Thiết kế hệ thống sấy hầm dùng để sấy khoai mì lát, năng suất 530 kgh

Trong những năm gần đây nền nông nghiệp nước ta phát triển và đạt được rất nhiều thành tựu đáng kể. Không những đáp ứng đủ nhu cầu tiệu dùng nội địa mà còn bắt đầu xuất khẩu các mặt hàng nông sản cùng các chế phẩm của chúng. Đi cùng với sự phát triển ấy là sự ứng dụng các công nghệ mới đóng vai trò vô cùng quan trọng. Trong đó, công nghệ sấy là khâu quan trọng trong công nghệ sau thu hoạch, chế biến và bảo quản nông sản. Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng nhiệt. Nhiệt được cung cấp cho vật liệu ẩm bằng dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc bằng năng lượng điện trường có tần số cao. Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu một cách đơn thuần mà là một quá trình công nghệ. Nó yêu cầu thiết bị sấy phải làm việc tốt (vật liệu sấy khô đều có thể điều chỉnh được vận tốc dòng vật liệu và tác nhân sấy, điều chỉnh được nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy), tiết kiệm nguyên vật liệu và năng lượng, dễ sử dụng. Để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết bị như thiết bị sấy (hầm sấy, tháp sấy, thùng sấy,…), thiết bị đốt nóng tác nhân (calorife) hoặc thiết bị làm lạnh để làm khô tác nhân như quạt, bơm và một số thiết bị phụ như hầm đốt, Cyclon,.. Các thiết bị thực hiện một quá trình sấy cụ thể được gọi là một hệ thống sấy. Hầm sấy là một hệ thống sấy đối lưu có cấu tạo đơn giản và thông dụng nhất. Đây là loại thiết bị dễ sử dụng các phương thức khác nhau như : sấy có tuần hoàn một phần khí thải, sấy có bổ sung nhiệt trong phòng sấy, sấy có đốt nóng giữa chừng và sấy bằng khói lò trực tiếp. Sấy nông sản là một quy trình công nghệ phức tạp. Nó có thể thực hiện trên những thiết bị sấy khác nhau. Tùy loại nông sản mà ta có sự lựa chọn chế độ sấy thích hợp mang lại chất lượng sản phẩm sấy tốt, năng suất cao và tiết kiệm nguyên liệu, năng lượng. Trong đồ án này, nhóm em được giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy chuối. Với nhiệm vụ này, nhóm em lựa chọn thiết bị sấy hầm với tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt và nhờ quạt thổi vào. Hệ thống này được lắp đặt tại tỉnh Bình Dương với nhiệt độ không khí và độ ẩm trung bình là t = 27oC ; φ = 83%. Đây là lần đầu thực hiện đồ án thiết kế thiết bị sấy đầu tiên nên trong quá trình thực hiện còn nhiều vấn đề bất cập, hạn chế về mặt kiến thức,

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM

NGUYỄN THỊ KIM HOA MSSV: 2005202040

NGUYỄN NGỌC THANH TÂN MSSV: 2005203013

LỚP: 11DHTP12

TP.HCM, 11/2022

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM

NGUYỄN THỊ KIM HOA MSSV: 2005202040

NGUYỄN NGỌC THANH TÂN MSSV: 2005203013

LỚP: 11DHTP12

TP.HCM, 11/2022

MỤC LỤC

MỤC LỤC HÌNH ẢNH i

MỤC LỤC BẢNG BIỂU ii

LỜI CẢM ƠN iii

LỜI MỞ ĐẦU iv

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 5

1 Mục tiêu đề tài 5

2 Nhiệm vụ đồ án 5

3 Tổng quan về nguyên liệu khoai mì 5

4 Phân loại, cấu tạo, thành phần hóa học của khoai mì 6

5 Tổng quan về quá trình sấy 11

6 Giới thiệu về thiết bị sấy hầm 16

CHƯƠNG 2 - THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 21

1 Phân tích lựa chọn quy trình công nghệ 21

2 Thuyết minh quy trình công nghệ 23

CHƯƠNG 3 - TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 32

1 Tính toán thông số ban đầu của quá trình sấy 32

2 Tính cân bằng vật chất cho quá trình sấy 35

3 Tính chọn thời gian sấy 37

CHƯƠNG 4 - TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 39

1 Tính toán kích thước căn bản của thiết bị sấy 39

2 Sấy lí thuyết 43

3 Vân tốc và chế độ chuyển động của không khí trong hầm sấy 43

4 Tính tổn thất nhiệt lượng 44

5 Các thông số của quá trình sấy thực 51

1 Tính cân bằng nhiệt lượng 52

CHƯƠNG 5 - TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHỤ 55

1 Tính toán thiết kế Calorifer 55

2 Cyclon 60

3 Quạt 62

4 Gầu tải nhập liệu 73

CHƯƠNG 6 - KẾT LUẬN 75

1 Kết luận 75

2 Ý nghĩa của đề tài 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Bảng 3.1: Các thông số tác nhân sấy 35

Bảng 3.2: Bảng thông số cân bằng vật chất 38

Bảng 4.1: Tính toán băng tải và hầm sấy 43

Bảng 4.2: Các thông số của không khí tính theo thực tế 52

Bảng 4.3: Cân bằng nhiệt lượng 54

Bảng 5.1: Bảng các thông số kích thước ống truyền nhiệt 56

Bảng 5.2: Các thông số vật lý của Calorifer 60

Bảng 5.3: Kích thước cơ bản của Cyclon đơn loại LIH-24 (Bảng III.4/P524 [14]) 62

Bảng 5.4: Kết quả các trở lực 70

Bảng 5.5: Các thông số của quạt 73

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Các thông số tác nhân sấy 35

Bảng 3.2: Bảng thông số cân bằng vật chất 38

Bảng 4.1: Tính toán băng tải và hầm sấy 43

Bảng 4.2: Các thông số của không khí tính theo thực tế 52

Bảng 4.3: Cân bằng nhiệt lượng 54

Bảng 5.1: Bảng các thông số kích thước ống truyền nhiệt 56

Bảng 5.2: Các thông số vật lý của Calorifer 60

Bảng 5.3: Kích thước cơ bản của Cyclon đơn loại LIH-24 (Bảng III.4/P524 [14]) 62

Bảng 5.4: Kết quả các trở lực 70

Bảng 5.5: Các thông số của quạt 73

Trong thời gian học tập tại trường em đã tiếp thu rất nhiều kiến thức và bài báo cáo này là kết quả của quá trình học tập và rèn luyện dưới sự dạy bảo của quý thầy cô Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Phan Thế Duy, người đã tận tình hướng dẫn và góp ý kỹ lưỡng trong thời gian qua giúp em hoàn thành bài báo cáo một cách tốt nhất Đồng thời do kinh nghiệm thực tế còn hạn chế cũng như kiến thức còn hạn hẹp nên bài báo cáo không thể tránh khỏi thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn những đồ

án sau này ạ

Cuối cùng, chúng em xin cảm ơn tất cả các thầy cô giảng viên trong khoa Công nghệ Thực Phẩm, đặc biệt là thầy Phan Thế Duy đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tụi em trong suốt thời gian thực hiện học phần đồ án luôn dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 11 năm 2022

LỜI MỞ ĐẦU

Trong ngành công nghiệp thực phẩm nói chung thì việc bảo quản chất lượng sản phẩm

là rất quan trọng Để chất lượng sản phẩm được tốt ta cần có phương pháp bảo quản tốt và phù hợp, việc tiến hành sấy để tách ẩm cũng là một trong các phương pháp phổ biến Vật liệu sau khi sấy có khối lượng giảm lên, thời gian bảo quản kéo dài

Người ta dùng phương pháp sấy nhân tạo trong công nghiệp, tức là phải cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm Phương pháp cung cấp nhiệt có thể bằng dẫn nhiệt, đối lưu bức xạ hoặc bằng năng lượng điện trường có tần số cao

Để thực hiện quá trình sấy, người ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết bị như: thiết

bị sấy (buồng sấy, hầm sấy, máy sấy thùng quay, sấy phun, sấy tầng sôi, ), thiết bị đốt nóng tác nhân, quạt, bơm và một số thiết bị phụ khác

Trong đồ án này chúng em trình bày tính toán và thiết kế hệ thống sấy hầm dạng băng tải dùng để sấy khoai mì lát, sử dụng caloriphe hơi nước bão hòa gia nhiệt tác nhân sấy (không khí)

Thông qua đó, có cơ hội tiếp cận, hiểu rõ hơn về các nguyên lí hoạt động, các thông

số của thiết bị sấy nhất là thiết bị sấy hầm kiểu băng tải

Do trình độ kiến thức, sự hiểu biết còn chưa sâu nên sẽ có nhiều thiếu sót, vì vậy chúng

em mong sẽ nhận được sự chỉ bảo và giúp đỡ cũng như là lời nhận xét của thầy cô bộ môn

để sửa chửa, khắc phục những kiến thức còn thiếu của mình giúp bài trở nên hoàn thiện hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô!

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN

1 Mục tiêu đề tài

Đề tài này nhằm mục đích Tính toán và Thiết kế hệ thống sấy hầm dùng để sấy khoai

mì lát, đảm bảo được năng suất đầu ra là 530 kg/h theo khối lượng sản phẩm khô cùng với các thông số, số liệu, kích thước của quá trình cũng như thiết bị để đáp ứng được chuẩn đầu ra của quá trình được tốt nhất

2 Nhiệm vụ đồ án

Dưới đây là nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu:

- Độ ẩm khoai mì lát ban đầu 35%

- Độ ẩm sau sấy 7%

- Các thông số liên quan đến đặc tính vật liệu, tự chọn theo điều kiện thực tế tham khảo

- Sử dụng caloriphe hơi nước bão hòa gia nhiệt tác nhân sấy (không khí)

- Địa điểm sấy: tỉnh Bình Phước

3 Tổng quan về nguyên liệu khoai mì

Khoai mì (miền Bắc gọi là sắn) có tên khoa học là Manihot esculenta, thuộc họ Thầu dầu: Euphorbiaceae

Là một trong các cây lương thực chủ đạo của nước ta Khoai mì có thân nhỏ, cao khoảng 1,5 đến 3m, toàn cây có nhựa trắng và thân có các u nần do cuống lá để lại Lá khoai mì thuộc dạng lá đơn, mọc so le với các cuống lá dài, phiến lá xẻ thành 5 – 8 thùy, hình chân vịt Hoa khoai mì mọc thành cụm ở ngọn, quả hình trứng, có cánh Rễ khoai mì thuộc dạng

rễ củ, phình to và có thể dài đến 60 cm với lớp vỏ dày, lớp vỏ tróc màu vàng nâu, lớp vỏ giữa màu hồng tím, chứa nhiều tinh bột bên trong và có sợi trục như tim nến ở lõi

Nó được xem là loài cây cứu đói ở các nước đang phát triển trong thời kỳ khó khăn Sau này cây khoai mỳ còn trở thành cây công nghiệp quan trọng

Ngoài ra khoai mì còn có một số công dụng như:

- Làm thực phẩm cho con người: chủ yếu từ củ khoai mỳ, luộc hoặc hấp trực tiếp để ăn hoặc mài nhuyễn thành bột để chế biến các loại bánh, nước giải khát Người ta còn dùng

lá và đọt non của cây khoai mì dùng làm rau

- Dùng làm thức ăn gia súc

- Dùng trong công nghiệp (chủ yếu là tinh bột khoai mỳ)

- Là cây trồng cung cấp nhiên liệu sinh học: sản xuất nhiên liệu ethanol

- Một số bộ phận cây khoai mì được dùng làm thuốc: lá, chất gluten trong tinh bột của khoai mỳ

4 Phân loại, cấu tạo, thành phần hóa học của khoai mì

4.1 Phân loại

Khoai mì có nhiều loại khác nhau về màu sắc, thân cây, lá, vỏ củ, thịt củ Tuy nhiều trong công nghiệp người ta phân loại khoai mì thường dựa vào hàm lượng aicid cyanhydric (HCN) thành hai loại: là khoai mì đắng (manihot utilissima) và khoai mì ngọt (manihot palmate)

Giống như các loại củ và củ khác, cả hai loại khoai mì đắng và ngọt đều chứa các yếu

tố kháng dinh dưỡng và độc tố, trong đó các loại khoai mì đắng chứa một lượng lớn hơn nhiều

- Khoai mì đắng: cho năng suất cao, củ to, hàm lượng tinh bột trong củ cao, có nhiều nhựa củ, hàm lượng cyanhydric cao, ăn tươi bị ngộ độc

- Khoai mì ngọt: gồm tất cả các loại khoai mì có hàm lượng cyandydric thấp, loại khoai

mì này có hàm lượng tinh bột thấp, ăn tươi không bị ngộ độc [6]

4.2 Cấu tạo

Hình 1.2: Cấu tạo củ khoai mì

Khoai mì là loại củ có lõi (tim củ) nối từ thân cây chạy dọc theo củ đến đuôi củ Có cấu tạo: vỏ gỗ, vỏ cùi, thịt sắn, lõi sắn So với các loại củ khác thì vỏ củ sắn là loại vỏ dễ phân biệt và dễ tách nhất

ta phải đề ra chế độ bảo vệ củ hợp lý tuỳ từng điều kiện cụ thể

 Chất protein, béo, xơ, tro trong 100g được tương ứng là 0,8-2,5g, 0,2-0,3g, 1,1-1,7g, 0,6-0,9g

Ngoài ra, trong sắn còn chứa một lượng độc tố, tanin, sắc tổ

Độc tố trong sắn ở dạng glucozit có tên riêng là Fazeolunatin, có hàm lượng phụ thuộc vào loại, giống (khoảng 0,01:0,04%) Fazeolunatin không hòa tan trong rượu, ester mà hòa tan nhiều trong nước Dưới tác dụng của enzyme hoặc acid HCN, fazeolunatin bị phân hủy

và giải phóng HCN Cũng vì có HCN trong sẵn nên có trường hợp ăn sắn bị say thậm chí

có khi chết người

Tanin và sắc tố: làm cho bột có màu xám đen Vì trong quá trình chế biến sắn, bột tiếp xúc với không khí, khi đó, tanin sẽ bị oxy hóa và tạo ra màu đen sẫm làm ảnh hưởng đến màu sắc bột.[7]

4.4 Tình hình sản xuất khoai mì trên thế giới và Việt Nam

Cây khoai mì (Manihot esculenta Crantz) là cây lấy củ được du nhập vào nước ta từ đầu thế kỷ 19 Khoai mì là cây lương thực chính của cư dân nhiều vùng, nhất là các vùng đồi núi Nghiên cứu và sản xuất khoai mì đang được khích lệ, dần chiếm được chỗ đứng đáng được coi trọng trong nền nông nghiệp Việt Nam Khoai mì cùng với lúa và ngô là ba cây trồng được ưu tiên nghiên cứu phát triển trong tầm nhìn chiến lược đến năm 2020 của Bộ Nông nghiệp& Phát triển Nông thôn

Các vùng trồng khoai mì chính của Việt Nam được tập trung chủ yếu là: Bắc Trung Bộ, Duyên Hải miền Trung, Tây Nguyên, Đông Nam Bộ và Trung du miền núi phía Bắc

Lan (21,82 tấn/ ha).[8]

Từ những dữ liệu đã được thống kê ở trên ta có thể thấy rằng khoai mì là một loại cây cung cấp lương thực giữ vai trò quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm, bởi giá trị của chúng mang lại, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dân

4.5 Đánh giá chất lượng củ khoai mì:

 Phương pháp cảm quan:

Xác định củ tốt xấu (có chạy nhựa hay không) và xác định tương đối hàm lượng tỉnh bột có trong củ

* Dùng phương pháp cảm quan để xác định củ mới và cũ

 Bẻ đôi củ khoai mì, nhìn vào bề mặt cắt ngang: nếu củ trắng tươi thì tốt có thể

để lại sản xuất sau

 Nếu củ bị quầng đen, xám hay xanh đen tức là củ “chạy chỉ” nên đưa vào sản xuất ngay

* Dùng phương pháp cảm quan thống kê trong thu mua sẵn nguyên liệu

 Củ nhỏ và ngắn (chiều dài khoảng 10cm, đường kinh củ chỗ lớn nhất dưới 1,5cm) không quả 4%

 Củ dập nát và gẫy vụn không quá 3%

* Dùng phương pháp cảm quan thông kê trong thu mua sản nguyên liệu

 Củ nhỏ và ngắn (chiều dài khoảng 10cm, đường kính củ chỗ lớn nhất dưới 1,5 cm) không quá 4%

 Củ dập nát và gẫy vụn không quá 3%

 Lượng đất và tạp chất tối đa từ 1,5% - 20%

 Không có củ thối

 Củ có dấu vết chảy nhựa nhỏ hơn 5%

5 Tổng quan về quá trình sấy

5.1 Khái niệm quá trình sấy

Quá trình sấy là quá trình sử dụng nhiệt để tách nước ra khỏi mẫu nguyên liệu theo nguyên tắc bốc hơi hoặc thăng hoa Chúng ta cần phân biệt sự khác nhau giữa sấy

và cô đặc Trong quá trình sấy, mẫu nguyên liệu thường ở dạng rắn, tuy nhiên mẫu nguyên liệu cần sấy cũng có thể ở dạng lỏng hoặc huyền phù Sản phẩm thu được sau quá trình sấy ở dạng rắn hoặc dạng bột.[3]

Trong thiết bị sấy, lượng nhiệt mà vật liệu nhận được có thể biểu diễn theo phương trình:

𝑑𝑄 = 𝛼𝑞𝐹(𝑡𝑘 − 𝑡𝑏)𝑑𝜏

𝛼𝑞 - hệ số truyền nhiệt cho vật liệu

𝐹 - diện tích bề mặt truyền nhiệt hoặc bề mặt bay hơi của vật liệu

𝑡𝑘 - nhiệt độ trong phòng sấy

𝑡𝑏 - nhiệt độ bay hơi của ẩm

Lượng nhiệt này một phần làm bay hơi ẩm, một phần đốt nóng vật liệu và được gọi

là lượng nhiệt hữu ích cần cho quá trình sấy

𝑑𝑄 = (𝐶𝑜𝐺𝑜+ 𝐶𝑎𝐺𝑎)𝑑𝜃̅ + [𝑟 + 𝐶ℎ(𝑡ℎ − 𝑡𝑏)]𝑑𝐺𝑎

𝐶𝑜, 𝐶𝑎 - nhiệt dung riêng của chất khô và ẩm trong vật liệu

𝑑𝜃̅ - sự biến đổi nhiệt độ trung bình của vật liệu

𝐺𝑜, 𝐺𝑎 - khối ượngha ất khô và ẩm trong vật liệu

𝑟 - ẩn nhiệt hóa hơi của ẩm trong vật liệu

𝐶ℎ - nhiệt dung riêng của hơi hóa nhiệt khi p = cons

𝑡ℎ - nhiệt độ của hơi hóa nhiệt

𝑑𝐺𝑎 - lượng ẩm bay hơi từ vật liệu trong thời gian 𝑑𝜏

Hình 1.3: Cơ chế quá trình sấy

Từ sự cân bằng nhiệt lượng có thể rút ra phương trình tốc độ sấy vật liêu:

Đánh giá hiệu quả của một thiết bị sấy, người ta dùng đại lượng ƞ, gọi là hiệu suất nhiệt hữu ích, được biểu diễn như là tỷ số:

𝜂 = 𝑁ℎ𝑖ệ𝑡 𝑙ượ𝑛𝑔 ℎữ𝑢 í𝑐ℎ𝑇ổ𝑛𝑔 𝑛ℎ𝑖ệ𝑡 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑡𝑖ê𝑢 ℎ𝑎𝑜 100%

Cơ chế của quá trình sấy trong thiết bị được diễn tả bởi 4 quá trình căn bản sau:

1 - Dòng nhiệt qm cấp cho bề mặt vật liệu

2 - Dòng nhiệt q dẫn từ bề mặt vào vật liệu

3 - Khi nhận được lượng nhiệt q, dòng ẩm J di chuyển từ vật liệu ra bề mặt

4 - Dòng ẩm Jm từ bề mặt vật liệu tách vào môi trường xung quanh

Bốn quá trình này thể hiện bằng sự truyền vận bên trong vật liệu và sự trao đổi nhiệt

ẩm bên ngoài giữa bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh

Như vậy, khi bề mặt vật liệu nhận lượng nhiệt qm thì thải ra lượng ẩm tương ứng Jm Đại lượng mật độ dòng nhiệt qm và dòng ẩm Jm đặc trưng cho tải trọng bề mặt làm việc trong các thiết bị sấy Theo nguyên lý nhiệt động lực học có thể viết:

r - ẩn nhiệt bay hơi của ẩm

 Phân loại các phương pháp sấy theo phương thức cung cấp nhiệt:

 Phương pháp sấy đối lưu

 Phương pháp sấy bức xạ

 Phương pháp sấy tiếp xúc

 Phương pháp sấy bằng điện trường dòng cao tần

 Phương pháp sấy thăng hoa

5.2 Động lực quá trình sấy

Quá trình sấy là quá trình tách ẩm (chủ yếu là nước và hơi nước) khỏi vật liệu sấy để thải vào môi trường Ẩm có mặt trong vật liệu theo một phương thức nào đó nhận được một nguồn năng lượng để tách khỏi vật liệu sấy và dịch chuyển từ trong lòng vật liệu ra bề mặt, từ bề mặt vào môi trường xung quanh [4]

Nếu gọi Pv và Pbm tương ứng là áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong lòng vật liệu và trên bề mặt thì động lực quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lòng ra bề mặt vật liệu

L1 tỷ lệ thuận với hiệu số (Pv - Pbm): L1 ~ (Pv - Pbm)

Nếu áp suất hơi riêng phần trong không gian xung quanh vật liệu Ph nhỏ hơn Pbm thì

ẩm tiếp tục dịch chuyển vào môi trường xung quanh với động lực L2 Khi đó, động lực L2

cũng tỷ lệ thuận với hiệu số (Pbm – Ph): L2 ~ (Pbm – Ph)

5.3 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

5.4 Tác nhân sấy

Để duy trì động lực của quá trình sấy cần một môi chất mang ẩm thoát từ bề mặt vật liệu sấy thải vào môi trường Môi chất làm nhiệm vụ nhận ẩm từ bề mặt vật để thải vào môi trường gọi chung là tác nhân sấy Tác nhân sấy có thể là không khí, khói lò hoặc một

số môi chất lỏng như dầu mỏ, macarin… trong đó không khí và khói lò là hai tác nhân sấy phổ biến nhất Trong thiết bị sấy đối lưu, tác nhân sấy còn làm thêm nhiệm vụ đốt nóng vật Trạng thái của tác nhân sấy cũng như nhiệt độ và tốc độ của nó đóng vai trò quan trọng trong toàn bộ quá trình sấy.[4]

5.5 Yếu tố ảnh hưởng quá trình sấy

Nhiệt độ sấy: yếu tố ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm là nhiệt độ sấy Nếu

nhiệt độ sản phẩm trong quá trình sấy cao hơn 600C thì protein bị biến tính Rau quả đòi hỏi có chế độ sấy ôn hòa (nhiệt độ thấp) Nếu loại rau quả ít thành phần protein thì nhiệt

độ đốt nóng sản phẩm có thể lên đến 80-900C Quá trình sấy còn phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt độ vật liệu sấy Nếu tốc độ tăng nhanh thì bề mặt vật liệu sấy bị rắn lại và ngăn quá trình thoát ẩm Ngược lại, nếu tốc độ tăng chậm thì cường độ thoát ẩm yếu

Độ ẩm không khí: Muốn nâng cao khả năng hút ẩm của không khí thì phải giảm độ

ẩm tương đối cùa nó xuống Nếu độ ẩm của không khí quá thấp sẽ làm rau quả nứt hoặc tạo ra lớp bỏ khô trên bề mặt, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình thoát hơi ẩm tiếp theo Nhưng nếu độ ẩm quá cao sẽ làm giảm tốc độ sấy Người ta điều chỉnh độ ẩm của không khí ra bằng cách điều chỉnh tốc độ lưu thông của nó và lương rau quả tươi chứa trong lò sấy

Lưu lượng của không khí: trong quá trình sấy, không khí có thể lưu thông tự nhiên

hoặc cưỡng bức

Độ dày của lớp vật liệu sấy: độ dày của lớp rau quả sấy cũng ảnh hưởng đến quá trình

sấy Lớp nguyên liệu càng mỏng thì quá trình sấy càng nhanh và đồng đều, nhưng nếu quá mỏng sẽ làm giảm năng suất của lò sấy Ngược lại, nếu quá dày thì sẽ làm giảm sự lưu thông của không khí, dẫn đến sản phẩm bị “đổ mồ hôi” do hơi ẩm đọng lại.[5]

5.6 Chế độ sấy

Để đảm bảo chất lượng và thời gian sấy đạt yêu cầu, cần phải có các tập hợp về các tác động nhiệt ẩm của môi trường sẩy đến vật liệu sấy được gọi là các chế độ sấy Mỗi loại vật liệu sấy đều có các đặc điểm cấu tạo khác nhau và yêu cẩu chất lượng sau sấy khác nhau,

vì vậy cần chọn chế độ sấy và phương pháp sấy phù hợp, tối ưu nhất

Các thông số xác định chế độ sấy:

 Nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị

 Ảnh hưởng đến tốc độ sấy vật liệu,

 Độ ẩm tương đối của không khí vào thiết bị

 Nhiệt độ môi chất sẩy ra khỏi thiết bị

 Độ ẩm của môi chất sấy ra khỏi thiết bị

 Tốc độ tác nhận sấy

6 Giới thiệu về thiết bị sấy hầm

Sấy hầm là hệ thống sấy có bản chất là sẩy đối lưu, vì vậy nguyên lý hoạt động của nó cũng tương tự như sấy đối lưu

6.1 Nguyên lí hoạt động

Ban đầu vật liệu sấy có độ ẩm cao được đưa vào hệ thống sấy Tại đây vật liệu sấy sẽ được tiếp xúc với các tác nhân sảy đã được gia nhiệt bởi calorifer lên đến nhiệt độ sấy cần thiết Ẩm trong vật liệu gặp nhiệt độ cao của tác nhân sấy sẽ bay hơi và đi theo tác nhân sấy thoát ra ngoài Tác nhân sấy phải có nhiệt độ và tốc độ phù hợp với vật liệu sấy, dòng tác nhân có thể chuyển động cùng chiều

6.2 Hệ thống sấy hầm

Hầm sấy có chiều dài lớn gấp nhiều lần chiều rộng và chiều cao, và hầm sấy chỉ có thể

là đối lưu cưỡng bức nghĩa là bắt buộc phải dùng quạt Trong hệ thống sấy hầm, có nhiều loại thiết bị truyền tải được sử dụng như băng tải, xe goòng, xe treo… đi vào ở đầu hầm và

ra ở cuối hầm sấy Để kéo các xe goòng, xe treo ta thường dùng sức người hoặc các xích tải hay cơ cấu thuỷ lực để nạp và lấy các xe

6.3 Phân loại sấy hầm

Căn cứ vào phương tiện vận chuyển, hầm sấy gồm có 3 loại: hầm sấy có xe gòong, hầm sấy xe treo, hầm sấy băng tải (p.116 [9])

 Hầm sấy có xe gòong

Hình 1.4: Thiết bị sấy hầm có xe goong

Thời gian sấy chính là thời gian chuyển động của mỗi xe goong đi từ đầu hầm đến cuối hầm sấy Năng suất của hầm sấy bằng năng suất của tất cả các xe vào hoặc ra mỗi giờ Nếu gọi thời gian giữa hai xe liên tiếp là một chu kỳ thì năng suất của hầm sấy bằng năng suất của một xe nhân với số chu kỳ trong một giờ [10]

Ưu điểm: có thể sấy vật liệu: gỗ, cafe,…

Nhược điểm: Chi phí đầu tư vật liệu cao, phức tạp, tốn năng lượng, thiết bị cồng kềnh

Do thiết bị sấy hầm xe goòng tốn nhiều chi phí vật tư và khi vận hành cần phải có năng lượng khá lớn để duy trì Do đó, Thiết bị sấy xe goòng tốn nhiều năng lượng không phù hợp để sấy khoai mì lát

 Hầm sấy có xe treo:

Hình 1.5: Thiết bị sấy hầm có xe treo

Cấu tạo của hầm sấy này gồm: hầm sấy có kết cấu ngắn và rộng, cao, bên trong chia thành nhiều khoang nhỏ phù hợp với hệ thống xích vận chuyển các xe và chuyển động của tác nhân sấy Chiều dài của xích nằm trong buồng sấy phụ thuộc tốc độ, thời gian sấy, tốc độ của xích Chiều dài tổng cộng của xích bằng chiều dài phần nằm trong hầm sấy cộng với phần để tháo sản phẩm sấy và nạp mới vật sấy

Mỗi xe treo có thể có một hay nhiều khay Nếu mỗi xe chỉ có một khay thì việc nạp sấy và tháo sản phẩm sấy dễ tự động hóa, quá trình sấy là liên tục Nếu mỗi xe có nhiều khay thì nguyên tắc sấy liên tục nhưng các xe được treo lên xích hay lấy ra lần lượt từng chiếc một [10]

Ứng dụng: hạt nhỏ, mảnh được cắt nhỏ,…

 Do thiết bị sấy hầm có xe treo cồng kềnh phải sử dụng nhiều khay để sấy, cấu tạo phức tạp (gồm nhiều xe treo) nên không thích hợp để sấy khoai mì do ảnh hưởng đến năng suất cho quá trình sấy

 Hầm sấy dạng băng tải

Đối với hầm sấy dạng băng tải, vật liệu được rải đều trên băng tải nhờ cơ cấu nạp liệu Sản phẩm liên tục được lấy ra ở cuối băng tải Tác nhân sấy là không khí nóng hay khói lò chuyển động cắt ngang chiều chuyển động của băng tải

Chiều dài và tốc độ của băng tải phục thuộc vào thời gian sấy Chiều rộng băng (cũng là chiều rộng lớp vật liệu sấy), chiều dày lớp vật sấy và tốc độ băng phụ thuộc năng suất của máy

Để không gây ra trở lực lớn, sản phẩm có độ khô đều thì lớp vật sấy trên băng có chiều dày từ 50 đến 250 mm.[10]

Cấu tạo:

Hình 1.6: Thiết bị sấy hầm dạng băng tải

1.Buồng sấy 4 Con lăn đỡ 7 Cơ cấu nhập liệu liên tục

2 Băng tải 5 Buồng đốt 8 Cửa khí vào

3 Tang quay 6 Phễu nhập liệu

Nguyên lý hoạt động: không khí được hút vào cửa 8 phía dưới và được đốt nóng đến

nhiệt độ cần thiết nhờ buồng đốt 5 Vật liệu được nạp vào phễu 6 nhờ cơ cấu nhập liệu 7

và di chuyển từ băng tải trên xuống các băng tải dưới, đến băng cuối cùng thì vật liệu khô được đổ vào ngăn chứa sản phẩm Còn không khí nóng đi ngược chiều và đi từ dưới lên Loại thiết bị này có thể dùng để sấy rau quả, ngũ cốc, than đá…

Qua tìm hiểu về ưu, nhược điểm của các thiết bị sấy và đặc tính của khoai mì, ta sử dụng thiết bị sấy kiểu băng tải với nhiều băng tải làm việc liên tục với tác nhân sấy là không khí nóng.Vật liệu sấy được cung cấp nhiệt bằng phương pháp đối lưu

Ưu điểm: thiết bị đơn giản, ít chi phí chế tạo hơn, sản phẩm được sấy đều, có hiệu quả sấy cao Có thể đốt nóng giữa chừng, điều khiển dòng khí, hoạt động liên tục, có thể sấy cùng chiều, ngược chiều hay chéo dòng

Nhược điểm: thiết bị cồng kềnh, vận hành phức tạp

 Do thiết bị sấy băng tải được chế tạo đơn giản, ít chiếm diện tích nhà máy, ít tốn năng lượng, sản phẩm được sấy đều và quan trọng có hiệu quả năng suất cao

 Nên thiết bị sấy hầm băng tải được chọn là thiết bị sấy khoai mì phù hợp nhất trong 3 thiết bị sấy hầm

6.4 Ứng dụng hệ thống sấy hầm

Do khả năng sấy lượng lớn nguyên liệu trong một thời gian tương đối ngắn, thiết

bị sấy hầm được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghệ thực phẩm cũng như một số ngành nghề khác Trong công nghiệp thực phẩm, hầm sấy là một thiết bị tối ưu được lựa chọn cho sấy rau củ và một số loại trái cây

6.5 Ưu, nhược điểm của thiết bị sấy hầm

Ưu điểm:

 Năng suất cao

 Chi phí đầu tư thấp

 Thích hợp với nhiều loại sản phẩm khác nhau

Nhược điểm:

 Sấy không đều do sự phân lớp của không khí nóng và lạnh theo chiều cao của hầm, khi tốc độ dòng khí nhỏ, vật liệu không được xáo trộn đều

CHƯƠNG 2 - THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

1 Phân tích lựa chọn quy trình công nghệ

1.1 Lựa chọn phương pháp sấy:

Do sản phẩm khoai mỳ lát được sử dụng trong thực phẩm nên phải đảm bảo về vệ sinh an toàn thực phẩm Do đó, ta sử dụng phương pháp sấy dùng tác nhân sấy là không khí Với yêu cầu là sản phẩm khoai mỳ lát có độ ẩm cuối quá trình sấy là 7% và công suất sấy không quá lớn chỉ dùng ở mức trung bình nên lựa chọn công nghệ sấy hầm với kiểu sấy đối lưu cưỡng bức dùng quạt thổi

Không khí ngoài trời được đi qua Calorifer khí – hơi Không khí được gia nhiệt lên đến nhiệt độ sấy thích hợp sau đó được quạt thổi vào hầm sấy Trong hầm sấy không khí đã được gia nhiệt sẽ tiếp xúc và trao đổi nhiệt - ẩm với vật liệu sấy làm cho độ ẩm tương đối của không khí tăng lên, đồng thời nước trong vật liệu sấy khuếch tán vào tác nhân sấy Không khí này sau đó được thải ra ngoài môi trường

1.2 Lựa chọn chế độ sấy

 Với hệ thống sấy hầm vật liệu sấy là khoai mỳ lát Sử dụng không khí nóng có nhiệt độ t1 = 700C, theo yêu cầu công nghệ tinh bột khoai mỳ có nhiệt độ hồ hóa của tinh bột khoai mỳ là 58,5 – 700C) (p.44 [11])

 Địa điểm sấy ở tỉnh Bình Phước Vì vậy để xác định nhiệt độ và độ ẩm của không khí ngoài trời khi đi vào thiết bị, ta lấy giá trị trung bình trong năm của khu vực Đồng Xoài, tỉnh Bình Phước theo thông tin của Đơn vị hành chính, đất đai khí hậu tỉnh Bình Phước là to= 27oC, φo= 78%[12] Nhiệt độ không khí ra khỏi hầm sấy chọn là t2 = 350C (p.102 [4]) để tránh thất thoát nhiệt và tránh trên bề mặt sản phẩm không bị đọng sương Độ ẩm tương đối của không khí vào thiết bị sấy:

φ0=78% Nhiệt độ của không khí vào thiết bị sấy t0=270C [12]

 Với hệ thống sấy hầm vật liệu sấy là khoai mì lát Chúng em sử dụng không khí nóng Công nghệ sấy hầm dạng băng tải

 Nguyên lí hoạt động: Sấy hầm là hệ thống sấy có bản chất là sẩy đối lưu, vì vậy nguyên lý hoạt động của nó cũng tương tự như sấy đối lưu

1.3 Công nghệ sấy hầm băng tải

1.3.1 Khái niệm

Băng tải trong hệ thống sấy hầm dạng xích kim loại có nhiệm vụ chứa và vận chuyển vật liệu sấy, đồng thời cho tác nhân sấy đi qua băng tải để xuyên qua vật liệu sấy thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ẩm Các hệ thống sấy hầm khác nhau chủ yếu cách tổ chức cho tác nhân sấy và vật liệu sấy đi cùng chiều, ngược chiều nhau hoặc dích dắc, hồi lưu hay không hồi lưu Đối với hầm sấy dạng băng tải, vật liệu được rải đều trên băng tải nhờ cơ cấu nạp liệu Sản phẩm liên tục được lấy ra ở cuối băng tải

Tác nhân sấy là không khí nóng hay khói lò chuyển động cắt ngang chiều chuyển động của băng tải

Chiều dài và tốc độ của băng tải phục thuộc vào thời gian sấy Chiều rộng băng (cũng

là chiều rộng lớp vật liệu sấy), chiều dày lớp vật liệu sấy và tốc độ băng phụ thuộc năng suất của máy Để không gây ra trở lực lớn, sản phẩm có độ khô đều thì lớp vật sấy trên băng có chiều dày từ 50 đến 250 mm [5]

1.3.2 Hệ thống sấy hầm dạng băng tải

Hệ thống sấy hầm dạng băng tải là thiết bị làm việc liên tục, có thể dài đến 20m, rộng 3m Nguyên liệu được đặt trên một băng chuyền lưới có đáy sâu 5-15 cm Dòng khí lúc đầu có hướng từ dưới lên qua đáy của nguyên liệu và ở các giai đoạn sau đó được hướng xuống dưới để sản phẩm khỏi bị thổi ra khỏi băng chuyền Ở các thiết bị sấy 2 hoặc 3 giai đoạn, nguyên liệu sau khi được sấy một phần sẽ được xáo trộn và chất đống lại vào các băng chuyền kế tiếp sâu hơn (đến 15-25 cm hoặc 25-90 cm ở các máy sấy 3 giai đoạn), nhờ đó cải tiến được tính đồng nhất của quá trình sấy và tiết kiệm được không gian Sản phẩm thường được sấy đến độ ẩm 10-15 % và sau đó được sấy kết thúc ở thùng sấy Thiết bị sấy có thể có các khu vực sấy độc lập với nhau được kiểm soát bằng máy tính và

hệ thống tự động nạp nguyên liệu và tháo sản phẩm để giảm chi phí nhân công

Ngoài thiết bị chính là băng tải, hệ thống sấy hầm còn có các thiết bị phụ như: calorifer, quạt, cyclon, gầu tải nhập liệu:

 Calorifer

Nhiệm vụ của calorifer là đốt nóng không khí đến một nhiệt độ theo yêu cầu để cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy đồng thời giảm độ ẩm tương đối 𝜑 để tăng khả năng nhận ẩm của nó Đây là thiết bị trao đổi nhiệt có vách ngăn, với ống là dạng có gân Hơi bão hòa di chuyển trong ống, không khí chuyển động ngoài ống (p.112 [9])

 Quạt

Quạt là thiết bị dùng để vận chuyển (hút và đẩy) đưa không khí qua calorifer vào thiết

bị sấy để thực hiện quá trình sấy và mang ẩm thải ra môi trường Loại quạt được sử dụng

là quạt ly tâm và dựa vào số liệu tính toán để chọn năng suất, động cơ và kích thước quạt (p.112 [9])

Lựa chọn nguyên liệu phù hợp và tốt nhất cho quá trình sản xuất, chuẩn bị cho các quá trình tiếp theo

Yêu cầu: củ mì thường chọn khoai mì nhiều bột, vỏ củ và vỏ bao mỏng, không bị bệnh,

dập nát và tạp bẩn không quá 1,5%, củ dập nát không quá 2% không nhiễm bệnh thối khô hay thối ướt

KCS: Kiểm tra nhanh bằng thiết bị phòng thí nghiệm, kiểm tra bằng cảm quan

Sau khi kiểm nhận nên cho chế biến ngay, không để lâu quá 10 ngày sau khi thu hoạch Trước khi rửa cần ngâm khoai trong 30 phút

2.2 Rửa lần 1

Mục đích: chuẩn bị

Nhằm loại trừ hết tạp chất cơ học như: đất, cát, bụi và làm giảm phần nào vi sinh vật ngoài vỏ nguyên liệu cũng như lượng thuốc bảo vệ thực vật

Các biến đổi nguyên liệu:

Vật lí: hiện tượng tổn thương cơ học nhẹ do làm sạch lớp đất, cát

Cách thực hiện:

Hình 2.1: Máy rửa củ

11 Hộp giảm tốc 12 Bộ truyền bánh răng

+ Lồng rửa của Máy:

Máy được thiết kế với lồng rửa chuyên dụng, không có trục ở giữa, xoay tròn mỗi khi vận hành giúp cho nguyên liệu luôn được rửa sạch mà không hề bị dập nát Bên dưới của lồng rửa có bể chứa nước giúp sản phẩm luôn được rửa sạch sâu hơn mà không hề tốn nước Phần mặt trong của quả lô máy được phủ với lớp sơn chống mài mòn và rỉ sắt bằng công nghệ phun cần, luôn đảm bảo không bị gỉ mỗi khi gặp phải môi trường nước

+ Chổi xơ dừa của máy:

Chổi xơ dừa sẽ được gắn kết vào phần lô bằng dây buộc, người dùng dễ dàng thay thế sau một thời gian sử dụng

Nguyên lí hoạt động:

Nguyên liệu sau khi xả xuống thùng, tại đây khoai được đảo trộn nhờ các cánh khuấy gắn trên 2 trục quay nối với động cơ Nhờ lực va đập của cánh khuấy và nguyên liệu với nhau, phía trên có các vòi phun nước rửa xuống, nhờ đó củ khoai được rửa sạch

Hình 2.2: Thiết bị bóc vỏ củ khoai

Cấu tạo của thiết bị tách vỏ gồm những thanh sắt song song với nhau thành trụ tròn rỗng

có chứa các khe hở bụi đất, tạp chất và vỏ gỗ rơi ra ngoài Khi động cơ quay thiết bị quay theo do đó nhờ lực ma sát giữa củ với củ, giữa củ với thân máy đất đá rơi ra ngoài, còn khoai tiếp tục đi qua thiết bị rửa Hiệu suất bốc khoảng 50% cùng với đất cát

2.4 Ngâm

Mục đích:

Ngâm củ để hòa tan bớt dịch bào, làm mềm củ và để rửa sơ bộ các tạp chất

Yêu cầu:

Thời gian ngâm 4-8 giờ tùy theo độ nhiễm bẩn của nguyên liệu

Cho vòi vào với tỉ lệ 1.5 kg/m3 nước ngâm, yêu cầu nước ngâm phải nhập nguyên liệu

2.5 Rửa lần 2:

Mục đích: Chuẩn bị cho quá trình cắt lát, rửa lần 2 nhằm loại bỏ tạp chất, dịch bào, …

trên củ khoai mì còn sót lại

Các biến đổi: biến đổi vật lí, quá trình làm sạch có thể gây tổn thương bề mặt của củ,

ngoài ra không có nhiều biến đổi đáng kể khác

Cách thực hiện: khoai mì sau bóc vỏ được làm sạch nhờ vào dòng nước trong thiết bị Thiết bị: dùng thiết bị rửa dạng băng chuyền

Hình 2.3: Thiết bị rửa băng chuyền

Máy được cấu tạo gồm một băng tải bằng thép không rỉ và thùng chứa nước rửa có thể tích tương đối lớn Băng tải được chia làm 3 phần, phần nằm ngang ngập trong nước, phần nghiêng có các ống phun nước mạnh và một phần nằm ngang ở phía cao Bên dưới băng tải phần ngập trong nước có bố trí các ống thổi khí nhận không khí từ một quạt đặt bên ngoài

Trong giai đoạn ngâm, nguyên liệu ở trên phần băng nằm ngang ngập trong nước, các cặn bẩn bám trên ngoài bề mặt nguyên liệu bị bong ra Băng tải di chuyển sẽ mang nguyên liệu đi dần về phía phần băng nghiêng Hiệu quả của quá trình ngâm được tăng cường nhờ thổi khí làm xáo trộn nước và nguyên liệu trên mặt băng, làm tăng diện tích tiếp xúc của nguyên liệu và nước nên thời gian ngâm được rút ngắn Khi nguyên liệu di chuyển đến phần nghiêng của băng, các vòi phun nước với áp suất cao đến 2-3 at sẽ rửa sạch cặn bẩn

Ở cuối quá trình rửa, nguyên liệu di chuyển đến phần nằm ngang phía trên để được làm ráo nước

2.6 Cắt lát:

Mục đích: Chuẩn bị: Nhằm giảm kích thước của nguyên liệu, đồng thời giúp cho quá

trình chần, sấy tiếp theo diễn ra thuận lợi, cũng như đạt hiệu suất cao hơn do khi khoai mì được cắt thành lát nhỏ sẽ giúp gia tăng sự tiếp xúc khoai mì với tác nhân sấy,

Các biến đổi:

Vật Lí: kích thước nguyên liệu giảm, khoai mì được tạo thành những dơn vị nhỏ hơn

Hóa Sinh: tạo điều kiện cho một số loại enzyme hoạt động, Vi sinh vật xuất hiện trở lại trên bề mặt nguyên liệu

Cách thực hiện: nguyên liệu khoai mì khi được cho vào thiết bị sẽ được cắt thành lát

Thiết bị: máy cắt lát khoai mì công nghiệp

Hình 2.4: Thiết bị cắt lát khoai mì

2.7 Chần (hấp):

Mục đích: Bảo quản: tiêu diệt ví sinh vật bề mặt nguyên liệu, đình chỉ hoạt quá trình

sinh hóa của nguyên liệu phá hủy hệ thống enyzme preoxydase, polyphenoloxydase ngăn chặn quá trình oxy hóa tạo chất có màu đen bảo vệ màu sắc tự nhiên cho sản phẩm

Các biến đổi:

Hóa học: dưới tác dụng nhiệt độ phản ứng hóa học xảy ra nhanh hơn

Hoá lý: làm khí thoát khỏi gian bào trong cấu truc mô thực vật của nguyên liệu

Hóa Sinh: ezyme bị vô hoạt

Thiết bị: chần kiểu băng tải

Cách thực hiện :dùng hơi nước nóng, để xử lí ( t°:75-100℃, thời gian: 3p)

2.8 Sấy:

Mục đích: Giảm độ ẩm của lát khoai mì

Các biến đổi của nguyên liệu

Biển đổi vật lý:

- Khối lượng của nguyên liệu giảm

- Sự thay đổi hình dạng của các lát nguyên liệu do sự co lại các tế bào

nguyên liệu

- Trạng thái nguyên liệu ướt sang trạng thái khô

Biển đổi hóa học:Những biến đổi hóa học trong quá trình sấy nguyên liệu diễn ra không đáng kể

Biến đổi hóa lý: Có hiện tượng bốc hơi của ẩm ra khỏi nguyên liệu

Cách thực hiện: Dùng tác nhân hơi nước nóng trong thiết bị để sấy nguyên liệu

Thiết bị: hệ thống sấy hầm băng tải

 Kết cấu bên trong băng tải sấy chịu nhiệt bao gồm một băng tải Vật liệu sấy được rải đều trên bề mặt băng tải và di chuyển trong buồng nhiệt Tùy vào công suất sấy, vật liệu cần sấy mà chọn diện tích băng tải, chiều dài băng tải

 Không khí sấy được cấp nhiệt qua bộ trao đổi nhiệt nhằm đảm bảo an toàn vệ sinh cho sản phẩm sấy Nhiệt độ sấy hoàn toàn có thể điều chỉnh tự động

 Nguyên liệu cần sấy được trải đều lên bề mặt lưới băng tải thông qua một thiết bị tiếp liệu cơ khí chuyên dụng Khi sấy, gió nóng được thổi vào khu vực nguyên liệu

từ trên xuống phía dưới băng tải, tạo nên sự gia nhiệt đồng đều cho toàn bộ nguyên liệu cần sấy

 Ưu nhược điểm của máy sấy băng tải

Ưu điểm

- Có thể sử dụng cả hai mặt băng

- Tiết kiệm chi phí đầu tư và không gian sấy

- Trong quá trình sấy không cần phải đảo trộn

- Chế độ làm việc đơn giản

CHƯƠNG 3 - TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ

1 Tính toán thông số ban đầu của quá trình sấy

Các ký hiệu:

 G1, G2: lượng vật liệu trước và sau khi sấy (kg/h)

 Gk: lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy (kg/h)

 W1, W2: độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy, tính trên căn bản ướt (%)

 W: độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu (kg/h)

 L: lượng không khí khô (kkk) tuyệt đối qua máy sấy (kg/h)

 d0: độ chứa hơi của không khí ngoài trời (kg ẩm/kg kkk)

 d1: độ chứa hơi của không khí trước khi vào buồng sấy (kg ẩm/kg kkk)

 d2: độ chứa hơi của không khí sau khi sấy (kg ẩm/kg kkk)

1.1 Các thông số của vật liệu sấy

 Năng suất vật liệu sấy (theo sản phẩm khô): G2 = 530 kg/h

 Nhiệt độ khoai mì vào hầm: t0 = 270C

 Độ ẩm của vật liệu đầu vào: w1 = 35%

 Độ ẩm của vật liệu đầu ra: w2 = 7%

 Nhiệt dung riêng của khoai mì: ∁𝑝 = 1,5 kJ/(kg.K)

 Khối lượng riêng của khoai mì: : 𝜌 = 1496,5 (kg/m3)

 Đường kính lát khoai mì: d= 50 mm= 0,05 m [13]

1.2 Các thông số của tác nhân sấy

Hình 3.1: Đồ thị giản đồ không khí ẩm

 Trạng thái A (Trước khi vào Calorifer)

Chọn vị trí đặt khu sản xuất tại Đồng Xoài, Bình Phước Thông số của không khí dùng làm tác nhân sấy như sau [12]

4026,42 235,5+27 )

= 0,0355 (𝑏𝑎𝑟)

- 𝑃0: áp suất hơi bão hòa

 Entanpy (nhiệt lượng riêng) của không khí được tính (công thức 9.3/ p 270 [16]):

I0 = 𝐶𝑘 × 𝑡0+ 𝑑0× 𝑖ℎ

- Trong đó:

- Ck: nhiệt dung riêng của không khí khô (kJ/kg.độ) (lấy Ck=1,004 kJ/kg.độ)

- t0: nhiệt độ của không khí (270C)

- ih: enthalpy của hơi nước ở nhiệt độ t0 (kJ/kg)

- ih = r0 + Ch.t0 = (2493+1,97 × t0) (kJ/kg)

- r0: 2493 (kJ/kg): enthalpy của hơi nước ở 00C

- Ch = 1,97 (kJ/kg.độ): nhiệt dung riêng của hơi nước

Suy ra:

I0 =𝐶𝑘 × 𝑡0+ 𝑑0× 𝑖ℎ = 1,004 × 27 + 0,01803 × (2493 + 1,97 × 27) =

73,016 (kJ/kg kkk)

 Trạng thái B (Sau khi ra khỏi Calorifer)

Do yêu cầu về độ ẩm sau sấy lát khoai mì nên ta chọn nhiệt độ sấy ở 700C (p.44 [11])

 Nhiệt độ không khí: t1 = 700C

𝑃𝑏ℎ1=𝑒(12−

4026,42 235,5+𝑡1) = 𝑒(12−

4026,42 235,5+70 )

= 0,3073 (𝑏𝑎𝑟)

 Độ chứa hơi của không khí không đổi: d1 = d0 = 0,01803 (kg ẩm/kg kkk)

Từ công thức tính hàm ẩm, ta có thể suy ra công thức tính 𝜑1:

𝜑1= 𝑑1× 𝑃𝑘𝑞(0,621+ 𝑑 1 )× 𝑃 𝑏ℎ1= 0,01803 ×0,981

(0,621+0,01803) ×0,3073 = 0,0901 = 9 (%)

 Enthalpy của không khí sau khi ra khỏi calorifer:

I1= 𝐶𝑘 × 𝑡1+ 𝑑1× 𝑖ℎ = 1,004 × 70 + 0,01803 × (2493 + 1,97 × 70)

= 117,72 (kJ/kg kkk)

 Trạng thái C ( Trạng thái không khí sau sấy)

 Nhiệt độ không khí: t2 = 350C Suy ra áp suất hơi bão hòa:

Nếu sấy lý thuyết thì: I1 = I2 = 117,72 (kJ/kg kkk)

𝑃𝑏ℎ2𝑒(12−

4026,42 235,5+𝑡2) = 𝑒(12−

4026,42 235,5+35 )

Bảng 3.1: Các thông số tác nhân sấy

Các thông số Trạng thái A Trạng thái B Trạng thái C

Enthalpy của không khí (kJ/kg kkk) 73,016 117,72 117,72

2 Tính cân bằng vật chất cho quá trình sấy

Thiết kế hệ thống sấy có năng suất 530 kg/h theo khối lượng sản phẩm khô Trong quá trình sấy, ta xem như không có hiện tượng mất mát vật liệu, lượng không khí khô tuyệt đối coi như không bị biến đổi trong suốt quá trình sấy do đó:

𝐺0 = 𝐺1×100 − 𝑊1

100 = 𝐺2×

100 − 𝑊2

100 Suy ra, lượng ẩm bay hơi (công thức 7.6/ p.128 [9]):

𝑊 = 𝐺2× 𝑊1− 𝑊2

100 − 𝑊1 = 530 ×

35 − 7

100 − 35 = 228,31 (𝑘𝑔/ℎ) Khối lượng vật liệu trước khi sấy:

W=G1 - G2 (công thức 7.1/ p.127 [9]):

G1 = G2 + W= 530 + 228,31 = 758,31 (kg/h)

Lượng vật liệu khô tuyệt đối:

G0 = 𝐺1×100−𝑊1

100 = 𝐺2×100−𝑊2

100 = 492,9 (kg/h) Lưu lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm (lượng không khí tiêu hao riêng) (công thức VII.20/ p.102 [17]):

𝑙 = 1

𝑑2−𝑑0 = 1

0,0322−0,01803 = 70,57 (kg kkk/ kg ẩm) Tổng lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy được tính công thức VII.8/ P.94 [17]):

𝐿 = 𝑊 × 𝑙 = 228,31 × 70,57 = 16111,84 (kg kkk/h)

 Thể tích riêng của không khí sấy

Thể tích riêng của không khí vao thiết bị sấy được tính (công thức VII.8/ P.94 [12]):

- 𝜑: Độ ẩm tương đối của không khí (𝜑1 = 0,0901)

- Pk1, Pbh1: áp suất khí quyển và áp suất hơi bão hòa (N/m2)

Suy ra:

𝑣1 = 288×𝑇1

𝑃𝑘𝑞−𝜑 1 ×𝑃𝑏ℎ1= 288×343

(1−0,0901×0,3073)×10 5= 1,016 (m3/kg kkk) Thể tích không khí vào buồng sấy:

V1 = L.v1 = 16111,84 ×1,016 = 16369,63 (m3/h) Thể tích riêng không khí ra khỏi phòng sấy cũng tính theo công thức:

𝑣2 = 288×𝑇2

𝑃𝑘𝑞−𝜑2×𝑃𝑏ℎ2 = 288 ×35

(1−0,867×0,0558)×10 5 = 0,106 (m3/kg kkk) Thể tích không khí ra khỏi phòng sấy: V2 = L.v2 = 16111,4×0,106= 1707,86 (m3/h)

Thể tích trung bình của không khí trong phòng sấy:

𝑉𝑡𝑏 =𝑉1+𝑉2

2 =16369,63 +1707,86

2 = 9038,745 (m3/h)