Đồ án chuyên ngành ii đề tài thiết kế hệ thống sấy bơm nhiệt hạt sen năng suất 200kgmẻ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI □□□ VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH II Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BƠM NHIỆT HẠT SEN NĂNG SUẤT 200KG/MẺ Sinh viên thực hiện: Phạm Đức Bình MSSV: 20190417 Lớp: KTTP01 – K64 Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Trung Hà Nội 2022 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU 5 LỜI MỞ ĐẦU 6 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 7 1.1 MÔ TẢ 7 1.2 THÀNH PHẦN DINH DƯỠNG CỦA HẠT SEN 8 1.3 ỨNG DỤNG CỦA HẠT SEN .10 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ SẤY 11 2.1 KHÁI NIỆM VỀ SẤY 11 2.2 PHÂN LOẠI 11 2.2.1 Phân loại thiết bị sấy .12 2.2.1.1 Thiết bị sấy dạng động .12 a) Thiết bị sấy dạng thùng quay 12 b) thiết bị sấy sàng rung 14 c) Thiết bị sấy phun 14 d) Thiết bị sấy dạng tháp 16 e) Thiết bị sấy dạng tầng sôi 17 2.2.1.2 Thiết bị sấy dạng tĩnh .18 a) Thiết bị sấy dạng hầm sấy .18 b) Thiết bị sấy dạng buồng 19 c) Thiết bị sấy dạng vỉ ngang .21 d) Thiết bị sấy dạng tủ .22 2.2.2.1 Quá trình sấy đẳng entanpy 28 a) Sấy đối lưu khí nóng 28 b) Sấy bơm nhiệt .31 2.2.2.2 Quá trình sấy không đẳng Entanpy 33 a) Sấy đối lưu 33 b) Sấy vi sóng 35 c) Sấy chân không 36 d) Sấy thăng hoa 37 e) Sấy bằng dòng điện cao tần 38 f) Sấy bằng tia hồng ngoại 39 g) Sấy thủ công (bức xạ năng lượng mặt trời) 40 2.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP SẤY VÀ THIẾT BỊ PHÙ HỢP 40 1 CHƯƠNG III: CÂN BẰNG VẬT LIỆU SẤY 41 3.1 CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 42 3.2 CÂN BẰNG VẬT LIỆU VÀ LƯỢNG ẨM BAY HƠI 42 3.3 QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT 43 3.3.1 Trạng thái không khí sau dàn bay hơi (dàn lạnh) (Điểm 4) .43 3.3.2 Trạng thái không khí sau dàn nóng (dàn ngưng tụ) (Tác nhân sấy được gia nhiệt) (Điểm 1) 43 3.3.3 Trạng thái không khí sau khi đi qua calorifer điện trở 44 3.3.4 Trạng thái không khí sau khi qua buồng sấy (Điểm 2) 44 3.3.5 Trạng thái không khí trong dàn lạnh ( Điểm 3 ) 44 3.3.6 Cân bằng năng lượng theo lý thuyết .45 3.4 QUÁ TRÌNH SẤY THỰC 46 3.4.1 Tính toán, lựa chọn kích thước buồng sấy 46 3.4.1.1 Tính toán khay sấy 46 3.4.1.2 Tính kích thước xe 48 3.4.1.3 Tính kích thước buồng sấy .49 3.4.2 Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy thực 50 3.4.3 Tính toán các tổn thất .51 3.4.3.1 Tổn thất qua kết cấu bao che ra môi trường 51 3.4.3.2 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi qvl 55 3.4.3.3 Tổn thất nhiệt do thiết bị vận chuyển 55 3.4.4 Tổng tổn thất nhiệt trong quá trình sấy 56 3.4.5 Tính toán quá trình sấy thực 56 3.4.5.1 Trạng thái không khí sau khi qua thiết bị sấy (điểm 2’) 56 3.4.5.2 Trạng thái không khí trong dàn lạnh (điểm 3’) 57 3.4.6 Cân bằng năng lượng thực tế 57 CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM NHIỆT .59 4.1 LỰA CHỌN MÔI CHẤT LẠNH 59 4.2 CÁC THÔNG SỐ NHIỆT CỦA MÔI CHẤT LẠNH .59 4.2.1 Tính nhiệt độ ngưng tụ tk 59 4.2.2 Tính nhiệt độ bay hơi t0 60 4.3 CHỌN VÀ TÍNH TOÁN CHU TRÌNH BƠM NHIỆT 60 4.3.1 Chọn chu trình 60 4.3.2 Sơ đồ và nguyên lý làm việc 60 4.3.3 Tính chọn công suất dàn ngưng tụ 62 4.4 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 62 4.4.1 Chọn máy nén 62 4.4.2 Tính toán, thiết kế dàn bay hơi của hệ thống bơm nhiệt .63 2 4.4.3 Tính toán, thiết kế dàn ngưng tụ của hệ thống bơm nhiệt 68 4.4.4 Tính toán, thiết kế thiết bị ngưng tụ ngoài .73 4.5 TÍNH TRỞ LỰC VÀ CHỌN QUẠT 73 4.5.1 Đường ống dẫn tác nhân sấy 73 4.5.2 Tổn thất ma sát 75 4.5.3 Tổn thất cục bộ 76 4.5.3.1 Trở lực qua dàn ngưng .77 4.5.3.2 Trở lực qua dàn bay hơi 78 4.5.4 Chọn quạt 78 4.6 TÍNH TOÁN CHỌN CALORIFE 79 4.7 CHỌN VAN TIẾT LƯU 79 CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO THIẾT BỊ SẤY BƠM NHIỆT 81 5.1 CHIẾN LƯỢC ĐIỀU KHIỂN 81 5.1.1 Cấu tạo 81 5.1.2 Chiến lược điều khiển .82 5.2 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MÁY NÉN 83 5.2.1 Điều khiển On/Off 83 5.2.1.1 Điều khiển On/Off bằng công tắc áp suất thấp 83 5.2.1.2 Điều khiển On/Off bằng công tắc áp suất kép 84 5.2.2 Điều khiển Bypass 84 5.2.3 Điều khiển bằng biến tần 85 5.3 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ SẤY BƠM NHIỆT 86 5.3.1 GIẢI THÍCH CÁC KÍ HIỆU .87 5.3.2 THUYẾT MINH SƠ ĐỒ 87 KẾT LUẬN 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 3 DANH MỤC HÌNH Ả Hình 1.1 Cây sen 7 Hình 1.2 Hạt sen 10 Hình 2.2 Quỹ đạo di chuyển của vật liệu và tác nhân sấy trong thiết bị sấy thùng quay nghiêng 14 Hình 2.3 Thiết bị sấy sàng rung kết hợp tầng sôi .14 Hình 2.4 Thiết bị sấy phun 16 Hình 2.5 thiết bị sấy tháp 17 Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động thiết bị sấy tầng sôi 18 Hình 2.7 Một thiết bị sấy dạng hầm 19 Hình 2.8 thiết bị buồng sấy sử dụng năng lượng mặt trời .21 Hình 2.10 quá trình sấy ngược chiều 22 Hình 2.11 Thiết bị sấy dạng tủ 22 Hình 2.12 Mô tả trạng thái của TNS trong thiết bị sấy đối lưu không hồi lưu 29 Hình 2.13 Đồ thị I-d biểu diễn trạng thái của TNS trong quá trình sấy lý thuyết đối lưu không hồi lưu 29 Hình 2.14 Hệ thống sấy áp dụng chế độ sấy hồi lưu bán phần 30 Hình 2.15 đồ thị I-d của quá trình sấy lý thuyết hồi lưu một phần khí thải .30 Hình 2.16 Sơ đồ thiết bị bơm nhiệt 31 Hình 2.17 Sơ đồ thiết bị sấy bơm nhiệt 32 Hình 2.18 Đồ thị I-d biểu diễn trạng thái của TNS trong quá trình sấy bơm nhiệt 32 Hình 2.19 Thiết bị sấy sử dụng 2 dàn ngưng tụ 33 Hình 2.20 Sơ đồ thiết bị sấy hồi lưu toàn phần 34 Hình 3.1 Đồ thị I-d biểu diễn quá trình sấy bơm nhiệt .41 Hình 3.2 Cân bằng vật chất 50 Hình 3.3 Sơ đồ truyền nhiệt 51 Hình 3.4 Đồ thị I – d cho quá trình sấy thực .56 Hình 4.1 Thiết bị bơm nhiệt 61 Hình 4.2 Chu trình nén 1 cấp 61 Hình 4.3 Phân chia các vùng trên đồ thị logP-h .61 4 DANH MỤC BẢNG BIỂUY Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng trên 100g hạt sen (tươi/khô) .8 Bảng 3.1 Thông số trạng thái không khí trong quá trình sấy lý thuyết 45 Bảng 3.2 Thông số Khay sấy .47 Bảng 3.3 Thông số xe goòng .48 Bảng 3.4: Thông số buồng sấy 49 Bảng 3.5: Thông số buồng sấy, xe và khay sấy 49 Bảng 3.6 Thành phần của hạt sen 55 Bảng 3.7 Thông số trạng thái không khí của quá trình sấy thực 57 Bảng 4.1 Thông số trạng thái các điểm nút trên đồ thị 61 Bảng 4.2 Thông số mặt bích ghép ống .74 Hình 5.1 Sơ đồ nguyên lý điều khiển On/Off bằng công tắc áp suất thấp .83 Hình 5.2 Sơ đồ nguyên lý điều khiển bằng Bypass 84 Hình 5.3 Sơ đồ chức năng hệ thống sấy bơm nhiệt 87 5 LỜI MỞ ĐẦU Nước ta là nước nông nghiệp, thuận lợi để phát triển và chế biến các loại nông sản, trong đó có hạt sen Từ lâu, hạt sen đã là thực phẩm được yêu thích tại Việt Nam, xuất hiện trong nhiều món ăn và có nhiều lợi ích cho sức khoẻ Tuy nhiên chất lượng của các sản phẩm hạt sen vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu của các khách hàng khó tính vì khâu chế biến còn rất thô sơ Đặc tính rau quả nói chung và hạt sen nói riêng là dễ bị biến tính do nhiệt, nên sản phẩm qua chế biến bị tổn thương đáng kể với mức độ khác nhau, chủ yếu ứng dụng theo cơ chế sấy nhiệt đối lưu, với mức chi phí đầu tư ban đầu thấp Tuy vậy, hạn chế là không ổn định về động lực sấy, phụ thuộc vào khí hậu, môi trường, khó kiểm soát được quá trình sấy theo yêu cầu công nghệ Để đáp ứng nhu cầu về sản lượng cũng như yêu cầu chất lượng sản phẩm ngày càng gia tăng, thì vấn đề nghiên cứu lựa chọn công nghệ sấy thích hợp cho hạt sen phù hợp với điều kiện ứng dụng tại Việt Nam là thực sự cần thiết Công nghệ sấy bơm nhiệt ngày càng phát triển và cho thấy nhiều ưu điểm và hiệu quả kinh tế cao trong việc ứng dụng vào sấy các sản phẩm rau quả có giá trị kinh tế Công nghệ sấy bơm nhiệt có thể giải quyết hạn chế của công nghệ sấy nóng trong các quy trình sấy rau quả Với mong muốn nâng cao chất lượng sau khi làm khô, việc nghiên cứu và chế tạo máy sấy cho hạt sen là vấn đề cấp thiết Do vậy em đã chọn đề tài “Tính toán, thiết kế thiết bị sấy bơm nhiệt để sấy hạt sen năng suất 200kg nguyên liệu/mẻ” Tuy nhiên với kiến thức còn hạn chế và nguồn tài liệu tham khảo không đầy đủ, quá trình tính toán có sai số nên không tránh khỏi các sai sót Em mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô để em hoàn thiện đồ án này Em xin chân thành cảm ơn! 6 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Mô tả Cây sen có đặc điểm: là một loài thực vậy thân thảo, sống dưới nước với đặc điểm rễ và thân chìm dưới nước, chỉ có phần lá và hoa là nổi trên mặt nước Rễ sen (hay còn được gọi là ngó sen) vùi sâu xuống bùn lầy Thân sen hình trụ, màu xanh lục với nhiều gai nhỏ bao xung quanh Lá sen mọc ra từ thân cây, màu xanh lục, hình tỏa tròn với cuống dài Lá sen nổi trên mặt nước với bề mặt không thấm nước.Hoa sen có kích thước to, thường có màu trắng hoặc màu hồng Hạt sen có hình trái xoan, gồm 2 mảnh Khi tách 2 lá mầm ra, bạn sẽ thấy 2 đường rãnh dọc đối xứng, bên trong chứa chồi mầm màu xanh (được gọi là tâm hay tim sen) Thông thường một cây sen có thể cao tới 1,5 m, trong khi đó các thân rễ bò có thể phát triển theo chiều ngang tới 3m Đường kính của lá sen có thể đạt tới 60 cm và bông hoa sen to nhất có thể đạt tới đường kính tới 20cm 7 Hình 1.1 Cây sen Từ lâu, các bộ phận của cây sen đã được sử dụng trong các bài thuốc dân gian để điều trị bệnh hoặc các món ăn giúp nâng cao sức khỏe Và mỗi bộ phận của cây sen lại có thể được tận dụng với những tác dụng khác nhau Cụ thể: Mỗi bộ phận của cây sen có thể mang đến những tác dụng sức khoẻ khác nhau – Lá sen (ưu tiên sử dụng lá sen bánh tẻ, không già, không non thì sẽ tốt hơn so với lá sen già): có tác dụng an thần, cho bạn một giấc ngủ ngon và sâu hơn, thanh nhiệt, giảm béo, chữa cảm nắng – Hoa sen: có tác dụng an thần trị mất ngủ cho giấc ngủ ngon và sâu hơn, thanh nhiệt Ngoài ra, với những bạn bị mụn, lở loét thì cũng có thể sử dụng hoa sen để điều trị ngoài da, thúc đẩy quá trình làm lành vết thương trên da – Nhụy sen: nhụy sen đem sắc lấy nước uống có tác dụng chữa băng huyết, thổ huyết, chảy máu cam, ngăn ngừa nguy cơ chảy máu, mất máu quá nhiều – Gương sen: gương sen sau khi tách hạt, sấy khô, tán bột, pha nước uống có thể mang đến tác dụng tiêu khát, hỗ trợ điều trị tình trạng đái ra máu, tiểu đường, cầm máu hiệu quả,… 8 – Tâm sen: sở hữu vị đắng, tính hàn, không độc, có tác dụng an thần, chữa mất ngủ, giải nhiệt, trừ cảm nắng, cải thiện tình trạng khát nước sau khi sinh do hư nhiệt – Ngó sen: sở hữu hàm lượng cao tinh bột, đường glucoza, vitamin C, giúp bồi bổ cơ thể, tăng sức đề kháng cho người sử dụng Hạt sen là hạt của các loài thực vật thuộc chi Sen (Nelumbo), thường là loài Nelumbo nucifera, có vai trò quan trọng trong ẩm thực Trung Quốc và Việt Nam.Hạt sen được bán dưới dạng hạt đã được làm khô hoặc bán với cả đài sen để ăn sống 1.2 Thành phần dinh dưỡng của hạt sen Hạt sen rất giàu chất dinh dưỡng, nhưng hàm lượng của chúng có thể khác nhau do sự khác biệt về cách trồng trọt, môi trường và giống Tuy nhiên, đặc điểm sinh lý và hiệu quả của các chất dinh dưỡng vẫn như nhau Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng trên 100g hạt sen (tươi/khô) – Calories Hạt tươi Hạt khô – Protein 89 332 – Chất béo 4.13 g 15.41 g – Chất xơ 0.53 g 1.97 g – Calcium 0.65 g 2.42 g – Sắt 44 mg 163 mg – Magnesium 0.95 mg 3.53 mg – Phosphorus 56 mg 210 mg – Potassium 168 mg 626 mg – Sodium 367 mg 1368 mg – Beta-carotene (A) 1 mg 5 mg – Thiamine (B1) 13 IU 50 IU 0.171 mg 0.640 mg 9