leo, mát mát, dây mát, mê ly,…
- Tên khoa học là: Passiflora edulis
Hiện có hơn 400 loài, trong đó có khoảng 60 loài cho trái ăn được Tên tiếng anh là: Passion Fruit
Chanh dây, một loại cây leo nhiệt đới có nguồn gốc từ phía nam Brazil, đã được đưa đến Úc và Châu Âu từ thế kỷ XIX Loại cây ăn trái này có tiềm năng phát triển mạnh mẽ ở các nước đang phát triển Tại Việt Nam, chanh dây chủ yếu được trồng ở Đà Lạt và các tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long như Cần Thơ, An Giang và Kiên Giang.
Chanh dây tại Việt Nam có hai giống chính, được phân loại dựa trên xuất xứ và màu sắc vỏ Giống chanh dây vỏ vàng có nguồn gốc từ Sri Lanka, Uruguay và Hawaii, trong khi giống chanh dây vỏ tím lại xuất phát từ Australia và Đài Loan.
Có 4 loại chanh dây phổ biến:
- Chanh dây tím (Passiflora edulis) + Nguồn gốc: miền Nam Brazil, Paraguay và miền Bắc Argentina.
+ Đặc điểm: khi chín vỏ có màu tím đậm, quả tròn hoặc hình quả trứng. + Kích thước: nhỏ hơn chanh dây vàng, to bằng quả chanh lớn.
- Chanh dây vàng (Passiflora edulis flavicarpa) + Nguồn gốc: vùng Amazon của Brazil
+ Đặc điểm: khi chín vỏ có màu vàng sáng, hình dạng tương tự nhưng dài hơn so với chanh dây tím
+ Kích thước: to hơn chanh dây tím, gần bằng trái bưởi nhỏ.
- Chanh dây chuối (Passiflora tripartita) + Nguồn gốc: Nam Mỹ
+ Đặc điểm: thân hình thon dài bầu dục, nhìn giống như một trái chuối. Khi non vỏ có màu xanh và dần chuyển sang vàng, vàng nâu khi chín.
+ Kích thước: chiều dài trái có thể lên tới hơn 12 cm.
- Chanh dây khổng lồ (Giant Passionfruit) + Nguồn gốc: Nam Mỹ
+ Đặc điểm: quả thon dài, hình trứng, vỏ mỏng màu xanh, ruột có màu trắng hoặc hơi vàng.
+ Kích thước: đường kính 12-15 cm, dài 10-30 cm.
Hình 1.7 Chanh dây khổng lồ [13]
Nhưng ở Việt Nam thường thấy hai loại phổ biến nhất là: Passiflora edulis (quả tím) và Passiflora edulis flavicarpa (quả vàng).
Black knight là loại quả có màu tím đậm và hương thơm tuyệt vời, kích thước tương đương với một quả trứng lớn Đây là một loại cây dây leo khỏe mạnh, có khả năng phát triển chen chúc và cho năng suất cao, với tán lá mịn đẹp.
+ Kahuna: quả tím, rất lớn, có vị hơi chua, thơm, dùng uống rất ngon, cây có khả năng tự sinh sản, khỏe mạnh, tán lá to.
Edgehill, có nguồn gốc từ Vista, California, là một loại cây trồng ngoài trời phổ biến, nổi bật với quả lớn hơn so với giống Black Knight Với khả năng phát triển mạnh mẽ, Edgehill trở thành lựa chọn ưa thích ở miền Nam California.
Quả Frederick có hình oval, kích thước lớn, màu tím xanh với chút đỏ, mang vị chua nhẹ và rất ngon khi ăn tươi Khi chế biến thành nước uống, hương vị càng tuyệt vời hơn Cây Frederick tự ra quả, rất khỏe mạnh và có giá trị sử dụng cao, vượt trội hơn so với Passiflora edulis flavicarpa.
+ Paul Ecke: có nguồn gốc ở Encinitas, Calif Trái có kích thước trung bình, rất ngon, thích hợp để uống hay ăn ngay, cây chắc, rất sai quả
+ Purpe Giant: quả rất lớn, tía đậm khi chín.
Quả Red Rover có hình dạng hơi tròn, kích thước vừa và lớn, với vỏ màu đỏ sáng hấp dẫn Quả này có vị chua thơm ngon, thích hợp để ăn tươi hoặc chế biến thành đồ uống Cây Red Rover rất khỏe mạnh, chắc chắn và có khả năng tự sinh sản.
Quả Brazilian Golden có màu vàng, kích thước lớn và vị hơi chua, cây rất khỏe mạnh và cần sự giao phấn để phát triển Hoa của cây có màu trắng với phần giữa hơi đậm và tỏa hương thơm, thường nở vào giữa mùa hè Vụ mùa bắt đầu từ cuối tháng 8 đến đầu tháng 9.
+ Golden Giant: cây có quả màu vàng, to, có nguồn gốc từ Úc.
Quả lai, được hình thành từ sự kết hợp giữa các giống quả khác nhau, không chỉ mang đặc điểm tương tự như quả thông thường mà còn sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội như màu sắc đẹp hơn, hương thơm quyến rũ hơn và hàm lượng acid thấp hơn Tùy thuộc vào từng địa phương và nguồn gốc, quả lai có nhiều tên gọi khác nhau.
Thành phần hóa học của chanh dây
1.3.1 Thành phần cấu tạo quả chanh dây
Bảng 1.1 Thành phần cấu tạo quả chanh dây [12]
Trong vỏ chanh dây vàng và tím đều có hàm lượng carbohydrate cao, ít chất có thể trích ly bằng ether và lượng protein thô vừa phải.
Bảng 1.2 Thành phần cấu tạo của vỏ quả chanh dây khô [12]
Thành phần Hàm lượng (g/100g) Ẩm 9,93 ± 0,12
Chất xơ không hóa tan 38,05 ± 0,02
Khi phân tích thành phần vỏ tươi của hai loại chanh dây, người ta phát hiện có tinh bột chiếm 0,75-1,36%, đường (bao gồm saccharose, glucose, frutose) khoảng 1,64%, chất béo từ 0,005-0,16%, cùng với phosphorus (0,03-0,06%), silica (0,01-0,04%), kali (0,60-0,78%) và acid hữu cơ như acid citric và acid malic (0,15%).
Bảng 1.3 Thành phần các loại protein có trong vỏ quả chanh dây [12]
Loại protein Thành phần % trên tổng protein
- Carbohydrate: lượng carbohydrate tổng số khoảng 15-20%, mức độ khác nhau ít giữa 2 loại quả tím và vàng.
Đường là thành phần cung cấp năng lượng chính trong quả chanh dây, bao gồm ba loại đường chủ yếu: glucose, fructose và saccharose Trong đó, glucose và fructose chiếm tỷ lệ lớn nhất, ảnh hưởng trực tiếp đến độ ngọt của chanh dây.
Nước chanh dây ép chứa hàm lượng tinh bột cao, dao động từ 0,5-3% Quá trình hồ hóa tinh bột diễn ra ở nhiệt độ thấp, điều này có ảnh hưởng lớn đến quy trình xử lý nhiệt trong sản xuất chế biến chanh dây.
Bảng 1.4 Hàm lượng đường của 2 loại quả (%) trong tổng đường [12]
Loại chanh dây Fructose Glucose Saccharose
Bảng 1.5 Khoảng PH và hàm lượng acid tổng của hai loại chanh dây
Yếu tố Chanh dây tím Chanh dây vàng
Khoảng PH của dịch quả 2,6-3,2 2,8-3,3
Acid toàn phần của dịch quả (%) (quy về acid citric)
Thành phần của hạt chanh dây sau khi được sấy khô như sau:
Bảng 1.6 Thành phần của hạt chanh dây khô [12]
Thành phần Tỉ lệ % Độ ẩm 5,4
Tro hòa tan trong HCL 0,35
Bảng 1.7 Thành phần acid béo trong dầu từ hạt chanh dây [12]
Giá trị dinh dưỡng
Quả chanh dây chứa lượng phospho dồi dào, với một quả lớn hoặc hai quả nhỏ có thể đáp ứng khoảng 10% nhu cầu phospho hàng ngày của cơ thể, rất cần thiết cho sức khỏe răng miệng và xương.
Chanh dây có thể cung cấp năng lượng cho cơ thể Bạn có khoảng 84 calo cho 100g quả hoặc 1 quả chanh dây 60g sẽ cho khoảng 70 calo.
Quả chanh dây chứa nhiều sắt, với 100g cung cấp khoảng 10% nhu cầu sắt hàng ngày cho cơ thể Việc bổ sung sắt từ chanh dây giúp ngăn ngừa mệt mỏi và thiếu máu.
Mỗi 100g quả chứa khoảng 348mg Kali, giúp cân bằng nồng độ natri trong cơ thể Sử dụng Kali một cách hợp lý có thể làm giảm nguy cơ tăng huyết áp.
Chanh dây là một loại trái cây giàu chất xơ, với hơn 10g chất xơ trong mỗi 100g quả, giúp tăng cường nhu động ruột Đây là một trong những loại quả có hàm lượng chất xơ cao nhất, chỉ đứng sau hạnh nhân và dừa.
Trong quả chanh dây có chứa nhiều vitamin C Chỉ cần 2 quả có thể cung cấp 30-35% nhu cầu hàng ngày cho cơ thể, ngoài ra là nguồn cung cấp vitamin
Bảng 1.8 Giá trị dinh dưỡng trong 100g phần ăn được của chanh dây tím
Thành phần Giá trị Thành phần Giá trị
Năng lượng 97 kcal Calci 13 mg
Vitamin B2 0,13 mg Acid béo 1 nối đôi
Vitamin B6 0,1 mg Acid béo nhiều nối đôi
Vitamin E 1,12 mg _ ATE Niacin 1,5 mg
Tác dụng của chanh dây
Toàn bộ thân chanh dây được phơi khô và sử dụng như một thảo dược an thần để điều trị chứng mất ngủ Ở châu Âu, lá khô và thân cây thường được cắt nhỏ và trộn với lá chè để pha chế đồ uống.
Trong thực phẩm: người ta sử dụng chanh dây để làm nước giải khát vào mùa hè, món tráng miệng, bánh kem, chế biến món ăn,…
Cây chanh dây không chỉ được trồng thành giàn để thu hái quả mà còn làm bóng mát và tạo cảnh quan cho không gian sống [13].
Các sản phẩm từ chanh dây
Dịch quả chanh dây được cô đặc và sử dụng như một phụ liệu để cải thiện hương vị và tăng giá trị cảm quan cho nhiều loại thực phẩm như nước sốt, kem, nước giải khát, cocktail, bánh cookies và kẹo Tại các quốc gia công nghiệp và đang phát triển, chanh dây ngày càng phổ biến trong việc chế biến thức uống Trong tương lai gần, chanh dây được dự đoán sẽ trở thành một loại nước quả mới có khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường Mỹ.
Trong quá trình chiết xuất dịch quả, khoảng 2/3 khối lượng nguyên liệu ban đầu bị thải bỏ, chủ yếu là vỏ (90%) và hạt (10%) Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng vỏ chanh dây có thể được tận dụng làm thức ăn cho gia súc, đặc biệt là cho động vật nuôi lấy sữa Tại Hawaii, vỏ chanh dây khô, không qua ngâm vôi, chiếm tới 22% khẩu phần ăn hàng ngày của gia súc.
Hạt chanh dây có thể ép thành dầu với hàm lượng dinh dưỡng tương đương dầu đậu phộng và dầu hướng dương Dầu từ hạt chanh dây chứa 8,9% acid béo no và 84,9% acid béo không no, giúp thúc đẩy sự tăng trưởng và cải thiện khả năng tiêu hóa khi sử dụng ở mức 5% trong khẩu phần ăn của người Nam An và chế độ ăn kiêng.
Hình 1.8 Bột chanh dây [Nguồn: kinhdoanhcafe.com]
Hình 1.9 Sản phẩm mứt chanh dây [Nguồn: vitagrico.vn]
Hình 1.10 Sản phẩm nước ép từ chanh dây [Nguồn: shopcongnghethucpham.com]
Hình 1.11 Sản phẩm chanh dây sấy dẻo [Nguồn: Thegioimonngon.vn]
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SẤY
Khái niệm
Sấy là quá trình loại bỏ nước khỏi vật liệu thông qua việc sử dụng nhiệt Trong quá trình này, nước được tách ra nhờ sự khuếch tán.
- Chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu.
- Chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.
Quá trình sấy cần tuân thủ các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt để đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng cao, giữ nguyên màu sắc và hương vị của nguyên liệu Đồng thời, việc tiêu tốn nhiên liệu phải được tối ưu hóa, nhằm giảm thiểu chi phí vận hành và giá thành sản phẩm.
Mục đích
- Tăng thời gian bảo quản, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và các phản ứng sinh hóa.
- Làm giảm khối lượng vật liệu (giảm công chuyên chở).
- Tạo hình cho sản phẩm.
- Tăng độ bền cho sản phẩm.
- Tăng tính cảm quan cho sản phẩm [1].
Các phương pháp sấy
Dùng năng lượng có sẵn như năng lượng gió, năng lượng mặt trời để thực hiện quá trình sấy. Ưu điểm:
- Đơn giản, tiết kiệm nhiên liệu, bề mặt trao đổi nhiệt lớn, dòng nhiệt bức xạ từ nhiệt tới mặt trời có mật độ lớn (1000 W/m 2 ).
- Khó cơ giới hóa, tốn nhân công và mặt bằng xây dựng.
- Khó điều chỉnh các thông số trong quá trình sấy.
- Sản phẩm dễ bị nhiễm vi sinh vật và bụi.
- Nhiều sản phẩm sấy tự nhiên không đạt yêu cầu và chất lượng [1], [17].
2.3.2 Sấy nhân tạo Để khắc phục những nhược điểm của phương pháp sấy tự nhiên thì trong công nghiệp hiện nay các thiết bị sấy được ứng dụng rộng rãi Sấy nhân tạo thì chúng ta phải cung cấp nhiệt lượng từ bên ngoài cho vật ẩm, tức là dùng tác nhân sấy được gia nhiệt như: khói lò, không khí nóng hoặc hơi, … sấy nhân tạo được thực hiện nhanh và độ ẩm vật liệu sau khi sấy nhỏ hơn rất nhiều so với sấy tự nhiên Dựa vào phương pháp cấp nhiệt có thể chia ra nhiều dạng:
Sấy đối lưu là phương pháp sử dụng không khí nóng hoặc khói lò với nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ phù hợp để làm khô vật liệu Quá trình này giúp ẩm trong vật liệu bay hơi và theo dòng không khí hoặc khói, đảm bảo hiệu quả sấy cao.
Sấy tiếp xúc là phương pháp sấy mà trong đó tác nhân sấy không tiếp xúc trực tiếp với vật liệu, mà truyền nhiệt gián tiếp qua một vách ngăn Phương pháp này giúp bảo vệ chất lượng của vật liệu sấy, đồng thời tối ưu hóa quá trình truyền nhiệt.
- Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn nhiệt phát ra truyền cho vật liệu sấy.
Sấy bằng dòng điện cao tần là phương pháp sử dụng năng lượng điện trường tần số cao để làm nóng đồng đều toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu cần sấy.
Sấy thăng hoa là một phương pháp sấy hiệu quả, diễn ra trong môi trường chân không cao và nhiệt độ thấp, giúp loại bỏ độ ẩm tự do trong vật liệu Quá trình này cho phép nước trong vật liệu bay hơi từ trạng thái rắn thành hơi mà không qua trạng thái lỏng, mang lại sản phẩm khô và giữ nguyên chất lượng.
Bản chất của quá trình sấy
Bản chất của quá trình sấy là cung cấp năng lượng để biến đổi trạng thái pha lỏng trong vật liệu thành hơi.
Hầu hết các vật liệu trong quá trình sản xuất đều chứa pha lỏng là nước và người ta thường gọi là ẩm.
Quá trình sấy chia làm hai giai đoạn:
Quá trình khuếch tán ẩm diễn ra khi độ ẩm bên trong vật liệu di chuyển ra bề mặt bên ngoài, đồng thời hơi nước từ bề mặt vật liệu thoát ra môi trường xung quanh Hiện tượng này xảy ra do sự chênh lệch độ ẩm giữa vật liệu và môi trường xung quanh.
Quá trình chuyển pha diễn ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu vượt quá áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí xung quanh.
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy
- Bản chất của vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm, …
Hình dạng và kích thước của vật liệu sấy, bao gồm kích thước mẫu và độ dày lớp vật liệu, ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ sấy Càng có diện tích bề mặt riêng lớn, quá trình sấy sẽ diễn ra nhanh hơn.
- Độ ẩm đầu, độ ẩm cuối và độ ẩm tới hạn của vật liệu.
- Độ ẩm, nhiệt độ, tốc độ của tác nhân sấy.
- Cấu tạo thiết bị sấy, phương thức và chế độ sấy.
Chênh lệch giữa nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của tác nhân sấy có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất sấy Khi nhiệt độ cuối cao, nhiệt độ trung bình của không khí cũng tăng, dẫn đến việc tăng tốc độ sấy.
Tác nhân sấy
Các loại tác nhân sấy:
Không khí ẩm là tác nhân sấy phổ biến, phù hợp cho hầu hết sản phẩm mà không gây ô nhiễm hay thay đổi mùi vị Tuy nhiên, để sử dụng không khí ẩm hiệu quả, cần trang bị bộ gia nhiệt không khí và đảm bảo nhiệt độ sấy không vượt quá 500°C Nếu nhiệt độ quá cao, thiết bị trao đổi nhiệt sẽ cần được chế tạo bằng thép, hợp kim hoặc gốm sứ, dẫn đến chi phí cao.
- Khói lò: khói lò được dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ lên đến
Nhiệt độ lên đến 1000 độ C có thể đạt được mà không cần thiết bị gia nhiệt, nhưng điều này có thể dẫn đến ô nhiễm vật liệu sấy và tạo ra mùi khói Do đó, khói chỉ nên được sử dụng cho các vật liệu không dễ bị ô nhiễm, chẳng hạn như gỗ, đồ gốm và một số loại hạt có vỏ.
Hơi quá nhiệt là một tác nhân sấy lý tưởng cho các sản phẩm dễ cháy nổ và có khả năng chịu nhiệt độ cao Phương pháp sấy này thường được thực hiện ở nhiệt độ lớn hơn 100 độ C, trong điều kiện áp suất khí quyển.
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CHANH DÂY
Sơ đồ quy trình công nghệ
Hoàn thiệnSấy phunPhối trộnPha loãngLọcThủy phânChỉnh pH=4.5Tách ruột quảRửaChọn lựa, phân loạiChanh dây
Thuyết minh quy trình
Mục đích chính là loại bỏ những nguyên liệu không đạt tiêu chuẩn, bao gồm các loại bị sâu bệnh, mốc men, thối hỏng, đồng thời phân chia nguyên liệu một cách đồng đều về kích thước, hình dáng, màu sắc và độ chín.
Mục đích của việc rửa nguyên liệu là loại bỏ các tạp chất như bụi, đất cát và thuốc trừ sâu bám trên bề mặt vỏ quả Việc này giúp ngăn chặn những tạp chất này xâm nhập vào ruột quả, từ đó bảo vệ chất lượng sản phẩm và giảm thiểu lượng vi sinh vật có hại trên vỏ quả.
Mục đích: chuẩn bị cho quá trình tiếp theo, loại bỏ những phần quả không sử dụng được như cuống, vỏ.
3.2.4 Chỉnh PH bằng Na 2 CO 3 10%
Mục đích: chỉnh khối pH của khối ruột quả đến giá trị thích hợp để tạo điều kiện cho enzyme pectinase hoạt động tốt.
Mục đích của việc phân cắt chuỗi pectin trong thịt quả là tạo ra những đoạn ngắn hơn để giảm độ nhớt, làm trong dịch quả, giúp tách hạt dễ dàng hơn và tăng năng suất thu nhận dịch quả trong quá trình lọc.
Mục đích của quá trình này là tách hạt và các phần bã lớn ra khỏi dịch quả, nhằm làm trong dịch quả và ngăn chặn ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình sấy phun sau này.
Mục đích: điều chỉnh dịch quả đến nồng độ chất khô thích hợp để tăng hiệu suất thu hồi cho quá trình sấy.
Mục đích của việc trộn thêm chất độn hoặc chất mang vào dịch quả là nhằm nâng cao chất lượng khô, giảm chi phí cô đặc và tạo ra cấu trúc bột mịn cho sản phẩm, đồng thời tăng hiệu suất thu hồi trong quá trình sấy Ngoài ra, giai đoạn này cũng cho phép phối trộn thêm chất bảo quản, màu sắc và hương liệu để cải thiện chất lượng sản phẩm.
Mục đích của quy trình này là cung cấp nhiệt để làm bốc hơi nhanh chóng lượng nước trong dung dịch đã được phối trộn, từ đó tạo ra sản phẩm dạng bột mịn mà không cần phải nghiền Sản phẩm này có độ hút ẩm thấp, giúp bảo quản lâu dài.
Mục đích: phối trộn thêm đường và các phụ gia cần thiết để tăng thêm mùi vị cho sản phẩm, tạo sự hấp dẫn cho sản phẩm.
Chọn phương thức sấy, thiết bị sấy và chế độ sấy
3.2.1 Phương thức sấy Để sấy dịch chanh dây nên dùng phương thức sấy nhân tạo được sử dụng phổ biến nhất đó là phương pháp sấy đối lưu Sấy đối lưu là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với tác nhân sấy Phương pháp này có nhiều ưu điểm vượt trội như: sản phẩm được sấy đều, năng suất và hiệu quả cao,
Tác nhân sấy trong quá trình sấy đối lưu có thể bao gồm không khí nóng, khói lò, hoặc hơi quá nhiệt Tuy nhiên, để sấy dịch quả chanh dây, cần sử dụng tác nhân sấy sạch nhằm đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng Do đó, không khí đã được lọc sạch và được làm nóng bởi hệ thống calorifer là lựa chọn tối ưu Nhiệt lượng cung cấp cho calorifer được lấy từ quá trình ngưng tụ hơi nước bão hòa Trong quá trình này, tác nhân sấy được chọn sẽ đi cùng chiều với vật liệu sấy để đạt hiệu quả tối ưu.
Để đảm bảo bột chanh dây sau khi sấy có khả năng hòa tan dễ dàng, thiết bị sấy phun được sử dụng, thuộc phương thức sấy đối lưu Sấy phun là công nghệ sấy công nghiệp chủ yếu, cho phép chuyển đổi nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột một cách đơn giản Công nghệ này giúp kiểm soát nhiệt độ và kích thước hạt sản phẩm một cách chính xác, phù hợp với nguyên liệu dạng huyền phù, nhưng không thích hợp cho nguyên liệu dạng hạt tròn và lát mỏng.
Chế độ sấy trong thiết bị sấy phun bao gồm nhiệt độ tác nhân sấy vào thùng (t1) và nhiệt độ ra khỏi thùng (t2) Để bảo toàn hương vị, màu sắc và các thành phần dinh dưỡng của sữa, cần lựa chọn chế độ sấy phù hợp.
- Nhiệt độ tác nhân sấy vào: t1 = 170 o C
- Nhiệt độ tác nhân sấy ra: t2 = 80 o C
- Độ ẩm tương đối môi trường: φ 0 = 81%
Giới thiệu về thiết bị sấy phun
3.3.1 Cấu tạo máy sấy phun
Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống sấy phun [17]
3 Thùng chứa nguyên liệu cần sấy.
6 Cyclon thu hồi sản phẩm từ khí thoát ra.
7 Cyclon vận chuyển sản phẩm.
8 Hệ thống quạt hút và màng lọc.
Dịch chanh dây ban đầu được lọc gạn và tiêu chuẩn hóa ở nhiệt độ cao 110
Quá trình sấy chanh dây bắt đầu bằng việc cô đặc dịch ở nhiệt độ 130 ℃ trong 5-10 phút, đạt độ khô 65% trong điều kiện chân không Sau đó, dịch được chuyển vào thiết bị sấy phun, nơi nó được phun thành những hạt bụi nhỏ và làm khô trong phòng sấy Không khí sau khi lọc được gia nhiệt lên 170 ℃ và thổi vào buồng sấy, nơi dịch được bơm cao áp từ bồn chứa tới vòi phun Các hạt bụi chanh dây ngay lập tức được sấy khô và rơi xuống dưới, trong khi nhiệt độ sấy giảm dần, đạt 80 ℃ khi vật liệu ra khỏi thùng sấy.
Không khí trong tháp sấy được quạt hút ra ngoài qua cyclon (8) để thu hồi những hạt sản phẩm nhỏ Những hạt này được trộn với sản phẩm trong tháp sấy thông qua ống vận chuyển khí động và được lấy ra liên tục.
3.3.3 Ưu điểm và nhược điểm Ưu điểm
- Có thể điều khiển được tỷ trọng sản phẩm.
- Bột sau khi sấy có độ hòa tan cao (90-100%), độ ẩm thấp (3-4%).
- Vận hành liên tục và có thể tự động hoàn toàn.
- Chi phí nhân công thấp.
- Vận hành bảo dưỡng đơn giản.
- Thiết kế đa dạng cho từng loại sản phẩm, từng loại quy mô nhà máy.
- Áp dụng được cho các sản phẩm bền nhiệt và không bền nhiệt, nguyên liệu ở dung dịch, gel, hồ vữa, huyền phù,…
- Chất lượng bột được bảo đảm trong suốt quá trình sấy.
- Vật liệu hầu như không tiếp xúc với bề mặt kim loại của thiết bị.
- Chi phí đầu tư cao.
- Yêu cầu độ ẩm ban đầu cao để đảm bảo nguyên liệu có thể bơm đến thiết bị tạo giọt lỏng.
- Chi phí năng lượng cao (để tách ẩm).
- Thất thoát các chất dễ bay hơi cao hơn [17].
TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Các ký hiệu
G1, G2: Lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi mấy sấy (kg/h)
W1, W2: Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy, tính theo % khối lượng vật liệu ướt.
W: Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy (kg/h) L: Lượng không khí khô tuyệt đối đi qua máy sấy (kg/h) d0: Hàm ẩm của không khí trước khi vào calorifer sưởi (kg/kgkkk) d1, d2: Hàm ẩm của không khí trước khi vào máy sấy và sau khi ra khỏi máy sấy (kg/kgkkk)
Các thông số ban đầu
G2: 333,4 Lượng vật liệu ra khỏi máy sấy (kg/h)
G1: Lượng vật liệu trước khi vào máy sấy (kg/h)
W1 = 37% Độ ẩm ban đầu của vật liệu
Độ ẩm của vật liệu sau khi sấy là 3,2% với nhiệt độ môi trường ban đầu t0 = 25°C Nhiệt độ tác nhân sấy vào calorifer là φ0 = 0,81 (độ ẩm tương đối) Nhiệt độ sấy trong buồng sấy đạt t1 = 170°C, trong khi nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thiết bị là t2 = 80°C Nhiệt độ vật liệu khi đưa vào thiết bị là tvl1 = 30°C và khi đưa ra khỏi thiết bị là tvl2 = 75°C.
Cân bằng vật liệu của quá trình sấy
Phương trình cân bằng vật liệu chung
Lượng vật liệu đưa vào thiết bị sấy
G1 = 333,4 × 100−3,2 100−37 = 512,3 (kg/h) Lượng ẩm tách ra trong quá trình sấy
Các thông số của không khí
4.4.1 Các thông số trạng thái của không khí 4.4.1.1 Trạng thái của không khí trước khi vào calorifer Để tối ưu hóa quá trình vận hành thiết bị, ở đây ta chọn nhiệt độ t 0 = 25 o C và độ ẩm φ 0= 0.81 Áp suất khí quyển: Pkq = 1 at
T2 = 80 o C => Pbh2 = 0,483 at Phân áp suất bão hòa hơi nước theo nhiệt độ
Với t 0 = 25 o C, tra bảng tính chất hóa lý của hơi nước bão hòa phụ thuộc vào nhiệt độ => Pbh0 = 0,0323 at (Bảng I.250/312, [2]) Độ chứa ẩm d 0 =0,622× φ 0 × P bh 0
+ φ 0: Độ ẩm tương đối của không khí + P: Áp suất khí quyển, P = 1at = 0,981 (bar) = 735,6 (mmHg) + Pbh0: Phân áp suất bão hào của hơi nước
Entanpy của không khí ẩm
+ Cpk: Nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk = 1,006 (KJ/kg 0 K) + Cph: Nhiệt dung riêng của hơi nước, Cph = 1,842 (KJ/kg 0 K) + r: Ẩn nhiệt hóa hơi của nước, r = 2500 (KJ/kg)
Thể tích riêng của không khí ẩm
0 × P bh0 (m 3 /kgkkk) (CT VII.8/94, [3]) Trong đó:
Hằng số khí R có giá trị 8314 J/kmol.độ, trong khi khối lượng của không khí M là 29 kg/kmol Áp suất khí quyển P được xác định là 1 at = 0,981 bar = 735,6 mmHg Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí được ký hiệu là Pbh0 (N/m²).
4.4.1.2 Trạng thái của không khí sau khi vào calorife
Khi qua calorife không khí chỉ thay đổi nhiệt độ còn hàm ẩm không thay đổi. d 1 =d 0 =0.0167 (kg/kgkkk) Độ ẩm tương đối của không khí T 1 d1 = 0,622 × P−φ φ 1 × P 1
= 218 (KJ/kgkkk) Thể tích riêng của không khí ẩm
4.4.1.3 Trạng thái không khí sau khi ra khỏi máy sấy
Vì entanpy của quá trình không đổi nê ta có I 2 =I 1 !8(KJ/kgkkk) Độ chứa ẩm
d2 = 2500+1,842× t I 2 −1,006 ×t 2 2 = 2500 218−1,006 +1,842 ×80 × 80 = 0,052 (kg/kgkkk) Độ ẩm tương đối của không khí φ 2 = d 2 × P
0,482 ×( 0,622+0,0499) =0.16 %Thể tích riêng của không khí ẩm
= 288 ×(80 +273) 1× 10 5 −0.16 × 0,483× 10 5 ¿ 1,102(m 3 /kgkkk) Lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm trong vật liệu l = W L = d 1
2 −d 1 = 0,052−0,0167 1 =28,33(kg/kg ẩm) (CT 7.25/204, [8]) Lượng không khí tiêu hao trong quá trình sấy
L=l ×W (,33 ×178,9P68,24 (kgkkk/h) Lượng vật liệu khô tuyệt đối
100 ¿ 210,042(kg/h) Tính nhiệt độ điểm sương
- Nhiệt độ đọng sương là nhiệt độ tại đó mà không khí đã bị làm lạnh xuống dưới mức bão hòa, gây nên hiện tượng đọng sương.
Để xác định giới hạn làm nguội của không khí ẩm, cần tính toán nhiệt độ điểm sương, từ đó xác định nhiệt độ không khí sau sấy Nhiệt độ sau sấy không được quá thấp để tránh hiện tượng đọng sương trên bề mặt vật liệu, nhưng cũng không nên quá cao nhằm đảm bảo sản phẩm đạt yêu cầu và tiết kiệm năng lượng Công thức tính nhiệt độ điểm sương là d2 = 0,622 × φ × P bhts.
2 = 0,622+ 0,052 0,052 ×1 = 0,077 at Với P=1 at Tra bảng I.250/312, [2] kết hợp với nội suy
Nhiệt độ điểm sương tại P bhts = 0,077 là t s @,05℃
Vì sấy phun quá trình sấy được thực hiện ở nhiệt độ khá cao nên với nhiệt độ đọng sương như vậy hoàn toàn chấp nhận được.
Bảng 4.1 Bảng tổng kết cho vật liệu sấy Đại lượng Giá trị
G 1 : Khối lượng vật liệu vào thùng sấy (kg/h) 512,3
G 2 : Khối lượng vật liệu ra khỏi thùng sấy (kg/h) 333,4
W 1 : Độ ẩm vật liệu vào (%) 37
W 2 : Độ ẩm vật liệu ra (%) 3,2
W: Lượng ẩm được tách ra (kg ẩm/h) 178,9 l : Lượng không khí khô để bốc hơi 1kg ẩm (kgkkk/kg ẩm) 28,33L: Lượng không khí khô bốc hơi Wkg ẩm (kgkkk/h) 5068,24
G k : Lượng vật liệu khô tuyệt đối (kg/h) 210,042
Bảng 4.2 Bảng tổng kết cho tác nhân sấy
Sau khi ra khỏi calorife 170 ℃ 0,0167 0,22442 218
Sau khi ra khỏi buồng sấy
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
Các thông số ban đầu
Chọn vòi phun sương dạng cơ khí có đường kính lỗ phun là d c =5 ×10 −3 (m) , góc phân tán tia α P 0 Giả thiết vận tốc không khí trong tháp là ω=0,38 m /s
Vòi phun
Đường kính trung bình của giọt vật liệu được tính theo công thức: d tb = b
Trong đó: b: Hệ số phụ thuộc cấu tạo của vòi phun b= d c
= 3,14 ×5 10 4 −3 ×512,3 ×30 10 −3 × 3600 = 1208,54 + μ 1 :Độ nhớt của dịch chanh dây đưa vào sấy, μ 1 0 10 −3 (N.s/m 2 ) Thay vào, ta có: d tb = 1.91 ×10 −3
Buồng sấy
Buồng sấy phun kết hợp mẫu sấy dạng sương mù với tác nhân sấy là không khí nóng, thường có hình dạng trụ đứng với đáy côn Kích thước của buồng sấy, bao gồm chiều cao và đường kính, được thiết kế dựa trên kích thước của các hạt lỏng và quỹ đạo chuyển động của chúng, phụ thuộc vào loại cơ cấu phun sương được sử dụng.
5.3.1 Xác định đường kính thiết bị
Bán kính tán phun được xác định theo công thức:
+ ρ 1 : Tỉ trọng của dung dịch (kg/m 3 ) (800-1200) (T291, [5])
+ ρ k : Tỉ trọng của khí ρ k =(0,4 −0,9) (kg/m 3 ) (T291, [5]) + ω : Vận tốc dòng khí chuyển động trong thiết bị (m/s)
+ r : Ẩn nhiệt hóa hơi ẩm r = 2150 (KJ/kg) + 1 , 2 : Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở nhiệt độ T 1 , T 2 (J/Kg.độ)
1 C79 (KJ/kg.độ) 2 B03 (KJ/kg.độ) + tb : Nhiệt dung riêng trung bình tb B91 (KJ/kg.độ) + ϑ : Độ nhớt của không khí ϑ =(20−80 ) 10 −6 ( m 2 /s) Vậy bán kính tán phun là
R p =d tb × 889,981=1.384( m) Đường kính tháp phun
D T =(2,2−2,4 )× R p =2,2 ×1.409=3.1 (m) (T291[5]) Chọn đường kính buồng sấy D T =3(m )
5.3.2 Xác định chiều cao thiết bị
Tỉ số chiều cao buồng sấy và đường kính bên trong D H
Vậy chọn chiều cao của tháp là H = 4 (m) gồm 2 phần: Phần thân hình trụ cao 2,5 (m), phần đáy côn có chiều cao là 1,5 (m)
5.3.3 Xác định thời gian sấy
Thể tích riêng v k1 và v k2 tương ứng với nhiệt độ T1 và T2 được tính theo công thức: v ki = 4.64 × 10^(-3) × (0,622 + d i) × (273 + t i) (m³/kgkkk) Áp dụng công thức, ta có v k1 = 4.64 × 10^(-3) × (0,622 + 0,0167) × (273 + 170) = 1,313 (m³/kgkkk) và v k2 = 4.64 × 10^(-3) × (0,622 + 0,052) × (273 + 80) = 1,104 (m³/kgkkk) Tốc độ trung bình của tác nhân sấy khi D T = 3 μm là ω.
Tốc độ lơ lửng của hạt trong thiết bị ở 125 ℃ : v k &,044 ×10 −6 ( m 2 /s) ω 1 = R e × v k d tb
Vận tốc thực của dòng khí chuyển động trong tháp phun là:
V ¿ ω+ω 1 =0,241+ 0,124=0,365 (m/s) Kiểm tra vận tốc không khí đi trong tháp so với lựa chọn ban đầu.
Chênh lệch so với ban đầu
Vậy lựa chọn ban đầu là hợp lý.
Thể tích của buồng sấy
V = H × π × D 4 2 = 4 × 3,14 4 ×3 2 = 28,26 (m 3 ) (T290, [5]) Tiết diện của thiết bị sấy
Tính bền cho thiết bị chính
Chiều cao phần trụ của thân H = 2,5 (m) Đường kính thiết bị D = 3 (m)
Vật liệu chế tạo Thép không rỉ X18H10T
Các thông số của thép X18H10T (Tra bảng XII.4/T310, [2])
Với đường kính D ≥ 700 mm thì hệ số bền mối hàn φ h =0,95
32 Ứng suất cho phép giới hạn bền:
2,6 8.10 6 ( N /m 2 )( T XIII 1/T 355 ,[ 3]) Ứng suất cho phép giới hạn chảy
9,81.10 4 × 0,95 = 1424 > 50 ((1)/360, [3]) do đó có thể bỏ qua P ở mẫu số.
+ n k , n c là hệ số an toàn theo giới hạn bền kéo, giới hạn bền cháy. n k =2,6 n c =1,5
Do đó bề dày của thân hình trụ được tính theo công thức:
+ D t : Đường kính trong thiết bị + φ h : Hệ số bền mối hàn
+ C: Đại lượng bổ sung + P: Áp suất trong thiết bị Đại lượng bổ sung được tính theo công thức:
+ 1 : Hệ số bổ dung do ăn mòn 1 =1(mm) (Tra bảng XII.1/305, [3])
+ 2: Hệ số bổ sung do bào của môi trường Do trong thiết bị không có các hạt rắn chuyển động với tốc độ lớn nên bỏ qua 2.
+ 3 : Hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày Đối với thép X18H10T, chọn 3 =0,18( mm) (Tra bảng XIII.9/364, [3])
Chọn bề dày thực của tháp sấy là số nguyên và lớn hơn S đã tính và tiến hành kiểm tra ứng suất theo áp suất thử.
Giả sử S = 4 mm Kiểm tra bề dày của tháp: σ = [ D 2×( +(S− )] S− ) × φ × P 0 h (CT XIII.26/T365, [3])
= 170779646,2 < 1,2 σ = 220.10 1,2 6 = 183 × 10 6 (thỏa mãn điều kiện) Trong đó:
P 0 =P th +P 1 =0,2 ×10 6 + 0=0,2 ×10 6 (N/m 2 ) + P th : Áp suất thử thủy lực, tra bảng (Tra bảng XIII.5/358, [3])
P th = 0,2 × 10 6 (N/m 2 ) + P 1 : Áp suất thủy tĩnh của nước
Vậy bề dày của tháp sấy là 6 (mm)
5.4.2 Đáy và nắp thiết bị
Chọn nắp phẳng, đáy dạng nón ở đáy góc là 60 0 Chiều dày của đáy và nắp chọn bằng chiều dày thân, S=6 (mm).
Bảng 5.1 Tổng kết thiết bị chính Đại lượng Kết quả Đường kính thiết bị (m) 3
Tiết diện của buồng sấy ( m 2 ) 7,065
Bề dày của tháp (mm) 6
TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
Tính cân bằng nhiệt lượng
Trong quá trình sấy, nhiệt độ vật liệu trước khi vào máy sấy được ký hiệu là t vl 1, với t vl 1 = t mt 0 ℃ Nhiệt độ sau khi ra khỏi máy sấy ký hiệu là t vl 2, và được tính theo công thức t vl 2 = t 2 - (5-10 ℃) - 5u ℃ Nhiệt dung riêng của vật liệu, ký hiệu là vl, được coi là không đổi trước và sau khi sấy, với vl1 = vl2 = vl Công thức tính nhiệt dung riêng là vl = k × (1 - W 2) + n × W 2, trong đó k là nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối (k = 3,95 KJ/kg 0 K) và n là nhiệt dung riêng của nước (n = 4,18 KJ/kg 0 K) Tính toán cho thấy vl = 3,95 × (1 - 0,032) + 4,18 × 0,032 = 3,957 KJ/kg 0 K.
Nhiệt lượng tiêu hao chung
(CT7.15/T131, [8]) Nhiệt lượng tiêu hao riêng q= Q
Tổn thất nhiệt ở tháp sấy
6.2.1 Tính hệ số cấp nhiệt tổng quát từ trong đến thành thiết bị α 1 α 1 =k × ¿ ¿ Trong đó:
+ α ' 1 : Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu cưỡng bức (W/ m 2 độ)
+ α ' 2 : Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu tự nhiên (W/ m 2 độ)
+ k: Hệ số điều chỉnh tính đến độ nhám, k = 1,25
Xác định hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu cưỡng bức theo công thức: α ' 1 = N u × λ
Nhiệt độ trung bình của không khí trong máy sấy t tb = t 1 +t 2 2 = 170+80 2 = 125 ℃ Chuẩn số Reynolds
+ D: Đường kính tháp phun, D = 3 (m) + ω : Vận tốc khí
+ υ : Độ nhớt không khí, υ&,044 ×10 −6 (bảng I.255/T318, [2])
Xác định chỉ số Nuselt
+ ε 1 : Hệ số điều chỉnh tính đến ảnh hưởng tỉ số giữa chiều cao H và đường kính D của ống.
Tra bảng V.2/15 [3] kết hợp nội suy
Xác định hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu tự nhiên theo công thức: α } rsub {1} = {{N} rsub {u } ×λ} over {D ¿ Chuẩn số Gratkov
+ g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/ s 2 ¿ + β : Hệ số giãn nở thể tích
+ ∆ t : Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy vào và tác nhân sấy ra
6.2.2 Tính hệ số cấp nhiệt của tường môi trường xung quanh α 2 =α 2
: Hệ số cấp nhiệt mặt ngoài của máy sấy do đối lưu tự nhiên.
} :¿Hệ số cấp nhiệt do bức xạ
Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt thiết bị đến môi trường xung quanh được xác định bởi nhiệt độ không khí trong phân xưởng là t k (℃) và nhiệt độ lớp thép bảo vệ ngoài thiết bị là t n (℃) Công thức tính nhiệt độ trung bình được biểu diễn như sau: t tb = t n + t k.
2 C ℃ Ở nhiệt độ này, ta có: λ =2,78.10 −2 (W/ m 2 độ) (Tra bảng I.255/318, [2]) υ,263 10 −6 ( m 2 /s ¿ Chuẩn số Gratkov
Hệ số cấp nhiệt do bức xạ α } rsub {2} = {ε} rsub {n} × {C} rsub {0} × {left [{left ({{T} rsub {1}} over {100} right )} ^ {4} - {left ({{T} rsub {2}} over {100} right )} ^ {4} right ]} over {( {T} rsub {1} - {T} rsub {2} )} (W/ {m} ^ {2} đ ) (CT V.135/41, [3] ộ ¿ Trong đó:
+ ε n : Mức độ đen của vật, với hệ thống thép chọn ε n =0.85 + 0 : Hệ số cấp nhiệt của vật đen tuyệt đối, chọn 0 =5,7 + T 1 : Nhiệt độ tường ngoài tiếp xúc không khí
Thay vào ta có: α } rsub {2} =0.85×5,7× {left [{left ({331} over {100} right )} ^ {4} - {left ({298} over {100} right )} ^ {4} right ]} over {(331-298)} =6,045 (W/ {m} ^ {2} đ ) ộ ¿
Hệ số cấp nhiệt từ bề ngoài thiết bị vào không khí α 2 =α 2
6.2.3 Tính bề dày lớp cách nhiệt
Chọn vật liệu cách nhiệt cho tháp là bông thủy tinh, hệ số dẫn nhiệt là λ 2 =0,037(W/m.độ ) (Tra bảng I.126/128, [2])
Bề dày của lớp cách nhiệt là b 2
Bề dày thiết bị là b 1 =5(mm), bề dày lớp vỏ bảo vệ là b 3 =1(mm), làm bằng vật liệu thép không rỉ có λ 1 =λ 3 #,2(W /m 2 độ)
Lượng nhiệt truyền từ trong tháp do cấp nhiệt q=π × D T × α 1 × ( t tb −t 2 ) ¿ 3.14 ×3 × 5,738× (125−80 )$32,338 (W/m)
+ t w 1 , t w 2 : nhiệt độ bên trong và bên ngoài thành thiết bị xem t w1 t w2 ℃
+ t w 3 , t w 4 : nhiệt độ bề trong và bề ngoài lớp vỏ bảo vệ xem t w3 t w4 X℃
+ D tb : Đường kính trung bình của thiết bị khi kể cả lớp cách nhiệt
Hệ số truyền nhiệt tổng quát từ lòng thiết bị ra môi trường xung quanh là:
6.2.4 Tính diện tích bề mặt xung quanh máy sấy
Diện tích về mặt trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh
Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với môi trường xung quanh
Chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa môi trường trong thiết bị và môi trường xung quanh
Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh tính theo 1kg ẩm
(CT7.41/142, [10]) q mt = Q W mt = 14394,859 178,9 =80,463(KJ/kg)
Tính toán quá trình sấy thực tế
6.3.1 Sự khác biệt giữa quá trình sấy lý thuyết và sấy thực tế
Nhiệt lượng bổ sung thực tế
+ q v : Nhiệt đun nóng q v = Q W v = G 2 × vl × W ( t vl 2 −t vl 1 ) (CT 7.15/T100, [7])
= 333,4 ×3,957 178,9 ×(75−30) = 331,884 ( KJ/kg ẩm) Giả sử nhiệt tổn thất ra môi trường là 10% tổng lượng nhiệt q m %× L× ( I 2 −I 0 ) %×5068,24 × (218−67,67 ) ¿ 76190,852 (J/kg) ¿ 76,190852 (KJ/kg)
Khi ∆ < 0, quá trình sấy cần bổ sung thêm nhiệt để bù đắp cho nhiệt mất mát từ sản phẩm Điều này dẫn đến việc lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực tế sẽ lớn hơn so với quá trình sấy lý thuyết.
6.3.2 Xác định các thông số của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực
Nhiệt dung riêng dẫn xuất của tác nhân sấy trước khi sấy được tính bằng công thức d1 = pk + pa × d1, với kết quả là 1,037 KJ/kgkkk Sau quá trình sấy, lượng ẩm chứa d2 của tác nhân sấy được xác định bằng công thức i2 %00 + 1,842 × t2, cho giá trị 47,36 Cuối cùng, d2 được tính bằng d1 cộng với dx (d1) nhân với (t1 - t2).
= 0,049 (kg ẩm/kgkkk) Enthanpy của không khí ẩm
I 2 = pk ×t 2 + d 2 ×i 2 ( T 7.33/138 ,[ 10]) ¿ 1,006 ×80+ 0,049 × 2647,36 ¿ 210,201 (kg/kgkkk) Độ ẩm tương đối φ 2 = d 2 × P
(0,622+ 0,049)× 0,59 ¿ 0,124 ,4 % Lượng tác nhân sấy cần thiết cho quá trình sấy thực tế l ' = d 1
2 −d 1 = 0,049−0,0167 1 = 30,96 (kgkkk/kg ẩm) Lượng tác nhân sấy thực tế
L ' =l ' × W 0,96 × 178,9U38,744 (kgkkk/h) Thể tích riêng của không khí ẩm v 2 = 288 ×T 2
1 10 5 −0,16 ×0.483 10 5 =1,102( m 3 / k gkkk ) Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực tế q=l ' × ( I 1 −I 0)0,96 ×(218−67,67)F54,217 (KJ/kg ẩm) Nhiệt lượng có ích
Tổng nhiệt lượng có ích và nhiệt lượng tổn thất trong quá trình sấy được tính toán như sau: nhiệt lượng do tác nhân sấy mang đi là q2 = l' × dx (d1) × (t2 − t0) × 0,96 × 1,037 × (80 − 25) = 1765,804 KJ/kg ẩm Nhiệt lượng đầu vào là q1 = i2 − n × t vl 1 & 47,36 − 4,18 × 30% = 21,96 KJ/kg ẩm Tổng nhiệt lượng bao gồm cả nhiệt lượng có ích và tổn thất được tính bằng công thức q' = q1 + q2 + qv + qm = 2521,96 + 1765,804 + 76,190852 + 331,844 = 4695,799 KJ/kg ẩm.
Nguyên tắc cơ bản là nhiệt lượng tiêu hao q phải bằng tổng nhiệt lượng có ích cộng với nhiệt lượng tổn thất Tuy nhiên, trong quá trình tính toán, việc làm tròn số có thể dẫn đến sai số.
- Sai số tương đối ε= ∆ q q = 41,582 4654,217 ×100 %=0,89 % 2 Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa khí và hơi
7.1.2.1 Tính hệ số cấp nhiệt của hơi nước bão hòa đến thành ống bên trong α 1 = 2,04 × A × √ 4 H × ∆ t r (W/ m 2 độ ¿ (CT V.101/T28, [3]) Trong đó:
A: Hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ màng ngưng tụ.
Chọn nhiệt độ tại thành ống truyền nhiệt là 193,65 ℃ Nhiệt độ màng ngưng tụ bằng nhiệt độ trung bình
Suy ra: Hệ số A = 199 (Tra bảng T29, [3])
∆ t : Hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ nước ngưng ( nhiệt độ bão hòa) và nhiệt độ phía mặt đường tiếp xúc với hơi ngưng tụ.
Thay các số liệu vào ta có: α 1 =2,04 ×199× √ 4 1968 1,4 × ×10 0,35 3 173,58(W /m 2 độ)
Vậy nhiệt lượng riêng là: q 1 =α 1 × ∆ t 173,58× 0,35c60,75 (W/ m 2 ¿
7.1.2.2 Tính hệ số cấp nhiệt bên ngoài ống
Chọn tốc độ dòng khí qua calorife w kk =6 (m/s) Không khí bên ngoài ống trong calorife có các thông số sau:
Nhiệt độ bằng nhiệt độ trung bình t = 25+170 2 = 97,5 ℃
Hệ số dẫn nhiệt độ: a=3,318×10 −5 ¿)
Hệ số dẫn nhiệt: λ =3,186 ×10 −2 (W/m.đô ̣) Độ nhớt động: υ!,8 ×10 −6 (m 2 /s) Chuẩn độ Reynolds
Chuẩn số Nuselt ( Tính cho trường hợp dòng chảy ngang qua bao bên ngoài ống chum gân):
+ d ng : Đường kính ngoài ống , d ng =0,04 (m ) + b g : Bước của gân , b g = 0,01(m )
+ h: Chiều cao gân , h g =0,008 (m)+ C,n: Các đại lượng phụ thuộc cách sắp xếp ống.
Chọn cách sắp xếp ống là thẳng hang, nên ta có: =0,116 ,n=0,72 Chuẩn số P r
3,318 ×10 −5 =0,657 Thay vào công thức ta có:
0,01 E,684(W /m 2 độ) a 2tt 4(W/m 2 đô ̣) (Đồ thị V.17b/T20, [3])
7.1.2.3 Tính hệ số truyền nhiệt K
+ Fbm: bề mă ̣t ngoài toàn bô ̣ của ống kể cả bề mă ̣t gân tính cho mô ̣t đơn vị chiều dài của ống, m 2
+ Ftr: bề mă ̣t trong của ống tính cho 1 đơn vị chiều dài cuả ống (m 2 ).
+ ∑ r t : Tổng nhiê ̣t trở của tường và các lớp că ̣n bẩn.
Diê ̣n tích bề mă ̣t trong của 1 ống:
F tr =π × d tr × l=3,14 × 0,03× 1,4 =0,132(m 2 ) Diê ̣n tích bên ngoài 1 ống:
F tr =π × d ng × l=3,14 × 0,04 ×1,4 =0,176 (m 2 ) Diê ̣n tích phần có gân:
4 ×0,04 2 ¿ 0,05(m 2 ) Diê ̣n tích phần không gân:
Suy ra: Diê ̣n tích bên ngoài của 1 ống:
F bm =F g × F kg =0,05 × 0,141=0,191(m 2 ) Tổng nhiệt trở của tường:
Thay số vào công thức trên ta có K = 33,907 (W/m 2 đô ̣) q 2 =K ×∆ t tb 3,907 ×193,65 e63,379( W / m 2 ) Δ q= q 2 −q 1 q 2
Vậy các thông số đã chọn là hợp lí
7.1.3 Tính toán các ống truyền nhiệt và calorifer
Diê ̣n tích bề mă ̣t trung bình của 1 ống:
2 =0,162(m 3 ) Tổng số ống truyền nhiê ̣t trong calorifer: n= F
Chọn n = 285 ống Chọn số ống xếp theo hàng dọc là 19 ống (n1 = 15).
Chọn số ống xếp theo hàng ngang là: n2 = 285:15 = 19 ống
n1 = 15, n2 = 19 ốngKhoảng cách giữa các ống: x = 0,05 (m) x’ = 0,01 (m)
+ L=1,4 (m): chiều cao ống truyền nhiệt.
+ H ch : chiều cao của lớp chắn, chọn H ch =0,15 (m )
Tính và chọn cyclon
Không khí vào xyclon chính là không khí sau khi ra khỏi máy sấy, có các thông số như sau: t = 80 0 C Khối lượng riêng: ρ = 0,986 (kg/m 3 )
Thể tích riêng: v = 1 ρ = 0,986 1 =1,014 (m 3 /kg) Lưu lượng không khí vào cyclon:
V =v × L ' =1,014 ×5538,744 V16,286(m 3 /h) Gọi ∆ P cyclon là trở lực của cyclon thì:
Tốc độ quy ước: ω q = √ 2× ∆ P ζ × ρ cyclon k (m / s)( T III 48/ T 522 ,[2])
Với là hệ số phụ thuộc vào kiểu cyclon
Chọn loại cyclon của viện NIOGAS thì ξ 0 suy ra ω q =3,85 Đường kính của cyclon:
Bảng 7.1: Các kích thước cơ bản của cyclon (Bảng III.3/T522, [2]) Đườn g kính
Chiều cao cửa vào Đường kính ống tâm
Chiều cao nón Đường kính của ra
Chiều cao phần ngoài ống tâm
Tính trở lực và chọn quạt
Trong hệ thống sấy, việc sử dụng quạt là cần thiết để tạo ra áp suất động, giúp di chuyển không khí vào hệ thống và một phần khắc phục trở lực trong đường ống.
- Quạt hút để hút không khí từ ngoài vào bộ lọc không khí sau đó đưa qua calorifer vào thùng sấy.
- Quạt hút ở cuối hê ̣ thống để hút không khí thải vào cyclon lọc bụi.
Tính toán trở lực từ quạt đến calorifer với đường kính ống dẫn φ = 0,3 m và khoảng cách l = 1,5 m Khối lượng riêng của không khí tại 25°C là ρ = 1,185 kg/m³, trong khi độ nhớt của không khí là υ = 15,53×10⁻⁶ m²/s.
Vận tốc không khí trong ống dẫn ω= 4 × L' ρ× π × φ 2 = 4 × 5538,744
Vì Re > 4.10 3 => đây là chế độ chảy xoáy (rối).
Chuyển động chảy xoáy chia làm 3 khu vực:
Khu vực nhẵn thủy lực học được đặc trưng bởi lớp màng chảy dòng bao phủ hoàn toàn gờ nhám của ống, dẫn đến việc độ nhám không tác động đến hệ số ma sát.
Trị số Reynolds giới hạn trên được xác định theo công thức sau:
(CT II.60/T378, [2]) Với ε =0,01 mm là độ nhám tuyệt đối.
Re gh Re 5 ta chọn k = 1,15 (Bảng II.48/T464, [3]) Vậy công suất của động cơ mối quạt:
N đc =1,15 ×14,534,71 (kW ) Quạt hút đặt sau cyclon Lưu lượng hút:
+ H p : là trở lực của toàn hệ thống (N/ m 2 ¿
2 h1,834 + t 0 : Nhiệt độ làm việc lúc đầu của không khí, t 2 ℃
+ B: Áp suất làm tại chỗ làm việc, B = 735,6 mmHg
+ ρ : Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện làm việc, ρ =1,2 (kg/m 3 ) + ρ k : Khối lượng riêng của khí ở điều kiện làm việc, ρ k =0,986 (kg/m 3 )
Dựa trên áp suất làm việc và lưu lượng không khí cần thiết, chúng ta chọn quạt II4-70 N 0 7 với hiệu suất khoảng 0,58, dựa vào đồ thị đặc tuyến của quạt (T 485 [1]).
Công suất trên trục động cơ điện:
+ η q =0,63là hiệu suất của quạt + η tr =0,95 là hiệu suất truyền động qua bánh đai
N = 9,81× 0,63 1,67 ×0,95 ×835,269 ×1000 ×0,986 = 17,216 (KW) Công suất thiết lập của động cơ điện:
+ K: hệ số dự trữ Với N > 5 ta chọn k 3= 1,1 (Bảng II.48/464, [2]) Vậy công suất của động cơ mối quạt:
Bảng 7.2 Kích thước của quạt II4-70 N 0 7