Thiết kế tủ sấy cà rốt năng suất 100kg mẻ

Trong quá trình sản xuất thực phẩm, không những chỉ có nuôitrồng và chế biến, mà còn có công đoạn sấy khô để bảo quản dài ngày.Công nghệ sấy ngày càng phát triển, nhất là trong các ngành

lời nói đầu

Kỹ thuật sấy khô đóng vai trò quan trọng trong sản xuất và đờisống Trong quá trình sản xuất thực phẩm, không những chỉ có nuôitrồng và chế biến, mà còn có công đoạn sấy khô để bảo quản dài ngày.Công nghệ sấy ngày càng phát triển, nhất là trong các ngành hải sản,rau quả và các loại sản phẩm, thực phẩm cần được bảo quản dài ngày.Các sản phẩm dạng củ như: cà rốt, hành, khoai tây Sau khi thu hoạchcần được sấy khô kịp thời đến độ ẩm an toàn để bảo quản tạm thờihoặc lâu dài

Cà rốt sau khi thu hái được thành sợi, độ ẩm lúc này còn cao nênphải sấy trước khi đem đi tàng trữ hoặc tiêu thụ

Cũng như các nông sản khác, sợi cà rốt là một trong những nôngsản thực phẩm có mặt trong nhu cầu ăn uống của chúng ta Trongnhững năm gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học đã tạo ranhiều giống cà rốt mới đạt chất lượng cao Xong việc trồng và thu hoặc

là thế Còn dau khi thu hoạch khâu bảo quản cũng quan trọng khôngkém Trong khâu bảo quản thì sấy khô là khâu quan trọng nhất vì nókhông những ảnh hưởng trực tiếp đến sản lượng mà còn ảnh hưởng đếnchất lượng sản phẩm sau khi ra thị trường Do cà rốt sau khi thu hoạchchỉ để được một thời gian nhất định và dễ bị thối

Vì thế để bảo quản được lâu hơn chúng ta cần nghiên cứu các kỹthuật và mô hình sấy hợp lý

Trong khuôn khổ đề tài: Thiết kế tủ sấy cà rốt với năng suất 100kg/mẻ, mỗi mẻ 5h, độ ẩm ban đầu 89% và độ ẩm ra 5% Em đã trình

bày cách lựa chọn phương án tối ưu, tính toán và lắp đặt các thiết bịtrong hệ thống sấy.

Đồ án gồm được chia làm 4 phần trong đó có hai bản A0 và sửdụng 3 tài liệu tham khảo Bốn phần đồ án là:

Phần 1: Tổng quan và lựa chọn phương án sấy

lời cảm ơn

Em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Hoàng đã tận tình giúp

đỡ em trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp Em cũng xin cảm ơncác thầy trong bộ môn Máy và Tự Động Hoá CNSH - CNTP đã trang

bị kiến thức và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt kỳ họcvừa qua cũng như thời gian làm đồ án tốt nghiệp để em hoàn thành

I Tổng quan về cà rốt:

- Chất lượng của cà rốt: có vitamin B1, B2, C Chất khoáng: Na,

K, Ca, Fe, Mg, Đường Lipit Đạm

- Mùa vụ: Thường thu hoạch vào mùa thu

- Thực tế sản xuất cà rốt hiện nay là rất phát triển, nhu cầu thịtrường rất cần để sản xuất bột dinh dưỡng cho trẻ em và các sản phẩm

ăn liền như mì ăn liền, cháo gói: dùng cho việc cung cấp thêm cácvitamin, chất khoáng cần thiết cho cơ thể làm tăng sức khoẻ cho conngười

- Xuất phát từ nhu cầu trên nên em chọn đề tài: Thiết kế tủ sấy càrốt, để bảo quản chất lượng cà rốt được tốt hơn đồng thời nâng caohiệu quả kinh tế cho nhà nông

II Lựa chọn phương án sấy:

Để làm khô các loại vật liệu có nhiều cách khác nhau Từ trước

đến nay chúng ta đã biết tận dụng một phương pháp rất đơn giản màchi phí lại không tốn kém Đó là hình thức tận dụng ánh nắng mặt trời

để làm khô Tuy nhiên, phương pháp này phải phụ thuộc rất nhiều vàothời tiết, trong khi thời gian phơi lại kéo dài Do phơi ngoài nắng sợi

cà rốt rất dễ bị lẫn tạp chất, độ ẩm không được đồng đều vì thế phươngpháp này chỉ dùng cho những hộ cá thể

Để làm khô sợi cà rốt nói riêng và những loại vật liệu ( nông sản )nói chung người ta thường dùng các loại thiết bị sấy sau:

- Sấy thùng quay

- Sấy thấp

- Sấy tầng sôi

đó khó chế tạo Hơn nữa nếu thùng không kín mà lại dùng quạt hút thìkhông khí lạnh bên ngoài sẽ hút vả lại đường kính của thùng không thểquá lớn.

2 Phương pháp sấy tầng sôi:

Là phương pháp hạt ở trạng thái lơ lửng trong dòng tác nhân sấy.Tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp, toàn diện với tất cả các bề mặt của vậtliệu sấy Tốc độ tác nhân sấy cao nên hệ số truyền nhiệt và truyền ẩmtốt Phương pháp này rất nhanh và cũng được sấy những vật liệu có độ

ẩm cao tuy nhiên lại tốn năng lượng để tạo tốc độ cao cho tác nhânsấy Khí thải thoát ra có nhiệt độ cao nên chi phí năng lượng riêng chomột kilôgam sấy sản phẩm cao.

3 Phương pháp lưu động:

Là phương pháp dùng tốc độ lớn của dòng khí cuốn hạt, tốc độsấy cao sấy được vật liệu có độ ẩm cao Tuy nhiên khi dùng để sấy càrốt thì không thích hợp vì nó tạo ra dòng khí đủ lớn để cuốn vật liệu

đi

4 Phương pháp sấy buồng:

Buồng sấy có hình dạng chữ nhật, khối lập phương đứng hay nằm,trụ đứng hay nằm Vật liệu sấy được rải nhiều thành lớp trên các tầngkhay đặt gác trên khung giá trong buồng sấy Buồng sấy được ứngdụng rộng rãi trong công nghệ chế biến nông, lâm, thuỷ hải sản và chếbiến thực phẩm, dược phẩm, thức ăn chăn nuôi Nó có thể sấy vật liệubất cứ dạng nào ( đơn chiếc, hạt mảnh nhỏ xếp lớn, dễ vận hành vốn

đầu tư ít…)

Buồng sấy có kích thước nhỏ gọi là tủ sấy Tủ sấy thường để sửdụng sấy những loại vật liệu có độ ẩm thấp, nhẹ với năng suất sản xuấtkhông lớn

5 Phương pháp sấy hầm:

Sấy hầm có cấu tạo khác buồng sấy là chiều dài có kích thước lớngấp nhiều lần kích thước chiều rộng và chiều cao Hầm sấy thườngdùng để sấy các vật liệu kém chịu nhiệt và khó khô Vật liệu sấythường ở dạng rời xếp lớp như các loại hạt, củ, quả, rau, chè hoặc các

loại củ thái lát, cắt lát… Các khay được xếp trên xe goòng, xe treohoặc băng tải Vật sấy cùng phương tiện vận chuyển đi vào hầm sấy và

đi ra cuối hầm Để kéo các xe goòng, xe treo, băng tải dùng xích tải.Tác nhân sấy chuyển động ngược chiều hoặc cùng chiều với vật liệusấy Để tác nhân sấy không tràn ra ngoài hoặc không khí ở ngoàikhông bị hút vào hầm thì ở đầu và cuối hầm sấy có khoang xếp nạp vàlắp từng xe một Hệ thống quạt vận chuyển tác nhân và bộ phận gianhiệt được lắp bên ngoài hoặc ngay trên nóc hầm sấy, calorife có thểlắp trong hầm sấy

Căn cứ vào phương tiện vận chuyển mà hầm sấy phân ra làm baloại: hầm sấy goòng, hầm sấy có xe treo và hầm sấy băng tải

a Hầm sấy có xe treo:

Loại hầm sấy này có xe treo cũng được dùng sấy các vật liệu rời( các loại mảnh cắt nhỏ ) Cấu tạo của loại hầm sấy này có kết cấungắn rộng, cao bên trong chia thành nhiều khoang phù hợp với hệthống xích vận chuyển các xe và chuyển động tác nhân sấy Mỗi xetreo có một hay nhiều khay Các xe được treo trên dây xích có bánhlăn trên ray treo

b Máy sấy băng tải:

Nguyên tắc cấu tạo của máy sấy băng tải gồm có hầm sấy hoặcbuồng sấy, băng tải chuyển động trong buồng hoặc hầm Vật liệu sấy

được rải trên băng tải nhờ cơ cấu nạp điện Sản phẩm được lấy ra ởcuối băng tải

Tác nhân sấy khí nóng hoặc khói lò chuyển động cắt ngang quachiều rộng của băng tải

c Hầm sấy có goòng:

Cấu tạo hầm sấy: chiều dài của hầm sấy bằng tổng chiều dài của

xe goòng cộng lại, cộng với chiều dài nơi cửa nắp hút, đẩy tác nhânsấy, cộng với chiều dài khoang xếp ( nếu có ) để lấy xe ra

Trong các thiết bị trên thì sấy tủ là thích hợp với sợi cà rốt hơn cả

170 7

5

6

3 4

* Nguyên tắc hoạt động:

- Khi hoạt động, lúc tác nhân được quạt đưa vào calorifer khi đótác nhân sẽ được làm nóng dần ( nhờ những dây may so có trongcalorifer ) Nhiệt độ tăng, tốc độ truyền nhiệt cũng tăng theo Dòng tácnhân đi theo cút cong rồi đến cút thẳng sau đó xuống tủ để sấy Lúcnày tốc độ của dòng tác nhân khá lớn, do đó khi được đưa vào đến tủ,dòng tác nhân sẽ đi thẳng xuống và phân phối đều trên các khay sấy.Bên trong tủ thực hiện quá trình trao đổi nhiệt, lượng sợi cà rốt ướt sẽmất nước dần do tác nhân sấy mang đi Khí thải sẽ được thải đi Quátrình cứ lặp lại như thế cho đến khi hết mẻ sấy

phần II: Tính các quá trình nhiệt

cho tủ sấy cà rốt

Năng suất : 2.315 kg/h Thời gian : 5h/mẻ

Độ ẩm của sợi cà rốt trước khi sấy: W 1 = 89%

Độ ẩm của sợi cà rốt sau khi sấy: W 2 = 5%

I Tính lượng ẩm bay hơi:

Sau khi sấy khối lượng của sợi cà rốt sẽ giảm đi Nếu xem khốilượng chất khô tuyệt đối trong sợi cà rốt là không đổi thì phần khốilượng giảm đi của sợi cà rốt đúng bằng lượng nước bay hơi u ( Theotài liệu số 1 )

w1





Trong đó:

m1, m2 là khối lượng của sợi cà rốt trước và sau khi sấy

w1, w2 là độ ẩm của sợi cà rốt trước và sau khi sấy

m2 = 100 11,579(kg)

95,0

11,

( kg/h )

II Xác định các thông số không khí ngoài trời:

- ở điều kiện khí hậu Việt Nam ta lấy thông số không khí ngoàitrời là:

42,

4026 

- Lượng chứa ẩm d0 bằng:

1539.0,0.85,0750754

0031539,

0.85,0621,0PB

P

0 0

- Entapi ( I0):

Io = 1,004to + do ( 2500 + 1,842to )

=> Io = 1,004.25 + 0,0172 ( 2500 + 1,842.25 )

= 68,89 ( kj/kgkk)

III Xác định Entapi của tác nhân sấy trước quá trình sấy:

- Theo tài liệu 2 xác định I1 theo công thức:

với d1 = do = 0,0172 (kg ẩm /kgkk)

t1 = 900C

I1= 1,004t1+ d0(2500 + 1,8420.90) = 136,21( kj/kgkk)

- Chọn nhiệt độ của tác nhân sấy sau quá trình sấy là t2

Theo kinh nghiệm chúng ta có thể chọn t2 = 400C

IV Xây dựng quá trình sấy lý thuyết:

- Khi chọn nhiệt độ tác nhân sấy sau quá trình sấy là t2= 400C thìtrạng thái sau quá trình sấy lý thuyết C0 hoàn toàn xác định bởi cặpthông số ( t2, I2 )

t842,12500

)tt).(

d(Cdx





=> d2 = 0,0172 + 0,373(kgam/kgkk)

40.842,12500

)4090.(

035338,

cũng đủ xa trạng thái bão hoà để tránh hiện tượng đọng sương Vì vậy,chúng ta cần phải tính 2 để kiểm tra lại tính hợp lý khi chọn t2 = 400CSợi cà rốt là một loại vật liệu chứa ẩm rất lớn nên sấy tủ trongthời gian ngắn, vì thế yêu cầu sự bốc hơi nhanh của hơi nước mới đảmbảo được tốc độ sấy Vì vậy 2 nằm trong khoảng 70% - 80% là hợp lý.

Độ ẩm tương đối 2 có thể được xác định ( theo tài liệu 2) nhưsau:

2 =

)d62,0(Pb

d.B

2 2

42,4026

 )

=> Pb2= exp ( 12

-405,235

42,4026

 = 0,073171 (bar)

Thay d20 và Pb2 vào biểu thức trên ta có:

)0373.0621,0.(

073171,

0

750

7450373,0

1d

d

1l

0 20

L0: lượng không khí cần bốc hơi trong 1 giờ

VI Xác định các kích thước cơ bản của buồng sấy:

- Chọn khối lượng nguyên liệu trong một khay là 2,5 kg sợi cà rốttươi nên ta chọn được kích thước của từng khay là 730mm, 530mm,30mm

- Vậy khi sấy 100kg sợi cà rốt tươi thì tổng số khay là 40 khay

+ Chiều cao của tủ sấy: H = 1130mm

+ Chiều rộng của tủ sấy: H = 890mm

+ Chiều dài của tủ sấy: H = 3130mm

- Vậy tổng diện tích xung quanh tường tủ sấy là:

+ Chiều dày của lớp bảo ôn là 40mm

- Chân tủ cao 200mm

- Khay làm bằng Inox có chiều dày là 0,6mm

Kích thước của khay:

+ Chiều cao khay Hk = 30mm

+ Chiều dài khay Lk = 730mm

+ Chiều rộng của khay Hk = 530mm

Qk : Tổn thất nhiệt qua khay

Qvl : tổn thất nhiệt do vật liệu mang đi

Qbc: tổn thất nhiệt qua bao che

* Tính tổn thất ra môi trường:

1 Tổn thất ra môi trường xung quanh tại tủ sấy:

- Theo thiết kế 2 đầu tủ có 2 khoang tự do có kích thước:

Btd = 400mm

Htd = 1130mm

cùng với các khoảng trống giữa 2 khay

Vậy tiết diện tự do của tủ là:

Ftd = ( Bt.Ht - 15 Lk.Hk) ( theo tài liệu 2 )

Bd

1 1

1

áp suất hơi bão hoà Pb1:

Pb1 = exp ( 12

-1

t5,235

42,4016

 )

Pb1 = exp ( 12 - 0.690766(bar)

905,235

42,

4016 

Thay d1 và Pb1 vào ta tìm được 1

0

0172.0.750

595,711Ftd

- Vì lưu lượng tác nhân trong quá trình sấy thực phải lớn hơn lưulượng tác nhân sấy trong quá trình lý thuyết nên tốc độ tác nhân sấygiả thiết để tính toán các tổn thất cũng phải lớn hơn V0 Vậy ta lấy

V = 1(m/s)

- Theo tài liệu 3, với V < 5(m/s) thì 0 = 6,15 + 4,17V

do đó hệ số trao đổi nhiệt cưỡng bức giữa tác nhân sấy và mặttrong tủ sấy là:

)Km/(32,101.17,415

04,02.90

0006,0

n 1 t

- HÖ sè dÉn nhiÖt cña Inox lµ 1= 90 (w/mk)

- HÖ sè dÉn nhiÖt cña b«ng thuû tinh 2= 0,058(w/mk)

04,02.90

0006,0

k = 0,90857

184,3

168966,032,10

49,

168966

,032,101

149,

390  (kj/kg)

* Tæn thÊt qua cöa tñ:

- Ta tÝnh c«ng thøc:

Qc = 3,6.kc (tf1 - tf2).F

184,3

1)058,0

04,02.90

0006,0(32,101

6,

168966

,032,101

149,

390 = 27,96 (kj/kg)

Do đó Qd =3,6.0,9726 (0,98.3,13)(65-25)

= 390,149 (kj/h)

* Tổn thất qua hai đầu tủ:

- Tổn thất qua đầu vào tác nhân sấy:

5798,

131 = 9,429 (kj/kg)

- Tæn thÊt qua ®Çu ra cña t¸c nh©n sÊy:

51,131

2 Tæn thÊt nhiÖt do vËt liÖu sÊy:

- Theo tµi liÖu 3 ta cã:

06,2875w

Thể tích của mỗi khay là:

7 K

10

23214026280

+ Tổng khối lượng của 40 khay là: mk 40.3 = 12 kg

+ Nhiệt dung riêng của Inox là: Ck = 0,45 ( kj/kgK)

Do đó tổn thất nhiệt do khay mang đi là:

=> q =

684,17

- Xác định lượng chứa ẩm d2 ( theo tài liệu 2 )

i

)tt)(

d(

33,452842,1.40250

)4090(035338,

0621,0(07317,

0

00343,

0.750

745)

d621,0(Pb

Bd

2 2

Ta cã :

0172,00343,0

1d

XI Cân bằng nhiệt và hiệu suất nhiệt hệ thống sấy:

45,

44142  (kj/kg

2 Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi:

Q1 =L.Cpk( t2- t0) ( theo tài liệu 2 )

= 1034 1,084 ( 40 - 25 )

= 16812,84 ( kj/h)

=> q2 = 950,74

684,17

84,

16812  (kj/kg)

3 Tổng nhiệt lượng tính toán q':

- Tổng nhiệt lượng tính toán = ( Tổng nhiệt lượng tổn thất qua kếtcấu bao che ) + ( Tổn thất do vật liệu sấy mang đi ) + ( tác nhân sấymang đi ) + ( Nhiệt lượng có ích ) + ( tổn thất do khay )

- Vì vậy ta có:

q' = qbc+ qvls + q2+ q1 + qk

= 174 + 162,58 + 950,74 + 2469 + 198,48

= 3954, 8 (kj/kgÈm )

4 ThiÕt lËp b¶ng cÇn nhiÖt:

1 Tæn thÊt qua kÕt cÊu bao che 174 2428 3,84

2 Tæn thÊt do thiÕt bÞ truyÒn t¶i 198,48 3510 5,0

3 Tæn thÊt do VLS mang ®i 162,58 2875 4,12

4 Tæn thÊt TNS mang ®i 950,74 16812,84 24,0

phần III: Tính cơ khí

I Thiết kế tủ sấy:

Phần tủ đã tính ở trên với kích thước cơ bản sau:+ Chiều cao của tủ sấy: H = 1130mm

+ Chiều rộng của tủ sấy: B = 890mm

+ Chiều dài của tủ sấy: L = 3130mm

- Vậy tổng diện tích xung quanh tường tủ sấy là:

+ Chiều cao khay Hk= 130mm

+ Chiều dài khay Lk= 730mm

+ Chiều rộng khay Bk= 530mm

II Tính công suất và thiết kế Kalorifer:

1 Công suất nhiệt trung bình mà bộ đốt nóng Kalorifer cần cung cấp là:

- Nhiệt lượng tiêu hao để sấy một mẻ là Q = 55613 (kj/h )

=> Do đó công suất nhiệt trung bình mà bộ đốt nóng Kalorifercần cung cấp là:

)kw(87,33600.5

29,69768T

Q

2 Tính bộ đốt nóng Kalorife:

- Theo kích thước thực nghiệm đo được ta có:

chọn chiều rộng và chiều cao của tiết diện ngang Kalorife

+ Diện tích của mặt Kalorife là:

l = R.3,14.d2.0,25.

1

10.729,1

25,0.10.14,

+ Kalorie gồm 9 hàng dây mai so, khoảng cách giữa các hàng là

- Ưu điểm của tủ sấy:

+ Vận hành đơn giản, phù hợp với năng suất vừa và nhỏ và phùhợp với yêu cầu thực tế nền nông nghiệp nước ta

+ Kết cấu và lắp đặt đơn giản, chi phí đầu tư không quá lớn màhiệu quả kinh tế lại cao.

+ Cà rốt là loại vật liệu có chứa lượng ẩm cao, chủ yếu là liên kếtmao mạch nên khó bay hơi Vì thế quá trình thiết kế và lựa chọn cácthiết bị cho hệ thống sấy em đã cố gắng để sao cho phương án đề ra là

đơn giản đạt hiệu quả kinh tế cao và dễ dàng vận hành, sửa chữa Cũngnhư kalorife, quạt được đặt ở trên nóc tủ để kết cấu của hệ thống được

an toàn

+ Tủ sấy có các kênh dẫn khí vào và kênh dẫn khí ra tương đối

đều, tạo sự đồng đều về quá trình bay hơi ẩm của vật liệu sấy trongtoàn bộ tủ

+ Cấu tạo của tủ sấy từng phần nên dễ chế tạo và lắp ráp Tủ đượcbọc cách nhiệt bằng bông thuỷ tinh nên tổn thất nhiệt qua vách tủ lànhỏ do có sự tính toán và thiết kế tương đối chính xác nên hiệu suấtnhiệt cao 62,2%

+ Hệ thống sấy đã thiết kế trong đồ án của em còn có thể hoànthiện hơn nữa nhưng do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên

em không thể hoàn thiện được

+ Vì đây là lần đầu tiên em thiết kế cả một hệ thống nên khôngtránh khỏi thiếu sót nên em rất mong nhận được sự đóng góp cũng nhưnhững lời chỉ bảo thêm của các thầy và sự đóng góp của các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!