Nghiên cứu thiết kế hệ thống sấy sắn cắt khúc kiểu tuynen

Hiện nay, ở nước ta, cách thức sắn cắt khúc ñược làm khô chủ yếu bằng phơi nắng, một phần ñược làm khô nhân tạo trong các lò sấy thủ công, năng suất và chất lượng sản phẩm thấp, ñộ khô k

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-


    -

NGUYỄN THANH TÙNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY SẮN

CẮT KHÚC KIỂU TUYNEN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN NHƯ KHUYÊN

HÀ NỘI - 2012

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này

là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này

ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2012

Học viên

Nguyễn Thanh Tùng

LỜI CẢM ƠN

ðể hoàn thành ñề tài nghiên cứu ngoài sự cố gắng của bản thân tôi ñã nhận ñược rất nhiều sự quan tâm giúp ñỡ nhiệt tình của thầy cô, bạn bè và người thân

Trước tiên Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến thầy giáo PGS-TS Trần Như Khuyên ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện

và hoàn thành ñề tài nghiên cứu

Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô Bộ môn Thiết bị bảo quản

và chế biến nông sản Khoa Cơ ñiện, Khoa sau ñại học - Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội; Ban Giám Hiệu, các Phòng, Khoa và toàn thể cán bộ, giáo viên, công nhân viên của Trường Cao ñẳng Nghề Hà Nam, các ñồng nghiệp

và người thân, bạn bè ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2012

Tác giả

Nguyễn Thanh Tùng

MỤC LỤC

LỜI CAM ðOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vii

1 MỞ ðẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài 1

1.2 Mục ñích và nhiệm vụ nghiên cứu 2

1.2.1 Mục ñích nghiên cứu 2

1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn 3

1.1.1 Tình hình sản xuất 3

1.1.2 Tình hình tiêu thụ sắn 5

1.2 ðặc ñiểm cấu tạo, thành phần hóa học và công dụng của sắn 6

1.2.1 ðặc ñiểm cấu tạo 6

1.2.2 Thành phần hoá học 8

1.2.3 Công dụng của sắn 9

1.3 Qui trình công nghệ chế biến tinh bột sắn 10

1.3.1 Chỉ tiêu chất lượng tinh bột sắn 10

1.3.2 Yêu cầu về sắn nguyên liệu 11

1.3.3 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn theo phương pháp ướt 12

1.3.4 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn theo phương pháp khô 16

1.4 Tình hình nghiên cứu và áp dụng thiết bị sấy sắn 17

1.4.1 Thiết bị sấy kiểu thùng quay 18

1.4.2 Thiết bị sấy băng tải 19

1.4.3 Thiết bị sấy hầm 20

Chương 2 THÍ NGHIỆM XÁC ðỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG

NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH SẤY SẮN CẮT KHÚC TRONG

PHÒNG THÍ NGHIỆM 22

2.1 Vật liệu thí nghiệm 22

2.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 22

2.2.1 Thiết bị thí nghiệm 22

2.2.2 Dụng cụ thí nghiệm 23

2.3 Phương pháp thí nghiệm 24

2.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 24

2.3.2 Phương pháp xác ñịnh một số thông số của quá trình sấy 24

2.4 Kết quả thí nghiệm 25

2.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy Tn (oC) 25

2.4.2 Ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy v (m/s) 26

2.4.3 Ảnh hưởng của mật ñộ vật liệu trong buồng sấy M (kg/m3) 28

Chương 3 LỰA CHỌN SƠ ðỒ NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN XÁC ðỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH SẤY 30

3.1 Lựa chọn sơ ñồ nguyên lý thiết kế tổng thể thiết bị sấy 30

3.2 Tính toán xác ñịnh các thông số cơ bản của thiết bị sấy 32

3.2.1 Các thông số ban ñầu 32

3.2.2 Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ……… 33

3.2.3 Xác ñịnh kích thước cơ bản của thiết bị sấy 33

Chương 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA THIẾT BỊ SẤY 37

4.1 Tính toán thiết kế buồng sấy 37

4.1.1 Tính toán quá trình sấy lý thuyết 37

4.1.2 Tính toán quá trình sấy thực 41

4.2 Tính Caloriphe 55

4.3 Tính và chọn quạt 61

4.3.1 Tính trở lực quạt 62

4.3.2 Chọn quạt 68

KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 69

I Kết luận 69

II ðề nghị 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Diện tích sắn phân theo vùng ñịa lý 4

Bảng 1.2 Sản lượng sắn phân theo vùng ñịa lý 4

Bảng 1.3 Tiêu chuẩn chất lượng tinh bột sắn 10

Bảng 2.1 Kết quả thí nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy 25

Bảng 2.2 Kết quả thí nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy 27

Bảng 2.3 Kết quả thí nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của mật ñộ vật liệu trong buồng sấy 28

Bảng 4.1 Tổn thất nhiệt riêng của 1m2 diện tích nền 51

Bảng 4.2 Bảng cân bằng nhiệt 55

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1Cấu tạo củ sắn 7

Hình 1.2 Sắn củ trước khi ñưa vào sản xuất 12

Hình 1.3.Sơ ñồ nguyên lý công nghệ sản xuất tinh bột sắn 13

Hình 1.4 Sơ ñồ công nghệ sản xuất tinh bột sắn theo phương pháp khô 16

Hình 1.5 Sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy kiểu thùng quay 18

Hình 1.6.Sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy kiểu băng tải 20

Hình 2.2 Sắn củ nguyên liệu 22

Hình 2.3.Tủ sấy vạn năng ED-240 23

Hình 2.4.Thiết bị ño tốc ñộ gió AR826 23

Hình 2.5.Máy ño ñộ ẩm MC- 7806 23

Hình 2.6 ðồ thị ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy Tn (oC) 26

Hình 2.7 ðồ thị ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy v (m/s) 27

Hình 2.8 ðồ thị ảnh hưởng của mật ñộ vật liệu trong buồng sấy M (kg/m3)29 Hình 3.1 Sơ ñồ nguyên lý thiết kế máy sấy sắn cắt khúc kiểu tuynen 30

Hình 4.1 Biểu diễn quá trình sấy lý thuyết trên ñồ thị I – d 37

Hình 4.2 ðồ thị I – d biểu thị quá trình sấy thực 42

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

HTS : Hệ thống sấy TNS : Tác nhân sấy VLS : Vật liệu sấy SPK : Sản phẩm khô MSS : Máy sấy sắn

1 MỞ ðẦU

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài

Việt Nam trong những năm gần ñây nền kinh tế ñang chuyển biến mạnh mẽ sang nền kinh tế thị trường, dần dần hòa nhập cũng như gắn liền với

sự phát triển chung của nền kinh tế thế giới Một trong những hướng phát triển của nền kinh tế là ñầu tư cho cây công nghiệp Ngoài những cây công nghiệp như cà phê, chè, cao su,… hiện nay cây sắn ñang quá trình chuyển ñổi nhanh chóng từ cây lương thực truyền thống sang thành loại cây công nghiệp Trước kia sắn củ ñược dùng chủ yếu ñể làm thức ăn chăn nuôi một phần ñược dùng làm thức ăn cho người Hiện nay, sắn củ còn ñược chế biến ra nhiều loại sản phẩm khác nhau như: sản xuất rượu, mỳ chính, bánh kẹo, và ñặc biệt là sản xuất cồn ethanol thay cho nguồn năng lượng xăng dầu hóa thạch ngày ñang cạn kiệt Ngoài ra, sắn còn ñược sử dụng là chất gia trong các ngành công nghiệp nhẹ như dệt, sản xuất giấy, trong ngành thực phẩm, hoá học, y, dược,

Do ñặc ñiểm sắn củ tươi sau khi thu hoạch dễ bị thối hỏng, vì vậy sắn củ cần ñược chế biến ra ở dạng cắt khúc ñể vừa bảo quản ñược lâu dài và tạo ra sản phẩm hàng hoá phục vụ cho xuất khẩu Trong qui trình công nghệ sản xuất thì khâu làm khô là quan trọng nhất, có ý nghĩa quyết ñịnh ñến chất lượng sản phẩm Sắn sau khi ñược thái lát ñộ ẩm cao, nếu không ñược làm khô kịp thời dễ bị lên men, thối, nấm mốc,

Hiện nay, ở nước ta, cách thức sắn cắt khúc ñược làm khô chủ yếu bằng phơi nắng, một phần ñược làm khô nhân tạo trong các lò sấy thủ công, năng suất và chất lượng sản phẩm thấp, ñộ khô không ñồng ñều, dẫn ñến làm giảm giá trị dinh dưỡng và thời hạn bảo quản Vì vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số ñến năng suất và chất lượng sản phẩm sắn cắt khúc làm

cơ sở cho việc cải tiến công nghệ và hệ thống thiết bị của nhà máy là vấn ñề

có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Xuất phát từ thực tiễn trên dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Như Khuyên, bộ môn Thiết bị bảo quản và chế biến nông sản - Khoa Cơ ñiện -

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, tôi tiến hành thực hiện ñề tài : “Nghiên

cứu thiết kế hệ thống sấy sắn cắt khúc kiểu Tuynen”

1.2 Mục ñích và nhiệm vụ nghiên cứu

1.2.1 Mục ñích nghiên cứu

Thiết kế ñược thiết bị sấy sắn cắt khúc có năng suất 500 kg SPK/h với cấu tạo ñơn giản, giá thành hạ ñể có thể triển khai áp dụng rộng rãi trong thực tế sản xuất ở nước ta hiện nay

1.2.2.Nhiệm vụ nghiên cứu

- Xác ñịnh một số tính chất cơ lý hóa của sắn nguyên liệu có liên quan ñến quá trình sấy

- Nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ sấy sắn cắt khúc

- Lựa chọn sơ ñồ nguyên lý và tính toán xác ñịnh các thông số cơ bản của quá trình sấy

- Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị sấy sắn cắt khúc năng suất 16 tấn/16h

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Cây sắn có thể phát triển trên nhiều loại ñất, vốn ñầu tư thấp, cho năng suất cao và ổn ñịnh so với nhiều loại cây trồng Nhờ ñó cây sắn ñã trở thành một loại cây công nghiệp ngắn ngày quan trọng góp phần tạo công ăn việc làm, nâng cao thu nhập cho người trồng và chế biến sắn

Trên thế giới sắn ñược trồng trên 100 nước của vùng nhiệt ñới, cận nhiệt ñới và là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người Năm 2008, sản lượng sắn thế giới ñạt 356,82 triệu tấn Việt Nam ñứng thứ chín về sản lượng sắn (gần 9,4 triệu tấn) trên thế giới Việt Nam cây sắn ñược canh tác phổ biến ở hầu hết các tỉnh của các vùng sinh thái nông nghiệp Diện tích, năng suất và sản lượng sắn Việt Nam qua các năm và phân theo các vùng sinh thái ñược thể hiện qua bảng 1.1 và bảng 1.2 [1; 5; 7]

Bảng 1.1 Diện tắch sắn phân theo vùng ựịa lý

đơn vị: nghìn ha

Năm

Vùng ựịa lý 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2 09 2 1đồng bằng sông Hồng 8,8 8,9 8,7 8,5 8,4 8,8 7,9 8,1 8,3Trung du miền núi phắa Bắc 82,0 83,7 88,7 89,5 93,7 96,5 110,0 1 2,3 1 2,4Bắc Trung Bộ

và Duyên hải miền Trung 98,6 111,6 118,4 130,0 140,3 151,2 168,8 1 1,2 1 1,5Tây Nguyên 53,5 65,4 70,6 89,4 125,9 129,9 150,1 1 3,1 1 8,2đông Nam Bộ 84,7 91,9 95,8 98,9 100,9 102,9 113,5 1 2,8 1 3,5đồng bằng sông Cửu Long 9,4 10,4 6,4 6,4 6,0 6,2 7,4 8,1 8,7

miền núi phắa Bắc 778,2 860,8 962,2 986,8 1070,8 1132,3 1328,0 1 5 ,6 6 1 6 ,7 7 Bắc Trung Bộ và

Duyên hải miềnTrung 991,7 1313,1 1566,8 1855,9 2167,6 2359,9 2808,3 3 0 ,5 5 3 0 ,5 5 Tây Nguyên 715,7 948,4 1062,8 1446,6 2058,8 2090,4 2356,1 2 6 ,3 3 2 8 ,1 1 đông Nam Bộ 1737,8 1944,6 2081,3 2270,5 2327,4 2434,4 2694,5 2 0 ,1 1 2 7 ,2 2 đồng bằng sông

Cửu Long 122,7 143,3 50,7 64,0 64,2 72,9 106,8 1 9,7 7 2 1,2 2

CẢ NƯỚC 4438,0 5308,9 5820,7 6716,2 7782,5 8192,8 9395,8 1 0 5 5 1 7 0,9 9

Nguồn: Tổng cục thống kê

Qua bảng 1.1 và bảng 1.2 cho thấy diện tắch, sản lượng sắn cao nhất ở vùng Bắc Trung bộ và Duyên hải miền Trung năm 2010 là 181,5 nghìn ha sản lượng ựạt 3301,5 nghìn tấn Tây Nguyên là vùng sản xuất sắn lớn thứ hai của

cả nước, tập trung chủ yếu ở bốn tỉnh Kon Tum, Gia Lai, đăk Lăk và đăk Nông, diện tắch sắn của Tây Nguyên năm 2010 ựạt 178,2 nghìn ha, nhưng năng suất bình quân chỉ ựạt 15,7 tấn/ha, tổng sản lượng 2689,1 nghìn tấn, thấp hơn rất nhiều so với năng suất và sản lượng sắn của vùng đông Nam Bộ 23,74 tấn/ha và 2879,2 nghìn tấn

1.1.2 Tình hình tiêu thụ sắn

Viện Nghiên cứu chắnh sách lương thực thế giới (IFPRI) ựã tắnh toán

và dự báo ựến năm 2020 sản lượng sắn toàn cầu ước ựạt 275,10 triệu tấn, trong ựó sản xuất sắn chủ yếu ở các nước ựang phát triển là 274,7 triệu tấn, các nước ựã phát triển khoảng 0,40 triệu tấn Mức tiêu thụ sắn ở các nước ựang phát triển dự báo ựạt 254,60 triệu tấn so với các nước ựã phát triển là 20,5 triệu tấn Khối lượng sản phẩm sắn toàn cầu sử dụng làm lương thực thực phẩm dự báo nhu cầu là 176,3 triệu tấn và thức ăn gia súc 53,4 triệu tấn Tốc ựộ tăng hàng năm của nhu cầu sử dụng sản phẩm sắn làm lương thực, thực phẩm và thức ăn gia súc ựạt tương ứng là 1,98% và 0,95% Châu Phi vẫn

là khu vực dẫn ựầu sản lượng sắn toàn cầu với dự báo sản lượng năm 2020 sẽ ựạt 168,6 triệu tấn Trong ựó, khối lượng sản phẩm sử dụng làm lương thực thực phẩm là 77,2%, làm thức ăn gia súc là 4,4% Châu Mỹ La tinh giai ựoạn 1993-2020, ước tốc ựộ tiêu thụ sản phẩm sắn tăng hàng năm là 1,3%, so với châu Phi là 2,44% và châu Á là 0,84 - 0,96% Cây sắn tiếp tục giữ vai trò quan trọng trong nhiều nước châu Á, ựặc biệt là các nước vùng đông Nam Á nơi cây sắn có tổng diện tắch ựứng thứ ba sau lúa và ngô và tổng sản lượng ựứng thứ ba sau lúa và mắa

Việt Nam hiện có trên 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn với tổng công suất khoảng 3,8 triệu tấn củ tươi/năm và nhiều cơ sở chế biến sắn thủ công rải

rác tại hầu hết các tỉnh trồng sắn Sản lượng mỗi năm khoảng 800.000 Ờ 1.200.000 tấn tinh bột sắn, trong ựó trên 70% xuất khẩu và gần 30% tiêu thụ trong nước Sản phẩm sắn xuất khẩu của Việt Nam chủ yếu là tinh bột, sắn lát Thị trường chắnh là Trung Quốc, đài Loan, Nhật Bản, Singapo, Hàn Quốc

Sản xuất lương thực là ngành trọng tâm và có thế mạnh của Việt Nam đến năm 2020 Việt Nam chủ trương ựẩy mạnh sản xuất lúa, ngô và coi trọng việc sản xuất sắn, khoai lang ở những vùng, những vụ có ựiều kiện phát triển Thị trường xuất khẩu sắn lát và tinh bột sắn Việt Nam dự báo thuận lợi và có lợi thế cạnh tranh cao do có nhu cầu cao về chế biến bioethanol, bột ngọt, thức ăn gia súc và những sản phẩm tinh bột biến tắnh Diện tắch sắn của Việt Nam dự kiến ổn ựịnh khoảng 450 nghìn ha nhưng sẽ tăng năng suất và sản lượng sắn bằng cách chọn tạo và phát triển các giống sắn tốt có năng suất củ tươi và hàm lượng tinh bột cao, xây dựng và hoàn thiện quy trình kỹ thuật canh tác sắn bền vững và thắch hợp vùng sinh thái

Tắnh cho tới hết tháng 10/2009, có khoảng 3 triệu tấn sắn và tinh bột ựã ựược xuất khẩu với tổng giá trị gần 500 triệu USD

1.2 đặc ựiểm cấu tạo, thành phần hóa học và công dụng của sắn

1.2.1 đặc ựiểm cấu tạo

Tuỳ theo giống, ựiều kiện canh tác và ựộ màu mỡ của ựất mà củ sắn có kắch thước: dài 20 Ờ 50cm và ựường kắnh 2-12cm (hình 1.1) đường kắnh thường không dài theo chiều dài củ, phần gần cuống to nhưng càng gần ựuôi càng nhỏ Hình dạng củ không ựồng nhất, có củ thẳng, củ cong có củ lại biến dạng cục bộ Càng gần chuôi củ càng mềm vì ắt xơ do phát triển sau Do ựó khi thu hoạch khó có thể giữ cho củ nguyên vẹn, ựó là một trong những khó khăn khi bảo quản tươi Củ sắn có cấu tạo gồm ba phần chắnh : vỏ , thịt củ và lõi ; ngoài ra còn có cuống và rễ [1; 2; 9]

Hình 1.1Cấu tạo củ sắn

Vỏ gồm vỏ gỗ và vỏ củi Vỏ gỗ có cấu tạo chủ yếu là xenluloza Vỏ gỗ ngoài tác dụng bảo vệ củ khỏi ảnh hưởng của bên ngoài còn có tác dụng phòng mất nước của củ Bản thân vỏ gỗ cứng nhưng liên kết với vỏ củi không bền, dễ bị tróc khi ñào và chuyên chở nên khó có thể giữ nguyên vẹn vỏ gỗ khi thu hoạch Tuy nhiên sau khi ñào nếu môi trường bảo quản thích hợp, lớp

vỏ gỗ mới có thể hình thành ở những chỗ bị tróc nhưng phải còn nguyên vỏ cùi Thực tế, rất khó khăn trong việc bảo quản củ sắn ñã tróc vỏ gỗ,….Tỷ lệ thực vỏ gỗ khoảng 0,5-2,0 % so với lượng củ tuỳ theo giống, ñộ già và khối lượng củ

Vỏ cùi dầy khoảng 1-3 mm và chiếm 8-15 % khối lượng củ Cấu tạo vỏ củi gồm lớp tế bào mô cứng phủ ngoài Thành phần lớp này chủ yếu là xenluloza, gần như không có tinh bột nhưng có chứa nhiều dịch bào (mủ) Nó cũng giữ vai trò chống mất nước của củ ñồng thời phòng các tác ñộng khác từ bên ngoài Trong thành phần dịch bào có chứa các poliphenol trong ñó axit clorogenic có tác dụng sản sinh các tế bào mới của vỏ nếu như vỏ gỗ bị tróc Tiếp lớp tế bào mô cứng là lớp tế bào mô mền Trong các tế bào này có chứa dịch bào và khoảng 5% tinh bột Những hạt tinh bột trong vỏ rất nhỏ, ñường kính hạt chỉ khoảng 5-8µm Khi chế biến khó thu ñược lượng tinh bột này vì quá nhỏ nên thường tổn thất theo nước thải Các poliphenol, fecmen và linamarin có tác dụng bảo vệ cho củ phát triển bình thường khi chưa thu

hoạch, nhưng sau khi sau khi ñào lại gây trở ngại rất lớn trong bảo quản và chế biến Tổng lượng các chất poliphenol trong củ sắn khoảng 0,1-0,3 %, trong ñó 85-90 % tập trung trong vỏ cùi

Tiếp vỏ cùi là khe mủ, nơi lưu thông mủ giữa vỏ với thịt sắn ñồng thời cũng tập trung vỏ mủ ở ñây nhiều nhất Do tác dụng lưu thông mủ cho nên liên kết giữa vỏ củ với vỏ thịt sắn không bền, có thể bóc dễ dàng

Lớp ngoài của thịt sắn là tầng sinh gỗ Với củ phát triển bình thường và thu hoạch ñúng vụ thì tầng sinh gỗ chỉ thấy rõ sau khi luộc, nhưng với củ ñào muộn thì thấy rõ hơn Trong các củ sắn lưu niên có hình thành các vòng xơ Tiếp trong tầng sinh gỗ là thịt sắn với các tế bào chứa tinh bột, protein và các chấm dầu ðây là phần dự trữ chủ yếu các chất dinh dưỡng của củ Các chất poliphenol, ñộc tố và fecmen tuy không nhiều bằng trong vỏ cùi nhưng vẫn gây những trở ngại lớn trong chế biến Hiện tượng biến màu thịt sắn vẫn xẩy

ra rất nhanh ñặc biệt ở những chỗ tróc vỏ hoặc bị gẫy mặc dù chỉ có khoảng 10-15 % các chất poliphenol

1.2.2 Thành phần hoá học

Thành phần hoá học của củ sắn dao ñộng trong khoảng khá rộng tuy thuộc vào giống, khí hâụ, ñiều kiện chăm bón, thời gian thu hoạch và một số yếu tố khác Thành phần hoá học trung bình của sắn: nước 60-74,2%, protit: 0,8-1,2%, tinh bột 20-34%, chất béo 0,3-0,40%, xelluloza 1,0-3,0%, ñường 1,0-3,1%, tro 0,54%, các chất khác 0,1-0,3%

Trong số các chất dinh dưỡng thì tinh bột có ý nghĩa hơn cả Hàm lượng tinh bột cao hay thấp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong ñó ñộ già là một trong những yếu tố quan trọng ðộ già của củ sắn phụ thuộc chủ yếu vào thời gian thu hoạch Với sắn có thời gian sinh trưởng một năm thì trồng vào tháng 2 và thu hoạch từ tháng 9 ñến tháng 4 năm sau Nếu thu hoạch vào tháng 12 và tháng giêng thì hàm lượng tinh bột cao nhất vì thời gian này sắn già nhất ðộc tố trong sắn là HCN, khi chưa ñào trong củ sắn không có HCN tự do

mà ở dạng glucozit gọi là fazecolunatin, có công thức là C10H17NO6 Sau khi ñào dưới tác dụng của enzym, hoặc trong môi trường axit thì fazecolunatin phân huỷ thành glucoza, axeton và axit xyanhydric Trong sản xuất tinh bột HCN phản ứng với sắt tạo thành sắt xyanat có màu xám, do ñó nếu không tách nhanh sẽ ảnh hưởng tới màu của tinh bột Hàm lượng ñộc tố trong sắn khoảng 0,001-0,04%, chủ yếu tập trung ở vỏ cùi Khi sử dụng sắn bóc vỏ cùi thì ñã loại ñược phần lớn ñộc tố

Chất men trong sắn tới nay chưa ñược nghiên cứu kỹ Biết rằng trong số các chất men thì polyphenoloxydaza có ảnh hưởng nhiều tới chất lượng sắn trong khi bảo quản và chế biến Polyphenoloxydaza xúc tác quá trình oxy hoá polyphenol tạo thành octokinol, sau ñó trùng hợp với các chất không có bản chất phenol như axit amin ñể hình thành sản phẩm có màu ðây là nguyên nhân sinh ra những vết ñen mà thường gọi là sắn chảy nhựa Chất lượng và tỷ

lệ thu hồi tinh bột thành phẩm không những phụ thuộc vào qui trình công nghệ mà còn phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu

Từ những ñặc ñiểm về cấu tạo hoá học cho thấy sắn là loại củ rất khó bảo quản tươi

1.2.3 Công dụng của sắn

Sắn ñược trồng nhiều trên thế giới vì nó cho năng suất cao, tính theo sản lượng tinh bột cũng như sản lượng calo trên ñơn vị diện tích Năng suất tính theo calo của sắn so với một số cây lương thực khác (Wroes – 1967) là 11,4.106 kcal/ha, trong khi ñó thì khoai lang là 6,5.106, ngô 7,6.106, lúa 5,0.106, lúa mì 4,1.106

Củ sắn có chứa nhiều tinh bột nên thường ñược chế biến thành bột sắn khô Từ tinh bột sắn có thể ñiều chế ñường gluco, rượu cồn, xiro, mạch nha,

có thể làm miến và các loại bánh

Vấn ñề sử dụng: ở Việt Nam từ trước ñến nay sắn ñược coi là cây có giá trị cao trong các cây có củ Theo kết quả ñiều tra về sử dụng sắn ở nước ta cho

thấy sắn dùng trong công nghiệp chỉ mới ñạt ñược 15 – 20% sản lượng và chủ yếu dùng vào việc sản xuất cồn, rượu, ñường gluco, bánh kẹo, mì chính, hồ, sợi vải,…

Sắn dùng làm lương thực cho người khoảng 10-20%, làm thức ăn gia súc khoảng 32%, cho các nhu cầu khác khoảng 20% và dùng ñể xuất khẩu khoảng 40-50 ngàn tấn/năm

Việc chế biến sắn trong dân là sơ chế, sản phẩm là sắn lát phơi khô, tinh bột khô, tinh bột ướt…cũng có nơi sắn dùng ñể chế biến rượu, ñường glucoza,…Mục ñích của việc chế biến sắn của người nông dân là ñể dự trữ, khi có người mua thì bán

1.3 Qui trình công nghệ chế biến tinh bột sắn

1.3.1 Chỉ tiêu chất lượng tinh bột sắn

Cũng giống nhiều loại thực phẩm và phụ gia thực phẩm khác, trong quá trình sản xuất tinh bột sắn ngoài ñáp ứng yêu cầu cần thiết của người tiêu dùng thì tinh bột sắn cần ñạt ñược tiêu chuẩn chất lượng bảng 1.3 [9; 11, 17]

Bảng 1.3 Tiêu chuẩn chất lượng tinh bột sắn

Mức chất lượng Chỉ tiêu chất lượng

Hảo hạng Loại I Loại II Loại III

Hàm lượng tinh bột (%) ≥ 97,5 ≥ 97,5 ≥ 96 ≥ 96 Hàm lượng tro (%) ≤ 0,10 ≤ 0,15 ≤0,20 ≤ 0,20 Hàm lượng prtein (%) ≤ 0,2 ≤ 0,3 ≤ 0,3 ≤ 0,5 Hàm lượng Xenlluloza (%) ≤ 0,1 ≤ 0,15 ≤ 0,2 ≤ 0,3

1.3.2 Yêu cầu về sắn nguyên liệu

Trong bất kỳ quá trình chế biến thực phẩm nói chung và quá trình chế biến sắn nói riêng thì chất lượng của nguyên liệu là một trong những yếu tố quan trọng quyết ñịnh ñến chất lượng, thời hạn bảo quản và giá thành của sản phẩm Tùy thuộc vào ñặc tính của từng loại sắn nguyên liệu cũng như mục ñích chế biến hay tính chất của sản phẩm cần chế biến mà có những yêu cầu

về chất lượng nguyên liệu riêng biệt nhưng nhìn chung sắn nguyên liệu phải ñáp ứng các chỉ tiêu sau ñây:

- Hàm lượng tạp chất không quá 15%, thông thường là 3%

- ðối với sắn hư, thối không quá 15%

- ðối với sắn xâm kim không quá 30%

- Hàm lượng tinh bột lớn hơn 20%

- Sau khi nhập phải sản xuất ngay không ñược ñể quá 72 giờ sau khi thu hoạch

Ở Việt nam hiện nay chưa có quy ñịnh chung về chất lượng sắn ñưa vào sản xuất tinh bột nhưng nhìn chung các nhà máy ñều có qui ñịnh về chỉ tiêu chất lượng sắn củ:

- Hàm lượng tinh bột từ 20 % trở lên

- Củ nhỏ và ngắn (chiều dài 10cm, ñường kính chỗ củ lớn nhất dưới 5cm) không quá 4%

- Củ dập nát và gẫy vụn không quá 3%

- Lượng ñất và tạp chất tối ña 1,5-2%, không có củ thối

- Củ có dấu vết chảy nhựa không quá 5% nếu chế biến ngay trong vòng

3 ngày trở lại thì cuộng sắn ngắn nhưng nếu bảo quản dự trữ lâu hơn thì cần

ñể cuộng dài

Hình 1.2 Sắn củ trước khi ñưa vào sản xuất

1.3.3 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn theo phương pháp ướt

Trong thực tế sản xuất, có rất nhiều phương pháp chế biến củ sắn ñể tạo ra các sản phẩm khác nhau Hiện nay, nhu cầu sử dụng sản phẩm tinh bột sắn ngày một cao và giá trị kinh tế mà nó mang lại là rất lớn do vậy việc chế biến ra tinh bột ñang là xu thế chính với nhiều phương pháp và qui mô khác nhau Sơ

ñồ nguyên lý công nghệ sản xuất tinh bột sắn từ củ sắn thường ñược tiến hành

theo các bước cơ bản như trên hình 1.2

Hình 1.3.Sơ ñồ nguyên lý công nghệ sản xuất tinh bột sắn

* Chuẩn bị nguyên liệu: bao gồm các khâu vận chuyển nguyên liệu vào

sản xuất, ngâm và rửa

Vận chuyển nguyên liệu vào phân xưởng chế biến có thể sử dụng các phương tiện thô sơ ñối với những cơ sở sản xuất nhỏ nhưng với nhà máy công suất lớn có bảo quản dự trữ nguyên liệu cần cơ giới hóa khâu vận chuyển làm tăng năng suất sản xuất Một trong những phương pháp ñơn giản và kinh tế là vận chuyển bằng sức nước theo máng hơi dốc từ kho nguyên liệu vào phân

Sấy khô- Làm nguội

xưởng hoặc bằng máy móc chuyên dụng

Ngâm nhằm mục ñích tách bớt một lượng chất hoà tan trong nguyên liệu, làm bở ñất cát ñể nâng cao hiệu suất rửa sạch Thời gian ngâm từ 4 ñến 8 giờ tuỳ theo loại nguyên liệu và mức ñộ nhiễm bẩn của củ ðối với nhà máy

có công suất lớn bỏ qua giai ñoạn ngâm

Rửa nhằm mục ñích loại bỏ ñất, cát, rác và một phần vỏ Quá trình rửa bắt ñầu từ khâu ngâm vận chuyển bằng máng, thủy lực và cuối cùng là máy rửa Nếu rửa không sạch thì sỏi, cát sẽ nhanh làm mòn răng máy xát bột, mặt khác tạp chất lẫn vào tinh bột làm tăng ñộ tro, ñộ mầu của tinh bột thành phẩm

*Nghiền nguyên liệu: Các hạt tinh bột ñều nằm trong tế bào củ, muốn

tách lấy tinh bột phải phá vỡ tế bào Phá vỡ triệt ñể thì hiệu xuất tinh bột cao,

vì vậy nghiền là khâu quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất

Trong sản xuất tinh bột sắn chủ yếu dùng máy mài- xát và máy nghiền 2 thớt ñá Khi máy làm việc không ñược ñể lọt các vật thể cứng vào máy Hiện nay các cơ sở sản xuất nhỏ dùng trục gỗ và răng dùng sợi thép cứng có ñường kính 1mm và chỉ xát một lần Với các nhà máy lớn ngoài máy xát còn có máy xay ñể nâng cao hiệu suất

*Tách dịch bào: Trong sắn chứa một lượng dịch bào khoảng 0,1 ÷

0,3% Trong thành phần dịch bào gồm nhiều các hợp chất khác nhau như polyphenol, enzim polyphenolxydaza, Khi tế bào của củ bị phá vỡ các polyphenol tiếp xúc với oxy và dưới tác dụng của polyphenolxydaza sẽ oxy hoá tạo thành chất màu làm cho tinh bột giảm màu trắng Do ñó trong quy trình sản xuất phải ngắn, tách dịch bào càng nhanh càng tốt và trong toàn bộ quy trình tách, tinh bột ñều phải ngập trong nước Tách dịch bào sớm tinh bột

sẽ trắng ñồng thời ít tạo bọt sẽ dễ dàng cho những khâu sau, mặt khác tinh bột thành phẩm giữ nguyên ñược tính chất lý – hoá tự nhiên

ðể tách triệt ñể dịch bào cần phải qua máy ly tâm ít nhất hai lần và lần cuối cùng là rửa tinh bột Trong công nghệ sản xuất hiện ñại còn cho chất chống

oxy hoá như axit H2SO3 hoặc NaHSO3 ñể giữ cho tinh bột có ñộ trắng cao Sau mỗi lần ly tâm dịch bột ñược pha loãng rồi ñưa qua rây ñể tách bã mịn Sữa tinh bột lọt rây ñược ñưa sang máy ly tâm tách dịch lần tiếp Nước dịch ra khỏi máy

ly tâm ñược ñưa vào bể hoặc máng lắng ñể tách lấy tinh bột loại hai

* Tách bã: Trong sản suất tinh bột sắn tách bả ñược chia thành hai giai

ñoạn: Tách bã thô và tách bã mịn

- Tách bã thô: Tách bã thô thường dùng máy rây chải Sữa bột thô sau khi nghiền ñưa lên rây tách tinh bột tự do Phần không lọt rây (bã thô) gồm xơ lớn các mảnh vụn và những hạt tinh bột tự do ñưa xuống máy nghiền lần thứ hai hoặc ñưa ra bể bã Phần lọt rây ñược chuyển qua ly tâm ñể tách dịch bào

- Tách bã mịn: Tách bã mịn thường dùng một hệ nhiều máy rây với số hiệu mặt rây lớn dần: N038, N052, N055 Không nên cho qua máy rây N055 ngay từ ñầu vì mặt rây quá dày hiệu suất tách tinh bột sẽ thấp ðể hiệu suất rây cao khi rây phải xối nước liên tục và hiệu chỉnh nồng ñộ sữa tinh bột ra khỏi rây khoảng 30Bx

*Tách tinh bột: Sau khi tinh chế thu ñược sữa tinh bột ñể tách lấy tinh

bột có thể dùng bể lắng hoặc ly tâm Tốt hơn cả là dùng máy ly tâm ðộ ẩm tinh bột ra khỏi máy ly tâm khoảng 26 – 35% ðây là tinh bột thành phẩm ướt dùng làm nguyên liệu trong các ngành công nghiệp khác

* Sấy khô, ñóng gói, bảo quản: ðể ñảm bảo cho việc sấy sản phẩm ñến

ñộ ẩm bảo quản và ñộ khô ñồng ñều phải tiến hành làm vỡ các cục bột tạo thành các hạt nhỏ có kích thước tương ñối ñồng ñều sau ñó tiến hành sấy ñể thu tinh bột khô Sản phẩm tinh bột khô sau khi thu ñược cần phải ñược làm nguội trước khi ñưa vào bao gói và bảo quản

Ưu ñiểm: Sản phẩm là tinh bột thuần khiết, ñược sử dụng trong nhiều ngành khác nhau

Nhược ñiểm: - Sử dụng hàng ngàn khối nước mỗi ngày

- Các chất xơ và bã tan trong nước không thu hồi ñược gây ô

nhiễm môi trường

1.3.4 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn theo phương pháp khô

Hình 1.4 Sơ ựồ công nghệ sản xuất tinh bột sắn theo phương pháp khô

Sắn tươi: được ựem ngâm nhằm làm bở ựất cát bám vào sắn nguyên

liệu sau ựó rửa sạch ựể tách hết ựất cát, rác và một phần vỏ

Nguyên liệu sau khi ựược rửa sạch và bóc vỏ thì ựược thái hoặc cát khúc Mục ựắch của quá trình cắt khúc là cắt nhỏ nguyên liệu ựể quá trình sấy ựạt hiệu quả cao hơn

Phơi sấy: Quá trình sấy sắn cắt khúc nhằm mục ựắch tách một lượng

lớn nước ra khỏi sắn vừa ựược sạch, ựưa sắn cắt khúc về trạng thái khô Ở trạng thái ựó sắn cắt khúc ựược bảo quản trong thời gian lâu hơn dễ dàng ựóng gói và vận chuyển trong quá trình ựi xa ựể phục vụ cho nhiều ngành sản xuất khác nhau Có thể làm khô sắn cắt khúc bằng phương pháp phơi dưới ánh nắng mặt trời hoặc sấy trong các lò sấy thủ công hay thiết bị sấy Trong quá trình sấy nên ựảo sắn ựể cho nguyên liệu ựược khô ựồng ựều hơn

Xông lưu huỳnh hoặc thảo mộc: Ngoài tác dụng chống mốc còn ựể giữ

màu cho sắn

Làm nguội : Sau khi xông lưu huỳnh sắn ựược ựưa ra làm nguội ngay

trong buồng sấy bằng cách ngừng cấp nhiệt và thổi gió lạnh Thời gian làm nguội khoảng 30 phút

Sắn tươi

Thái hoặc chặt từng ựoạn

Phơi hoặc sấy

Xông lưu huỳnh hoặc thảo mộc

Làm nguội

đóng gói bán thành phẩm đóng gói-

Nghiền mịn: Sau khi làm nguội sắn khô ựược ựưa vào máy nghiền búa

ựể nghiền thành bột để tạo thành tinh bột mịn, thường dùng sàng bao quanh buồng nghiền có kắch thước lỗ 0,2-0,5mm

đóng gói bảo quản: Sau khi nghiền mịn, tinh bột sắn ựược ựưa vào xilo chứa thành phẩm, tiến hành ựóng bao và bảo quản ở nhiệt ựộ môi trường

Trường hợp chưa chế biến thành tinh bột, sau khi làm nguội sắn ựược ựóng gói bảo quản ựể dự trữ nguyên liệu Công nghệ này ựã giúp người dân có quy trình tuần tự ựể có thể làm sắn cắt khúc tại nhà, ựể chủ ựộng những hôm thời tiết xấu mưa nhiều, không có nắng, có thể sấy bằng các lò sấy tĩnh ựốt bằng than hoặc củi với chi phi ựầu tư thấp Tuy nhiên, các phương pháp chế biến này chưa ựảm bảo ựộ tinh khiết có thể sử dụng làm thức ăn cho người

Bởi vậy, việc nghiên cứu thiết kế chế tạo, sớm ựưa ra dây chuyền chế biến sắn cắt khúc sạch theo quy mô công nghiệp là rất cần thiết, làm mô hình nhân rộng, lắp ựặt tại các vùng nguyên liệu, tăng khả năng thu mua nguyên liệu

Ưu ựiểm:

Phương pháp này ựơn giản, không dùng nước ựể sản xuất, các chất thải rắn như

vỏ, cùi ựều thu gom ựược ựể làm phân bón, không gây ô nhiễm môi trường

Nhược ựiểm: Năng suất thấp, phụ thuộc vào thời tiết, sản phẩm không sạch, dắnh nhiều tạp chất, chỉ có thể sử dụng làm thức ăn chăn nuôi, nấu rượu, cồn phẩm cấp thấp

1.4 Tình hình nghiên cứu và áp dụng thiết bị sấy sắn

Sấy là một công ựoạn hết sức quan trọng không thể thiếu trong qui trình công nghệ chế biến sản phẩm dạng bột Mục ựắch làm giảm một lượng

ẩm nhất ựịnh ựể sản phẩm có thuỷ phần ựảm bảo cho bảo quản lâu dài trước khi ựưa vào chế biến ở những công ựoạn tiếp theo Chắnh ựiều này ựã thúc ựẩy phát triển nhanh việc nghiên cứu quá trình sấy Hầu hết các thiết bị sấy ựều sử dụng tác nhân sấy là khắ nóng thổi cưỡng bức qua khối vật liệu Nhiệt từ khắ nóng truyền sang bột ẩm làm nước trong sản phẩm sôi, bốc hơi thoát ra khỏi

vật ẩm và ñược dòng khí sấy thải ra ngoài Quá trình này diễn ra liên tục, về cơ bản ñược phân thành ba giai ñoạn chính gồm giai ñoạn gia nhiệt cho sản phẩm, giai ñoạn tốc ñộ sấy không ñổi và giai ñoạn sấy tốc ñộ giảm dần

Hiện nay, trên thế giới ñã nghiên cứu và áp dụng nhiều phương pháp sấy khác nhau với các thiết bị sấy khá ña dạng ñáp ứng nhu cầu sấy rất nhiều loại sản phẩm Dưới ñây giới thiệu một số thiết bị sấy ñiển hình ñược sử dụng

ñể sấy sắn cắt khúc: [10; 12, 3; 4]

1.4.1.Thiết bị sấy kiểu thùng quay

Bộ phận chính của thiết bị là một thùng hình trụ tròn làm buồng sấy ñặt nằm ngang hay nghiêng một góc nhỏ, ñộ nghiêng từ 1/50 ÷ 1/15 Thùng quay với tốc ñộ chậm n = (0,5 ÷ 0,8)vòng/phút Thiết bị có thể làm việc liên tục hay theo chu kỳ từng mẻ một Sấy thùng quay ñược áp dụng rộng rãi ñể sấy các vật ẩm dạng hạt, mảnh vụn có kích thước nhỏ như ñậu, ñỗ, cà phê Sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy kiểu thùng quay ñược thể hiện trên hình 2.3

Cửa cấp liệu ñược thiết kế tại ñầu cao và vật liệu chuyển ñộng dần xuống phía dưới thấp hơn và ñược lấy ra ngoài tại ñiểm cuối của thùng Bên trong thùng có cánh ñảo Không khí cùng vật liệu xáo trộn trong thùng sấy, quá trình trao ñổi nhiệt ẩm xảy ra và vật liệu ñược sấy khô

Hình 1.5 Sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy kiểu thùng quay

1- Calorife;2- Vít tải;3-Cửa cấp liệu; 4- Thùng sấy;

Thời gian sấy là thời gian vật liệu di chuyển từ ñầu vào ñến ñầu ra khỏi thùng ðối với các vật liệu sấy là dạng bột thì khí thải thường có lẫn sản phẩm theo do ñó cần phải có xyclon ñể thu hồi lượng sản phẩm bay theo này Trong quá trình sấy vật liệu sấy ñược ñảo trộn liên tục do ñó tiếp xúc liên tục với không khí nóng nên thời gian sấy nhanh, vật liệu sấy ñược khô ñồng ñều hơn

Tuy nhiên do tính xốp của vật liệu, bột bị vỡ vụn khi ñộ ẩm giảm, kích thước của hạt bột là rất nhỏ và linh ñộng do vậy nó sẽ bị bám dính vào thành thùng và các chi tiết chuyển ñộng quay làm giảm hiệu suất máy ñồng thời nhanh phá hỏng các cơ cấu truyền ñộng và khó khăn trong việc dọn vệ sinh máy

1.4.2.Thiết bị sấy băng tải

Nguyên tắc cấu tạo của máy sấy băng tải gồm có hầm hoặc buồng sấy,

băng tải liên tục chuyển ñộng trong buồng Vật sấy ñược rải ñều trên băng tải nhờ cơ cấu nạp liệu Sản phẩm liên tục ñược lấy ra ở cuối băng tải Tác nhân sấy là không khí nóng hay khói lò chuyển ñộng cắt ngang qua chiều chuyển ñộng của băng tải Chiều dài và tốc ñộ băng tải phụ thuộc vào thời gian sấy Chiều rộng băng (cũng là chiều rộng lớp vật sấy) chiều dày lớp vật sấy và tốc

ñộ băng phụ thuộc năng suất máy ðể không gây ra trở lực lớn, sản phẩm có

ñộ khô ñồng ñều thì lớp vật sấy trên băng tải có chiều dày từ (50 ÷ 250) mm

Băng tải có cấu tạo rất ña dạng (có thể băng ñược chế tạo từ lưới sợi, lưới thép, băng thép có ñục lỗ, các khay có ñục lỗ hoặc không) lắp trên trục quay, hai ñầu trục lắp vào hai xích tải 3 làm nhiệm vụ kéo các khay trượt trên ñường ray Nguyên lý cấu tạo của thiết bị ñược trình bày trên hình 2.4

Hình 1.6.Sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy kiểu băng tải

1- Bộ phận truyền ñộng; 2- ðĩa xích;

3- Xích tải; 4- Tấm gạt; 5- Cửa thoát sản phẩm

ðể ứng dụng thiết bị này vào quá trình sấy các sản phẩm dạng bột là rất khó khăn bởi khi các khay lật chuyển vật liệu làm cho cục bột vỡ vụn tạo thành bụi rất khó cho việc thu gom các bụi này dẫn ñến hao tổn rất nhiều trong quá trình sấy ñồng thời gây ô nhiễm môi trường làm việc, nhanh làm hư hỏng các cơ cấu truyền ñộng Thông thường thiết bị sấy dạng băng tải chỉ sử dụng ñể sấy sơ bộ khi bột còn ở ñộ ẩm cao

1.4.3 Thiết bị sấy hầm

Với hầm sấy ta có thể tiến hành các quá trình sấy ña dạng: sấy không hồi lưu khí thải, sấy có hồi lưu một phần hay toàn bộ khí thải, chia thành nhiều vùng sấy phù hợp với các giai ñoạn sấy, sấy có ñốt nóng bổ sung tác nhân sấy,… Tác nhân sấy có thể chuyển ñộng cùng chiều với xe goòng, vừa xuôi vừa ngược với xe goòng, chuyển ñộng cắt ngang với xe goòng

Trên hình 1.7 thể hiện nguyên lý cấu tạo của hầm sấy có nhiều vùng sấy, tác nhân sấy chuyển ñộng cắt ngang chuyển ñộng của các xegòong ðể tạo ra chuyển ñộng phức tạp tác nhân sấy như hình vẽ, phải dùng nhiều quạt hướng trục.Từng cụm quạt nhận truyền ñộng từ trục chung ñặt bên ngoài buồng sấy ðây cũng là hạn chế của phương pháp này Bù lại có năng suất và chất lượng sản phẩm sấy cao hơn

Hình 1.7 Thiết bị sấy hầm

1-ống ñẩy; 2- caloriphe; 3-quạt; 4- ñai thang; 5- ñộng cơ ñiện; 6-

ñộng cơ ñiện; 7- ñai thang; 8- quạt; 9- caloriphe; 10- ống ñẩy; 11-

ñộng cơ ñiện; 12- ống thải; 13- quạt; 14- xe goòng; 15- bộ phận

ñẩy xe goòng vào hầm sấy

Hình 2.3.Tủ sấy vạn năng ED-240

có thể cắm sâu vào vật liệu cần ño Kết quả ño ñược hiển thị trên màn hình LCD

Hình 2.4.Thiết bị ño tốc ñộ gió AR826 Hình 2.5.Máy ño ñộ ẩm MC- 7806

2.2.3.3 ðịa ñiểm nghiên cứu

- Sấy sắn thí nghiệm ñược tiến hành tại Phòng thí nghiệm chế biến rau quả - Bộ môn thiết bị bảo quản và chế biến nông sản, khoa Cơ ðiện, trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội

2.3 Phương pháp thí nghiệm

2.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm

Tiến hành phương pháp thực nghiệm ñơn yếu tố ñể xác ñịnh mức ñộ ảnh hưởng riêng của 3 yếu tố: nhiệt ñộ tác nhân sấy Tn (o C), tốc ñộ tác nhân sấy v (m/s) và mật ñộ vật liệu trong buồng sấy M (kg/m3) ñến ñộ khô không ñồng ñều của sản phẩm sấy K(%) và thời gian sấy T (h) Các thí nghiệm ñược bố trí ứng với mức thay ñổi của các yếu tố như sau:

- Nhiệt ñộ tác nhân sấy T: 65; 70; 75; 80; 85(o C)

- Tốc ñộ tác nhân sấy v: 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8 (m/s);

- Mật ñộ vật liệu trong buồng sấy M: 100; 150; 200; 250; 300 kg/m3

2.3.2 Phương pháp xác ñịnh một số thông số của quá trình sấy

- Nhiệt ñộ và ñộ ẩm tác nhân sấy ñược xác ñịnh bằng thiết bị ño ñiện tử hiện số mã hiệu SGK-MF-904 (Hồng Kông)

- Tốc ñộ chuyển ñộng của tác nhân sấy ñược xác ñịnh bằng máy ño tốc

ñộ gió ñiện tử hiện số, mã hiệu AR 863 (hãng SMART SENSOR Hồng Kông,)

- ðộ ẩm của sản phẩm sấy ñược xác ñịnh bằng máy ño Data Holp

MC-7805 (Trung Quốc), sai số ± 0,5% ðây là loại thiết bị ño hiện ñại, có ñầu cảm biến nhiệt ñộ và ñộ ẩm ñược cắm sâu vào trong khối vật liệu cần ño và nhiệt ñộ và ñộ ẩm của vật liệu trong buồng sấy ñược hiển thị số lên màn hình của thiết bị ño ñặt ở ngoài buồng sấy

- ðộ khô ñồng ñều của sản phẩm sấy K (%) ñược xác ñịnh theo phương sai

ño ñạc của các mẫu sản phẩm sấy ở các vị trí khác nhau trong buồng sấy và ñược xác ñịnh theo công thức:

%100.oW

Wi - ñộ ẩm của vật liệu sấy thứ i (%)

Wo - ñộ ẩm quy ñịnh ñối với sản phẩm sấy (%) Σ- ñộ lệch bình phương trung bình

- Thời gian sấy τ (h) là khoảng thời gian thực hiện một mẻ ñược tính từ thời ñiểm khi bắt ñầu sấy cho ñến khi sắn ñạt ñược ñộ ẩm theo yêu cầu và ñược xác ñịnh bằng ñồng hồ ño thời gian thông dụng

2.4 Kết quả thí nghiệm

2.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy T n ( o C)

Cố ñịnh giá trị yếu tố v= 1,4 m/s, M = 200kg/m3, cho Tn biến thiên từ 65 ÷

Ảnh hưởng của thông số nhiệt ñộ tác nhân sấy ñến các thông số ra ñược thể hiện như trên ñồ thị hình 2.6

ðộ khô không ñều của sản phẩm sấy K(%) Thời gian sấy τ(h)

Hình 2.6 ðồ thị ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy Tn (oC)

Trên ñồ thị hình 2.6 ta thấy khi tăng nhiệt ñộ tác nhân sấy sẽ làm tăng quá trình trao ñổi nhiệt ẩm giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy nên thời gian sấy

và ñộ khô không ñều của sản phẩm sấy giảm xuống Tuy nhiên khi nhiệt ñộ tác nhân sấy tăng quá cao do tốc ñộ giảm ẩm của vật liệu sấy quá nhanh nên lượng ẩm trong tâm vật liệu chưa kịp khuếch tán ra ngoài bề mặt ñể bốc hơi nên ñộ khô không ñều của sản phẩm sấy tăng lên Ứng với nhiệt ñộ sấy là 70 -

75oC thì ñộ khô không ñều của vật liệu sấy ñạt giá trị cực tiểu K =2,4-2,51%

và thời gian sấy ñạt giá trị tương ñối thấp T = 16,2h

2.4.2 Ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy v (m/s)

Cố ñịnh giá trị Tn = 700C, M = 200kg/m3 cho tốc ñộ tác nhân sấy v biến thiên từ 1 ÷ 1,8 m/s

Kết quả thực nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy ghi trong bảng 2.2

Bảng 2.2 Kết quả thí nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy

Tốc ñộ tác nhân sấy

v(m/s)

ðộ khô không ñều sản phẩm

sấy K (%) Thời gian sấy T(h)

Thời gian sấy τ(h) ðộ khô không ñều sản phẩm sấy K (%)

Hình 2.7 ðồ thị ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy v (m/s)

Qua ñồ thị hình 2.7 cho thấy, khi tăng tốc ñộ tác nhân sấythì quá trình thoát ẩm từ vật liệu sấy vào trong buồng sấy và từ trong buồng sấy ra ngoài

nhanh hơn, ñộ khô không ñồng ñều của vật liệu sấy và thời gian sấy ñều giảm xuống Tuy nhiên, khi tốc ñộ tác nhân sấy tiếp tục tăng thì ñộ khô không ñều của vật liệu sấy có xu hướng tăng lên Nguyên nhân là do lớp bề mặt của vật liệu khô quá nhanh tạo thành lớp màng cưng ngăn cản sự thoát ẩm ở trong tâm vật liệu sấy

Trên cơ sở ñồ thị hình 2.7 và bảng 2.2 ta thấy ứng với tốc ñộ tác nhân sấy 1,4m/s thì ñộ khô không ñều của sản phẩm sấy ñạt giá trị cực tiểu K = 2,53% và thời gian sấy ñạt giá trị tương ñối thấp T = 15,78h

2.4.3 Ảnh hưởng của mật ñộ vật liệu trong buồng sấy M (kg/m 3 )

Cố ñịnh giá trị yếu tố Tn = 70oC, v= 1,4 m/s, cho M biến thiên từ 100 ÷ 300kg/m3

Kết quả thực nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của mật ñộ vật liệu trong buồng sấy ñược ghi trong bảng 2.3

Bảng 2.3 Kết quả thí nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của mật ñộ vật liệu

trong buồng sấy

Thời gian sấy T(h)

Ảnh hưởng của mật ñộ vật liệu trong buồng sấy ñến các thông số ra ñược thể hiện trên ñồ thị hình 2.8

T = 0.09x2 + 1.28x + 10.904

R2 = 0.9956

K= -0.723x + 4.909

R2 = 0.9814 1

Trên cơ sở kết quả thí nghiệm sấy sắn cắt khúc trong phòng thí nghiệm

ta có thể lựa chọn chế ñộ sấy sắn cắt khúc như sau: nhiệt ñộ tác nhân sấy

70oC, tốc ñộ tác nhân sấy 1,4m/s, mật ñộ vật liệu sấy M = 200kg/m3 và thời gian sấy khoảng 16h

Chương 3 LỰA CHỌN SƠ ðỒ NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN XÁC ðỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH SẤY

3.1 Lựa chọn sơ ñồ nguyên lý thiết kế tổng thể thiết bị sấy

Trên cơ sở phân tích ưu nhược ñiểm của các thiết bị sấy sắn ñược sử dụng phổ biến ở trong và ngoài nước, chúng tôi lựa chọn thiết bị sấy sắn cắt khúc kiểu tuynen năng suất 500 kg SPK/h Sơ ñồ nguyên lý thiết kế tổng thể

hệ thống thiết bị sấy (ký hiệu MSS-500) ñược thể hiện trên hình 3.1) [10; 16]

Hình 3.1 Sơ ñồ nguyên lý thiết kế máy sấy sắn cắt khúc kiểu tuynen 1- Quạt ñẩy; 2- Calorife; 3- Hầm sấy; 4- Quạt hút; 5- Cửa hút, cửa ñẩy tác nhân sấy; 6, 7- Xe goòng; 8- Xích kéo (ñẩy) xe goòng; 9- Hai xe ñưa, ñón

xe goòng; 10- Bộ phận dẫn ñộng xích(ñộng cơ và hộp giảm tốc); 11- ðường ray vòng

8

9 11

b)

10 9

1 3

- Mô tả cấu tạo:

Cấu tạo của hầm sấy có xe goòng và thiết bị gia nhiệt tác nhân sấy.Chiều dài của hầm sấy bằng tổng chiều dài của các xe goòng xếp trong hầm, cộng với chiều dài nơi lắp cửa hút, ñẩy tác nhân sấy, cộng với chiều dài khoang xếp ở hai ñầu ñể nạp và lấy xe ra Hầm có hệ thống cơ giới như xích tải ñể nạp và lấy xe goòng Xe goòng có bốn bánh lăn trên ñường ray hoặc trong lòng hai thanh thép góc Sau khi lấy sản phẩm sấy, xe goòng theo ñường vòng bên ngoài hầm ñi quay lại phía ñầu hầm Khi ñã nạp ñầy các khay chứa vật sấy, xe ñược ñưa vào hầm sấy Thời gian sấy chính là thời gian chuyển ñộng của mỗi xe goòng ñi từ ñầu ñến cuối hầm sấy Năng suất của hầm sấy bằng năng suất của một xe nhân với số xe vào hoặc ra trong mỗi giờ Căn cứ vào ñặc tính của vật sấy ñể thiết kế các khay Chiều dài và rộng của khay chọn sao cho một người bê hay hai người khuân dễ dàng Chiều cao khay phụ thuộc vào chiều dày của lớp vật sấy sao cho khô ñều Kích thước xe goòng phụ thuộc vào số khay xếp trên xe Mỗi tầng của xe goòng có thể xếp nhiều khay Chiều cao xe phụ thuộc số tầng xếp khay nhân với khoảng cách giữa các khay, cộng với chiều cao cho bánh xe, ray Khoảng cách của các khay phải phù hợp với tốc ñộ tác nhân sấy Khe hở giữa xe goòng với tường, trần, nền hầm sấy phải nhỏ nhất Với hầm sấy ta tiến hành sấy bằng than ñá

* Nguyên lý làm việc:

Nguyên liệu sắn cắt khúc ñược xếp lên các khay Các khay này lần lượt ñược xếp vào xe goòng Vì có bộ phận tời kéo nên việc vận chuyển xe gòong vào hầm sẽ thuận tiện và dễ dàng hơn Sau khi các xe goòng vào trong hầm sấy, cửa hầm ñược ñóng lại, tác nhân sấy ñưa vào hầm và quá trình sấy bắt ñầu Tác nhân sấy sử dụng ở ñây là không khí Không khí bên ngoài ñược ñưa vào caloriphe nhờ quạt ñẩy Tại caloriphe, không khí ñược ñốt nóng ñến nhiệt

ñộ cần thiết (caloriphe dùng chất tải nhiệt là hơi nước) Sau ñó không khí ñược dẫn vào hầm sấy Nhiệt ñộ không khí tại ñầu hầm sấy phải ñược chọn