2.2.1. Phân loại phương pháp sấy theo cách cấp nhiệt a. Phương pháp sấy đối lưu Đối với phương pháp này, nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nguồn nhiệt được truyền từ môi chất sấy đến vật liệu sấy bằng cách trao đổi nhiệt đối lưu. Phương pháp này được áp dụng rộng rãi cho việc sấy các loại hạt và hoa quả. b. Phương pháp sấy bức xạ Trong phương pháp này, môi chất sấy không làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật ẩm mà nguồn nhiệt được cung cấp từ các đèn hồng ngoại hoặc các bề mặt rắn có nhiệt độ cao hơn nhằm bức xạ nhiệt tới vật ẩm. c. Phương pháp sấy tiếp xúc Trong phương pháp này, nguồn nhiệt được cung cấp bằng cách cho vật sấy tiếp xúc trực tiếp với bề mặt nguồn nhiệt. d. Phương pháp sấy dùng điện trường cao tần Trong phương pháp này, môi chất sấy không làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật ẩm mà vật ẩm sẽ được đặt trong diện trường tần số cao. Tại đây thì vật ẩm sẽ được làm nóng lên. 2.2.2. Phân loại phương pháp sấy theo chế độ thải ẩm a. Phương pháp sấy dưới áp suất khí quyển Trong phương pháp này, áp suất trong buồng sấy bằng áp suất khí quyển. Việc thoát ẩm do môi chất sấy đảm nhiệm hoặc sấy ở nhiệt độ cao hơn 100oC, ẩm tự thoát vào môi trường. b. Phương pháp sấy chân không Trong phương pháp này, áp suất trong buồng sấy nhỏ hơn áp suất khí quyển vì vậy không thể dùng môi chất sấy để thải ẩm. Việc thải ẩm dùng máy hút chân không hoặc kết hợp với thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm. Nếu chỉ sử dụng máy hút chân không thì thì nó sẽ đảm nhận toàn bộ việc hút hơi ẩm thoát ra từ vật để thải vào môi trường. nếu sử dụng kết hợp máy hút chân không với thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm thì máy hút chân không có nhiệm vụ tạo chân không ban đầu (lúc khởi đông máy) và hút khí không ngưng khi thiết bị làm việc còn thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm làm nhiệm vụ thải khí ẩm . c. Phương pháp sấy thăng hoa Phương pháp này được thực hiện bằng việc làm lạnh vật sấy đồng thời hút chân không để cho vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa của nước, nước thoát ra khỏi vật sấy nhờ quá trình thăng hoa. 2.2.3. Phân loại phương pháp sấy theo cách xử lý không khí a. Phương pháp sấy dùng nhiệt Trong phương pháp này, không khí được gia nhiệt trước khi đưa vào buồng sấy hoặc gia nhiệt không khí trực tiếp trong buồng sấy. Khi gia nhiệt cho không khí, nhiệt độ không khí tăng lên, độ ẩm không khí giảm còn độ chứa hơi không đổi. Khi không khí tiếp xúc với vật sẽ truyền nhiệt cho vật để ẩm bốc hơi, đồng thời do không khí có độ ẩm tương đối thấp nên chênh lệch phần áp suất hơi ở bề mặt vật và không khí sẽ đủ lớn làm cho ẩm thoát ra dễ dàng . Chênh lệch nhiệt độ giữa không khí và vật càng lớn, tốc độ bốc hơi ẩm càng lớn, thời gian sấy càng ngắn, vật khô càng nhanh. b. Phương pháp sấy dùng xử lý ẩm (hút ẩm) Trong phương pháp này, người ta xử lý không khí bằng cách hút ẩm. Không khí được hút ẩm, độ chứa hơi giảm làm cho độ ẩm tương đối giảm dẫn đến nhiệt độ nhiệt kế ướt giảm tức là tăng ∆t. Trị số ∆t tăng sẽ tăng cường truyền nhiệt từ không khí tới vật làm cho ẩm bốc hơi thoát vào không khí dưới tác động của chêch lệch phần áp suất hơi nước ở bề mặt vật và không khí.
TỔNG QUAN VỀ CHUỐI
Nguồn gốc và đặc điểm của chuối
Họ chuối: Musa troglodytarum Giới: Plantae Ngành: Magnoliophyta Họ:
Musaceae Chuối là tên gọi các loài cây thuộc chi Musa, trái của nó là trái cây được ăn rộng rãi nhất Những cây này có gốc từ vùng nhiệt đới ở Đông Nam Á và Úc Chuối được trồng ít nhất ở 107 quốc gia
Rễ của chuối thuộc loại rễ chùm, có 2 loại rễ là rễ ngang và rễ thẳng Rễ ngang sẽ mọc xung quanh củ chuối, và phân bố ở lớp đất mặt Bề ngang rộng từ 2 – 3cm, loại rễ này sinh trưởng khỏe, phân bố rộng Là loại rễ quan trọng có chức năng hút nước và dinh dưỡng nuôi cây Rễ thẳng sẽ mọc ở phía dưới củ chuối Tác dụng chủ yếu giúp cây đứng vững.
Thân thật hay còn gọi là củ chuối là loài cây thân thảo lớn nhất Có hình tròn dẹp và ngắn, khi phát triển đầy đủ có thể rộng 30cm Phần bên ngoài xung quanh củ chuối, được bao phủ bởi những vết sẹo từ bẹ lá Củ chuối sống lâu năm, là cơ quan chủ yếu dự trữ chất dinh dưỡng đồng thời cũng là nơi để rễ, lá, mầm và cuống hoa mọc ra Do đó củ chuối to mập là cơ sở giúp cho cây chuối sinh trưởng phát triển tốt, năng suất và chất lượng cao Ngoài ra xung quanh củ chuối có nhiều mầm ngủ, sau này phát triển thành cây con.
Thân giả, thân chuối là thân giả của cây chiều dài lên tới 6 – 7m, mọc lên từ 1 thân ngầm mà người ta gọi là củ chuối Thân giả có hình trụ, do nhiều bẹ lá lồng vào nhau tạo thành.
Lá chuối ra theo hình xoắn, và có thể kéo dài tới 2,7m và rộng tới 60 cm Lá chuối phát triển mạnh nhất vào khoảng tháng 5 đến tháng 6, mỗi tháng có thể mọc ra 3
– 4 lá, lá chuối to, dày, màu xanh đậm và bóng Lá mới mọc ra mỏng, có màu xanh nhạt.
Hoa chuối thường có hai tính, riêng đầu hoa thường cho ra một hoa đực không sinh sản, còn gọi là bắp chuối Tuy nhiên, đôi khi cũng có thể ra thêm hoa Ở Việt Nam, có nhiều loại chuối như chuối già, chuối xứ, chuối xiêm, chuối bom với nhiều hình dáng như dài, ngắn, trung bình, vỏ nhẵn và có quanh năm Chuối có nguồn gốc từ Malaysia, trở nên phổ biến trên thế giới và sinh trưởng tốt nhất ở các nước nhiệt đới Ngoài mục đích ẩm thực, chuối còn dùng làm sợi bông cho công nghiệp dệt may và giấy.
Chúng có nhiều màu sắc và kích cỡ khác nhau Khi chín chúng có thể có màu vàng,màu đỏ sẫm, hoặc màu tía Có hơn 50 loại chuối khác nhau trên toàn thế giới, chúng có đặc điểm là những quả chuối sẽ kết thành buồng chuối chứ không thành những quả riêng rẻ nhưng những cây khác, mỗi buồng được chia thành nhiều nãi, trên mỗi nải có khoảng 10-20 trái chuối Khi chín, tinh bột có trong quả chuối sẽ chuyển hóa thành đường tự nhiên vì thế tạo cho chuối có một độ ngọt và thơm nhất định.
Thành phần dinh dưỡng của chuối
Chuối có các thành phần hóa học cơ bản như nước chiếm 76,38%, đường khử chiếm 14,18%, axid hữu cơ chiếm 0,326%, tinh bột chiếm 3,298%, protit chiếm 0,92%
, các acid amin chiếm 0,083%, lipit chiếm 1,13%, tanin chiếm 0,068%, vitamin chiếm 0,565% và tro chiếm khoảng 0,7%.
Trong chuối có chứa một lượng lớn protein và hydrat cacbon Chuối còn bao gồm một số loại đường khác nhau như glucose, lactoza, mantoza, galactoze, đường sucroza, fructoza và tinh bột Chuối còn rất giàu các chất dinh dưỡng như vitamin A,E, C, B2, dưỡng chất niacin, vitamin B12 và một số khoáng chất sắt, canxi, magie,photpho, kẽm và florua Chuối còn chứa các loại acid amin thiết yếu như trytophan, lizin, leuxin, glyxin, khoáng chất acginin Calo trung bình chứa trong quả chuối khoảng 100-125 calo.
Chuối, một loại quả giàu chất dinh dưỡng, cung cấp nhiều lợi ích sức khỏe Sự dồi dào của đường trong chuối biến chúng thành một nguồn năng lượng lý tưởng Chuối cải thiện tiêu hóa, hỗ trợ giảm táo bón và cung cấp kali để bù đắp chất điện giải bị mất trong trường hợp tiêu chảy Axit béo trong chuối xanh bảo vệ niêm mạc dạ dày, tăng cường hấp thụ canxi Tryptophan trong chuối chuyển hóa thành serotonin, làm giảm trầm cảm Ăn chuối thường xuyên có thể giảm thoái hóa điểm vàng, huyết áp cao, đột quỵ và ung thư thận do hàm lượng kali cao, natri thấp, chất chống oxy hóa phenolic và sắt.
TỔNG QUÁT VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY CHUỐI
Khái niệm
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt hoặc hóa lý do sự chênh lệch độ ẩm trên bề mặt và trong vật liệu hoặc do chênh lệch áp suất hơi riêng phần của ẩm trên bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.
Hay có thể hiểu sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cấp nhiệt cho ẩm bay hơi Nhiệt được cung cấp cho vật liệu bằng dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc năng lượng điện trường có tần số cao.
Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng của vật liệu, tăng độ bền và bảo quản được tốt Sấy là một phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn và dễ dàng Sấy làm giảm độ ẩm của thực phẩm đến mức cần thiết ở đó vi khuẩn,nấm mốc và nấm men bị ức chế hoặc không phát triển và hoạt động được, giảm hoạt động các enzyme, giảm kích thước và trọng lượng của sản phẩm.
Phương pháp sấy
Người ta phân loại sấy thành hai loại như sấy tự nhiên và sấy nhân tạo
Sấy bằng cách để vật liệu khô tự nhiên trong môi trường trong nhà hoặc ngoài trời, phương pháp này thời gian sấy dài, khó điều chỉnh quá trình, độ ẩm cuối của vật liệu còn khá lớn, nhất là ở những vùng có khí hậu nhiệt đới như nước ta
Là quá trình sấy có sự cung cấp nhiệt lượng từ bên ngoài, nghĩa là phải dùng đến tác nhân sấy được gia nhiệt như khói nóng, không khí nóng hoặc hơi,…các loại tác nhân này được hút ra khỏi thiết bị sau khi sấy xong Sấy nhân tạo nhanh và độ ẩm vật liệu sau khi sấy nhỏ hơn nhiều so với sấy tự nhiên.
Phân loại các phương pháp làm khô vật liệu
Tuỳ theo tính chất và độ ẩm của vật liệu, cùng với yêu cầu và mức độ của vật liệu sau khi làm khô ta có thể có các phương pháp sấy sau:
- Phương pháp cơ học: dùng máy ép, lọc, ly tâm,…để tách nước ra khỏi vật liệu.
Phương pháp này chỉ dùng để tách sơ bộ nước ra khỏi vật liệu (ví dụ: như ly tâm đường trước khi sấy,…).
- Phương pháp hoá học: dùng hoá chất để hút nước trong vật liệu, phương pháp này đắt tiền, không kinh tế nên ít dùng
- Phương pháp nhiệt: dùng nhiệt làm bốc hơi nước trong vật liệu, phương pháp này được sử dụng rộng rãi vì tách nước khá triệt để
2.2.1 Phân loại phương pháp sấy theo cách cấp nhiệt a Phương pháp sấy đối lưu Đối với phương pháp này, nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nguồn nhiệt được truyền từ môi chất sấy đến vật liệu sấy bằng cách trao đổi nhiệt đối lưu.
Phương pháp này được áp dụng rộng rãi cho việc sấy các loại hạt và hoa quả. b Phương pháp sấy bức xạ
Trong phương pháp này, môi chất sấy không làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật ẩm mà nguồn nhiệt được cung cấp từ các đèn hồng ngoại hoặc các bề mặt rắn có nhiệt độ cao hơn nhằm bức xạ nhiệt tới vật ẩm c Phương pháp sấy tiếp xúc
Trong phương pháp này, nguồn nhiệt được cung cấp bằng cách cho vật sấy tiếp xúc trực tiếp với bề mặt nguồn nhiệt. d Phương pháp sấy dùng điện trường cao tần
Trong phương pháp này, môi chất sấy không làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật ẩm mà vật ẩm sẽ được đặt trong diện trường tần số cao Tại đây thì vật ẩm sẽ được làm nóng lên.
2.2.2 Phân loại phương pháp sấy theo chế độ thải ẩm a Phương pháp sấy dưới áp suất khí quyển
Trong phương pháp này, áp suất trong buồng sấy bằng áp suất khí quyển Việc thoát ẩm do môi chất sấy đảm nhiệm hoặc sấy ở nhiệt độ cao hơn 100 o C, ẩm tự thoát vào môi trường. b Phương pháp sấy chân không
Trong phương pháp này, áp suất trong buồng sấy nhỏ hơn áp suất khí quyển vì vậy không thể dùng môi chất sấy để thải ẩm Việc thải ẩm dùng máy hút chân không hoặc kết hợp với thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm Nếu chỉ sử dụng máy hút chân không thì thì nó sẽ đảm nhận toàn bộ việc hút hơi ẩm thoát ra từ vật để thải vào môi trường nếu sử dụng kết hợp máy hút chân không với thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm thì máy hút chân không có nhiệm vụ tạo chân không ban đầu (lúc khởi đông máy) và hút khí không ngưng khi thiết bị làm việc còn thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm làm nhiệm vụ thải khí ẩm c Phương pháp sấy thăng hoa
Phương pháp này được thực hiện bằng việc làm lạnh vật sấy đồng thời hút chân không để cho vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa của nước, nước thoát ra khỏi vật sấy nhờ quá trình thăng hoa.
2.2.3 Phân loại phương pháp sấy theo cách xử lý không khí a Phương pháp sấy dùng nhiệt
Trong phương pháp này, không khí được gia nhiệt trước khi đưa vào buồng sấy hoặc gia nhiệt không khí trực tiếp trong buồng sấy Khi gia nhiệt cho không khí,nhiệt độ không khí tăng lên, độ ẩm không khí giảm còn độ chứa hơi không đổi Khi không khí tiếp xúc với vật sẽ truyền nhiệt cho vật để ẩm bốc hơi, đồng thời do không khí có độ ẩm tương đối thấp nên chênh lệch phần áp suất hơi ở bề mặt vật và không khí sẽ đủ lớn làm cho ẩm thoát ra dễ dàng Chênh lệch nhiệt độ giữa không khí và vật càng lớn, tốc độ bốc hơi ẩm càng lớn, thời gian sấy càng ngắn, vật khô càng nhanh. b Phương pháp sấy dùng xử lý ẩm (hút ẩm)
Trong phương pháp này, người ta xử lý không khí bằng cách hút ẩm Không khí được hút ẩm, độ chứa hơi giảm làm cho độ ẩm tương đối giảm dẫn đến nhiệt độ nhiệt kế ướt giảm tức là tăng ∆ t Trị số ∆ t tăng sẽ tăng cường truyền nhiệt từ không khí tới vật làm cho ẩm bốc hơi thoát vào không khí dưới tác động của chêch lệch phần áp suất hơi nước ở bề mặt vật và không khí.
Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình sấy
Trong quá trình sấy chuối xảy ra hàng loạt các biến đổi về hóa sinh, hóa lý, cấu trúc cơ học và các biến đổi bất lợi khác,… làm ảnh hưởng tới chất lượng của sản phẩm Những biến đổi cơ học thường xảy ra bao gồm: sự biến dạng, nứt, gẩy, cong queo, biến đổi về độ xốp,…Sự biến đổi hóa lý liên quan đến sự thay đổi hệ keo do pha rắn (protein, tinh bột, đường,…) bị biến tính.
Những biến đổi hóa sinh xảy ra trong quá trình sấy là những phản ứng tạo thành melanoidin, caramen, những phản ứng oxy hóa và polyme hóa các hợp chất polyphenol, phân hủy vitamin và biến đổi chất màu Hàm lượng vitamin trong chuối quả sấy thường thấp hơn trong chuối quả tươi vì chúng bị phá hủy một phần trong quá trình sấy và xử lý trước khi sấy Trong các vitamin thì acid ascobic và caroten bị tổn thất là do quá trình oxy hóa Riboflavin nhạy cảm với ánh sáng, còn thiamin bị phá hủy bởi nhiệt và sự sunfit hóa. Để tránh hoặc làm chậm các biến đổi không thuận nghịch ấy, cũng như tạo điều kiện để ẩm thoát ra khỏi chuối quả một cách dễ dàng, cần có chế độ sấy thích hợp cho từng loại sản phẩm Nhiệt độ sấy càng cao thì tốc độ sấy càng nhanh, quá trình càng có hiệu quả cao Nhưng không thể sử dụng nhiệt độ sấy cao cho sấy chuối quả vì chuối quả là sản phẩm chịu nhiệt kém Trong môi trường ẩm, nếu nhiệt độ cao hơn 60 o C thì protein đã bị biến tính; trên 90 o C thì fructoza bắt đầu bị caramen hóa, các phản ứng tạo ra melanoidin, polime hóa các hợp chất cao phân tử xảy ra mạnh.
Còn ở nhiệt độ cao hơn nữa, chuối quả có thể bị cháy Vì vậy, để sấy chuối quả thường dùng chế độ sấy ôn hòa, nhiệt độ sấy không quá cao Ngoài ra, độ ẩm tương đối của chuối, độ ẩm cân bằng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sấy.
Quy trình công nghệ sấy chuối
Dựa vào tính chất của vật liệu sấy là chuối cũng như năng suất của quá trình sấy thì ta chọn công nghệ sấy hầm là hợp lý về cả yêu cầu công nghệ và hiệu quả kinh tế.
Yêu cầu đối với chuối nhiên liệu: Chuối quả phát triển đầy đủ, tươi tốt, nguyên vẹn, sạch sẽ Vỏ chuối mỏng, dễ bóc, có màu từ vàng toàn trái đến vàng có chấm nâu.
Ruột chuối mềm nhưng chưa nhũ, hương thơm, vị ngọt, không chát
✵ Quy trình công nghệ sấy chuối.
Thuyết minh quy trình: Chuối nguyên liệu được đem đi rửa sạch, sau đó phân loại, lột vỏ, cắt đầu rồi rửa lại và lau nhẹ để làm sạch các lớp trong vỏ quả còn dính lại và lớp ngoài ruột quả Sau đó đem chuối đi rửa bằng hóa chất Sau khi được xử lý bằng hóa chất chuối được cho vào máy cắt lát rồi xếp vào các khay và đưa vào thiết bị sấy hầm Sau khi sấy xong, cần tiến hành phân loại để loại bỏ những cá thể không đạt chất lượng (do cháy hoặc chưa đạt độ ẩm yêu cầu) Tiến hành đóng gói và bảo quản các thành phẩm chuối đạt yêu cầu Bao túi chất dẻo dùng để bảo quản hoa quả khô có thể chỉ gồm một màng chất dẻo hoặc kết hợp nhiều màng Sau khi bao gói và bảo quản xong ta được sản phẩm chuối sấy.
PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP SẤY, DẠNG SẤY VÀ CHẾ ĐỘ SẤY
Các yêu cầu đặt ra của việc thiết kế
Nguyên liệu sấy là chuối đưa vào hệ thống sấy có độ ẩm ban đầu W1 = 50% và yêu cầu sản phẩm ra khỏi hệ thống sấy có độ ẩm W2 = 10%.
Với yêu cầu như trên và năng suất là 300kg/mẻ, ta chọn thời gian sấy là 8h Vì vậy năng suất sấy trung bình trong 1h là:
G2 ¿300 8 7,5kg/h Khối lượng vật liệu sấy vào hầm:
Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1h là:
Chọn chế độ sấy
Ta chọn hệ thống sấy hầm không hồi lưu và tác nhân sấy là không khí nóng đi ngược chiều với vật liệu sấy Địa điểm sấy là ở Thành phố Hồ Chí Minh nên thông số không khí ngoài trời là t0 = 27 o C và ϕ0 = 77% ( Bảng VII.l Nhiệt độ trung bình t ( o C) và độ ẩm tương đối trung bình ϕ(%) tại các địa phương trong cả nước, tr 97)[5] Ta chọn nhiệt độ tác nhân sấy vào hầm sấy là t1 = 70 o C, nhiệt độ tác nhân ra khỏi hầm sấy chọn sơ bộ t2 = 35 o C và độ ẩm tương đối φ2= 80-90% Chúng ta sẽ kiểm tra lại điều này.
TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT
QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT
4.1 Thông số của không khí ngoài trời Ở nhiệt độ t0 = 27 o C ta tra bảng (i.250, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1, Trần Xoa, tr 312)[4] được áp suất bảo hòa của hơi nước là pbh0 0,03596 bar.
- Độ chứa hơi ẩm d0 của không khí là: do = 0,621 p φ 0 p bh 0 a −φ 0 p bh0 = 0,621 0,77 0,03596
1−0,77.0 03596 = 0,0177 kgẩm/kgkkk - Entanphy I0 của không khí là:
4.2 Thông số của tác nhân sấy (TNS) trước khi vào hầm d1 = d0 = 0,0177 kg ẩm/kgkkk.
- Entanphy I1 của TNS sau calorifer là:
Nhiệt dung riêng của hơi nước là 1,996 kJ/(kg.K) Ở nhiệt độ t1 = 70°C, áp suất bão hòa của hơi nước là 0,3117 bar, được tra từ bảng (i.250, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1, Trần Xoa, tr 312).
- Độ ẩm tương đối φ 1 là: φ 1 = P d 1
4.3 Thông số TNS sau quá trình sấy lý thuyết
2500+1,97.35 ¿0,0318 kg ẩm/kgkkk Ở nhiệt độ t2 = 35 o C, ta tra bảng (i.250, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1, Trần Xoa, tr 312)[4] được áp suất bảo hòa của hơi nước là pbh2 0,05622 bar.
- Độ ẩm tương đối φ 2 là: φ 2 = P d 2 p bh2.(0,621+d2) = 0,05622 1.0,0318 (0,621 +0,0318) ,64 %
Với độ ẩm φ2 = 86,64% thỏa mãn điều kiện đã đặt ra ở trên để vừa tiết kiệm nhiệt lượng do tác nhân sấy mang đi vừa đảm bảo không xảy ra hiện tượng đọng sương.
- Lượng không khí khô cần thiết L0 là:
TNS trước khi vào hầm có t1 = 70 o C và φ 1 = 8,89% theo phụ lục 5 (Tính toán và thiết kế hệ thống sấy- Trần Văn Phú)[1] thì thể tích của không khí ẩm ứng với 1 kg không khí khô vb = 1,0169 m 3 /kgkkk Tương tự ở t2 = 35 o C và φ 1= 86,64%, ta có vc 0,93855 m 3 /kgkkk.
- Lưu lượng không khí ẩm tương ứng với 1 kg không khí khô
V c =L 0 v c !27,66.0,9385596,915 m 3 /h - Lưu lượng thể tích trung bình V0:
4.4 Xác định kích thước cơ bản của hầm sấy
Khay sấy dùng để xếp vật liệu sấy (chuối tươi cắt lát dày khoảng 30mm) Khay sấy được chế tạo từ nhôm, tạo hình bằng phương pháp dập nhôm tấm bảng có chiều dày 1mm
Với đường kính của lát chuối sau khi cắt vào khoảng 40mm nên diện tích của lát chuối là:
4 =¿ 1,26.10 -3 m 2 Mỗi lát chuối sau khi cắt sẽ có khối lượng 15g mà mỗi khay sấy ta ước lượng chứa được khoảng 7,5kg chuối Vậy nên mỗi khay sẽ chứa được 500 lát chuối Với mỗi lát chuối có có diện tích là 1,26.10 -3 m 2 nên ta được kích thước của khay sấy là:
Sk¿S chuối 500=¿0,63 m 2 Như vậy, ta chọn các kích thước cơ bản của khay sấy là:
+ Chiều rộng: Bk = 800 mm + Chiều dài: Lk = 800 mm + Chiều cao: Hk = 40 mm
Mỗi khay sấy sẽ chứa được khoảng 7,5 kg vật liệu sấy Vậy nên số khay sấy ta cần là:
Xe goòng được chế tạo từ thép CT3 có các thông số cơ bản là: 𝜌 = 7850 kg/m3, Gt = 1,9 kg/m Ct = 0,5 kJ/kg.K Trên mỗi xe đặt 8 khay, mỗi khay chứa được 7,5kg vật liệu sấy, các khay được xếp trên mỗi tầng khay đặt cách nhau với khoảng cách là 100mm để đảm bảo lưu thông của tác nhân sấy (không khí nóng) được dễ dàng.
Ta chọn các kích thước cơ bản của xe goòng là:
+ Chiều rộng: Bx = 850 mm+ Chiều dài: Lx = 850 mm+ Chiều cao: H = 1150 mm
Với số lượng 8 khay trên 1 xe và mỗi khay chứa 7,5 kg VLS thì khối lượng VLS trên mỗi xe là:
G x =7,5.8` kg Số xe goòng cần là:
Hầm sấy được thiết kế với kích thước phù hợp để đảm bảo thuận tiện cho việc di chuyển xe goòng Kích thước sơ bộ của hầm sấy như sau:
- Chiều rộng hầm sấy: Chiều rộng của hầm phụ thuộc vào chiều rộng của xe goòng Ta lấy dư ra 2 phía mép trái và mép phải của xe là 50mm để xe di chuyển dọc theo hầm sấy được dễ dàng.
B h =B x +2.500+2.500 mm - Chiều cao hầm sấy: Chiều cao của hầm phụ thuộc vào chiều cao của xe goòng Ta lấy dư ra phía mép trên của xe là 50mm để xe di chuyển dọc theo hầm sấy được dễ dàng.
Chiều dài hầm sấy phụ thuộc vào chiều dài và số lượng của xe goòng làm việc trong hầm Để thuận tiện cho việc đẩy xe goòng vào và kéo ra khỏi hầm, ta lấy dư ra phía cửa vào và cửa ra mỗi phía 1000mm.
Hầm sấy được xây bằng gạch đỏ có chiều dày 𝛿1 = 250mm Trần được đổ bê tông dày 𝛿2 = 70mm và lớp cách nhiệt bằng bông thủy tinh dày 𝛿3 = 150mm.
Chiều rộng phủ bì là:
B=B h +2.δ 1 0+2.25050 mm Chiều cao phủ bì là:
4.5 Tính toán nhiệt hầm sấy
4.5.1 Tổn thất do vật liệu sấy mang đi Để tính tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi trước hết ta phải biết nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi hầm tv2 và nhiệt dung riêng của nó Theo kinh nghiệm, nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy lấy thấp hơn nhiệt độ tác nhân sấy tương ứng 5÷10 o C.
Trong hệ thống sấy của chúng ta, vật liệu sấy và tác nhân sấy chuyển động ngược chiều nên: tv2 = t1 – (5÷10) o C = 70 – 10 = 60 o C Ta có Cvl = 1,880 kJ/kg.K
Nhiệt dung riêng của chuối ra khỏi hầm sấy là:
C v 2 =C vl (1−ω 2)+ C a ω 2 =1,880.(1−0,1)+4,18.0,1 ¿ 2,11 kJ/kg.K Tổn thất do vật liệu sấy mang đi là:
4.5.2 Tổn thất do thiết bị truyền tải a Tổn thất do xe goòng mang đi
Xe goòng làm bằng thép CT3 Có khối lượng một xe Gxe = 45 kg Tra phụ lục 4 ( Tính toán và thiết kế hệ thống sấy, Trần Văn Phú)[1] ta có nhiệt dung riêng của thép CT3 là Cxe = 0,5 kJ/kg.K Vì là thép nên nhiệt độ xe goòng ra khỏi hầm sấy lấy bằng nhiệt độ tác nhân sấy Như vậy tx = t1 = 70 o C.
30 6,28125 kJ/kg ẩm b Tổn thất do khay mang đi
Khay làm bằng nhôm có đục lỗ với Gk = 2 kg, Ck = 0,86 kJ/kg.K Nhiệt độ của khay ra khỏi hầm sấy cũng bằng nhiệt độ tác nhân, nghĩa là t = t = 70 o C.
30 ",188 kJ/kg ẩm Như vậy, ta có tổng tổn thất do thiết bị truyền tải mang đi là: q tt =q x +q k 6,28125+22,188X,46925 kJ/kg ẩm
4.5.3 Tổn thất ra môi trường Để tính tổn thất ra môi trường, ta phải giả thiết vận tốc của tác nhân sấy trong hầm.
Tiết diện tự do của hầm sấy là:
F td =B h H h −N x B k H k =0,95.1,2−9.0,8.0,04=0,852m 2 Như vậy, tốc độ tối thiểu của tác nhân sấy là: v 0 =V 0 F td =0,578
Do lưu lượng thể tích của TNS trong quá trình sấy thực V bao giờ cũng lớn hơn v0 Do đó ta giả thiết tốc độ TNS trong quá trình sấy thực v=0,8 m/s Ta sẽ kiểm tra lại giả thiết này khi tìm được V.
Nhiệt độ môi chất sấy tf1 là: t f 1 =t 1 +t 2 2 p+35
QUÁ TRÌNH SẤY THỰC
Qua các tổn thất được tính ở các bước trên thì có thể suy ra tổng tất cả các tổn thất của hệ thống sấy là:
∆=C a t 0 −q vls −q tt −q mt ¿4,18.27−87,0375−58,46925−208,3896 ¿−241,03635 kJ/kg ẩm
4.2b Xác định các thông số của TNS sau quá trình sấy thực
Lượng chứa ẩm d2 là: d 2 =d 1 +C dx ( d 1) ( t 1−t 2 ) i 2 −∆ =0,0177+ 1,035.(70−35)
2568,95+241,03635 ¿ 0,0306 kg ẩm/kgkkk Entanphy I2 là:
I2 = Ck.t2 + d2.(2500 + 1,97.t2) = 1 35 + 0,0306 (2500 + 1,97.35) = 113,61 kJ/kgkkk Độ ẩm tương đối φ 2 là: φ 2 = P d 2 p bh2.(0,621+d2) = 0,05622 1.0,0306 (0,621 +0,0306) ,53 % So với điều kiện đã chọn φ2 = 80-90% là hoàn toàn thỏa mãn Như vậy, chọn t2= 35ºC là hợp lý.
4.3b Lượng tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế
Lượng không khí khô thực tế là: l= 1 d 2 −d 1 = 1
L=W l0.77,52#25,6 kgkkk/h Nhiệt lượng tiêu hao q là: q=l ( I − I )=77,52.(116,69−72,19)449,64 kJ/kg ẩm
Nhiệt lượng hữu ích (q1) được tính bằng công thức: (2500 + 1,97.t2) - Ca.tv1 Trong trường hợp này, q1 bằng 2456,09 kJ/kg ẩm Tổn thất nhiệt do quá trình sấy (q2) được tính bằng công thức: l.Cdx(d0) (t2-t0)w Đối với trường hợp cụ thể này, q2 là 641,8656 kJ/kg ẩm Tổng các tổn thất nhiệt (q') bao gồm q1, q2, qvls, qtt và qmt, có giá trị là 3451,85 kJ/kg ẩm.
Ta thấy nhiệt lượng tiêu hao q và tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất 𝑞′ phải bằng nhau Tuy nhiên do trong quá trình tính toán chúng ta đã làm tròn hoặc do sai số của quá trình tính toán các tổn thất mà ta đã phạm sai số.
Sai số tương đối là: ε=∆ q q 451,85−3449,64
4.4b Kiểm tra lại giả thiết về tốc độ sấy
Ta có: tại t1 = 70 o C và φ 1= 8,89% => vb = 1,0169 m 3 /kgkkk
Ta có: tại t2 = 35 o C và φ 2= 83,53% => vc = 0,9345 m 3 /kgkkk
V c =L v c #25,6.0,9345!73,2732 m 3 /h Thể tích trung bình của tác nhân sấy trước và sau hầm sấy là:
2 "69,1 m 3 /h = 0,6303 m 3 /s Tốc độ TNS trong quá trình sấy thực là: v=V tb F td
=0,63030,852 =0,74 m/sNhư vậy giả thuyết v = 0,8 m/s có thể coi là chính xác.
Bảng cân bằng nhiệt lượng
STT Đại lượng Kí hiệu kJ/kg ẩm
2 Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi q2 641,8656
3 Tổn thất do vật liệu sấy qv 87,0375
4 Tổn thất do thiết bị truyền tải qtt 58,46925
5 Tổn thất ra ngoài môi trường qmt 208,3896
6 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 3451,85
Hiệu suất nhiệt hầm sấy: η=q 1 q 100 %$56,09
TÍNH CHỌN CALORIFER VÀ THIẾT BỊ PHỤ
Tính chọn calorifer
Caloriphe là thiết bị dùng để đốt nóng không khí trước khi đưa không khí vào hầm sấy Trong kĩ thuật sấy thường dùng hai loại caloriphe là caloriphe khí-hơi và caloriphe khí-khói Ở hệ thống này em dùng hệ thống caloriphe khí-hơi
Caloriphe là thiết bị trao đổi nhiệt bị trao đổi nhiệt có vách ngăn Trong ống là hơi bão hòa ngưng tụ và ngoài ống là không khí chuyển động Do hệ số trao đổi nhiệt khí ngưng của hơi nước là 𝛼𝑛 rất lớn so với hệ thống trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ngoài của ống so với không khí 𝛼𝑘 Vì vậy caloriphe sử dụng là loại ống chùm có cánh khuấy được bố trí nằm ngang.
Nhiệt lượng mà caloriphe cần cung cấp cho tác nhân sấy Q là:
= 28,75 kW Công suất nhiệt của calorifer là:
0,95 0,263 Kw η s =0,95là hiệu suất nhiệt của calorifer
Tiêu hao hơi của calorifer là:
Với áp suất của hới nước P = 5 bar → i” = ih = 2749kJ/kg i’ = 640kJ/kg
2749−640=0,01435 kg/s = 51,66 kg/h Xác định bề mặt trao đổi nhiệt của calorifer:
Hệ số truyền nhiệt k tra bảng phụ lục [Bảng 4 trang 181/Thiết kế hệ thống TBS, Hoàng Văn Chước] Xác định k cần giả thiết lưu tốc của không khí qua caloriphe ρ.v (Kg/m2 s) rồi kiểm tra lại Giả thiết lưu tốc không khí 5 kg/m2 s => k = 22,9 W/m2 K Độ chênh nhiệt độ trung bình: Δtt max= tbh- to= 152-27= 125oC, Δtt min= tbh- t1= 152- 70= 82oC, Δtt = Δtt max−Δtt min/lnΔtt max/Δtt min.
Lưu tốc không khí khi qua bộ trao đổi nhiệt càng cao thì lực cản nhiệt càng lớn Vì vậy, cần phải tăng diện tích bề mặt truyền nhiệt để bù đắp cho hệ số truyền nhiệt giảm do bề mặt bám bụi theo thời gian Do đó, bài toán chọn kiểu ống có diện tích bề mặt trao đổi nhiệt là 13,2 m2 và diện tích tiết diện khí đi qua là 0,154 m2.
Như vậy các kích thước của calorifer sẽ là:
Kiểm tra lại lưu tốc không khí: ρ v=L f = 2325,6
Tính trở lực và chọn quạt gió
Trở lực đường ống từ miệng quạt đến calorifer
Chọn đường ống bằng tôn sơn có độ nhám ɛ= 10 -4 Chiều dài ống là 1m Đường ống có dạng hình hộp chữ nhật rộng 0,4m và cao 0,33m Ta có đường kính ống tương đương là: dtd= 4 S C = 4.0 4 0,33
Vận tốc không khí đi trong đường ống là: ω= V F 1
=> Không khí đi trong ống theo chế độ chảy xoáy.
Giá trị hệ số ma sát được tính theo công thức: λ1= 0,1(1,46 d ɛ
0,36 +99847,3 100 ) 0,25 = 0,0194 Trở lực trên đoạn ống từ miệng quạt đến calorifer là: Δt p1= λ1 d l 1
2 = 0,6 N/m 2 Trở lực trên đoạn ống thẳng từ calorifer đến cút cong:
Chiều dài dàn ống l2= 0,7 m Chọn đường ống dạng hình hộp chữ nhật có 0,5 và cao 0,43
=> Đường kính tương đương dtd= 4 S C = 4.0 43 0,5
Vận tốc khí đi trong đường ống là: ω 2=V 2
=> Không khí đi trong ống theo chế độ chảy xoáyGiá trị hệ số ma sát được tính theo công thức λ2= 0,1(1,46 d ɛ
0,42 +64195,8 100 ) 0,25 = 0,021 Trở lực trên ống từ miệng quạt đến calorifer là: Δt p2= λ2 d l 2
Chọn đường ống có chiều rộng 0,5m, chiều cao 0,43m Ta có: Δt ’p3= ζ ɷ
2.g γ Trong đó ζ = 0,18 là trở lực cục bộ , γ là trộng lượng riêng của không khí γ=g ρ= 9,81 1,029= 10,09 N/m 3 Δt ’p3=0,18 3,06
2.9,81 10,09= 0,87 N/m 2 Đoạn đường ống có một cút cong và một cút thẳng:
=> Δt p3 = 2 Δt ’p3= 2 0,87= 1,74 N/m 2 Trở lực theo kinh nghiệmΔt p4= 50 N/m 2
Trở lực đoạn ống kiểu vát vào hầm sấy Δt p5= 5N/m 2
✵ Trở lực trong hầm sấy:
Hầm sấy có các tầng sấy xe goòng song song nhau, mỗi tầng xe cách nhau 100mm Như vậy có thể coi rằng không khí qua các kênh có kích thước như sau:
Chiều rộng kênh: BK = BH = 950 mm Chiều dài kênh: LK = LH = 9650 mm Chiều cao kênh : HK= 100mm Giả sử trở lực trên 1m chiều dài là 0,05 N/m 2 Trở lực trên 9,65m chiều dài là 9,65 0,05= 0,4825 N/m 2 Trở lực trong cả hầm sấy là 0,4825 8= 3,86 N/m 2
Vậy trở lực trong hầm là:
∆p6 = 3,86 N/m 2 Vậy tổng trở lực là: Δt p= Δt p1+Δt p2+Δt p3+Δt p4+Δt p5+Δt p6= 61,369 N/m 2
Với Δt p= 61,369N/m 2 và vo= 2080,27 m 3 /h ta chọn quạt NO3 với chế độ làm việc có hiệu suất là ɳ= 0,45%
0,45.3600 =0,07 kW Quạt nối trực tiếp với động cơ nên ntd = 1 và hệ số dự phòng là 1,2 Công suất động cơ chạy quạt