Thiết kế hệ thống sấy băng tải khoai tây 100kg giờ

LỜI MỞ ĐẦULương thực là vấn đề quan trọng đối với con người cũng như là đối với mỗi quốc gia. Vì vậy mà việc bảo quản lương thực tốt là nhiệm vụ cấp bách và xuyên suốt trong quá trình phát triển của một đất nước. Để bảo quản được an toàn lương thực, thực phẩm thì chỉ có cách là ướp lạnh hoặc sấy khô vật liệu rồi sau đó bảo quản ở nhiệt độ thích hợp. Vật liệu sau khi sấy có khối lượng giảm do đó giảm công chuyên chở ,độ bền tăng lên, chất lượng sản phẩm được nâng cao, thời gian bảo quản kéo dài...Trong nông nghiệp, sấy là quá trình làm giảm độ ẩm của hạt đến mức an toàn để tồn trữ. Sấy là một hoạt động sau thu hoạch quan trọng nhất trong chuỗi hoạt động sau thu hoạch. Nếu hoạt động sấy bị chậm trễ hoặc sấy không hoàn toàn (chưa đạt dến thủy phần an toàn cho bảo quản, lúa sẽ bị giảm chất lượng và dẫn đến mất mát sau thu hoạch. Đối với nước ta là nước nhiệt đới nóng ẩm, do đó việc nghiên cứu công nghệ sấy để chế biến thực phẩm khô và làm khô nông sản có ý nghĩa rất đặc biệt. Kết hợp phơi sấy nhằm tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu những công nghệ sấy và các thiết bị sấy phù hợp cho từng loại thực phẩm, nông sản phù hợp với điều kiện khí hậu và thực tiễn nước ta. Từ đó tạo ra hàng hóa phong phú có chất lượng cao phục vụ cho xuất khẩu và tiêu dùng trong nước. Ở đây khoai tây cũng là cây lương thực có tầm quan trọng lớn nên việc sấy nó để tạo ra những sản phẩm vừa đạt giá trị dinh dưỡng, giá trị vệ sinh và cả giá trị cảm quan có ‎‎ý nghĩa rất lớn.

LỜI MỞ ĐẦU

Lương thực là vấn đề quan trọng đối với con người cũng như là đối với mỗiquốc gia Vì vậy mà việc bảo quản lương thực tốt là nhiệm vụ cấp bách vàxuyên suốt trong quá trình phát triển của một đất nước Để bảo quản được antoàn lương thực, thực phẩm thì chỉ có cách là ướp lạnh hoặc sấy khô vật liệu rồisau đó bảo quản ở nhiệt độ thích hợp Vật liệu sau khi sấy có khối lượng giảm

do đó giảm công chuyên chở ,độ bền tăng lên, chất lượng sản phẩm được nângcao, thời gian bảo quản kéo dài

Trong nông nghiệp, sấy là quá trình làm giảm độ ẩm của hạt đến mức an toàn

để tồn trữ Sấy là một hoạt động sau thu hoạch quan trọng nhất trong chuỗi hoạtđộng sau thu hoạch Nếu hoạt động sấy bị chậm trễ hoặc sấy không hoàn toàn(chưa đạt dến thủy phần an toàn cho bảo quản, lúa sẽ bị giảm chất lượng và dẫnđến mất mát sau thu hoạch

Đối với nước ta là nước nhiệt đới nóng ẩm, do đó việc nghiên cứu công nghệ sấy để chế biến thực phẩm khô và làm khô nông sản có ý nghĩa rất đặc biệt Kếthợp phơi sấy nhằm tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu những công nghệ sấy vàcác thiết bị sấy phù hợp cho từng loại thực phẩm, nông sản phù hợp với điềukiện khí hậu và thực tiễn nước ta Từ đó tạo ra hàng hóa phong phú có chấtlượng cao phục vụ cho xuất khẩu và tiêu dùng trong nước Ở đây khoai tâycũng là cây lương thực có tầm quan trọng lớn nên việc sấy nó để tạo ra nhữngsản phẩm vừa đạt giá trị dinh dưỡng, giá trị vệ sinh và cả giá trị cảm quan có ýnghĩa rất lớn

đó giảm công chuyên chở ,độ bền tăng lên, chất lượng sản phẩm được nângcao, thời gian bảo quản kéo dài

Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu Quátrình này có thể tiến hành bay hơi tự nhiên tự nhiên bằng năng lượng tự nhiênnhư năng lượng mặt trời, năng lượng gió… phương pháp này đơn giản, rẻ tiềnnhưng khó điều chỉnh được vận tốc của quá trình theo yêu cầu kỹ thuật, năngsuất thấp… Vì vậy trong các ngành công nghiệp thường tiến hành quá trình sấynhân tạo (dùng nguồn năng lượng do con người tạo ra)

1.1.2 Nguyên lý của quá trình sấy

Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạngthái pha của lỏng trong vật liệu thành hơi Cơ chế của quá trình được diễn tả bởi

4 quá trình cơ bản sau:

+ Cấp nhịêt cho bề mặt vật liệu

+ Dòng nhiệt dẫn từ bề mặt vào vật liệu

+ Khi nhận được lượng nhiệt, dòng ẩm di chuyển từ vật

liệu ra bề mặt

+ Dòng ẩm từ bề mặt vật liệu tách vào môi trường xung quanh

Bốn quá trình này được thể hiện bằng sự truyền vận bên trong vật liệu và sựtrao đổi nhiệt ẩm bên ngoài giữa bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.Dựa vào phương thức cung cấp nhiệt cho vật liệu người ta chia thiết bị sấy ra

ba nhóm chính: sấy đối lưu, sấy tiếp xúc, sấy bức xạ

Sấy đối lưu được sử dụng hầu như là rộng rãi nhất

1.1.3 Hệ thống sấy đối lưu

Sấy đối lưu là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với khôngkhí nóng, khói lò…(gọi là tác nhân sấy).

Ưu điểm của phương thức sấy này là thiết bị đơn giản, rẻ tiền, sản phẩmđược sấy đều, tốc độ của không khí đi qua phòng sấy lớn, năng suất khá cao,hiệu quả, có thể thực hiện sấy cùng chiều, chéo chiều hay ngược chiều

Sấy đối lưu được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm như sấynông sản, lương thực, thực phẩm, sấy các loại cây công nghiệp như chè, cafénhân…

1.2 Giới thiệu về nguyên liệu khoai tây

Cây khoai tây có nguồn gốc ở vùng cao thuộc dãy núi Andes của Bolivia vàPeru Cây khoai tây đã từ Nam Mỹ du nhập vào Tây Ban Nha vào khoảng năm

1570 và Anh Quốc vào năm 1590 Sau đó, nó được lan truyền khắp châu Âu vàtiếp theo là châu Á (Hawkes 1994) Thế kỷ 17, người Châu Âu đã bắt đầu ănkhoai tây và nó đã trở thành một cây lương thực quan trọng của thế giới

Trên thế giới, cây khoai tây được coi là cây lương thực có tầm quan trọngđứng hàng thứ tư sau lúa mì, lúa nước và ngô Cây khoai tây vốn là một cây ưalạnh có nguồn gốc ở vùng cao nhiệt đới (từ 1000 m trở lên) Trải qua quá trìnhchọn lọc và thuần hoá, nó có thể được trồng ở các vùng khí hậu khác nhau baogồm các vùng ôn đới, á nhiệt đới và nhiệt đới với các điều kiện sinh thái nôngnghiệp khác nhau từ vùng đồng bằng đến vùng núi cao

Ở Việt Nam, có thời kỳ coi khoai tây là nhóm cây lương thực có tầm quantrọng thứ ba sau lúa và ngô Khoai tây có thời gian sinh trưởng ngắn, từ 80 -

100 ngày, nhưng có khả năng cho năng suất từ 15 - 30 tấn củ/ha với giá trị dinhdưỡng cao Trong quá trình phát triển kinh tế xã hội, nhu cầu tiêu thụ khoai tâycủa thị trường nói chung, đặc biệt là các đô thị, khu công nghiệp và khu du lịch,

sẽ ngày càng tăng

Việt Nam có khả năng phát triển mạnh khoai tây, nhất là ở vùng đồng bằngBắc Bộ, miền núi phía Bắc, Bắc Trung Bộ và Tây Nguyên Ước tính, ít nhất cóvào khoảng 200.000 ha đất có thể trồng được khoai tây

Trong củ Khoai tây có nhiều chất dinh dưỡng với hàm lượng cao so vớinhiều cây loại ngũ cốc và cây thực phẩm khác Trong Khoai tây có 75% nước,

phosphor, 1,2mg% sắt, 15mg% vitamin C, 0,1mg% vitamin B1, 0,05mg%vitamin B2 Cũng cần lưu ý là trong tất cả các bộ phận củ cây đều có chấtsolanin là một glucosid độc Chất này đặc biệt có nhiều trong phần xanh củacây, nếu củ mọc mầm xanh thì các mầm này rất độc Cánh hoa trắng tươi chứa0,2% rutin Vì vậy việc bảo quản tươi rất khó khăn do đó phải sơ chế thànhdạng nguyên liệu có thể giữ lâu ngày được Khoai tây thường được sơ chếthành dạng lát rồi đem sấy khô.

1.3 Chọn phương thức sấy và thiết bị sấy

1.3.1 Thiết bị sấy

Sấy băng tải là một trong các phương thức sấy thuộc nhóm sấy đối lưu, thíchhợp cho việc sấy các hạt nông sản, rau quả…Nên sẽ được chọn để sấy khoai tâycắt lát Ưu điểm của thiết bị sấy băng tải là nguyên liệu được sấy đồng đều,năng suất tương đối cao

Thiết bị sấy kiểu băng tải gồm một phòng sấy (3) hình chữ nhật trong đó cómột hay vài băng tải chuyển động nhờ các tang quay, các băng này tựa trên cáccon lăn để khỏi bị võng xuống Băng tải làm bằng lưới kim loại, có các tấmđịnh hướng vật liệu để định hướng vật liệu chuyển từ băng tải trên xuống băngtải dưới Quạt hút (1) và quạt đẩy khí (5), calorife (2) dùng để đốt nóng khôngkhí, cyclone (4) dùng để thu hồi bụi làm sạch không khí trước khi đi ra ngoàimôi trường Ngoài ra thiết bị còn bố trí các cửa nạp liệu (I), cửa tháo liệu (III),cửa thoát ẩm

1.3.2 Phương thức sấy

Tác nhân sấy sử dụng cho quá trình sấy có thể là không khí nóng hoặc khói

lò Quá trình sấy khoai tây cắt lát dùng làm thức ăn đòi hỏi đảm bảo tính vệsinh cho sản phẩm, nên ở đây em chọn tác nhân sấy là không khí, được làmnóng trong caloriphe, nhiệt cung cấp cho không khí trong caloriphe là từ quátrình ngưng tụ hơi nước bão hòa Ở đây em cho tác nhân sấy đi cùng chiều vớivật liệu vì phương pháp sấy này đơn giản, rẻ tiền, tác nhân sấy ban đầu có nhiệt

độ tương đối thấp (750C) nên không khí đi cùng chiều cũng sẽ đạt được độ ẩmcuối thấp(70C), tốc độ sấy ban đầu cao, sản phẩm ít bị biến tính, ít bị co ngót, ítnguy cơ hư hỏng do vi sinh vật

1.4 Thuyết minh sơ đồ hệ thống sấy băng tải

1.4.1 Sơ đồ hệ thống sấy băng tải

Vật liệu vào

Hơi nước

Không khí IV

Vật liệu ra

Hơi nước bão hòa

Chú thích: 1- quạt đẩy

2- calorife

3- phòng sấy

4- cyclon

5- quạt hút

5

4

I

III

II

2

3 1

1.4.2 Thuyết minh

Không khí ban đầu được quạt (1) đưa vào calorife (2), ở đây không khí nhậnnhiệt gián tiếp từ hơi nước bão hoà qua thành ống trao đổi nhiệt Hơi nước đitrong ống, không khí đi ngoài ống Tại calorife, sau khi nhận được nhiệt độ sấycần thiết không khí nóng đi vào phòng sấy (3) tại IV Vật liệu sấy chứa trongphễu tiếp liệu, đưa vào phòng sấy tại I, giữa hai trục lăn để đi vào băng tải trêncùng Nếu thiết bị có một băng tải thì sấy không đều vì lớp vật liệu không đượcxáo trộn do đó loại thiết bị có nhiều băng tải được sử dụng rộng rải Vật liệu từbăng trên di chuyển đến cuối thiết bị thì rơi xuống băng dưới chuyển động theochiều ngược lại cuối cùng vật liệu khô đổ vào ngăn tháo III Không khí nóng đicùng chiều với chiều chuyển động của băng Do đó lượng không khí nóng vàkhoai tây tiếp xúc với nhau rất lớn làm cho lượng ẩm được tách ra triệt để hơn.Không khí sau khi ra khỏi phòng sấy tại II có lẫn bụi và các tạp chất khác đượcthu hồi ở xyclon (5), không khí sau khi làm sạch được quạt (6) đẩy ra ngoài

Chương 2 CÂN BẰNG VẬT LIỆU

2.1 Các số liệu ban đầu

- Vật liệu: Khoai tây cắt lát

- Năng suất tính theo sản phẩm: G2 = 100kg/h

- Độ ẩm vật liệu vào : W1 = 80%

- Độ ẩm vật liệu ra : W2 = 7%

- Nhiệt độ tác nhân sấy vào : t1 = 75°C

- Nhiệt độ tác nhân sấy ra : t2 = 40°C

- Trạng thái không khí ngoài trời nơi đặt thiệt bị sấy ở Huế nên ta chọn nhiệt

độ là : t0 = 25oC, độ ẩm tương đối: ϕ0 = 81 % (STQTTBII, trang 100)

- Áp suất khí quyển: Pkq= 1,033at

2.2 Xử lý số liệu

Các kí hiệu sử dụng:

G1 : Lượng vật liệu trước khi vào mấy sấy (Kg/h)

G2 : Lượng vật liệu sau khi ra khỏi mấy sấy (Kg/h)

Gk : Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy (Kg/h)

W1: Độ ẩm của vật liệu trước khi sấy, tính theo % khối lượng vật liệu ướt

W2: Độ ẩm của vật liệu sau khi sấy, tính theo % khối lượng vật liệu ướt

W : Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy (Kg/h)

L : Lượng không khí khô tuyệt đối đi qua mấy sấy (Kg/h)

xo : Hàm ẩm của không khí trước khi vào caloripher sưởi (Kg/Kgkkk)

x1, x2: Hàm ẩm của không khí trước khi vào mấy sấy (sau khi đi qua caloriphersưởi) và sau khi ra khỏi mấy sấy,(Kg/Kgkkk)

Từ bảng I.250/ STQTTB I/ trang 312:

t1 = 75oC ⇒ P1bh = 0,393at

t = 40oC ⇒ P = 0,0752at

t0 = 25oC ⇒ P0bh = 0,0323at

- Hàm ẩm của không khí:

x0 =

0 0

0 0

*

*

*622

,

0

bh

bh P P

- Trạng thái của không khí sau khi đi khỏi calorife (312, STQTTBTI) t1=75oC

P1bh =0,393at khi đi qua calorife không khí chỉ thay đổi nhiệt độ còn hàm ẩm

không thay đổi Do đó x1=x2 nên ta có : ϕ1= 1

1 1

* (0.622 )*

kq bh

- Nhiệt lượng riêng của không khí sau khi đi khỏi calorife:

I1 = 103*t1+(2493+1,97t1)103*x1 (VII.14, trang 96, STQTTBII)

kq bh

x p

x P

0,03*1,033 (0,622 0,03)*0,0752 + = 0,632 = 63,2%

2.3 Cân bằng vật liệu

2.3.1 Cân bằng vật liệu cho vật liệu sấy

Trong quá trình sấy ta xem như không có hiện tượng mất mát vật liệu, lượngkhông khí khô tuyệt đối coi như không bị biến đổi trong suốt quá trình sấy

G1: lượng vật liệu trước khi sấy

G2: lượng vật liệu sau khi sấy

Gk: lượng vật liệu khô tuyệt đối

Lượng vật liệu khô tuyệt đối: Gk

⇒ Gk = 100100 7

100

−

= 93( kg/h )Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy: W

W = G2

1

2 1 W 100

W W

2.3.2 Cân bằng vật liệu cho tác nhân sấy

Cũng như vật liêu khô, coi như không khí khô tuyệt đối đi qua máy sấy không

bị mất mát trong suốt quá trình sấy Khi qua quá trình làm việc ổn định lượngkhông khí đi vào máy sấy mang theo lượng ẩm là: Lx1

Sau khi sấy xong lượng ẩm bốc ra khỏi vật liệu là W do đó không khí có thêmlượng ẩm là W

Nếu lượng ẩm trong không khí ra khỏi máy sấy là Lx2 thì có phương trìnhcân bằng:

L: là lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi W kg ẩm trong vật liệu

ta lại có T0=250C,ứng với ϕ ρ0=1,185 kg/m3 (trang 318, STQTTBI)

Lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm trong vật liệu là:

l = L

W =

1 2

1

x

x − (kg/kg ẩm) ( VII.20, trang 102, sổ tay QTTBII )

Lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm vật liệu:

l = − =

1 2

x

1

x

1 0,03 0,0162 =

Bảng tổng kết:

Chương 3 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG VÀ TÍNH

T R

1 1

1

*

* ϕ

b Thể tích không khí vào phòng sấy:

V1 = L*v1 = 26449,28*1,011 =267640,22(m3/h)

c Thể tích riêng của không khí ra khỏi phòng sấy là:

v2=

bh P P

T R

2 2

2

*

* ϕ

d Thể tích ra khỏi phòng sấy:

V2=L*v2=26449,28*0,929=24571,38(m3/h)

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

3.1.2 Chọn kích thước của băng tải

Gọi Br: Chiều rộng lớp băng tải (m)

h: Chiều dày lớp khoai tây (m) lấy h=0,03(m)

ω: Vận tốc băng tải chọn ω=0,35 m/phút

ρ:Khối lượng riêng của khoai tây ρ=1034kg/m3

- Năng xuất quá trình sấy:

- Chiều rộng thực tế của băng tải:

Gọi Lb:chiều dài băng tải (m)

ls:chiều dài phụ thêm, ls=1,2 (m)

T: Thời gian sấy, chọn T=0,58h

- Ta chia băng tải thành nhiều băng tải ngắn, số băng tải ta chọn là i=2

 chiều dài mỗi băng tải Lb=12

2 =6(m)Đường kính băng tải d=0,3 (m)

3.1.3 Chọn vật liệu làm phòng sấy

-Phòng sấy được xây dựng bằng gạch

-Bề dày tường 0,22m:

+Chiều dày viên gạch: 0,2m

+Hai lớp vữa hai bên: 0,02m

-Trần phòng được làm bằng bê tông cốt thép:

+Chiều dày: 0,02m

+Lớp cách nhiệt: 0,15m

-Chiều dài làm việc của phòng sấy: Lp=Lb+2Lbs (9.8, trang 191, TT&TKHTS)

Với Lbs là khoảng cách giữa băng tải đến tường, chọn Lbs = 0,5 (m).

Lp=6+2*0,5= 7(m)

- Chiều cao làm việc của phòng:

Hp=i*dbăng+(i-1)d+2dbs

d, dbslà khoảng cách giữa các băng tải, và khoảng cách giữa băng tải đến trần

a.Vận tốc của không khí trong phòng sấy:

Re : là hằng số Reynol đặc trưng cho chế độ chảy của dòng

ltđ : Đường kính tương đương

Với: ∆t1 : Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy vào phòng sấy với không khí bênngoài.

ln

tb

t t

ln 15

K

q t t tb

t (kJ/kgaåm) (1.97, trang 60,QTTBIII)

Trong đó:

t1 = 750C: nhiệt độ tác nhân sấy trong thiết bị

t2 = 400C: nhiệt độ không khí ngoài môi trường

W = 365 (kg): lượng ẩm bay hơi

kt: hệ số truyền nhiệt qua tường

α 2: hệ số cấp nhiệt từ tường đến môi trường.

Lưu thể nóng ( không khí) chuyển động trong phòng do đối luu tự nhiên( vì có sự chênh lệch nhiệt độ) và cưỡng bức ( quạt) không khí chuyển độngxoáy do Re>104

Nu = 0,018*ε1*Re0,8 (V.42, trang 16, STQTTBII) Trong đó:

Re: chuẩn số Renon

,, ,, 1 tb

1

Nu

p H

Đối với không khí ta có công thức sau:

,,

1

Nu = 0,47Gr0,25 (trang 24, STQTTB II)

Chuẩn số Gratkov: đặc trưng cho tác dụng tương hỗ của lực ma sát phân tử

và lực nâng do chênh lệch khối lượng riêng ở các điểm có nhiệt độ khác nhaucủa dòng

Gr=

3

1 2

Hph: chiều cao phòng sấy (m)

2

α : hệ số cấp nhiệt do không khí đối lưu cưỡng bức (W/m2.độ)

Ta có nhiệt tải riêng của không khí từ phòng sấy đến môi trường xung quanh:

gH t T

ε :Độ đen của vữa lấy εv= 0,9

Co:Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối ,lấy C0=5,67

0,9*5,76 306,5 298

5,727 33,5 25 100 100

Vậy tổn thất qua tường

Qt=3,6*kt*F* ∆t tb (KJ) (1.97, trang60, QTTBIII)

mà F = 2*Lp*Hp+2*Bp*Hp=2*7*1,7+2*1,49*1,7=28,866(m)

3.2.4 Tổn thất qua cửa

Hai đầu phòng sấy có cửa làm bằng thép dàyδ 4=0.005m và lớp cách nhiệt

dàyδ 5= 0,02m có hệ số dẫn nhiệt của thép λ4=0.5 w/m.độ, và δ 5=0,057W/mđộ.

Trong nông sản, nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy lấy thấp hơn nhiệt

độ tác nhân sấy tương ứng từ (5÷10)0C trong hệ thống sấy này, vật liệu sấy vàtác nhân sấy ngược chiều nên tvl2 = t2 - (5÷10)0C vì vậy ta lấy tvl2 = 40-5 = 350CNhiệt dung riêng của chè ra khỏi phòng sấy:

Cvl = Cvlk*( 1 - W2 ) + Cẩm*W2 (CT trang 191-Sách TT&TKHTS)

Trong đó:

Cvlk : nhiệt dung riêng của khoai tây khô, Cvlk = 3,62 (kJ/kg độ)

3.3 Các thông số của quá trình sấy thực

Ta xác định các thông số của quá trình sấy thực bằng phương pháp giải tích

vì nó dựa trên các công thức tính toán nên chính xác hơn

- Nhiệt lượng bổ sung thực tế

Δ = qb+ C*tvl1-∑q (7.38, 292, QTTBIV)

qb=0 ( do không sử dụng caloripher bổ sung)

tvl1 : nhiệt độ của vật liệu trước khi vào máy sấy

∑q : tổng nhiệt tổn thất trong quá trình sấy

∑q=qvl+qtt=10,027+24,41=34,437(KJ/kg ẩm)

∆=4,18*25-34,437=70,063 (KJ/Kg ẩm)

a Không khí sau khi ra khỏi phòng sấy

Hàm ẩm của không khí ra khỏi phòng sấy trong quá trình sấy thực là: