Đồ án thiết kế hệ thống sấy buồng dùng sấy chuối với năng suất 500kg/h

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨM THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BUỒNG DÙNG SẤY CHUỐI VỚI NĂNG SUẤT 500Kg/h GVHD: Th.S ĐÀO THANH SVTH: NGUYỄN LÊ BÍCH NGỌC 2205115264 ĐÀO THỊ NGHĨA 2205115332 LỚP: 02DHLTP Tp.HCM tháng 9 năm 2013 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây nền nông nghiệp nước ta đã đạt được nhiều thành tựu to lớn. Ngoài việc đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nội địa, nước ta đã bắt đầu xuất khẩu nông sản cùng với các chế phẩm của nó. Do đó việc ứng dụng các công nghệ mới đóng một vai trò hết sức quan trọng. Trong đó, công nghệ sấy là khâu quan trong trọng trong công nghệ sau thu hoạch, chế biến và bảo quản nông sản. Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công nông nghiệp. Quá trình sấy không chi là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu một cách đơn thuần mà là một quá trình công nghệ. Nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp. Để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết bị như thiết bị sấy (hầm sấy, buồng sấy,tháp sấy, thùng sấy, v.v…), thiết bị đốt nóng tác nhân (cloriphe) hoặc thiết bị làm lạnh để làm khô tác nhân, quạt, bơm và một số thiết bị phụ như hầm đốt, cyslon, v.v… Chúng ta gọi hệ thống các thiết bị thực hiện một quá trình sấy cụ thể nào đó là một hệ thống sấy. Buồng sấy là một trong những hệ thống sấy đối lưu thông dụng nhất. Nếu hệ thống sấy buồng là hệ thống sấy từng mẻ, năng suất không lớn và có thể tổ chức cho tác nhân sấy đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức thì hệ thống sấy hầm có năng suất lớn hơn, có thể sấy liên tục hoặc bán liên tục và luôn luôn là hệ thống sấy đối lưu cưỡng bức. Sấy nông sản là một quy trình công nghệ phức tạp. Nó có thể thực hiện trên những thiết bị sấy khác nhau. Ứng với một loại nông sản ta cần chọn chế độ sấy thích hợp nhằm đạt năng suất cao, chất lượng sản phẩm sấy tốt và tiết kiệm năng lượng. Trong đồ án này, em được giao nhiệm vụ thiết kế một hệ thống sấy dùng cho việc sấy sản phẩm là quả chuối chín. Với nhiệm vụ đó, em lựa chọn công nghệ sấy buồng với tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt và nhờ quạt thổi vào. Đây là lần thiết kế đồ án sấy đầu tiên nên trong quá trình thiết kế còn nhiều bất cập, lý thuyết và kiến thức còn hạn chế, kính mong quý thầy cô thông cảm và tận tình giúp đỡ. Em xin chân thành cảm ơn Thầy Đào Thanh Khê đã tận tình hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án này. Tp.HCM, tháng 9 năm 2013 Nhóm thiết kế ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨMGVHD: ĐÀO THANH KHÊ CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về nguyên liệu chuối 1.1.1.Các loại chuối chính ở Việt Nam Chuối có nhiều loại nhưng có 3 loại chính: - Chuối tiêu ( còn gọi là chuối già ) - Chuối goòng ( còn gọi là chuối tây, chuối sứ, chuối Xiêm ) - Chuối bom 1.1.2. Đặc điểm cơ bản của chuối Chuối là một loại quả dài, vỏ nhẵn và hầu như có quanh năm. Chuối có nguồn gốc từ khu vực Malaysia. Loại trái cây này bắt đầu trở nên phổ biến trên thế giới từ thế kỉ 20 và phát triển tốt nhất ở những nơi có khí hậu nhiệt đới. Chúng được trồng chủ yếu phục vụ cho ẩm thực, cho việc sản xuất sợi bông, dùng trong ngành công nghiệp dệt và chế tạo giấy. Chúng ta có thể thưởng thức loại quả này bằng cách ăn trực tiếp quả khi chín, hoặc có thể chế biến thành nhiều món ăn hấp dẫn khác nhau từ chuối, chẳng hạn như các loại bãnh chuối, các món salad hoa quả, bánh nướng, các món tráng miệng, -5- H^nh 1.1. H^nh dạng quả chuối ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨMGVHD: ĐÀO THANH KHÊ Chuối cũng có nhiều màu sắc và kích cỡ khác nhau. Khi chín, quả chuối có thể có màu vàng, màu đỏ sẫm, hoặc màu tía (hay màu trứng quốc). Có tất cả hơn 50 loại chuối khác nhau trên thế giới. Đặc điểm chung về hình dạng của chuối là quả chuối được gắn kết với nhau thành buồng, mỗi buồng được chia thành nhiều nải, và trên mỗi nải có khoảng từ 10 đến 20 quả . Chuối là một trong những quả rất tốt và có nhiều công dụng, đặc biệt là chuối chín cây. Khi chín, tinh bột có trong chuối sẽ được chuyển hóa thành đường tự nhiên, và vì thế chuối chín thường có vị ngọt dịu và thơm. 1.1.3. Giá trị dinh dưỡng của quả chuối Thành phần hóa học cơ bản của quả chuối Gồm các chất: Nước Đườn g khử Sacaroz a Axit hữu cơ Tinh bột Prôti t Axit amin Lipi t Tani n Vitami n (mg %) Tro 76,3 8 14,18 2,35 0,32 6 3,29 8 0,92 0,08 3 1,13 0,068 0,565 0,7 Bảng 1.1. Thành phần hóa học cơ bản của chuối Chuối chứa một lượng lớn protein và hyđrat-cacbon. Trong chuối còn bao một số loại đường khác nhau như đường glucozo, đường lactoza, đường mantoza, đường galactoze, đường sucrôza (đường mía), đường fructoza, và tinh bột. Chuối cũng rất giàu các loại vitamin như Vitamin A, C,E, Vitamin B2, sinh tố R, dưỡng chất niacin, Vitamin B12 và một số khoáng chất như sắt, canxi, magiê, photpho, kẽm và florua. Ngoài ra còn có các axit amin thiết yếu như chất tryptophan, lizin, leuxin, glyxin, khoáng chất acginin… cũng có trong thành phần của chuối. Trong một quả chuối, nó có thể chứa trung bình một lượng calo là 100 đến 125 calo. Có thể nói, chuối là một loại quả rất tốt cho sức khỏe và là một loại thực phẩm rất giàu năng lượng. -6- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨMGVHD: ĐÀO THANH KHÊ 1.1.4. Công dụng của chuối Chuối được dùng như một phương thuốc chữa bệnh rất hiệu quả. Hơn nữa, do chúng có chứa lượng đường khá cao nên cũng được xem như một loại thực phẩm giàu năng lượng. Với những giá trị dinh dưỡng thiết yếu, loại hoa quả này mang lại một số lợi ích cho sức khỏe. - Chuối rất tốt trong việc cải thiện hệ tiêu hóa và khôi phục chức năng hoạt động của ruột. Chuối cũng giúp ích giảm thiểu bị táo bón. Trong trường hợp bị tiêu chảy, cơ thể chúng ta sẽ mất một lượng chất điện giải quan trọng, nếu ăn chuối sẽ giúp cơ thể khôi phục lại chất điện giải, vì trong chuối có chứa lượng kali cao. - Axit béo có trong chuối xanh giúp nuôi dưỡng các tế bào niêm mạc dạ dày. Những tế bào này rất có hữu ích trong việc hấp thụ canxi một cách hiệu quả, rất cần thiết cho sự phát triển khỏe mạnh của hệ xương. - Chất amino acid tryptophan có trong chuối sẽ được chuyển đổi thành chất serotonin, giúp giảm thiểu các triệu chứng trầm cảm và cải thiện tâm trạng. Như vậy, chuối là một phương thuốc rất tốt nhằm giàm căng thẳng và tình trạng bị stress. - Ăn chuối thường xuyên giúp giảm nguy cơ thoái hóa điểm vàng, một trong những nguyên nhân gây giảm thị lực ở người cao tuổi. - Do chứa hàm lượng kali cao và lượng natri thấp, nên chuối chính là sự lựa chọn thích hợp để giảm thiểu nguy cơ bị huyết áp cao và đột quỵ. - Chuối cũng rất giàu các hợp chất phenolic giúp chống lão hóa, vì thế ăn chuối thường xuyên còn giúp ngăn ngừa nguy cơ ung thư thận. - Do hàm lượng sắt cao nên chuối giúp tăng thành phần hemoglobin trong máu và giảm thiểu bệnh thiếu máu. -7- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨMGVHD: ĐÀO THANH KHÊ 1.1.5. Tính chất vật lý cơ bản của chuối - Khối lượng riêng: ρ = 977 kg/m3 - Nhiệt dung riêng: c = 1,0269 kJ/kg.độ - Hệ số dẫn nhiệt : λ = 0,52 W/m.độ - Kích thước của quả chuối: Đường kính: 2 – 5 cm - Dài :8 – 20 cm - Khối lượng : 50 – 200 gr - Độ ẩm vật liệu sấy: + Độ ẩm của chuối trước khi đưa vào sấy: ω 1 = 75 – 80 % + Độ ẩm của chuối sau khi sấy : ω 2 =15 – 20 % - Nhiệt độ sấy cho phép: t = (60 ÷ 90) 0 C 1.2.Giới thiệu chung về quá tr^nh sấy 1.2.1. Bản chất của quá tr^nh sấy Sấy là sự bốc hơi nước của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ thích hợp, là quá trình khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác do chênh lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh. 1.2.2. Phân loại quá tr^nh sấy Người ta phân biệt ra 2 loại: • Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng, gió Phương pháp này thời gian sấy dài, tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh và độ ẩm cuối cùng của vật liệu còn khá lớn, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu. • Sấy nhân tạo: quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng đến tác nhân sấy như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt…và nó được hút ra khỏi thiết bị khi sấy xong. Quá trình sấy nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên. Nếu phân loại phương pháp sấy nhân tạo, ta có: Phân loại theo phương thức truyền nhiệt: -8- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨMGVHD: ĐÀO THANH KHÊ  Phương pháp sấy đối lưu: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt truyền từ môi chất sấy đến vật liệu sấy bằng cách truyền nhiệt đối lưu. Đây là phương pháp được dùng rộng rãi hơn cả cho sấy hoa quả và sấy hạt.  Phương pháp sấy bức xạ: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là thực hiện bằng bức xạ từ một bề mặt nào đó đến vật sấy, có thể dùng bức xạ thường, bức xạ hồng ngoại.  Phương pháp sấy tiếp xúc: nguồn cung cấp nhiệt cho vật sấy bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp vật sấy với bề mặt nguồn nhiệt.  Phương pháp sấy bằng điện trường dòng cao tầng: nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần trong vật sấy làm vật nóng lên.  Phương pháp sấy thăng hoa: được thực hiện bằng 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.  Phương pháp sấy tầng sôi: nguồn nhiệt từ không khí nóng nhờ quạt thổi vào buồng sấy đủ mạnh và làm sôi lớp hạt, sau một thời gian nhất định, hạt khô và được tháo ra ngoài.  Phương pháp sấy phun: được dùng để sấy các sản phẩm dạng lỏng.  Bức xạ: sự dẫn truyền nhiệt bức xạ từ vật liệu nóng đến vật liệu ẩm. Phân loại theo tính chất xử lý vật liệu ẩm qua buồng sấy:  Sấy mẻ: vật liệu đứng yên hoặc chuyển động qua buồng sấy nhiều lần, đến khi hoàn tất sẽ được tháo ra.  Sấy liên tục: vật liệu được cung cấp liên tục và sự chuyển động của vật liệu ẩm qua buồng sấy cũng xảy ra liên tục. Phân loại theo sự chuyển động tương đối giữa dòng khí và vật liệu ẩm: -9- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨMGVHD: ĐÀO THANH KHÊ  Loại thổi qua bề mặt.  Loại thổi xuyên vuông góc với vật liệu. 1.2.3. Nhân tố ảnh hưởng đến quá tr^nh sấy chuối Trong quá trình sấy chuối quả xảy ra một loạt biến đổi hóa sinh, hóa lý, cấu trúc cơ học và các biến đổi bất lợi khác, làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm. Những biến đổi cơ học bao gồm sự biến dạng, nứt, cong queo, biến đổi độ xốp Sự thay đổi hệ keo do pha rắn (protein, tinh bột, đường, ) bị biến tính thuộc về những biến đổi hóa lý. Những biến đổi hóa sinh trong quá trình sấy là những phản ứng tạo thành melanoidin, caramen, những phản ứng ôxy hóa và polyme hóa các hợp chất polifenol, 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 axit ascobic và caroten bị tổn thất là do quá trình ôxy 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: 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. -10- [...]... -14- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨMGVHD: ĐÀO THANH KHÊ c Chỉ tiêu vi sinh vật - côn trùng Lượng vi sinh vật tính bằng số tế bào/g sản phẩm 1.2.5 Công nghệ sấy chuối quả Ta lựa chọn công nghệ sấy là công nghệ sấy buồng vì phù hợp với tính chất của vật liệu sấy và yêu cầu về năng suất không quá lớn nên lựa chọn công nghệ sấy buồng là hợp lý cả về yêu cầu công nghệ với hiệu quả kinh tế, với tác nhân sấy. .. của phòng sấy -31- ( N/m2) ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨMGVHD: ĐÀO THANH KHÊ Ta có thể chọn ∆P8 = 1000 (N/m2) i.Tổng trở lực của hệ thống Hp = P1 +….+P8 = 32936,025 (N/m2) KẾT LUẬN Hệ thống sấy chuối bằng phương pháp sấy buồng có năng suất không cao (500kg sản phẩm khô/h) nên sau khi tính toán, kich thước thiết bị cũng như một vài thông số tính toán cũng chưa phù hợp với các thông số thiết bị trên... chất dẻo hoặc kết hợp nhiều màng -16- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨMGVHD: ĐÀO THANH KHÊ Hình 1.3 Chuối sấy thành phẩm CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY 2.1 Lựa chọn phương pháp và chế độ sấy 2.1.1 Lựa chọn phương pháp sấy Do sản phẩm sấy là chuối quả và được dùng làm thực phẩm cho con người nên phải đảm bảo yêu cầu vệ sinh Do đó ta sử dụng phương pháp sấy dùng không khí làm tác nhân sấy Với yêu cầu... khi tiếp xúc với nguyên liệu sẽ truyền nhiệt cho nguyên liệu để ẩm bốc hơi, đồng thời do không khí có độ ẩm tương đối thấp nên chênh lệch phân áp suất hơi ở bề mặt và không khí đủ lớn làm cho ẩm thoát ra dễ dàng Buồng sấy là không gian thực hiện quá trình sấy khô vật liệu Đây là bộ phân quan trọng nhất của hệ thống sấy Tùy theo phương pháp sấy, loại thiết bị sấy mà buồng sấy có -18- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ... KHÊ 2.1.3 Sơ đồ công nghệ của hệ thống sấy Tổng hợp các yêu cầu trên về hệ thống, ta đưa ra được sơ đồ hệ thống đáp ứng được các yêu cầu trên sau: Hơi nước bão hòa Vật liệu ẩm (VLÂ G1-W1) Quạt cấp không khí ngoài trời (t0;φ0) Buồng (t1;φ1) (t2;φ2) thải ra ngoài sấy o t0=27 C; φ0=80% Vật liệu Caloriphe Lọc bụi Khí-hơi khô (VLK G2-W2) Nước ngưng Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ của quá trình sấy 2.1.4 Thuyết... liệu sấy là chuối và năng suất sấy không quá lớn chỉ dùng ở mức trung bình nên ta lựa chọn công nghệ sấy buồng kiểu đối lưu cưỡng bức dùng quạt thổi Không khí ngoài trời được lọc sơ bộ rồi qua Caloriphe khí – hơi Không khí được gia nhiệt lên đến nhiệt độ thích hợp và có độ ẩm tương đối thấp được quạt thổi vào buồng sấy Trong không gian buồng sấy không khí khô được thực hiện việc trao nhiệt - ẩm với. .. pháp sấy chuối này, ta thiết kế buồng hình chữ nhật, trong đó là các xe goòng, vật liệu được đặt trên các khay đặt thành tầng trên các xe Các xe được đẩy vào buồng sấy bằng thủ công Sau khi sấy xong, sản phẩm được lấy ra từ các xe goòng này Không khí sau khi sấy xong được quạt hút hút khí thải ra ngoài môi trường 2.2 Tính cân bằng vật chất cho quá trình sấy − − + + + + + Năng suất sấy của thiết bị sấy. .. vật liệu sấy là quả chuối làm cho độ ẩm tương đối của không khí tăng lên, đồng thời làm hơi nước trong vật liệu sấy được rút ra ngoài Không khí này sau đó được thải ra ngoài môi trường 2.1.2 Lựa chọn chế độ sấy Với hệ thống sấy là buồng và vật liệu sấy là Chuối quả Ta sẽ gia nhiệt cho không khí lên đến nhiệt độ t1 = 80oC (lựa chọn theo yêu cầu công nghệ) Nhiệt độ của không khí ra khỏi buồng sấy là t2... tài liệu về sấy chuối cũng chưa thật rõ ràng để sinh viên có thể tính toán hết mọi thông số của hệ thống Việc thiết kế, tính toán các hệ thống sấy phụ thuộc rất nhiều vào các số liệu thực nghiệm như các số liệu ẩm độ ban đầu, đường cong giảm ẩm, đường cong tốc độ sấy, … Tuy nhiên, do điều kiện không cho phép nên trong phạm vi đồ án này không thể thực hiện thí nghiệm thực tế trên nguyên liệu chuối Do đó,... sấy là t2 = 38oC (tính toán dựa trên giản đồ Ramdzim) Trong hệ thống sấy đối lưu, tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi là rất lớn Đồng thời, sản phẩm sau khi sấy được dùng làm thực phẩm cho con người nên yêu cầu chất lượng khá cao Do vậy, không khí sử dụng làm tác nhân sấy yêu cầu phải sạch nên ta bố trí thêm hệ thống lọc bụi trước khi cho không khí vào caloriphe -17- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC . THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI H C CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN H C PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨM THIẾT KẾ H THỐNG SẤY BUỒNG DÙNG SẤY CHUỐI VỚI NĂNG SUẤT 500Kg/ h GVHD: Th.S ĐÀO THANH. thực hiện một quá trình sấy cụ thể nào đó là một h thống sấy. Buồng sấy là một trong những h thống sấy đối lưu thông dụng nhất. Nếu h thống sấy buồng là h thống sấy từng mẻ, năng suất không. THỰC PHẨMGVHD: ĐÀO THANH KHÊ H^ nh 1.3. Chuối sấy thành phẩm CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY 2.1. Lựa chọn phương pháp và chế độ sấy 2.1.1. Lựa chọn phương pháp sấy Do sản phẩm sấy là chuối quả