thiết kế hệ thống sấy khay 2 tầng dùng để sấy chuối năng suất 300kg nguyên liệuh

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Thiết kế hệ thống sấy khay tầng dùng để sấy chuối suất 300kg nguyên liệu/h Tp.HCM, tháng 12 năm 2015 GVHD: ĐÀO Thanh khê | [School] ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: ĐÀO THANH KHÊ ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần nông nghiệp nước ta đạt nhiều thành tựu to lớn Ngoài việc đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nội địa, nước ta bắt đầu xuất nông sản với chế phẩm Do việc ứng dụng cơng nghệ đóng vai trị quan trọng Trong cơng nghệ sấy khâu quan trọng công nghệ sau thu hoạch, chế biến bảo quản nơng sản Sấy q trình cơng nghệ sử dụng nhiều ngành công nông nghiệp Q trình sấy khơng q trình tách nước nước khỏi vật liệu cách đơn mà q trình cơng nghệ Nố địi hỏi sau sấy vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn lượng chi phí vận hành thấp Để thực trình sấy người ta sử dụng hệ thống gồm nhiều thiết bị thiết bị sấy ( hầm sấy, tháp sấy, thùng sấy …) Thiết bị đốt nóng tác nhân (caloriphe) thiết bị làm lạnh để làm khô tác nhân, quạt, bơm số thiết bị phụ hầm đốt, cyclon, … Chúng ta gọi hệ thống thiết bị thực trình sấy cụ thể đố hệ thống sấy Sấy nông sản quy trình cơng nghệ phức tạp Nó thực thiết bị sấy khác Ứng với loại nơng sản ta cần chọn chế độ sấy thích hợp nhằm đạt suất cao, chất lượng sản phẩm sấy tốt tiết kiệm lượng Trong đồ án chúng em giao thiết kế hệ thống sấy dùng cho việc sấy sản phẩm chuối chín Với nhiệm vụ chúng em lựa chọn cơng nghệ sấy khay hai tầng Hệ thống sấy khay hai tầng giống hệ thống sấy buồng, hệ thông sấy gián đoạn Do đó, so với hệ thống sấy hầm hệ thống sấy khay hai tầng thường nhỏ Tuy nhiên, đặc biệt thích hợp cần sấy nhiều loại vật liệu với suất không lớn không cần sản xuất liên tục Hệ thống lắp đặt thành phố Hồ Chí Minh GVHD: ĐÀO THANH KHÊ ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM Đây lần thiết kế đồ án sấy nên q trình thiết kết cịn nhiều sai sót, kính mong thầy thơng cảm góp ý để đồ án chúng em hoàn thiện Nhân tiện chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Đào Thanh Khê tận tình giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án GVHD: ĐÀO THANH KHÊ ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM Mục lục CHƯƠNG I TỔNG QUAN Giới thiệu nguyên liệu chuối 1.1 Các loại chuối Việt Nam Chuối có nhiều loại có loại chính: − Chuối tiêu ( cịn gọi chuối già ) − Chuối goòng ( gọi chuối tây, chuối sứ, chuối Xiêm ) − Chuối bom 1.2 Cấu tạo chuối GVHD: ĐÀO THANH KHÊ ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM 1.3 Đặc điểm chuối Chuối loại dài, vỏ nhẵn có quanh năm Chuối có nguồn gốc từ Malaysia Loại trái bắt đầu trở nên phổ biến giới từ kỷ 20 phát triển tốt nơi có khí hậu nhiệt đới Chúng ta thưởng thức loại cách ăn trực tiếp chín, chế biến thành nhiều ăn hấp dẫn khác từ chuối, chẳng hạn bánh chuối, salad hoa quả, … Chuối có nhiều màu sắc kích cỡ khác Khi chín, chuối có màu vàng, màu đỏ sẫm, màu tía (hay màu trứng quốc) Có tất 50 loại chuối khác giới Đặc điểm chung hình dạng chuối chuối gắn kết với thành buồng, buồng chia thành nhiều nải, nải có khoảng từ 10 đến 20 Chuối tốt có nhiều cơng dụng, đặc biệt chuối chín Khi chín, tinh bột có chuối chuyển hóa thành đường tự nhiên, chuối chín thường có vị dịu thơm 1.4 Giá trị dinh dưỡng chuối GVHD: ĐÀO THANH KHÊ ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM Thành phần hóa học chuối Gồm chất: Nướ Đườn Sacaroz Axit Tinh Prôti Axit c g khử a hữu bột t 76,3 14,18 2,35 0,32 Lipi Tani amin t n Vitami Tr n (mg o %) 3,29 0,92 0,08 Bảng 1.1 Thành phần hóa học chuối 1,13 0,06 0,565 0,7 Chuối chứa lượng lớn protein hyđrat-cacbon Trong chuối bao số loại đường khác đường glucozo, đường lactoza, đường mantoza, đường galactoze, đường sucrơza (đường mía), đường fructoza, tinh bột Chuối giàu loại vitamin Vitamin A, C,E, Vitamin B2, sinh tố R, dưỡng chất niacin, Vitamin B12 số khoáng chất sắt, canxi, magiê, photpho, kẽm florua Ngồi cịn có axit amin thiết yếu chất tryptophan, lizin, leuxin, glyxin, khống chất acginin… có thành phần chuối Trong chuối, chứa trung bình lượng calo 100 đến 125 calo Có thể nói, chuối loại tốt cho sức khỏe loại thực phẩm giàu lượng 1.5 Công dụng chuối Chuối dùng phương thuốc chữa bệnh hiệu Hơn nữa, chúng có chứa lượng đường cao nên xem loại thực phẩm giàu lượng Với giá trị dinh dưỡng thiết yếu, loại hoa mang lại số lợi ích cho sức khỏe Chuối tốt việc cải thiện hệ tiêu hóa khơi phục chức hoạt động ruột Chuối giúp ích giảm thiểu bị táo bón Trong trường hợp bị tiêu chảy, thể lượng chất điện giải quan trọng, ăn chuối giúp thể khôi phục lại chất điện giải, chuối có chứa lượng kali cao GVHD: ĐÀO THANH KHÊ ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM Axit béo có chuối xanh giúp nuôi dưỡng tế bào niêm mạc dày Những tế bào có hữu ích việc hấp thụ canxi cách hiệu quả, cần thiết cho phát triển khỏe mạnh hệ xương Chất amino acid tryptophan có chuối chuyển đổi thành chất serotonin, giúp giảm thiểu triệu chứng trầm cảm cải thiện tâm trạng Như vậy, chuối phương thuốc tốt nhằm giàm căng thẳng tình trạng bị stress Ăn chuối thường xuyên giúp giảm nguy thối hóa điểm vàng, ngun nhân gây giảm thị lực người cao tuổi Do chứa hàm lượng kali cao lượng natri thấp, nên chuối lựa chọn thích hợp để giảm thiểu nguy bị huyết áp cao đột quỵ Chuối giàu hợp chất phenolic giúp chống lão hóa, ăn chuối thường xun cịn giúp ngăn ngừa nguy ung thư thận Do hàm lượng sắt cao nên chuối giúp tăng thành phần hemoglobin máu giảm thiểu bệnh thiếu máu 1.6 Tính chất vật lý 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 chuối: Đường kính: – cm − Dài :8 – 20 cm − Khối lượng : 50 – 200 gr − Độ ẩm vật liệu sấy: + Độ ẩm chuối trước đưa vào sấy: ω1 = 75 – 80 % + Độ ẩm chuối sau sấy : ω2 =15 – 20 % − Nhiệt độ sấy cho phép: t = (60 ÷ 90) C Giới thiệu chung trình sấy chuối 2.1 Định nghĩa trình sấy chuối GVHD: ĐÀO THANH KHÊ ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM Sấy chuối trình trao đổi nhiệt ẩm pha khí (tác nhân sấy) pha rắn (chuối) vô phức tạp Hiệu trình phụ thuộc nhiều yếu tố nhiệt độ, tốc độ, độ ẩm, áp suất tác nhân sấy, chất kích thước chuối − 2.2 Phân loại trình sấy Người ta phân biệt loại: Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân nắng, gió Phương pháp thời gian sấy dài, tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh độ ẩm cuối vật liệu lớn, − phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu Sấy nhân tạo: trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa phải dùng đến tác nhân sấy khói lị, khơng khí nóng, q nhiệt…và hút khỏi thiết bị sấy xong Quá trình sấy nhanh, dễ điều khiển triệt để sấy tự nhiên Nếu phân loại phương pháp sấy nhân tạo, ta có: − Phân loại theo phương thức truyền nhiệt: + Phương pháp sấy đối lưu: nguồn nhiệt cung cấp cho q trình sấy nhiệt truyền từ mơi chất sấy đến vật liệu sấy cách truyền nhiệt đối lưu Đây phương pháp dùng rộng rãi cho sấy hoa sấy hạt + Phương pháp sấy xạ: nguồn nhiệt cung cấp cho trình sấy thực xạ từ bề mặt đến vật sấy, dùng xạ thường, xạ hồng ngoại + Phương pháp sấy tiếp xúc: nguồn cung cấp nhiệt cho vật sấy cách cho tiếp xúc trực tiếp vật sấy với bề mặt nguồn nhiệt + Phương pháp sấy điện trường dòng cao tầng: nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần vật sấy làm vật nóng lên + Phương pháp sấy thăng hoa: thực làm lạnh vật sấy đồng thời hút chân không vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa nước, nước khỏi vật sấy nhờ q trình thăng hoa GVHD: ĐÀO THANH KHÊ ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM + Phương pháp sấy tầng sôi: nguồn nhiệt từ khơng khí nóng nhờ quạt thổi vào buồng sấy đủ mạnh làm sôi lớp hạt, sau thời gian định, hạt khơ tháo ngồi + Phương pháp sấy phun: dùng để sấy sản phẩm dạng lỏng + Bức xạ: dẫn truyền nhiệt 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 chuyển động qua buồng sấy nhiều lần, đến − hoàn tất tháo Sấy liên tục: vật liệu cung cấp liên tục chuyển động vật liệu ẩm qua buồng sấy xảy liên tục Phân loại theo chuyển động tương đối dịng khí vật liệu ẩm: − Loại thổi qua bề mặt − Loại thổi xun vng góc với vật liệu 2.3 Nhân tố ảnh hưởng đến trình sấy chuối Trong trình sấy chuối xảy loạt biến đổi hóa sinh, hóa lý, cấu trúc học biến đổi bất lợi khác, làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm 2.3.1 Những biến đổi học Bao gồm biến dạng, nứt, cong queo, biến đổi độ xốp 2.3.2 Những biến đổi hóa lý Sự thay đổi hệ keo pha rắn (protein, tinh bột, đường, ) bị biến tính thuộc biến đổi hóa lý 2.3.3 Những biến đổi hóa sinh Những biến đổi hóa sinh q trình sấy phản ứng tạo thành melanoidin, caramen, phản ứng ơxy hóa polyme hóa hợp chất polifenol, phân hủy vitamin biến đổi chất màu Hàm lượng vitamin chuối sấy thường thấp chuối tươi chúng bị phá hủy phần trình sấy xử lý trước sấy Trong vitamin axit ascobic caroten bị tổn thất q trình ơxy hóa Riboflavin nhạy cảm với ánh sáng, thiamin bị phá hủy nhiệt sunfit hóa GVHD: ĐÀO THANH KHÊ 10 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM - Chiều cao ống : H = 0,8 (m) Chiều dày thành ống:  Chọn cánh làm đồng có hệ số dẫn nhiệt - - - Chiều dày cánh : = 0,001 (m) Đường kính cánh : D = 1,3 D2 = 1,3 0,034 = 0.044 (m) Bước ống ta lấy : S1= 0,05 (m) Khoảng cách cánh: 0,005 (m) Bước cánh là: S2 = 0,005 + 0,001 = 0,006 (m) Bề ngang cánh loe : = (m) = (mm) Số cánh ống: m = Tống chiều dài cánh ống: l = m Chiều dài phần ống không gân: L = H – l = 0,8 – 0,133 = 0,667 (m) b Tính tốn caloriphe: Diện tích xung quanh ống phần khơng cánh: F1 = (m2) Diện tích mặt đứng tổng số gân ống: F1’ = (m2) Diện tích mặt mặt cánh ống: F2’ = ( D2 – D22 ) m = (m2) Tổng diện tích bề mặt tất gân: F2 = F1’ + F2’ = (m2) Tổng diện tích mặt ống: Fn = F1 + F2 - F1’ = (m2) Tổng diện tích mặt ống: Ftr = (m2) c Tính vận tốc thực tế khơng khí caloriphe: Chọn số ống xếp hàng ngang caloriphe n1 = 10 ống, xếp sole Chiều rộng caloriphe: Rc = S1 ( n1 – 1) + 2.lđ (với 2.lđ chiều dài lấy thêm đầu caloriphe: 2.lđ = 0,01 (m))  Rc = 0,05 ( 10 – 1) + 0,01 = 0,46 (m) Tiết diện ngang caloriphe: Ftự = F – Fcản Trong đó: + Fcản = Fcánh cản + Fống cản (tính theo mặt cắt ngang) Fcánh cản = D.l.n1 = 0,044 0,133 10 = 0,198 (m2) Fống cản = D2 (H – l) n1 = 0,034 (0,8 – 0,133) 10 = 0,045 (m2)  Ftự = F – Fcản = Rc H – ( Fcánh cản + Fống cản) = 0,46 0,8 – ( 0,198 + 0,045) = 0,462 (m2) Vận tốc thực tế khơng khí caloriphe: GVHD: ĐÀO THANH KHÊ 25 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM = Trong đó: (m3/h) = 2,089 (m3/s) ( Ta có nhiệt độ trung bình khơng khí: tf1= (tv + tr) = 0C => tra nhiệt độ lưu chất dịng nóng 55 0C tra Bảng phụ lục – Kỹ thuật thực phẩm 2) d Tính hệ số tỏa nhiệt đối lưu α - Nhiệt độ bão hòa cuả nước ts = 120oC Nhiệt ẩn ngưng tụ nước nhiệt độ ngưng tN = 120oC r = 2202,8 kJ/kg Tra bảng thông số vật lý nước đường bão hòa ( phụ lục 7, sách kĩ thuật thực phẩm 2) ta được: = 943,1 kg/m3 - Hệ số tỏa nhiệt đối lưu ngưng phía nước bão hồ ( theo “ thiết kế hệ thống sấy- Trần Văn Phú, Trang 221 ) : độ chênh lệch ngưng tụ với nhiệt độ vách ống, lớn nên = 0,720 - nhỏ Ta giả thiết = 0,70C Hệ số tỏa nhiệt đối lưu phía khơng khí: Ống xếp so le, ta có: ( sách thiết kế hệ thống sấy_ Trần Văn Phú, Trang 220) - Đường kính tương đương ống - - Hệ số tỏa nhiệt cánh GVHD: ĐÀO THANH KHÊ 26 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM - Hệ số tỏa nhiệt tương đương phía ống cánh:( theo sách thiết kế thiết bị sấy _ Trần Văn Phú) Trong : - Hiệu suất truyền nhiệt: : hệ số tỏa nhiệt nước ống W/m2độ : hệ số tỏa nhiệt tồn bề mặt ngồi vách có cánh, W/m 2độ : hệ số làm cánh Với : - Kiểm tra lại độ chênh lệch: với Vậy: - Kiểm tra sai số : Vậy chấp nhận giả thuyết trên: e Kích thước caloriphe: - Diện tích bề mặt ống GVHD: ĐÀO THANH KHÊ 27 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM - Tổng số ống: - Số hàng ống truyền nhiệt: n2= = (hàng) Ở phía đầu chùm ống có đặt ống góp ống góp lỏng Ta lựa chọn đường kính ống góp có đường kính đường kính ngồi là: di = 100mm; = 105mm - Kích thước caloriphe: Chiều cao: Chiều dài: Chiều rộng : (với bề dày vách caloriphe 0,002) 4.2 Tính chọn quạt Quạt phận vận chuyển khơng khí tạo áp suất cho dịng khí qua thiết bị: caloriphe, máy sấy, đường ống, cyclon Năng lượng quạt tạo cung cấp cho dịng khí áp suật động học để di chuyển phần để khắc phục trở lực đường ống vận chuyển Năng suất quạt đặc trưng thể tích khí vào hay thiết bị sấy - Lượng khơng khí khơ cần thiết để làm bay kg ẩm khỏi vật liệu sấy: l = (kg khơng khí/ kg ẩm) Lượng khơng khí khơ cần thiết để làm bay hết lượng ẩm: - L=l.W=62,5 129,55 = 8096,875 (kg khơng khí khơ/ h) - Vậy, lưu lượng quạt cần dùng là: V =L ρ =8096,875 1,000 = 8096,875(m3/h) = 2,25(m3/s) (ρ tra nhiệt độ 800C - phụ lục sách Kỹ Thuật Thực Phẩm 2) GVHD: ĐÀO THANH KHÊ 28 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM 4.2.1 Tính trở lực a Trở lực từ miệng quạt đến caloriphe Chọn ống nối từ quạt đến caloriphe có đường kính 0,38 m, dài 2m -Vận tốc khí ống là: Ta có (kg/m3) tA = 300C (Tra phụ lục _ sách kỹ thuật thực phẩm 2) ( m2) F= L =8096,875 (Kg/h) Vậy: Chuẩn số Reynol : => khơng khí ống theo chế độ chảy xoáy -Chuyển động chảy xoáy chia làm khu vực: +Vùng 1: nhẵn thuỷ lực học; khu vực độ nhám không ảnh hưởng đến hệ số ma sát =10 : độ nhám tuyệt đối ống +Khu vực 2: khu vực nhám; khu vực hệ số ma sát phụ thuộc vào độ nhám mà không phụ thuộc vào chuẩn số Reynol: Vậy GVHD: ĐÀO THANH KHÊ Regh ξ = (6+9.10).()-0,23.(97778,98)-0,26 = 31,9 Vậy trở lực caloriphe là: (N/m2) c.Trở lực đột mở vào caloriphe -Diện tích mặt cắt ngang ống đẩy Fo = -Diện tích cắt ngang caloriphe : Ft = 0,8 x 0.55= 0,44 (m2 ) GVHD: ĐÀO THANH KHÊ 31 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM Tỉ số Tra bảng Re > 3,5.103 trang 387 sách Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tấp 1, ta có Vậy trở lực đột mở vào caloriphe là: (N/m2) d Trở lực đột thu caloriphe Khơng khí nóng có nhiệt độ t = 800C có : (m2/s), (kg/m3) Diện tích cắt ngang khơng khí nóng F2 = (m2) Vận tốc khơng khí nóng ống (m/s) -Chuẩn số Reynol: Re = Re>10 :Vậy khơng khí chuyển động theo chế độ xoáy GVHD: ĐÀO THANH KHÊ 32 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM Tỉ số Tương tự ta được: Vậy trở lực đột thu calorifer là: (N/m2) e Trở lực đường ống dẩn khơng khí từ caloriphe đến phịng sấy Chọn đường ống dài 1(m) Đường kính ống d = 0,38 (m) Tính tốn giống ống từ miệng quạt đến caloriphe ta được: Regh