Mục Tiêu của đề tài gồm có: Tìm hiểu về hạt điều nguồn gốc và quá trình trở thành một sản phẩm phổ biến hiện nay, tiềm năng thị trường và giá trị kinh tế mang lại Tìm hiểu giá trị dinh d
ĐẦU
Đặt vấn đề
Hạt điều (cashew nuts) những năm gần đây hạt điều được xem thực phẩm bổ sung dinh dưỡng cho cơ thể ngày càng nhu cầu lớn trên thế giới Hạt điều hay còn gọi là đào lộn hột, hạt điều thuộc họ Anacardium occidentale có nguồn gốc từ Brazil sau đó được người Tây Ban Nha mang đi và phổ biến như hiện nay Hạt điều có nhiều vitamin, khoáng chất có lợi cho cơ thể Trong hạt điều chứa một lượng axit oleic dồi dào, có công dụng cải thiệt sức khỏe của hệ tim mạch và ngăn ngừa mỡ máu hiệu quả Bên cạnh đó, hạt điều còn có magnesi, đây là một loại chất rất có lợi cho các bệnh nhân bị tăng huyết áp Ngoài ra, hạt điều còn có khả năng ngăn ngừa các cơn đau tim và bệnh mạch vành…
Trong những năm vừa qua ngành điều có sự phát triển mạnh mẽ với kim ngạch xuất khẩu hạt điều của Việt Nam đạt 3,63 tỷ USD năm 2021, tăng 13% so với năm 2020.Và dự đoán ngành hạt điều Việt Nam sẽ còn có bước phát triển lớn cho những năm tới Thị trường nhập khẩu điều Việt Nam, thì thị trường Mỹ, châu Âu, Trung Quốc, Ấn Độ vẫn là những thị trường chủ lực của hạt điều Việt Nam Với việc xuất khẩu vào các thị trường khó tính như Mỹ và Châu Âu, và với việc ngày càng đa dạng các sản phẩm từ hạt điều sữa snack và gia vị từ hạt điều cho thấy ngành hạt điều có tiềm năng phát triển lớn và có thể phát triển mạnh mẽ trong những năm tiếp theo
Hạt điều ngày càng trở thành món phổ biến với người dân Việt Nam đặc biệt dịp tết với dinh dưỡng cao Ngoài ra hạt điều còn mang lại nguồn kinh tế lớn đến đối với nhiều hộ nông dân Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, năm 2021, tổng diện tích cây điều của Việt Nam khoảng 305 nghìn ha, và Đồng Nai là một trong khu vực trồng điều nhiều nhất cả nước Tổng sản lượng hạt điều thô đạt khoảng 367,2 nghìn tấn, năng suất bình quân đạt khoảng 1,18 tấn/ha
Tuy nhiên việc các thiết bị sản xuất hạt điều Việt Nam còn những hạn chế quy trình sản xuất chưa có tính chuyển môn hóa cao để nâng cao chất lượng sản phẩm hạt điều Từ các yếu tố như trên thiết kế các thiết bị sấy phù hợp với các đặc điểm như trên và giảm giá thành cũng như năng lượng của thiết bị sấy Đó nhu cầu mục đích để thực hiện đề tài tính toán thiết kế máy sấy hạt điều tẩm gia vị 80kg/ mẻ sấy
QUAN VỀ HẠT ĐIỀU
Nguồn gốc và giới thiệu cây điều
Cây điều là cây thuộc bản địa khu vực Trung Mỹ, có nguồn gốc từ Brazil Khoảng vài thập kỷ trước đây người ta chỉ xem cây điều như một loại cây dại mọc ở vùng đông bắc Brazil Sau này khi nhận thấy được các đặc tính từ sản phẩm hạt điều và giá trị dinh dưỡng của nó người dân bắt đầu trồng trọt nhiều hơn
Từ khi người Tây Ban Nha đã đem cây điều trở nên phổ biến trên thế giới, và cũng từ đó cây điều được du nhập vào Việt Nam Điều là cây công nghiệp lâu năm nên cây điều thường có thân cao từ 6 đến 8m, nếu sống trong điều kiện sinh trưởng tốt cây có thể cao tới 10m Trong thân cây điều và cành thường có nhiều mủ Trái điều (quả giả) hay còn được gọi là đào lộn hột bởi trái điều thật ra chỉ là một trái giả với phần cuống quả phình to tạo thành Trái điều thật chính là hạt điều mà chúng ta sử dụng sau khi tách nhân Sau khi thụ phấn thành công thì trái thật của quả điều (chính là hạt điều) sẽ phát triển kích thước rất nhanh Trong vòng 1,5 tháng là có khả năng đạt kích thước tối đa
Việt Nam hạt điều được trồng ở những khu phía Nam và Đông Nam bộ với điều kiện khí hậu và đất phù hợp trong việc trồng cây Điều đặc biệt là Bình Phước và Đồng Nai…
Hình 2 1 Biểu đồ diện tích trồng hạt điều ở Việt Nam
Quả điều được đánh giá là loại quả rất có giá trị và đang ngày càng được sử dụng cho các ngành công nghiệp mới Hạt điều là loại hạt ăn được, trong đó hàm lượng chất đạm, chất béo và chất đường bột khá cao Ngoài ra còn có nhiều loại vitamin, acit amin và các khoáng chất rất cần cho sức khỏe con người Trong hạt điều, hàm lượng chất đạm (protein) từ 18 - 20%, chất béo từ 40 -48%, chất đường từ 6 - 7%
Chất đạm trong hạt điều tương đương đậu nành và đậu phộng về số lượng nhưng chất lượng lại vượt trội tương đương với đạm có trong sữa, trứng và thịt Đặc biệt, hàm lượng chất béo chưa bão hòa chiếm tỷ lệ cao trong chất béo có trong hạt điều, có tác động điều hòa và làm giảm lượng Cholesteron trong máu giúp cơ thể phòng tránh được các bệnh về tim mạch Các vitamin có trong hạt điều cũng rất đa dạng bao gồm các loại Vitamin B1, B2, D, E, PP Trong đó, vitamin B1 rất có lợi cho việc tạo cảm giác ăn ngon và hoạt động của hệ thần kin
Hình 2 2 cây điều và hạt điều
Quả giả: Chính là phần chín mọng ăn được Quả giả dài 10 –12 cm, đường kính
4 – 8 cm Phần này chính là cuống hoa phát triển mà thành có nhiều nước Có nhiều màu sắc: Đỏ, tím, vàng…Qủa điều có nhiều nước vị chát không nên ăn nhiều
Hình 2 3 quả điều khi chín thu hoạch
Giá trị lớn nhất từ quả điều là hạt hay gọi là quả thật (bên trong có nhân điều): Chính là phần hạt điều cò nguyên vỏ, hạt thật chính là phần nhân ăn được bên trong, có dầu béo ăn được Thuộc loại quả khô, không tự mở, hình thận, dài 2–3 cm, nặng 5-9g, vỏ ngoài cứng, màu xám, mặt hõm vào, cuống quả phình to thành hình trái lê hay
7 đào, màu đỏ, vàng hay trắng Nhân điều là sản phẩm có giá trị nhất và thường được sử dụng làm đồ ăn vặt/ăn nhẹ (snack) hoặc làm nguyên liệu sản xuất bánh kẹo hay trong các công thức nấu ăn Nhân điều chứa nhiều axit béo chưa bão hòa, axit palmitoleic, vaccenic, linolenic và gadoleic, và đặc biệt là axit oleic và linoleic Nhân điều còn là nguồn cung cấp protein, carbohydrate và chất xơ lành mạnh
Thành phần dinh dưỡng hạt điều trong 100 gam ăn được bao gồm
+ Vitamin: vitamin E (0.9 mg), vitamin K (34.1 mg), vitamin B6 (0.417 mg) + Chất khoáng: Canxi (28 mg), Natri (12 mg), Kali (660 mg), Magie (292 mg), Folate (25 mcg)
Tiêu chuẩn nhân hạt điều
Khối lượng riêng hạt điều 613,6 kg/m 3 độ ẩm 6% và 590,3 kg/m 3 độ ẩm 10% Khối lượng hạt điều hạt có kích thước
+ Hạt to có khối lượng là 3g
Loại hàng và thông số kỹ thuật sau đây được trích từ tiêu chuẩn DDP-17 về tiếp thị và kiểm soát chất lượng thương mại nhân điều do Ủy ban Kinh tế châu Âu của Liên hiệp quốc (UNECE) ban hành năm 2013
Bảng 2 1: tiêu chuẩn kích cỡ hạt điều nguyên vẹn
Mà Cỡ, số hạt Số nhân điều đếm được
Số nhân điều đếm đực trên mỗi kg
500 500 1100 Được sử dụng trong: Đồ ăn vặt/ăn nhẹ (snack) tự nhiên, rang/chiên hoặc tẩm gia vị
Sản xuất bánh kẹo và bánh nướng
Bảng 2 2 tiêu chuẩn nhân hạt điều vỡ
Loại hàng, mã cỡ Kích cỡ tối thiểu
Nhân điều vỡ lớn (LP) Không qua lỗ sàng có đường kính 4,75 mm
Nhân điều vỡ nhỏ (SP) Không qua lỗ sàng có đường kính 2,80 mm
Nhân điều vỡ rất nhỏ Không qua lỗ sàng có đường kính 2,36 mm Được sử dụng trong:
Sản xuất bánh kẹo và bánh nướng, ngũ cốc phối trộn, đồ ăn ngọt
Bảng 2 3 tiêu chuẩn nhân hạt điều vỡ vụn
Loại hàng, mã cỡ Kích cỡ tối thiểu
“Baby Bits” (mảnh nhỏ) hoặc
Không qua lỗ sàng có đường kính 1,70 mm Được sử dụng trong:
Chế biến ngũ cốc phối trộn, rắc phủ trên kem, nhân bánh kẹo
Bột nhân điều Được sử dụng trong: Hỗn hợp bột điều sệt hoặc bơ điều, cà ri Ấn Độ, sản xuất bánh kẹo, bánh nướng
Yêu cầu kỹ thuật hạt điều
Nhân hạt điều là sản phẩm thu được sau khi tách vỏ hạt điều và bóc vỏ lụa Nhân hạt điều phải được sấy khô, có hình dạng đặc trưng, nguyên cả nhân hoặc mảnh, không được dính dầu vỏ hạt điều và không còn vỏ lụa, cho phép tỷ lệ nhân còn sót vỏ lụa không được quá 1 % và đường kính của mảnh vỏ lụa còn sót không quá 1 mm
Nhân hạt điều không được có sâu mọt sống, nấm mốc, không bị nhiễm bẩn do loài gậm nhấm, không bị hư hại do sâu mọt nhìn thấy được bằng mắt thường hoặc dùng kính phóng đại trong trường hợp cần thiết
Nhân hạt điều phải có mùi tự nhiên, không được có mùi ôi dầu hoặc các mùi lạ khác Độ ẩm: độ ẩm của nhân hạt điều không được lớn hơn 10 % tính theo khối lượng.
Chế biến hạt điều và quy trình sản xuất hạt điều
Ngay sau khi thu hoạch, hạt điều thô được xử lý ngay sẽ giúp duy trì chất lượng và phẩm chất hạt Nông dân tách hạt điều thô ra khỏi quả điều và phơi khô dưới ánh nắng mặt trời Những sản phẩm thô này được bán cho các nhà máy để chế biến ra nhân
10 điều Và các sản phẩm liên quan Đóng gói sản phẩm là công đoạn cơ bản để duy trì chất lượng sản phẩm, đặc biệt giúp sản phẩm tránh bị hư hại hoặc nhiễm bẩn
Thông thường quy trình sản xuất hạt điều thường được thể hiện sau đây
Hình 2 5 Quy trình chế biến hạt điều tương thành sản phẩm
2.4.1 Sản phẩm hạt điều quy trình sản xuất một số công ty
Có thể nói cây điều có rất nhiều các công dụng nhiều và không thua kém gì cây dừa vì từ thân lá và rễ cây đều có công dụng Đặc biệt hạt điều ngày càng có công dụng nổi bật trong việc chế biến sản xuất các loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao và có mùi vị ngon
2.4.2 Quy trình sản xuất hạt điều
Hình 2 6 Quy trình sản xuất sản phẩm hạt điều rang muối Bà Tư Bình Phước
Hình 2 7 Quy trình sản xuất sản phẩm hạt điều wasabi Tân Tân
2.4.3 Một số sản phẩm hạt điều trên thị trường Việt Nam
Hình 2 8 Hạt điều rang muối Hình 2 9 hạt điều tẩm wasabi
Hình 2 10 hạt điều tẩm mật ong Hình 2 11 Hạt điều tẩm tỏi ớt
Hình 2 12 Hạt điều tẩm mẻ
Quy trình chế biến hạt điều tẩm tỏi ớt
Hình 2 13 Hạt điều tẩm gia vị tỏi ớt
+ Hạt điều sau khi được thu hoạch và làm sạch sẽ được đưa vào chuẩn bị quy trình chế biến
+ Phân loại theo kích cỡ đảm bảo về kích thước hạt phù hợp kích cỡ màu sắc hạt
+ Hạt điều sau khi được đi làm sạch và phân loại hạt sẽ được qua sấy tách nước để đạt độ ẩm khoảng 7%
+ Hạt điều sẽ được các công nhân bóc vỏ bằng dao, hạt được bóc vỏ cẩn thận để tránh bị gãy nhân
+ Rang: Hạt điều sau khi bóc vỏ lụa sẽ được đem đi rang chín nhân hạt ở nhiệt độ
+ Bột tỏi ẩm độ < 11% (VIANCO) 3% so với khối lượng hạt điều
+ Bột ớt ẩm độ < 11% (VIANCO) 1% so với khối lượng hạt điều
+ Sấy lần 2: Sau khi rang độ ẩm khối hạt khoảng 5,5% độ ẩm yêu cầu sản phẩm hạt điểu tẩm tỏi ớt độ ẩm khoảng 3,2-3,8%, để dễ dàng bảo quản
+ Sản phẩm: Sau đó tiền hành đóng gói sản phẩm và đưa thị trường
Sấy và tầm quan trọng của sấy
Sấy là một trong những công đoạn quan trọng nhất trong dây chuyền chế biến, được sử dụng phổ biến ở nhiều ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, nông – lâm – thủy hải sản,…
Sấy là quá trình lấy hơi nước ra khỏi sản vật liệu sấy
Quá trình sấy thường yêu cầu sau
Thời gian sấy đến độ ẩm yêu cầu của từng sản phẩm sấy là ngắn nhất
Chất lượng của sản phẩm là tốt nhất (dinh dưỡng, màu sắc, mùi vị, hình dạng ,…)
Chí phí năng lượng (điện năng nhiệt năng) cho quá trình sấy là thấp nhất
Chi phí đầu tư, chi phí vận hành, bảo dưỡng
Vai trò quan trọng của quá trình sấy
Kết quả sấy đó chính là hàm lượng nước trong sản phẩm giảm xuống một mức xác định để dễ dàng cho việc bảo quản cũng như chế biến sản phẩm
Sấy có vai trò cực kỳ quan trọng trong ngành công nghiệp chế biến vì đảm bảo việc lưu lại sản phẩm nông sản trong thời gian lâu dài còn có thể đảm bảo giá trị dinh dưỡng của sản phẩm như ban đầu
Nguyên tắc quá trình sấy đó chính là cung cấp năng lượng nhiệt để chuyển đổi trang thái pha lỏng thành trạng thái pha hơi Sấy là bao gồm 2 quá trình khuyếch tán, gồm khuyếch tán ẩm từ trong ra ngoài vật liệu và quá trình chuyển hơn nước từ bề mặt ngoài ra khỏi môi trường xung quanh
Chế độ sấy để đảm bảo chất lượng cho sản phẩm sấy với chi phí năng lượng là thấp nhất ta cần phải có chế độ sấy cho phù hợp, chế độ sấy phụ thuộc vào vật liệu ẩm trước và sau quá trình sấy vật liệu sấy, gồm bố trí vật liệu trong buồng sấy, hướng thổi và tác nhân sấy, phương pháp sấy… rất nhiều yếu tố khác nhau nhưng nhìn chung chế độ sấy gồm các thông số sau
Nhiệt độ, ẩm độ của tác nhân sấy
Vận tốc tác nhân sấy
Công suất nguồn phát điện
Yêu cầu sản phẩm sấy
CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY
2.6.1 Phơi nắng tự nhiên Đây là phương pháp sấy truyền thống và được sử dụng từ lâu đời, hạt điều sau khi thu hoạch thường phơi nắng sau khi thu hoạch để làm giảm độ ẩm không khí và dễ bóc vỏ
Hình 2 14 Phơi nắng hạt điều dưới ánh nắng mặt trời Ưu điểm
Đơn giản chi phí đầu tư thấp
Có thể phơi nắng với số lượng lớn
Không đòi nỏi kỹ năng cao
Không kiểm soát được nhiệt độ và độ ẩm của sản phẩm sấy
Thời gian phơi khô lâu
Phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết
Có thể nhiễm tạp chất trong quá trình phơi nắng
2.6.2 Máy sấy không khí nóng
Trên thị trường có nhiều loại máy sấy nóng với nhiều mẫu mã, cấu tạo đa dạng Mỗi loại máy sẽ có cấu tạo riêng biệt Tuy nhiên đa phần các loại mẫu mà này đều có cấu tạo từ những bộ phận chính như sau
Quạt đối lưu: Quạt đối lưu gió hoạt động dựa trên nguyên lý chênh lệch áp suất, tăng đối lưu không khí nóng trong buồng sấy Tác dụng quạt tạo áp suất âm, tạo lực hụt để luồng không khí nóng đi vào buồng sấy lấy ẩm độ vật liệu
Bộ phận cấp nhiệt: đây là bộ phận cung cấp nhiệt tạo ra nhiệt và được quạt thổi luồng không khí nóng vào trong buồng sấy Đồng hồ đo nhiệt: dùng để kiểm tra nhiệt độ buồng sấy, đảm bảo nhiệt độ buồng sấy phù hợp, tránh việc nhiệt độ lên quá cao
Bộ phận điều khiển: dùng để điều khiển các thiết bị khác như đồng hồ điện tử bộ phận cấp nhiệt …
Hình 2 15 Máy sấy không khí nóng
Máy sấy nóng làm khô nguyên liệu bằng việc tăng nhiệt độ bốc hơi nước nhanh
Nó sử dụng luồng khí nóng tỏa nhiệt Nguồn nhiệt được cấp từ bộ phận cấp nhiệt, sau đó được các quạt đối lưu thổi nguồn nhiệt đi xuyên qua các khay và với nhiệt lượng và lấy đi hơi ẩm từ khối hạt lượng ẩm sẽ được thổi ra ngoài Ưu điểm
Chi phí đầu tư máy rẻ hơn so với các máy sấy khác
Chi phí sửa, thay thế rẻ
Có thể sử dụng để sấy nhiều nguyên liệu, thực phẩm
Khay sấy được thiết kế linh hoạt, dễ dàng di chuyển, tháo lắp và vệ sinh
Thiết kế máy đơn giản, dễ dàng vận hành và bảo quản
Dùng để sấy các loại vật liệu dạng hạt với thời gian sấy nhanh chóng
Không giữ lại màu sắc khi vật liệu yêu cầu cần giữ lại màu
Vì sấy ở nhiệt độ cao nên không giữ lại hình dáng của sản phẩm sấy không phù hợp cho các sản phẩm đòi hỏi về màu sắc cũng như hình dạng ban đầu
Biểu diễn sấy không khí nóng giản đồ trắc ẩm I-D
Hình 2 16 Giản đồ i-d quá trình không khí nóng
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo
Hình 2 17 Sơ đồ nguyên lý sấy bơm nhiệt
Giai đoạn 1-2: Không khí sấy đi qua buồng sấy mang ẩm từ vật liệu sấy nên tỷ lệ ẩm sẽ tăng lên và nhiệt độ sẽ giảm xuống Khi sấy với nhiệt độ thấp ngang bằng với nhiệt độ vật liệu thì đoạn 1-2 sẽ thẳng đứng
Giai đoạn 2-3: Không khí sấy đi qua bộ bay hơi (dàn lạnh) sẽ giảm nhiệt độ về trạng thái bảo hòa, sau đó giảm tiếp về nhiệt độ điểm sương và hơi nước trong không khí ngưng tụ, tách ra ngoài giai đoạn 3-4: Không khí sấy ở trạng thái điểm sương sẽ tiếp tục đi qua bộ ngưng tụ (dàn nóng) và được tăng nhiệt độ lên lại
Giai đoạn 4-1: Không khí sấy tiếp tục đi qua bộ phận cấp nhiệt phụ để đạt đến nhiệt độ sấy yêu cầu và tiếp tục trở lại theo chu trình kín
Chất lạnh được máy nén thành hơi ở áp suất cao và bơm đến giàn nóng Tại giàn nóng hơi và môi chất sẽ được giải nhiệt và ngưng tụ thành chất lỏng Lượng nhiệt tỏa ra từ dàn nóng sẽ được không khí hấp thụ để tăng nhiệt độ như giai đoạn 3-4
Chất lỏng tiếp tục đi qua van tiếp lưu, thu năng lương từ không khí, bốc hơi và sau đó đảo chiều để máy nén bắt đầu lại chu trình Trong hệ thống sấy bơm nhiệt, không khí đi qua giàn lạnh sẽ bị hấp thụ năng lượng nhiệt Ưu điểm
Giữ được màu sắc xanh tự nhiên của sản phẩm đẹp hơn, đặc biệt là rau xanh, hoa quả, các loại lá,… Giữ màu xanh rất đẹp sau khi sấy, nhiệt độ sấy thấp không làm ảnh hưởng tới sản phẩm sau khi sấy
Tác nhân sấy tuần hoàn 100%, giữ lại được mùi hương của sản phẩm
Tác nhân sấy là sạch nên đảm bảo được cho các loại vật liệu có giá trị cao
Thời gian sấy nhanh, đó là kết quả của nguyên lý hoạt động của máy Không khí trước khi đưa vào buồng sấy sẽ được làm lạnh để tách ẩm làm cho không khí khô hơn
Nhược điểm lớn nhất của máy sấy bơm nhiệt có lẽ là do giá thành sản phẩm khá đắt vì các linh kiện cấu thành nên máy từ hệ thống lạnh, hệ thống bơm nhiệt, máy nén,…đều rất đắt tiền Nên giá thành của một chiếc máy sấy bơm nhiệt là khá cao
Chi phí đầu tư và vận hành cao
Máy bơm chân không: bộ phận tạo ra môi trường chân không
Bộ phận cấp đông: dùng cho giai đoạn đầu của quá trình sấy cũng như tách ầm
Bộ phận gia nhiệt: khi sản phẩm được cấp đông, bơm chân không tạo đủ điều kiện chân không, điện trở sẽ gia nhiệt cho sản phẩm để sảy ra quá trình thăng hoa
Hình 2 18 Máy sấy thăng hoa
DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan về quả điều và hạt nhân điều, tiềm năng và giá trị kinh tế to lớn từ hạt điều
Nghiên cứu các đặc tính cơ bản của hạt điều về hình dạng kích thước, trọng lượng riêng, khối lượng riêng, giá trị dinh dưỡng từ hạt điều
Các sản phẩm từ hạt điều trên thị trường hiện nay và quy trình chế biến hạt điều tẩm gia vị
Phân tích lựa chọn phương pháp sấy và máy sấy hạt điều tẩm gia vị
Tính toán thiết kế máy sấy hạt điều tẩm gia vị năng suất 80kg/ mẻ
Thiết lập bản vẽ chế tạo
Tìm hiểu từ các nguồn tài liệu trên internet và các bài báo về nghiên cứu giá trị của hạt điều
Tìm hiểu về đặc tính cơ bản của hạt điều
Tìm hiểu từ các nguồn tài liệu tham khảo từ thư viện từ môn học cơ sở truyền nhiệt, giáo trình thiết bị trao đổi nhiệt, giáo trình máy sấy
Phương pháp phân tích lựa chọn nguyên lý sấy
Từ các nguồn tài liệu tham khảo và môn Kỹ thuật sấy tìm hiểu về các phương pháp sấy được sử dụng phổ biến trong sấy hạt
Với đặc tính là sấy 80kg/ mẻ và không yêu cầu giữ màu sắc cho sản phẩm sấy và yêu cầu sấy với thời gian nhanh chóng và tiết kiệm giá thành chế tạo
Dựa trên phân tích ưu nhược điểm từ các phương pháp sấy như trên và yêu cầu đề tài ta chọn phương pháp sấy phổ biến nhất trong sấy hạt là phương pháp sấy bằng không khí nóng
Sản phẩm sấy
Trên thị trường có rất nhiều các sản phẩm hạt điều tẩm gia vị nhưng sản phẩm mang lại giá trị dinh dưỡng và phù hợp với nhu cầu thị yếu thị trường nhất hiện nay là hạt điều tẩm tỏi ớt
Hình 3 1 Hạt điểu tẩm tỏi ớt
QUẢ NGHIÊN CỨU
Thông số ban đầu
+ Vật liệu sấy (VLS): Hạt điều sau khi tẩm gia vị
+ Ẩm độ ban đầu của sản phẩm W 1 =5,5 0,3 %+
+ Ẩm độ vật liệu sau khi sấy W 2 =3.2 0,3 %+
+ Khối lượng riêng của hạt điều khoảng p`0 kg m/ 3
+ Khối lượng vật liệu hạt điều tẩm gia vị cần sấy là M kg mẻ/
+ Tác nhân sấy (TNS) ta chọn tác nhân sấy là không khí với các thông số sau: + Nhiệt độ trung bình tại TPHCM: t 1 = 28 o C
+ Ẩm độ trung bình của TPHCM: = 75 %
+ Lưu lượng gió thực nghiệm sấy:Q=0,3 m 3 /s
+ Vận tốc gió trong buồng sấy: v=1,3 /m s
Lựa chọn mô hình sấy và kiểu thiết kế
Do vật liệu sấy là hạt điều tẩm gia vị và không cần quá nhiều về vấn đề màu sắc của vật liệu nên ta chọn phương pháp sấy là sấy bằng không khí nóng đảm bảo thời gian sấy cũng như giá thành của máy Với khối lượng sấy tương đối lớn ta chọn phương pháp sấy là sấy xuyên khay với quạt ly tâm thổi luồng không khí qua điện trở gia nhiệt và đi vào buồng sấy để gia nhiệt cho (VLS).
Nguyên lý hoạt động
VLS là hạt điều đả tẩm gia vị và được đặc lên các khay sấy đảm bảo số lượng hạt được trải đều TNS là không khí tự nhiên được quạt thổi luồng không khí đi qua điện trở gia nhiệt và được các đường ống di chuyển vào buồng sấy luồng không khí
29 nóng này sẽ gia nhiệt và rút hơi ẩm vật liệu sau đó được đưa ra ngoài ở các ống thoát khí.
Tính toán, thiết kế các bộ phận chính
+ Hạt sấy ta chọn loại W180 với kích thước trung bình chiều dài 34 mm chiều rộng 24 mm và độ cong 0,7 diện tích bề mặt trung bình khoảng 1400 mm 2
+ Khối lượng vật liệu cần sấy M kg mẻ/
+ Hạt điều 1kg W180 có trung bình khoảng 390 hạt điều
+ Vậy ta cần khoảng 32 khay sấy mỗi khay có kích thước 600 x 600 (mm 2 )
+ Mỗi khay có kích thước lần lượt 600x600x30 mm 2
+ Mỗi khay chứa 80/32 = 2,5 kg/khay
+ Mỗi khay cách nhau khoảng 700 mm
Tính toán nhiệt
Lượng ẩm cần bốc hơi từ nguyên liệu
Trong đó: m 1 : Khối lượng nguyên vật liệu đưa vào sấy (kg) m 2 : Khối lượng sản phẩm sau khi sấy (kg)
W 1, W 2 : Lần lượt độ ẩm đầu và cuối của sản phẩm sấy %
W : khối lượng ẩm bay hơi
Khối lượng sản phẩm sau khi sấy là
Thông số vật lý không khí trước và sau khi sấy
o : độ ẩm tương đối không khí ở nhiệt độ t1 = 28 o C o = 1 = 75%
=1 p bar : áp suất khí quyển
Thông số TNS sau bộ trao đổi nhiệt hay trước khi đi vào buồng sấy:
Hình 4 1: Giản đồ không khí ẩm
Lượng không khí khô cần thiết là
Nhiệt lượng cần thiết trong quá trình sấy là
Bảng 4.1: Thông số nhiệt lý thuyết
Trạng thái t C , o d kg kgkkk, / , % I kJ kg kkk , /
Tình toán nhiệt cho buồng sấy
Lượng nhiệt để cung cấp vật liệu sấy
M : là khối lượng vật liệu ban đầu, M = m 1 = 80 kg
C d : nhiệt dung riêng của hạt điều tẩm gia vị C d = 3.816 kJ kg C/ t 1 : là nhiệt độ ban đầu của hạt điều tẩm gia vị t 2 : là nhiệt độ cuối của hạt điều tẩm gia vị
W : khối lượng ẩm bay hơi Lượng nhiệt nung nóng vật liệu
C d : Nhiệt dung riêng của hạt điều tẩm gia vị: C d = 3.816 kJ kg C/
C a : Nhiệt dung riêng của nước: C a = 4,18 kJ kg C/ o
2 t v : Nhiệt độ sấy trong buồng tác nhân sấy cắt ngang vật liệu
M khối lượng hạt điều tẩm gia vị
MC t tb t q kJ kg Èm
Tổn thất nhiệt qua truyền qua khay
Inox mỗi khay inox M ix = 0,8 kg , nhiệt dung riêng của inox C ix = 0, 5 kJ kg C / o và
Tổn thất nhiệt qua truyền qua vách nhiệt
Mỗi lưới inox M ix =2,5 kg , nhiệt dung riêng của inox C ix = 0, 5 ( kJ kg C / o ) và
Nhiệt độ trong buồng sấy: 1 (65 40) 52,5 f 2 t = + = C
Nhiệt độ ngoài buồng sấy: t f 2 = 28 C
F là diện tích bên trong buồng sấy buồng sấy có kích thước là hình hộp chữ nhật với các thông số sau: L x B x H =1,5 0, 6 1,3 x x m 3
Diện tích xung quay của buồng sấy:
t là hệ số chênh lệch nhiệt độ bên trong và ngoài buồng sấy
= − = − = k: là hệ số truyền nhiệt, W m K / 2
Buồng sấy mặt bên trong được làm bằng hợp kim thép có chiều dày 1 = 1 mm có hệ số dẫn nhiệt:
= W m K: vách trong làm bằng vật liệu cách nhiệt có chiều dày 2 = 25 mm và hệ số dẫn nhiệt là:
= W m K Vách ngoài cùng làm hợp kim sắt có chiều dày 3 =5 mm và có hệ số dẫn nhiệt 3 , 2 W m K/
Hình 4 2: bề dày lớp vật liệu
Ta có nhiệt độ bề mặt trong buồng sấy t f 1 = 65 o C nhiệt độ vách ngoài t f 2 = 28 o C
Tác nhân sấy chuyển động đối lưu với vận tốc v=1,3 m/s
Giả sử nhiệt độ bên trong vách là: t w 1 = 50 o C
Mật độ dòng nhiệt truyền từ tác nhân sấy đến inox
Nhiệt độ bề mặt tiếp xúc
Chênh lệch nhiệt độ giữa 2 môi trường vách inox và không khí
Nhiệt độ trung bình giữa vách và môi trường
= = Tra bảng không khí với t tb = 32 o C ta có các thông số sau =2, 65.10 − 2 W m/ ;
= = + bề dày lấy theo chiều cao buồng sấy H =1,3 m
Vậy ( Pr Gr )=2, 35.10 0, 725 1, 65.10 9 = 9 thuộc trong khoảng (2.10 7 1.10 ) 13
Ta xác định hệ sốC =0,135; n=1/ 3
Công thức xác định Nu:
Ta có k hệ số trao đổi nhiệt
Tổng thất nhiệt trong quá trình nung nóng buồng sấy
M bs là khối lượng của buồng sấy với F=6, 76 m 2 , bề mặt dày lớp inox là
= m khối lượng riêng lớp inox làPy30 kg m/ 3
C ix là nhiệt dung riêng của inox C ix =0, 5 kJ kg C/ o
Tổng nhiệt cho quá trình sấy là
Tính toán quá trình sấy thực tế
C nhiệt dung riêng của nước
1( o t v C là nhiệt độ khối hạt đưa vào sấy
Do → 0 I 2 I 3 , tổn thất nhiệt lớn hơn tổn thất bổ sung
Thông số trạng thái quá trình sấy thực tế
C k = kJ kg C nhiệt dung riêng của không khí
Lưu lượng không khí khô thực tế
Ta có nhiệt lượng có ích quá trình sấy thực
Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy ’ q 2 gây ra
= Tổng nhiệt lượng tính toán q’
Tính toán chọn quạt hệ thống quạt sấy
P ms : Trở lực do ma sát
P cb : Trở lực cục bộ
P d : Trở lực do áp suất động gây ra
Với l: Chiều dài ống sấy
P: Trọng lượng riêng của không khí tại t = 65 o C v : Vận tốc không khí trong buồng sấy, v = 1,3 / m s
: Là hệ số trở lực của ma sát
P: Trọng lượng riêng của không khí tại te o C v : Vận tốc không khí trong buồng sấy, v=1,3 /m s l: Chiều dài ống sấy
cb : Là hệ số trở lực cục bộ, 0, 3.0, 04 0,15
Trở lực do áp suất động gây ra
Trong đó: v q vận tốc gió tạo quạt ly tâm
P: Trọng lượng riêng của không khí tại te o C
Tổng trở lực ms cb d
Giả sử công suất quạt thực tế
Ta có công suất quạt thực tế
Phù hợp tính toán chọn Quạt ly tâm cột áp khoảng P40 Pa và công suất quạt
0,15 q P HP và lưu lượng gió: Q = 1080 ( m 3 / h )
Vậy ta chọn động cơ điện 3 pha và quạt có công suấtP q =0,1 5HP
Hình 4 3: Quạt ly tâm và động cơ
Tính toán chọn điện trở
Điện trở có cấu tạo: Điện trở bao gồm lõi phía trong, chất cách điện và lớp vỏ thép không rỉ bao bọc bên ngoài
Công suất: P dt 00 W Điện áp: U "0 V hoặc U80 V
Hình 4 4Điện trở gia nhiệt cho buồng sấy
Tính toán số lượng điện trở cần thiết
Nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sấy thực tế
Với là hiệu suất của điện trở khoảng 85% và 1,1 hệ số an toàn
=Q = Qtt kW Q tt = 8,5 kW là công suất điện trở mà ta cần chọn cho thiết bị sấy Ta chọn điện chữ U loại có công suất tối đa P dt 00W, để đủ
42 công suất gia nhiệt cho thiết bị ta cần khoảng 10 thanh điện trở và được bố trí so le với nhau để tăng diện tích gia nhiệt
Cấu tạo một số bộ phận của máy
Hình 4 5: Cấu tao của khay sấy
Hình 4 6: Cấu tạo của buồng sấy
Hình 4 7: Bông thủy tinh cách nhiệt
Hình 4 8: Máy sấy không khí nóng thiết kế SolidWorks
LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Đề tài tính toán thiết kế máy sấy hạt điều tẩm gia vị 80kg/ mẻ ta chọn kiểu sấy ngang khay với tốc độ gió khoảng: v = 1,3 / m s và nhiệt độ phù hợp: t s = = t 2 65 o C Đã hoàn thành bộ bản vẽ thiết kế máy sấy hạt điều tẩm gia vị 80kg/ mẻ bằng phương pháp không khí nóng
Khay sấy: kích thước 600 x 600 x 32, vật liệu inox 304
Quạt: quạt ly tâm công suất 0,24 HP Điện trở: 10 thanh điện trở gia nhiệt mỗi thanh công suất 1kW Tổng công suất máy: P = 8,8 kW
Đề nghị 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO
Được gia công chế tạo để kiểm tra lại các thông số tính toán