Đề tài Thiết kế hệ thống sấy bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại để sấy Thanh long thái lát

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NHIỆT – LẠNH o0o ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY Đề tài: Thiết kế hệ thống sấy bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại để sấy Thanh long thái lát NGUYỄN THỊ TUYÊN tuyen.nt183466@sis.hus.edu.vn Ngành Kỹ thuật nhiệt Chuyên ngành Hệ thống và thiết bị nhiệt Giảng viên hướng dẫn: PGS Đặng Trần Thọ Bộ môn: Hệ thống và thiết bị nhiệt Viện: Khoa học và công nghệ Nhiệt – Lạnh Hà Nội, 2022 GVHD: PGS Đăng Trần Thọ Đồ án thiết kế hệ thống sấy BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI Độc lập – tự do – hạnh phúc o0o THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY Họ và tên: Nguyễn Thị Tuyên Khoá: K63 Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BƠM NHIỆT KẾT HỢP BỨC XẠ HỒNG NGOẠI ĐỂ SẤY THANH LONG THÁI LÁT I Những số liệu ban đầu: *Năng suất: G2 = 100 kg/h * Địa điểm lắp đặt: Đồng Nai * Phương án cấp nhiệt: Năng lượng điện II Nội dung thiết kế 1 Tìm hiểu về Vật liệu sấy và Công nghệ sấy; 2 Tính quá trình sấy lý thuyết và thiết kế sơ bộ HTS; 3 Tính cân bằng nhiệt ẩm và tính quá trình sấy thực; 4 Thiết kế chi tiết hệ thống sấy; 5 Tóm tắt và kết luận III Bản vẽ 1 Bản vẽ tổng thể hệ thống sấy (Mặt bằng, Nguyên lý ) 2 Các bản vẽ chi tiết (Cấu tạo hệ thống, Thiết bị sấy ) IV Thời gian thiết kế: Ngày hoàn thành: 05/01/2022 Ngày giao đầu đề: 29/09/2021 V Cán bộ hướng dẫn: PGS Đặng Trần Thọ Hà nội, ngày 28 tháng 09 năm 2021 Cán bộ hướng dẫn SVTH: Nguyễn Thị Tuyên PGS Đặng Trần Thọ Page |2 GVHD: PGS Đặng Trần Thọ Đồ án thiết kế hệ thống sấy MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 6 1.1 THANH LONG 6 1.1.1 Khái niệm và phân loại 6 1.1.2 Vai trò của Thanh Long 8 1.1.3 Xác định thông số nhiệt vật lý của Thanh Long 10 1.1.4 Tình hình sản xuất, chế biến Thanh Long 11 1.2 CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ SẤY THANH LONG 14 1.2.1 Công nghệ sấy 14 1.2.2 Công nghệ sấy Thanh Long phổ biến 16 1.3 LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ CHẾ ĐỘ SẤY 22 1.3.1 Lựa chọn thiết bị sấy 22 1.3.2 Lựa chọn, xác định chế độ sấy 24 CHƯƠNG 2 TÍNH QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT 25 2.1 TÍNH LƯỢNG ẨM BAY HƠI 25 2.2 XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẤY THANH LONG 25 2.2.1 Giai đoạn 1: Chuẩn bị vật liệu sấy 25 2.2.2 Giai đoạn 2: Thực hiện quá trình sấy 26 2.2.3 Giai đoạn 3: Lấy vật liệu sấy ra ngoài và đóng gói 27 2.3 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA TÁC NHÂN SẤY 27 2.3.1 Xác định các thông số điểm nút 27 2.3.2 Quá trình sấy lý thuyết 29 2.4 TÍNH LƯỢNG KHÔNG KHÍ, LƯỢNG NHIỆT CẦN CẤP CHO QUÁ TRÌNH SẤY 30 2.4.1.Tiêu hao không khí lý thuyết 30 2.4.2 Tiêu hao nhiệt lý thuyết 30 CHƯƠNG 3 TÍNH QUÁ TRÌNH SẤY THỰC 31 3.1 TÍNH KÍCH THƯỚC VÀ KẾT CẤU CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ 31 3.2 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT CHO THIẾT BỊ SẤY 33 3.2.1 Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy 33 SVTH: Nguyễn Thị Tuyên Page |3 GVHD: PGS Đăng Trần Thọ Đồ án thiết kế hệ thống sấy 3.2.2 Tính toán tổn thất nhiệt 34 3.3 TÍNH QUÁ TRÌNH SẤY THỰC 37 3.4 THIẾT LẬP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG VÀ TÍNH HIỆU SUẤT NHIỆT CỦA HỆ THỐNG 38 CHƯƠNG 4 TÍNH THIẾT KẾ, TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 40 4.1 BỐ TRÍ HỆ THỐNG SẤY 40 4.1.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống sấy 40 4.1.2 Bố trí mặt bằng hệ thống sấy 41 4.1.3 Bố trí thiết bị sấy 41 4.2 TÍNH THIẾT KẾ, TÍNH CHỌN HỆ THỐNG BƠM NHIỆT 42 4.2.1 Các thành phần cơ bản của bơm nhiệt 42 4.2.2 Các thông số nhiệt của môi chất 42 4.2.3 Xác định chu trình 43 4.2.4 Tính thiết kế, tính chọn các thiết bị trao đổi nhiệt 45 4.3 TÍNH THIẾT KẾ ĐƯỜNG ỐNG CẤP TÁC NHÂN SẤY 59 4.4 TÍNH TRỞ LỰC HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG, TÍNH CHỌN QUẠT 59 4.5 TÍNH CHỌN ĐÈN HỒNG NGOẠI 62 KẾT LUẬN 63 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 SVTH: Nguyễn Thị Tuyên Page |4 GVHD: PGS Đặng Trần Thọ Đồ án thiết kế hệ thống sấy LỜI MỞ ĐẦU Với đề tài “Thiết kế hệ thống sấy bơm nhiệt kết hợp hồng ngoại để sấy thanh long thái lát” trong cuốn đồ án này em xin phép được trình bày tổng quan về vật liệu sấy là Thanh long cũng như tình hình thu hoạch, sản xuất , chế biến ở nước ta Lựa chọn phương pháp phù hợp để sấy thanh long thái lát, áp dụng kiến thức đã được học tiến hành tính toán quá trình sấy lý thuyết cũng như quá trình sấy thực Thông qua kết quả đã tính toán tiến hành thiết kế, lựa chọn các thiết bị của hệ thống sấy Đưa ra đánh giá sơ bộ về hiệu quả cũng như tính kinh tế của hệ thống Thông qua quá trình thực hiện cuốn đồ án này, em đã có cơ hội được vận dụng các kiến thức đã được học vào tính toán, thiết kế thiết bị thực tế Đây là một trải nghiệm vô cùng quý giá giúp em có thêm kiến thức thực tiễn cũng như tự tin khi rời khỏi ghế giảng đường đại học Do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên cuốn đồ án này vẫn còn nhiều thiếu sót, em kính mong được sự đánh giá, góp ý của quý thầy cô Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới PGS Đặng Trần Thọ - giảng viên Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt Lạnh, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội người thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình thực hiện đồ án Em cũng xin gửi lời cảm ơn các thầy cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung, các thầy cô trong Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt Lạnh nói riêng đã dạy dỗ, truyền đạt cho em các kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có kiến thức vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện đồ án SVTH: Nguyễn Thị Tuyên Page |5 GVHD: PGS Đăng Trần Thọ Đồ án thiết kế hệ thống sấy CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 THANH LONG 1.1.1 Khái niệm và phân loại a Khái niệm Thanh Long [1] (tên trong tiếng Anh là Pitahaya, Pitaya hay Dragon fruit), thuộc họ xương rồng (nên còn gọi là Cactus pear), có nguồn gốc từ Mehico và Colombia Thanh Long được người Pháp đem vào Việt Nam trên 100 năm nay nhưng đến cuối thập kỉ XX mới phát triển mạnh Trong nước ta, Thanh Long được trồng nhiều và có sản lượng đứng đầu, tập trung nhiều ở ba tỉnh là Bình Thuận, Tiền Giang và Long An Ở phía Bắc, mặc dù có khí hậu lạnh nhưng được đưa vào trồng ở một số nơi như Lạng Sơn, Vĩnh Phúc, Hải Dương, Quảng Ninh, Thanh Hóa và Hà Nội b Phân loại Theo [1], [2], quả Thanh Long ở Việt Nam có 4 loại phổ biến với đặc điểm như sau: Thanh Long ruột màu trắng với vỏ hồng hay đỏ: loại này được trồng phổ biến ở các tỉnh Nam Bộ nhưng thương hiệu nổi tiếng nhất là ở Bình Thuận Loại này sinh trưởng và phát triển tốt ở những nơi có cường độ ánh sáng cao và toàn phần, được trồng ở nhiều loại đất khác nhau Hình ảnh loại Thanh Long này được mô tả trong hình 1.1 Hình 1.1 Thanh Long ruột trắng vỏ hồng hoặc đỏ Thanh Long ruột đỏ với vỏ hồng hay đỏ: giống này có nguồn gốc từ Đài Loan, được đưa vào trồng khảo nghiệm, bước đầu được đánh giá là cho kết quả khá Loại Thanh Long này ưa ánh sáng, rễ bàng và ưa cạn nên thích hợp trồng ở nơi thông thoáng, không bị che quá 30% diện tích chiếu sáng, tránh ngập úng khi mưa lũ, nước không bị nhiễm mặn hoặc phèn Dưới sự phát triển của khoa học kỹ thuật người ta có thể trồng Thanh Long ruột đỏ cho ra quả quanh năm Quả Thanh Long rất sai, quả trung bình nặng 300-700gram, kích thước 15-25cm, ruột đỏ, ăn ngọt, mát, cùi thịt dày chứa nhiều nước, mùi thơm thoang thoảng, SVTH: Nguyễn Thị Tuyên Page |6 GVHD: PGS Đặng Trần Thọ Đồ án thiết kế hệ thống sấy có hàm lượng dinh dưỡng cao, giàu vitamin và chất khoáng… Hình ảnh của loại Thanh Long này như trong hình 1.2 Hình 1.2 Thanh Long ruột đỏ vỏ hồng hay đỏ Thanh Long ruột trắng với vỏ vàng: là một loại giống có giá trị kinh tế rất cao trong thời điểm hiện tại, thuộc họ xương rồng, có gai nhỏ, rễ có khả năng bám vào cây, tường rào Loại Thanh Long này có tuổi thọ cao, ra quả sau hơn 2 năm trồng bằng hom Hình 1.3 là loại Thanh Long ruột trắng vỏ vàng Hình 1.3 Thanh Long ruột trắng vỏ vàng Loại Thanh Long ruột trắng vỏ vàng này sinh trưởng tương đối, thân nhỉ và mảnh khác biệt so với các loại Thanh Long khác Giống này chịu hạn, mặn, phèn nên thường được lựa chọn trồng ở những vùng đất hạn chế điều kiện trồng Quả nhỏ, trung bình 1kg có khoảng SVTH: Nguyễn Thị Tuyên Page |7 GVHD: PGS Đăng Trần Thọ Đồ án thiết kế hệ thống sấy 2 đến 3 quả, tùy theo điều kiện trồng Về hình dáng quả vỏ vàng, ruột trắng có nhiều hạt, tai có gai, vị ngọt hơn hẳn so với Thanh Long vỏ đỏ ruột trắng Thanh Long ruột tím với vỏ đỏ hay hồng: Thanh Long ruột tím trồng được ở những nơi có điều kiện sống khắc nghiệt, kể cả những nơi đất bị khô hạn, nhiễm mặn, phèn, ít sâu bệnh Hoa trắng nở quanh năm liên tục Quả trung bình nặng 300 đến 400 gram, điều kiện chăm sóc thuận lợi cây có thể cho quả đạt tới trọng lượng 800 đến 1000 gram Vỏ có màu đỏ hoặc hồng, tai xanh, phần ruột màu tím hồng Vì thế có nơi gọi là Thanh Long ruột hồng, cũng có nơi gọi là Thanh Long ruột tím Hình ảnh Thanh Long ruột tím như hình 1.4 Hình 1.4 Thanh Long ruột tím vỏ đỏ hoặc hồng 1.1.2 Vai trò của Thanh Long Thanh Long là loại trái cây phổ biến ở các nước nhiệt đới, có chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể chúng ta Từ việc hỗ trợ giảm cân, giảm các dấu hiệu lão hóa, mang lại làn da trẻ trung, khỏe mạnh cho đến việc tăng cường hệ miễn dịch của bạn, chống lại các tế bào ung thư Theo [3], đây là một loại trái cây mang lại nhiều giá trị sức khỏe: Vitamin C: từ lâu đây được xem như là “thần dược” trong cải thiện các vấn đề lão hóa Các nghiên cứu đã tìm thấy mối tương quan giữa tăng lượng vitamin C và giảm nguy cơ ung thư Betalains: có thể chống lại hiện tượng oxy hóa và có khả năng ức chế tế bào ung thư Betalains là một nhóm các sắc tố màu đỏ, thường được tìm thấy trong các loại trái cây, chính nó tạo ra màu đỏ của ruột Thanh Long Ngoài ra, nó còn xuất hiện để quét sạch các gốc peroxynitrate (ONOO-) có khả năng làm hư hỏng DNA của bạn Carotenoids: Beta-carotene và lycopene là các sắc tố thực vật mang lại cho Thanh Long màu sắc rực rỡ Chế độ ăn giàu carotenoids có liên quan đến việc giảm nguy cơ ung thư và tim mạch Thanh Long giàu chất xơ: (là carbohydrate không tiêu hóa) mang lại nhiều lợi ích sức khỏe, có thể đóng vai trò bảo vệ, chống lại bệnh tim, kiểm soát bệnh tiểu đường và duy trì SVTH: Nguyễn Thị Tuyên Page |8 GVHD: PGS Đặng Trần Thọ Đồ án thiết kế hệ thống sấy trọng lượng cơ thể cân đối Hàm lượng chất xơ cao của Thanh Long giúp bạn đáp ứng được các đề xuất chất xơ cần thiết hàng ngày Bảo vệ sức khỏe đường ruột: ruột là nơi cư trú của khoảng 100 nghìn vi sinh vật đa dạng, bao gồm 400 loài vi khuẩn Cộng đồng vi sinh vật này ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe của bạn Các nghiên cứu cho rằng Thanh Long có chứa prebiotic, nó có khả năng cải thiện sự cân bằng của vi khuẩn đường ruột Thanh Long chủ yếu thúc đẩy sự phát triển của hai họ lợi khuẩn là: vi khuẩn axit lactic và bifidobacterial Tiêu thụ thường xuyên prebiotic, bạn có thể giảm nguy cơ nhiễm trùng đường tiêu hóa và tiêu chảy Tăng cường hệ thống miễn dịch của bạn: khả năng chống nhiễm trùng của cơ thể bạn được xác định bởi một số yếu tố khác nhau bao gồm cả chế độ ăn uống của bạn Vitamin C và carotenoids trong Thanh Long có thể tăng cường hệ thống miễn dịch và ngăn ngừa nhiễm trùng bằng cách bảo vệ các tế bào bạch cầu của bạn khỏi bị hư hại Là chất oxy hóa mạnh, vitamin C và carotenoids trong Thanh Long có thể vô hiệu hóa các gốc tự do và bảo vệ tế bào bạch cầu của bạn khỏe mạnh Giảm thiếu máu khi mang thai: Thanh Long là một trong số ít trái cây tưới có chứa sắt Theo một nghiên cứu được công bố trên tạp chí điều dưỡng Belitung, Thanh Long làm tăng nồng độ hemoglobin và hồng cầu ở phụ nữ mang thai đang bị thiếu máu do thiếu sắt Vì vậy các nhà nghiên cứu tin rằng loại quả này có thể được sử dụng như một phương pháp điều trị thay thế cho bệnh nhân thiếu máu, thiếu sắt khi mang thai Giảm các dấu hiệu lão hóa: với vitamin C và chất chống oxy hóa, Thanh Long bảo vê các axit béo và mang tế bảo khỏi các gốc tự do Vitamin C cũng được biết là chất tái tạo alpha-tocopherol (Vitamin E) – chất chống oxy hóa Điều này giúp chống lại các dấu hiệu lão hóa sớm của da như mất độ đàn hồi và nếp nhăn Đặc biệt, vitamin C đóg vai trò quan trọng thúc đẩy sản xuất Collagen, đây là protein chính quyết định độ đàn hồi và săn chắc, tưới trẻ của làn da, mang ý nghĩa quan trọng với nhan sắc của phụ nữ Thanh Long giúp tăng cường kiểm soát đường huyết: Thanh Long có khả năng kích thích sự phát triển của các tế bào tụy sản xuất insulin Các tác giả kết luận rằng tác dụng của Thanh Long lên đường huyết lúc đói ở những người bị tiền tiểu đường là rất đáng kể Họ cũng đang tiến hành nhiều nghiên cứu hơn về kiểm soát đường huyết với việc tiêu thụ Thanh Long Dù sao lợi ích của việc sử dụng Thanh Long đối với bệnh nhân tiểu đường đã được công nhận Tốt cho sức khỏe tim mạch: Các hạt nhỏ của Thanh Long còn có thêm giá trị dinh dưỡng đăng kể Theo nghiên cứu tren tạp chí Khoa học Dược phẩm thế giới (WJPPS), những hạt này có chưa axit béo, bao gồm omega-3 và omega-9 cũng nhưng nhiều loại dầu tự nhiên khác, tất cả đều có lợi cho sức khỏe của bạn Chất chống oxy hóa trong Thanh Long giúp ngăn chặn quá trình oxy hóa Cholesterol- mối đe dọa đối với các mạch máu khỏe mạnh và có thể dẫn đến tình trạng đột quỵ SVTH: Nguyễn Thị Tuyên Page |9 GVHD: PGS Đăng Trần Thọ Đồ án thiết kế hệ thống sấy 1.1.3 Xác định thông số nhiệt vật lý của Thanh Long Thanh Long chứa nhiều thành phần gồm các Vitamin và khoáng chất tốt cho sức khỏe Chúng là nguồn cung cấp tuyệt vời vitamin A, vitamin C, sắt, canxi, chất xơ và ma- giê Một số loại chỉ có 60 calo nhưng chứa đến 2,9g chất xơ Do đó, nó trở thành loại trái cây hoàn hảo hay còn được gọi là “siêu trái cây” – “super fruit” Ngoài những chất dinh dưỡng thiết yếu, Thanh Long còn cung cấp các hợp chất thực vật có lợi như polyphenol, carotenoids và betacyanin Theo [4], thành phần dinh dưỡng của 100gr Thanh Long ruột trắng vỏ đỏ loại được thống kê trong bảng 1.1: Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng có trong quả Thanh Long STT Thành phần Giá trị Đơn vị 1 Protein 1,3 g 2 Chất béo 3 Carbonhydrate 0,4 g 4 Chất xơ 5 Tro 10,2 g 6 Ẩm 0,8 g 0,6 g 86,7 g Thông số nhiệt vật lý được tính theo thành phần dinh dưỡng có trong quả Thanh Long có công thức liệt kê trong bảng 1.2 Bảng 1.2 Công thức tính các thông số nhiệt vật lý của một số thành phần Thông số Thành phần Công thức Protein Cp = 2,0082.103+ 1,2089.t - 1,3129.10-3.t2 Chất béo Cp = 1,9842.103 + 1,4733.t - 4,8008.10-3.t2 Nhiệt dung riêng Cp Carbohydrates Cp = 1,5488.103 + 1,9625.t - 5,9399.10-3.t2 (J/kg.K) Chất xơ Cp = 1,8459.103 + 1,8306.t - 4,6509.10-3.t2 Tro Cp = 1,0926.103 + 1,8896.t - 3,6817.10-3.t2 Cp = 4,1289.103 - 9,0864.10-2.t + 5,4731.10- Ẩm 3.t2 Protein ρ = 1,3299.103 - 5,1840.10-1.t Chất béo ρ = 9,2559.102 - 4,1757.10-1.t Khối lượng riêng ρ Carbohydrates ρ = 1,5991.103 - 3,1046.10-1.t (kg/m3) Chất xơ ρ = 1,3115.103 - 3,6589.10-1.t Tro ρ = 2,4238.103 - 2,8063.10-1.t Ẩm ρ = 9,9718.102 - 3,1439.10-3.t - 3,7574.10-3.t2 Hệ số truyền nhiệt k Protein k=1,7881.10-1+1,1958.10-3.t - 2,7178.10-6.t2 (W/m.K) Chất béo k=1,8071.10-1+2,7604.10-3.t – 1,7749.10-6.t2 Carbohydrates k=2,0141.10-1+1,3874.10-3.t – 4,3312.10-6.t2 SVTH: Nguyễn Thị Tuyên P a g e | 10