Đồ án quá trình và thiết bị Hầm sấy chuối

Thực phẩm đối với con ngƣời là vô cùng quan trọng, nó giúp chúng ta có thể sống, tồn tại và phát triển. Ở Việt Nam, nền công nghiệp thực phẩm cũng ngày càng phát triển hoàn thiện về chất lƣợng và mẫu mã. Để cho nông sản, thực phẩm đạt đƣợc chất lƣợng tốt, vẫn giữ đƣợc các chất dinh dƣỡng cần, ngƣời ta sử dụng các phƣơng pháp chế biến và bảo quản thích hợp tƣơng ứng nhƣ : làm đông lạnh, sấy khô…Các phƣơng pháp này chủ yếu là làm giảm lƣợng nƣớc trong sản phẩm để làm giảm sự phát triển của vi sinh vật.

Page 1

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

Chương I: Chọn và thuyết minh qui trình công nghệ 4

1.1 Định nghĩa sấy 4

1.2 Phân loại 4

1.3 Nguồn gốc của chuối 4

1.4 Phân loại chuối ở Việt Nam 4

1.5 Thành phần hóa học của chuối 5

1.6 Các nhân tố ảnh hưởng đến chuối trong quá trình sấy 5

1.7 Chọn thiết bị phù hợp 5

Chương II Phân tích, lựa chọn phương pháp, dạng chế độ sấy 6

2.1 Lượng ẩm bay hơi tính theo giờ 6

2.2 Lựa chọn phương pháp sấy 6

2.3 Chọn chế độ sấy 6

2.4 Sơ đồ công nghệ hệ thống sấy 7

Chương III Tính toán cân bằng vật chất và năng lượng 8

3.1 Các thông số của không khí trong hệ thống 8

3.2 Biểu diễn các thông số trạng thái của TNS lên đồ thị I-d 10

3.3 Tính toán thời gian sấy 10

3.4 Xác định kích thước thiết bị sấy ( xe, khay, hầm sấy) 12

3.5 Tính toán nhiệt hầm sấy 14

3.6 Tính toán quá trình sấy thực 17

3.7 Biễu diễn các thông số trạng thái của TNS trên đồ thị I-d 21

Chương IV: Tính toán các thiết bị phụ thiết kế calorifer-chọn quạt-chọn nồi hơi 22

4.1 Tính toán thiết kế calorife 22

4.2 Tính toán chọn quạt 28

Page 2

4.3 Chọn nồi hơi: 34

4.4 Chọn tời kéo mặt đất: 35

Chương V: Kết Luận 36

Chương VI: Tài liệu tham khảo 37

để làm giảm sự phát triển của vi sinh vật

Trong công nghiệp thực phẩm, sử dụng hầm sấy là một trong những hệ thống sấy thông dụng với năng suất lớn, có thể sấy liên tục hoặc bán liên tục.và đạt hiệu quả kinh tế cao, thuận tiện khi vận hành

Trong đợt thực hiện đồ án môn học lần này, được phân công làm thiết bị sấy,

em xin được trình bày về thiết kế hệ thống sấy chuối bằng hầm sấy với năng suất 100kg/h Hệ thống được lắp đặt tại tp Hồ Chí Minh với nhiệt độ không khí và độ

ẩm trung bình trong năm là t=27,2o

C, =77%

Với sự hướng dẫn của thầy Trần Tấn Việt đến nay em đã hoàn thành đồ án này Tuy nhiên với kiến thức còn hạn chế và thiếu nhiều kinh nghiệm thực tế nên quá trình tính toán và lựa chọn thông số không tránh khỏi sai sót Em mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn quan tâm

Em xin chân thành cảm ơn!

TP,Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 12 năm 2014

NGUYỄN VĂN QUỐC

Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy rất khác nhau nên có nhiều kiểu thiết

bị sấy khác nhau, vì vậy cũng có nhiều cách phân loại thiết bị sấy:

 Dựa vào TNS: thiết bí sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấy bằng khói lò, sấy thăng hoa, sấy bằng tia hồng ngoại, bằng dòng điện cao tầng

 Dựa vào áp suất làm việc : thiết bị sấy chân không, sấy ở áp suất thường

 Dựa vào phương thức làm việc : sấy liên tục hay gián đoạn

 Dựa và cấu tạo thiết bị : phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấy phun…

Theo truyền thuyết, cây chuối được cho là xuất phát từ vườn của enden nên có

tên là Musa paradise , tên này được gọi cho đến khi những người của bộ tộc

African Congo gọi bằng “banana” Chuối là cây trồng nhiệt đới được trồng ở Ấn

Độ, Trung Quốc, Việt Nam và các nước Đông Phi, Tây Phi, Mĩ Latinh…Các loại chuối hoang dại được tìm thấy nhiều ở các nước Đông Nam Á, do đó có thể cho rằng Đông Nam Á là quê hương của chuối

Chuối được trồng khắp các vùng trên đất nước ta, tuy nhiên chất lượng và sản lượng chuối ở miền Nam có phần cao hơn so với miền Trung và miền Bắc, do điều kiện khí hậu miền Nam nóng ẩm phù hợp cho sự phát triển của chuối Có nhiều giống chuối chúng thường được phân biệt dựa vào hình dạng cây chuối

Page 5

Chuối là loại trái cây giàu chất dinh dưỡng Trái chuối chín chứa 70-80% nước, 20-30% chất khô, chủ yếu là đường khử chiếm 55% Hàm lượng protein thấp (1-1,8%) gồm 17 acid amin, chủ yếu là histidin Lipid không đáng kể Acid hữu cơ trong chuối chỉ chiếm vào khoảng 0,2%, chủ yếu là acid malic và oxalic, vì thế chuối có độ chua dịu Chuối ít vitamin (carotene, vitamin B1, C, acid folic, inositol) nhưng hàm lượng cân đối, ngoài ra còn có muối khoáng, pectin và hợp chất polyphenol

Sấy chuối là một quá trình làm biến đổi hóa sinh, hóa lý, cấu trúc cơ học, và các biến đổi bất lợi khác ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm

 Biến đổi cơ học: lát chuối bị nứt, cong queo, biến đổi độ xốp…

 Biến đổi hóa lý : sự thay đổi hệ keo do pha rắn (như protein, tinh bột, đường ) bị biến tính

 Biến đổi hóa sinh : Những phản ứng oxi hóa, polyme hóa các hợp chất; phản ứng phân hủy vitamin và biến đổi màu

Nhiệt độ sấy càng cao thì tốc độ sấy càng nhanh, quá trình có hiệu quả cao Nhưng không thể sử dụng nhiệt độ sấy cao cho chuối vì quả chuối chịu nhiệt kém Trong môi trường ẩm, nếu nhiệt độ cao hơn 600C thì protein đã bị biến tính, trên

900C thì đường bị caramen hóa, các phản ứng melanoidin, polyme hóa hợp chất cao phân tử xảy ra mạnh Còn ở nhiệt độ cao hơn nữa chuối có thể bị cháy Vì vậy để sấy chuối nhiệt độ sấy không quá cao

Để tránh, làm giảm hoặc làm chậm các biến đổi ấy, cũng như tạo điều kiện ẩm thoát ra khỏi chuối dể dàng ,đòi hỏi phải chọn thiết bị, phải có chế độ sấy thích hợp

Page 6

Chương II Phân tích, lựa chọn phương pháp, dạng chế độ sấy

2.1 Lượng ẩm bay hơi tính theo giờ

Với nguyên liệu là chuối đưa vào hệ thống sấy có độ ẩm 1=75% và yêu cầu của sản phẩm sau sấy là  2=15%

 Khối lượng vật liệu vào thiết bị: G1=100 kg/h

 Khối lượng vật liệu sau sấy:

 Tính lượng ẩm bốc hơi trong một giờ:

W=G1-G2=100-29,412=70,588 kg/h

Để đảm bảo hiệu quả về truyền nhiệt ta sử dụng không khí nóng đi ngược chiều với vật liệu sấy(VLS) làm tác nhân sấy (TNS) Với yêu cầu cầu là chuối và năng suất sấy không quá lớn chỉ dừng ở mức trung bình nên ta chọn sấy hầm không hồi lưu

Không khí ngoài trời được lọc sơ bộ rồi qua calorife khí- hơi Không khí được gia nhiệt đến nhiệt độ thích hợp và có độ ẩm tương đối thấp được quạt thổi vào buồng sấy Trong buồng không khí khô thực hiện việc trao đổi nhiệt-ẩm với VLS là chuối tươi làm cho độ ẩm tương đối của không khí tăng lên , đồng thời làm hơi nước trong VLS được rút ra ngoài Sau đó được thải ra môi trường

Với hệ thống hấm sấy và VLS là Chuối có thể chịu được nhiệt độ trên dưới

90oC Ta sẽ chọn nhiệt độ TNS vào hầm là t1=90oC; nhiệt độ không khí ra khỏi hầm sấy là t2=38oC( lựa chọn tránh hiện tượng đọng sương ở 35oC)

Page 7

Hình 2.1: sơ đồ công nghệ của hệ thống

Page 8

Chương III Tính toán cân bằng vật chất và năng lượng

 Entanpi của không khí ra calorife [2, 29]

I1= Cpkt1 + d1(r + Cpat1)=1.90 +0,0178(2493 + 1,97.90)=137,902kJ/kgkkk

Trong đó :

Cpk nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk=1 kJ/kg.độ

Cpa nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa =1,97 kJ/kg.độ

r nhiệt ẩn hóa hơi, r=2493 kJ/kg

745 0, 0178

Page 9

t2 = 380C

 Hàm ẩm[2, 29]

20 2 20

745 0, 0384

Page 10

Vo=0,5(VB+VCo)=0,5(3629,8774+3220,5138)= 3425,1506 m3/h

Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn quá trình sấy lý thuyết

Chuối được cắt thành từng lát có đường kính khoảng dc=30mm, dày hc=3mm, khối lượng riêng c=977kg/m3

Giả sử vận tốc sấy là w=0,44 m/s (thử lại sau)

 Diện tích xung quanh lát chuối:

G S

1

kJ h

2

1193, 013

0,506 / 2358

b b

kJ

kJ r

Độ ẩm đầu 1=75%, độ ẩm kết thúc giai đoạn sấy không đổi k1=35%

 Thời gian sấy giai đoạn tốc độ sấy không đổi 

k

h N





 Thời gian sấy =2)=2(0,98+1,27) 4,5 h

Ta có =4,5h là thời gian lưu vật liệu trong hầm sấy ; *=16h là thời gian hệ thống

sấy làm việc liên tục trong 1 ngày

Để đáp ứng yêu cầu về năng suất , thiết bị ta lựa chọn là hầm sấy VLS là lát chuối được xếp kín lên khay ( không chồng nhau), xếp lên xe gòong để đẩy vào hầm sấy Sau khi sấy xong thì mở cửa hầm và đẩy xe gòong ra ngoài

Diện tích mỗi lát chuối : 3,14.302/4=706,5 mm2

Khối lượng chuối có thể xếp lên mỗi khay : 1500000.6 0,9 9171 9

Trung bình ta chọn trên mỗi khay sấy cho phép chất 9 kg nguyên liệu

 Kích thước xe gòong

Page 13

Chọn xe gòong được chế tạo có kích thước (LxBxH) 1050x1250x1650 mm, khối lượng 24kg/xe Mỗi xe đặt 15 khay Như vậy khối lượng VLS của một xe bằng :

x

kg h

 Tổn thất do xe gòong mang đi

Xe gòong làm bằng inox 304 có khối lƣợng mỗi xe bằng 24kg nhiệt dung riêng của thép bằng Cx=0,42 kJ/kgK Vì chuyển động ngƣợc chiều dòng khí nên nhiệt độ

xe gòong ra khỏi hầm sấy lấy bằng nhiệt độ tác nhân, tx2=90oC

 Tổn thất khay sấy mang đi

Khay làm bằng inox có khối lƣợng mỗi khay 2,66kg Nhiệt độ của khay ra khỏi hầm sấy cũng lấy bằng nhiệt độ tác nhân, nghĩa là tk2=t1=900C

Lớp bông khoáng dày mm, có hệ số dẫn nhiệt =0,036 W/mK

Nhiệt độ mặt trong của hầm sấy tw1=85,36oC

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa TNS với mặt trong tường hầm sấy =41,9484 W/m2K

Nhiệt độ mặt ngoài của tường hầm sấy tw3=31,74oC

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên giữa mặt ngoài của tường hầm sấy với không khí ngoài trời =2,86 W/m2K

 Hệ số truyền nhiệt :

Page 16

2 1

Lớp bông khoáng dày mm, có hệ số dẫn nhiệt =0,036 W/mK

Lớp bê tông chiều dày mmcó hệ số dẫn nhiệt =1,55 W/mK

Tổn thất của trần sẽ được tính như tổn thất tường bên với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tăng 30% [2, 142] tr=1,32=3,718 W/m2K

 Hệ số truyền nhiệt tính cho trần bằng:

Lớp bông khoáng dày mm, có hệ số dẫn nhiệt =0,036 W/mK

Cửa làm bằng thép dày =5mm, có hệ số dẫn nhiệt =0,5 W/mK

 Do có ở 2 đầu nên hệ số truyền nhiệt kc bằng:

kJ

C

kg C kgam

745 0, 0379

(0, 622 ) 0, 0657(0, 622 0, 0379)

t t

Page 19

2 0

70, 588 W

Bảng 3.3: Cân bằng nhiệt của hệ thống sấy Nhận xét: hiệu suất nhiệt của thiết bị sấy T=75,58%

Trong tất cả các tổn thất thì tổn thất do TNS mang đi là lớn nhất, còn các tổn thất còn lại chiểm không đáng kể tổng tổn thất vì vậy khi tính toán thức tế ta có thể lấy gần đúng tổng tổn thất này vào khoảng 10%, từ đó đơn giản việc tính toán rất nhiều

Kiểm tra giả thiết về tốc độ TNS trong hầm sấy:

Với t2=38oC và =86,76%

Tra phụ lục 5 ta có: vc=0,966 m3 /kg kkk

vb=1,082 m3 /kg kkk

Page 21

Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn quá trình sấy thực

Page 22

Chương IV: Tính toán các thiết bị phụ thiết kế calorife-chọn

quạt-chọn nồi hơi

được công suất nhiệt calorifer Coi hiệu suất của calorifer là 90% ( 10% là tổn thất như bám bụi bẩn, lâu ngày bị ăn mòn…), do vậy công suất nhiệt mà hơi nước cần cung cấp là:

tlog giữa hơi nước ngưng trong ống với không khí chuyển động ngoài ống được biểu diễn trên đồ thị:

Hình 4.1 : Đồ thị độ chênh lệch nhiệt độ Nồi hơi có áp suất làm việc p=2,5kg/cm2 ; nhiệt độ hơi bão hòa tN=138oC

tN=138oC

Page 23

 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình tlog:

 Hệ số trao đổi nhiệt với diện tích bề mặt ngoài có cánh[4, 226] :

 : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống

n: hệ số trao đổi nhiệt khi ngưng của hơi nước

k: hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của không khí

d  mmống xếp so le , bước ống S1=1,8d2=50mm Cánh được làm đồng có hệ số dẫn nhiệt là c=110W/mK

Chiều dày cánh là c=1mm Đường kính cánh là dc=49mm Bước cánh là Sc=2mm

log

1 2

110,8 48

75, 072 110,8

ln ln

48

t t

 Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ

n: hệ số trao đổi nhiệt đối lưu khi ngưng của hơi nước với bề mặt trong của ống xác định qua biểu thức sau[1,210]:

Với hơi nươc bão hòa ngưng ở nhiệt độ tN=120oC

Các thông số vật lý của nước ngưng bão hòa như sau:



W/m.K kg/m3

: là tốc độ không khí vào calorife =4 m/s  m/s

Với nhiệt độ trung bình không khí đi qua calorife: t kk  0,5(27,2+90)=58,6o

Khi Re>103:Chuẩn số Nu [3, 201]: Nu=0.216Re0.6 =86,38

Hệ số tính đến ảnh hưởng của góc đập giữa dòng và trục ống tra được =0,9

n

W m K n

Kiểm tra lại tN=2,5K phải thỏa mãn ttnên :

2 2 1

85, 296.58, 6

2, 6 5278,342

Sai lệch là 0,1 không nhiều nên ta chấp nhận kết quả trên

 Hệ số trao đổi nhiệt với diện tích mặt ngoài có cánh tính riêng cho 1m2 bề mặt truyền nhiệt là:

Trên 1 dãy cần 9 ống, nên ta tính đƣợc chiều rộng calorifer:

m là số hàng ống , m=6

là tốc độ không khí qua khe hẹp calorifer, 17,39m/s

là khối lƣợng riêng của không khí, kg/m3

Vận tốc không khí trong hầm sấy: v6=v7=0,4466 m/s

Vận tốc các chặng còn lại tính dựa vào phương trình lưu lượng vxSx=vySy

túi bụi bằng vài polyester có trở lực khoảng p2=1400N/m2

a

5,5Kw 380V 4000-5000 m3/h 230-180 mm H2O Trực tiếp Thép CT3, Inox

380 mm

5000 vòng/phút

Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật quạt

Với công suất nhiệt của calorife là Qc=252127,711 kJ/h

Ta tính được lưu lượng hơi cần thiết:

252127, 711

143, 25 / 0,8 2200

c c

Bảng 4.5: Thông số kỹ thuật nồi hơi

Hình 4.7: Quạt ly tâm trung áp

Page 35

Khối lƣợng mỗi xe khi chứa đầy VLS là gần 200kg

Khi kéo cần kéo cả thảy là 19 chiếc  tải trọng 3800kg

Chọn loại tời có các thông số nhƣ sau của “công ty cổ phẩn đầu tƣ và phát truyển công nghiệp Việt Nam”

Bảng 4.6 : Thông số kĩ thuật tời kéo cuốn cáp

Page 36

Chương V: Kết Luận

Sau khi tính toán và thiết kế chi tiết, hệ thống sấy hầm với qui trình công nghệ đơn giản, dễ vận hành hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu về năng suất nhập liệu 100kg/h và đạt lượng ẩm qui định Và một vài thông số như:

Hiệu suất nhiệt của hầm sấy cũng khá cao 75,58%

Thời gian để kéo 1 chiếc xe ra khỏi hầm sấy là 18,5 phút

Cho thấy hệ thống sấy hoạt động liên tục đạt hiệu quả cao về kinh tế và năng suất Bên cạnh đó, việc các thiết bị được lựa chọn đều được tính dư có thể đảm bảo được điều kiện vận hành, thay đổi

Page 37

Chương VI: Tài liệu tham khảo

[1] Võ Văn Bang-Vũ Bá Minh, Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm tập 3- Truyền Khối, NXB Đại học quốc gia T.P Hồ Chí Minh,2009 [2] Trần Văn Phú, Tính toán và thiết kế hệ thống sấy, NXB Giáo Dục Việt Nam [3] Trần Văn Phú, Giáo trình kỹ thuật nhiệt, NXB Giáo Dục Việt Nam,2011 [4] Phạm Văn Bôn (chủ biên)-Nguyễn Đình Thọ, Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm- tập 5 Quá trình và thiết bị truyền nhiệt- quyển 1 truyền nhiệt ổn định, NXB Đại học quốc gia T.P Hồ Chí Minh,2006

[5] Trịnh Văn Dũng, Ứng dụng tin học trong công nghệ hóa học-thực phẩm,

NXB Đại học quốc gia T.P Hồ Chí Minh

[6] Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1&2, NXB Khoa học và

kỹ thuật,2005

[7] Catalog quạt ly tâm Phương Linh

[8] Catalog nồi hơi Đông Anh

[9] Catalog tời kéo cuốn cáp