TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SẤY LÁ CHÙM NGÂY THEO NGUYÊN LÝ SẤY BƠM NHIỆT

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SẤY LÁ CHÙM NGÂY THEO NGUYÊN LÝ SẤY BƠM NHIỆT Tác giả VŨ THANH HƯỚNG Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành Công Nghệ Nhiệt Lạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO

MÁY SẤY LÁ CHÙM NGÂY THEO NGUYÊN LÝ SẤY BƠM NHIỆT

Họ và tên sinh viên: VŨ THANH HƯỚNG Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Niên khóa: 2008 -2012

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SẤY LÁ CHÙM NGÂY THEO NGUYÊN LÝ SẤY BƠM NHIỆT

Tác giả

VŨ THANH HƯỚNG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng Kỹ sư ngành Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Giảng viên hướng dẫn

TS Lê Anh Đức

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cùng các anh công tác tại xưởng cơ khí của Trung tâm công nghệ và thiết bị nhiệt lạnh Đại học Nông lâm TP.HCM đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thiết kế lắp đặt máy sấy lá Chùm ngây theo nguyên lý bơm nhiệt

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô bộ môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh trường Đại học Nông lâm TP.HCM đã tích cực truyền đạt những kiến thức cơ sở trong suốt quá trình tôi học tập tại trường

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn tới những người thân và những người bạn

đã giúp đỡ và động viên tôi hoàn thành tốt đề tài này

Tôi xin chân thành cảm ơn

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu “Tính toán thiết kế và chế tạo máy sấy lá Chùm ngây theo nguyên lý sấy bơm nhiệt” được tiến hành tại Trung tâm công nghệ và thiết bị nhiệt lạnh trường Đại học Nông lâm thành phố Hồ Chí Minh

1 Mục tiêu của đề tài:

- Tính toán thiết kế và chế tạo máy sấy Chùm ngây theo nguyên lý bơm nhiệt năng suất 50 kg/mẻ

2 Nội dung của đề tài:

- Giới thiệu về cây Chùm ngây

ngây hiện nay

- Tính toán thiết kế các bộ phận của máy sấy lá Chùm ngây

- Chế tạo máy sấy Chùm ngây theo nguyên lý bơm nhiệt

- Khảo nghiệm sự giảm độ ẩm của lá Chùm ngây theo nhiệt độ

3 Kết quả đạt được của đề tài:

- Kết quả nghiện cứu tổng quan cho thấy trong lá cây Chùm ngây có hàm lượng dinh dưỡng cao với nhiều loại Vitamin, tuy nhiên các phương pháp sấy hiện nay chưa bảo đảm được chất lượng dinh dưỡng

- Trên cơ sở kết quả nghiên cứu tổng quan, đề tài đã tiến hành tính toán thiết kế và chế tạo máy sấy lá Chùm ngây theo nguyên lý bơm nhiệt hồi lưu tác nhân sấy

- Kết quả khảo nghiệm cho thấy các kết quả tính toán thiết kế là tương đối chính xác, máy sấy vận hành ổn định

- Chất lượng lá Chùm ngây về mặt cảm quan như về màu sắc và mùi vị của sản phẩm sấy tốt hơn so với phơi nắng, đồng thời thời gian sấy cũng được rút ngắn

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC BIỂU ĐỒ ix

LỜI NÓI ĐẦU x

Chương 1 1

MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích của đề tài 1

Chương 2 2

TỔNG QUAN 2

2.1 Giới thiệu về cây Chùm ngây 2

2.1.1 Giới thiệu chung 2

2.1.2 Lợi ích từ cây Chùm ngây 3

2.2 Tình hình sử dụng cây Chùm ngây 7

2.2.1 Trên thế giới 7

2.2.2 Tại Việt Nam 9

2.3 Hiện trạng phơi, sấy lá Chùm ngây tại Việt Nam 12

2.3.1 Phương pháp phơi khô 12

2.3.2 Phương pháp sấy nóng 13

2.3.3 Đánh giá chung 14

Chương 3 15

PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 15

3.1 Phương pháp thực hiện 15

3.1.1 Tài liệu tổng hợp 15

3.1.2 Tính toán thiết kế 15

3.1.3 Phương pháp chế tạo 15

3.1.4 Khảo nghiệm thực tế 15

3.2 Phương tiện thực hiện 15

3.2.1 Dụng cụ 15

3.2.2 Phần mềm 17

Chương 4 18

KẾT QUẢ VÀ KHẢO NGHIỆM 18

4.1 Các số liệu thiết kế ban đầu 18

4.2 Sơ đồ thiết kế máy sấy 18

4.3 Tính toán thiết kế buồng sấy 19

4.4 Tính toán nhiệt ẩm quá trình sấy 23

4.4.1 Xác định lượng ẩm bốc hơi 23

4.4.2 Tính toán quá trình sấy lý thuyết 23

4.4.3 Tính toán quá trình sấy thực tế 27

4.5 Tính toán và chọn các thiết bị 34

4.5.1 Tính toán chọn các thiết bị lạnh 34

4.5.2 Tính toán khí động, chọn quạt gió 39

4.6 Máy sấy lá Chùm ngây hoàn chỉnh 50

4.7 Khảo nghiệm máy sấy bơm nhiệt 50

4.6.1 Thời gian và địa điểm 50

4.6.2 Nội dung khảo nghiệm 50

4.6.3 Bố trí khảo nghiệm 51

4.6.4 Số liệu khảo nghiệm 52

4.6.5 Nhận xét chung 55

Chương 5 57

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 57

5.1 Kết luận 57

5.2 Đề nghị 57

PHỤ LỤC 58

Phụ lục 1 Một số thông số vật lý 58

Phụ lục 2 Một số hình ảnh thực tế 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 2.1: Bảng phân tích hàm lượng dinh dưỡng của Moringa 4

Bảng 2.2: Nhu cầu dinh dưỡng hàng ngày của phụ nữ mang thai và trẻ em 5

Bảng 2.3: So sánh hàm lượng dinh dưỡng trong lá Chùm ngây tươi và khô 6

Bảng 4.1: Bảng các thông số trạng thái 25

Bảng 4.2: Bảng thông số các điểm nút trên chu trình khô một cấp nén 35

Bảng 4.3: Hệ số dự phòng a của các loại quạt 49

Bảng 4.4: Ẩm độ các mẫu sấy ứng với nhiệt độ sấy 350C 52

Bảng 4.5: Ẩm độ các mẫu sấy ứng với nhiệt độ sấy tại 400C 53

Bảng 4.6: Ẩm độ các mẫu sấy ở nhiệt độ 450C theo thời gian 54

Bảng P1.1: Thông số vật lý của một số thực phẩm 58

Bảng P1.2: Thông số vật lý của không khí khô (H= 760 mmHg) 59

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 2.1: Lá cây Chùm ngây 2

Hình 2.2: So sánh hàm lượng dinh dưỡng của lá Chùm ngây với thực phẩm khác 6

Hình 2.3: Sử dụng các bộ phận của cây Chùm ngây 7

Hình 2.4: Các sản phẩm làm đẹp của The Body Shop (U.S.A) 8

Hình 2.5: Nước uống dinh dưỡng của Công ty Zija (U.S.A) 8

Hình 2.6: Sản phẩm viên dinh dưỡng và bột Chùm ngây của Yelixir (India) 9

Hình 2.7: Sản phẩm tinh dầu, hạt và lá Chùm ngây tươi 9

Hình 2.8: Rau Chùm ngây 10

Hình 2.9: Lá Chùm ngây khô 10

Hình 2.10: Trà Chùm ngây 11

Hình 2.11: Quy trình chế biến một số phần của cây Chùm ngây tại Việt Nam 11

Hình 2.12: Phơi lá Chùm ngây 12

Hình 2.13: Một kiểu thiết bị sấy thông thường 13

Hình 4.1: Sơ đồ máy sấy lá Chùm ngây theo nguyên lý bơm nhiệt 18

Hình 4.2: Bố trí các khay sấy trong buồng sấy 20

Hình 4.3: Các kích thước cơ bản của khay sấy 21

Hình 4.4: Các kích thước buồng sấy 22

Hình 4.5: Biểu diễn quá trình sấy trên đồ thị không khí ẩm 24

Hình 4.6: Sơ đồ truyền nhiệt qua các lớp vách 29

Hình 4.9: Các kích thước của hai đoạn ống L3 và L5 41

Hình 4.10: Đoạn ống nối C1, C2 44

Hình 4.11: Kết cấu của đoạn ống có tiết diện thay đổi C3, C4, C5 45

Hình 4.12: Máy sấy lá Chùm ngây khi đã lắp đặt 50

Hình P2.1: Lá Chùm ngây trong khay sấy 60

Hình P2.2: Vận hành máy sấy bơm nhiệt 60

Hình P2.3: Khay sấy và vỉ sấy 61

Hình P2.4: Nước ngưng tụ từ dàn lạnh được đưa ra ngoài 61

Hình P2.5: Xếp khay sấy vào buồng sấy 62

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Trang

Biểu đồ 4.1: Sự thay đổi ẩm độ các mẫu sấy ở 350 theo thời gian 52Biểu đồ 4.2: Sự thay đổi ẩm độ của các mẫu sấy ở 400C theo thời gian 54Biểu đồ 4.3: Sự thay đổi ẩm độ của các mẫu sấy ở 450 theo thời gian 55

LỜI NÓI ĐẦU

Cây Chùm ngây là một giống cây có giá trị cao về mặt dinh dưỡng và hữu ích với các ngành công nghiệp mỹ phẩm, nước giải khát, do trong các bộ phận của cây có chứa nhiều thành phần khoáng chất, Vitamin, nhiều chất hóa học khó tìm trên các loại cây khác Ngoài ra giống cây này còn có ý nghĩa về mặt dược học do trong thành phần của cây có nhiều chất trị được nhiều bệnh nhưng nổi bật nhất là thành phần chất Flavonoids trong cây, đây là một chất chống oxy hóa cao có tác dụng ngăn ngừa quá trình lão hóa góp phần nâng cao sức khỏe và kéo dài tuổi thọ

Hiện nay dạng lá Chùm ngây tươi được dùng làm rau trong khi dạng lá Chùm ngây khô được sử dụng làm trà túi lọc hay xay làm bột dinh dưỡng Trong phương pháp làm khô gồm hai kiểu làm khô điển hình là làm khô lá nhờ phơi nắng và làm khô bằng cách sấy Tuy thế cách làm khô nhờ phơi nắng thì phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết mà hiện nay khí hậu các vùng trên thế giới đang diễn biến rất thất thường thì chỉ còn cách sấy là tỏ ra hiệu quả hơn cả

Nói tóm lược về kỹ thuật sấy đó là một phương pháp làm bay hơi ẩm chứa trong nguyên liệu sấy để mục đích bảo quản lâu hơn Có nhiều phương pháp sấy khác nhau để sấy các sản phẩm nông sản, lâm sản, thủy hải sản, như sấy nóng để sấy thóc, gỗ, hay sấy lạnh để sấy xoài, sấy chuối, Tại Việt Nam ta cũng như tại nhiều nước trên thế giới thì nhu cầu của xã hội về các sản phẩm từ cây Chùm ngây đang tăng cao như: lá tươi, trà, thuốc, tinh dầu, nhưng với các loại máy sấy thông thường vẫn chưa đáp ứng được tốt các yêu cầu về phẩm chất sản phẩm

Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn trên, qua thông tin tìm hiểu và được sự hướng dẫn của thầy TS.Lê Anh Đức, bản thân tôi đã chọn thực hiện đề tài: “TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SẤY LÁ CHÙM NGÂY THEO NGUYÊN

LÝ SẤY BƠM NHIỆT”

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng kinh nghiệm còn chưa nhiều, thời gian hạn chế và bước đầu làm quen với nghiên cứu khoa học nên kết quả nghiên cứu không

tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý của quý các thầy cô và các bạn để đề tài này được hoàn thiện hơn

TP.Hồ Chí Minh, tháng 6, năm 2012

SVTH: Vũ Thanh Hướng

Vì thế với phương pháp sấy lạnh theo nguyên lý bơm nhiệt cho nguyên liệu lá cây Chùm ngây là một chọn lựa lý tưởng do phương pháp này bảo toàn được hàm lượng dinh dưỡng trong sản phẩm ở mức cao nhất, đồng thời màu sắc sản phẩm sau sấy giống như màu sắc của sản phẩm tươi nên có khả năng cạnh tranh tốt về mặt thương mại Mặt khác với cách hồi lưu nhiệt thải ra sau khi sấy sẽ tiết kiệm được năng lượng nên sẽ mang lại hiệu quả kinh tế

Chương 2 TỔNG QUAN

2.1 Giới thiệu về cây Chùm ngây

2.1.1 Giới thiệu chung

Cây Chùm ngây có tên khoa học là Moringa Oleifera hay M.Pterygosperma, thuộc họ Chùm ngây (Moringaceae), có nguồn gốc ở bang Utar-Pradesh, phía Tây Bắc

bề ngang quả 2 cm, có 3 cạnh, chỗ có hạt hơi gồ lên, dọc theo quả có khía rãnh Hạt màu đen, tròn, có 3 cạnh, lớn cỡ hạt đậu Hòa Lan Cây trổ hoa vào các tháng 1 – 2

Thân cây Chùm ngây có vỏ màu trắng xám, dày, mềm, sần sùi nứt nẻ, gỗ mềm

và nhẹ Khi bị thương tổn, thân rỉ ra nhựa màu trắng, sau chuyển dần thành nâu Hệ thống rễ phát triển mạnh nếu được trồng từ hạt, phình to như củ màu trắng với những

rễ bên thưa Nếu trồng bằng cách giâm cành, hệ thống rễ sẽ không được như vậy

Cây Chùm ngây được trồng phổ biến ở nhiều nước Châu Á, Châu Phi và Châu

Mỹ Latinh do đặc tính đa dạng của nó:

- Lá xanh và trái non dùng làm rau xanh

- Hạt chiết suất lấy dầu ăn, làm nhiên liệu sinh học, lọc nước và làm trong nước đục

- Vỏ cây làm gia vị, làm thuốc

- Cành nhánh làm củi đốt, thân cây làm nọc tiêu trồng trầu

- Toàn thân có chứa các dược tính chữa bệnh nhất là bệnh đường ruột

2.1.2 Lợi ích từ cây Chùm ngây

Cây Chùm ngây Moringa Oleifera hiện được nhiều quốc gia trên thế giới bao gồm cả những quốc gia tiên tiến sử dụng rộng rãi và đa dạng trong công nghệ dược phẩm, mỹ phẩm, nước giải khát dinh dưỡng và thực phẩm chức năng

Các bộ phận của cây Chùm ngây có chứa nhiều khoáng chất quan trọng cần thiết để gìn giữ sức khỏe của con người với các chất đạm, vitamins, beta-carotene, acid amin và nhiều hợp chất phelonics Ngoài ra cây Chùm ngây cung cấp một hỗn hợp pha trộn nhiều hợp chất như zeatin, quercetin, beta-sitosterol caffeoylquinic acid và kaempferol, rất hiếm gặp tại các loài cây khác

Sau đây là bảng phân tích hàm lượng dinh dưỡng của một số bộ phận của cây Chùm ngây theo báo cáo ngày 17/7/1998 của Campden and Chorleywood Food Research Association in Conjunction

Bảng 2.1: Bảng phân tích hàm lượng dinh dưỡng của Moringa

STT THÀNH PHẦN DINH DƯỠNG/100gr TRÁI

TƯƠI

LÁ TƯƠI

Đối với trẻ em từ 1 đến 3 tuổi, cứ ăn 20gr lá tươi Moringa là cung ứng 90%

Calcium, 100% Vitamin C, Vitamin A, 15% chất sắt, 10% chất đạm cần thiết và hàm

lượng Potassium, Đồng, và Vitamin B bổ sung cần thiết cho trẻ Còn đối với các bà

mẹ đang mang thai và cho con bú thì chỉ cần dùng 100gr lá tươi mỗi ngày là đủ bổ

sung Calcium, Vitamin C, Vitamin A, Sắt, Đồng, Magnesium, Sulfur, các Vitamin B

cần thiết trong ngày

Bảng 2.2: Nhu cầu dinh dưỡng hàng ngày của phụ nữ mang thai và trẻ em

Lá cây Chùm ngây có thể ăn tươi, nấu chín hay bảo quản dưới dạng bột trong

suốt nhiều tháng mà không cần sử dụng đến tủ lạnh mà cũng không hề mất đi giá trị

dinh dưỡng khi để lâu Theo tư liệu tổng hợp mới nhất về cây Chùm ngây của

ZijaMoringaHealth.Com, từ các kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học khi so sánh

trên cùng trọng lượng thì hàm lượng dinh dưỡng của lá cây Chùm ngây vượt trội hơn

hẳn những thực phẩm, những trái cây tiêu biểu thường dùng như: Cam, Cà-rốt, Sữa,

Cải bó xôi, Yaourt và Chuối

Hình 2.2: So sánh hàm lượng dinh dưỡng của lá Chùm ngây với thực phẩm khác

(Nguồn: http://www.ZijaMoringaHealth.Com )

Và sau đây là bảng so sánh chất dinh dưỡng trong mỗi 100 g lá Chùm ngây tươi

và khô với hàm lượng dinh dưỡng của các loại thực phẩm, trái cây

Bảng 2.3: So sánh hàm lượng dinh dưỡng trong lá Chùm ngây tươi và khô

Thành phần Loại thực phẩm Lá Chùm ngây tươi Lá Chùm ngây khô

Cây Chùm ngây được xem là một cây đa dụng, rất hữu ích tại những quốc gia nghèo thuộc “Thế giới thứ ba” nên đã được nghiên cứu khá nhiều về các hoạt tính dược dụng, giá trị dinh dưỡng và công nghiệp Đa số các nghiên cứu được thực hiện tại Ấn Độ, Philippines và Phi châu, mà nghiên cứu rộng rãi nhất về giá trị của Moringa Oleifera được thực hiện tại Đại học Nông nghiệp Falsalabad, Pakistan

Hình 2.3: Sử dụng các bộ phận của cây Chùm ngây

(Nguồn: Foild N - Makkar H.P.S và Becker K, 2001 What development potential for Moringa

products Dar Es Salaam, Nicaragua.)

Theo những nghiên cứu tại Institute of Bioagricultural Sciences, Academia Sinica, Đài Bắc, Đài Loan ghi nhận dịch chiết từ lá và hạt Chùm ngây bằng ethanol có các hoạt tính diệt được nấm gây bệnh loại Trichophyton rubrum, Trichophyton mentagrophytes, Epidermophyton floccosum và Microsporum canis

Còn nghiên cứu tại Đại học Baroda, Kalabhavan, Gujarat, Ấn Độ cho thấy quả Chùm ngây có tác dụng hạ cholesterol, phospholipid, và ngoài ra còn nhiều nghiên cứu khác về công dụng của cây Chùm ngây

2.2 Tình hình sử dụng cây Chùm ngây

2.2.1 Trên thế giới

- Tại Mỹ: Mỹ hiện nay là nước nhập nguyên liệu Moringa thô nhiều nhất,

sử dụng trong công nghệ mỹ phẩm cao cấp, nước uống và quan trọng hơn cả là chiết suất thành nguyên liệu tinh cung ứng cho công nghệ dược phẩm, hóa chất

- Tại Ấn Độ: vỏ thân cây Chùm ngây được dùng trị nóng sốt, đau bao tử, đau bụng khi có kinh, sâu răng, làm thuốc thoa trị hói tóc; trị đau cổ họng (dùng chung với hoa cây nghệ, hạt tiêu đen, rễ củ Dioscorea oppositifolia); trị kinh phong (dùng chung với thuốc phiện); trị tiểu ra máu;

Hình 2.4: Các sản phẩm làm đẹp của The Body Shop (U.S.A)

(Nguồn: http://www.caychumngay.com.vn )

Hình 2.5: Nước uống dinh dưỡng của Công ty Zija (U.S.A)

(Nguồn: http://www.caychumngay.com.vn )

Hình 2.6: Sản phẩm viên dinh dưỡng và bột Chùm ngây của Yelixir (India)

2.2.2 Tại Việt Nam

Lá tươi và quả non được dùng để làm rau xanh dùng hàng ngày có tác dụng cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng, trị còi xương Lá khô được dùng làm trà có tác dụng

chống lão hóa do thành phần Flavonoids trong lá Vỏ thân và rễ cây được dùng làm thuốc theo y học cổ truyền Còn hạt cây Chùm ngây được dùng để lọc nước Và ngoài

2.3 Hiện trạng phơi, sấy lá Chùm ngây tại Việt Nam

Ở Việt Nam ta thì khu vực trồng nhiều cây Chùm ngây nhất là tại tỉnh An Giang, tuy nhiên công nghệ chế biến các phần của cây này vẫn còn chưa hiệu quả và chưa bảo đảm tốt về chất lượng sản phẩm

Cụ thể có hai phương thức chế biến lá cây Chùm ngây là phơi và sấy Ta có những phân tích cụ thể dưới đây

2.3.1 Phương pháp phơi khô

- Hao hụt nhiều dinh dưỡng do sự phân hủy của các Vitamin khi gặp nhiệt

độ cao do nhiệt độ bức xạ từ mặt trời có thể lên tới trên 500C

- Chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm kém do tiếp xúc với môi trường nhiều bụi bẩn

- Tốn công sức lao động do phải thường xuyên cào đảo vật liệu sấy

2.3.2 Phương pháp sấy nóng

Hình 2.13: Một kiểu thiết bị sấy thông thường

(Nguồn: http://gra-tz.org/services/herbal-remedies )

a) Ưu điểm:

- Thời gian làm khô vật liệu ngắn hơn so với phơi nắng

- Tốn ít mặt bằng do không phải dàn trải vật liệu

- Chủ động được sản xuất do không phụ thuộc vào thời tiết

- Chất lượng vệ sinh thực phẩm tốt hơn phơi do không bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường bên ngoài

- Tốn ít công sức lao động do không tốn công cào đảo vật liệu

b) Nhược điểm:

- Tiêu tốn năng lượng lớn do phải gia nhiệt không khí sấy

- Tốn chi phí đầu tư do phải sử dụng một số thiết bị điện như quạt, điện trở nhiệt,

- Hao hụt nhiều dinh dưỡng do có sự phân hủy của các Vitamin khi gặp nhiệt độ cao, thông thường nhiệt độ sấy nóng trên 450C

- Gây thất thoát năng lượng lớn do có sự thải bỏ tác nhân sấy

- Màu sắc và mùi vị của sản phẩm khá hơn so với phơi nắng

2.3.3 Đánh giá chung

Thông qua việc tìm hiểu về những ưu điểm và nhược điểm của phương pháp phơi khô và phương pháp sấy nóng chúng ta thấy được nhiều mặt chưa phù hợp của hai phương pháp này đối với loại vật liệu có chứa nhiều Vitamin là lá Chùm ngây Chính vì lẽ đó, sử dụng phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp cụ thể là sấy theo nguyên lý bơm nhiệt sẽ giữ được hàm lượng Vitamin trong lá Chùm ngây ở mức cao nhất do với nhiệt độ tương đối thấp nên không gây ra sự phân hủy Vitamin Mặt khác với phương pháp này sẽ tiết kiệm được năng lượng do có sự thu hồi tác nhân sấy, đồng thời màu sắc sản phẩm sau sấy giống như sản phẩm tươi nên có tính cạnh tranh tốt về thương mại

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN

3.1 Phương pháp thực hiện

3.1.1 Tài liệu tổng hợp

- Các giáo trình về sấy và lạnh

- Các sách tham khảo

- Một vài sổ tay về Kỹ thuật nhiệt và Kỹ thuật sấy

- Tài liệu từ Internet

3.1.2 Tính toán thiết kế

- Kế thừa và tham khảo một vài luận văn

- Thực hiện đi xem xét thực tế một vài mẫu máy sấy tại một số xí nghiệp

- Khảo nghiệm không tải nhằm kiểm tra chất lượng chế tạo máy sấy

- Khảo nghiệm có tải nhằm kiểm tra kết quả tính toán thiết kế và xác định một số thông số của máy sấy

3.2 Phương tiện thực hiện

3.2.1 Dụng cụ

- Nhiệt kế

Tên gọi: Thiết bị đo nhiệt cầm tay

Khoảng đo: 00C ÷ 1000C

Sai số cho phép: 0,10C

- Máy tính bỏ túi

Tên gọi: CASIO fx-500A

Chức năng sử dụng: Tính các phép toán cơ bản

Tên gọi: SKY-JADEVER 300

Chức năng sử dụng: Xác định khối lượng của mẫu vật sấy khi khảo nghiệm Khoảng đo: 0 ÷ 200 g

Sai số cho phép: 0,01 g

- Cân lò xo

Tên gọi: Cân lò xo Nhơn Hòa

Chức năng sử dụng: Xác định khối lượng của vật liệu sấy

Chức năng sử dụng: Xác định điện năng tiêu thụ

Chức năng: Đo các thông số kích thước

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ KHẢO NGHIỆM

4.1 Các số liệu thiết kế ban đầu

- Khối lượng thể tích ̣của lá cây Chùm ngây: ρV = 60 kg/m3

- Nhiệt độ tác nhân sấy thiết kế: t1 = 40OC

- Ẩm độ vật liệu trước sấy: ω1 = 77%

- Ẩm độ vật liệu sau sấy: ω2 = 8%

- Năng suất thiết bị sấy: G2 = 50 kg/mẻ

- Thiết bị sấy kiểu sấy buồng hồi lưu 100% và làm việc theo mẻ với không khí sấy theo chiều từ dưới lên xuyên qua các khay sấy

4.2 Sơ đồ thiết kế máy sấy

Hình 4.1: Sơ đồ máy sấy lá Chùm ngây theo nguyên lý bơm nhiệt

1: Côn thu, 2: Vách buồng sấy, 3: Các khay sấy có các lỗ dưới vỉ

4: Sàn phẳng dưới cùng, 5: Côn mở, 6: Côn mở

7: Đường ống hồi lưu tác nhân sấy, 8: Quạt gió

9, 10, 11: Các đoạn ống gió tiết diện vuông

12: Dàn lạnh, 13: Dàn nóng, 14: Cửa buồng sấy

Nguyên lý hoạt động:

- Trước khi tiến hành sấy ta trải đều lá Chùm ngây lên các khay sấy rồi sau đó

đưa vào buồng sấy

- Đóng cửa buồng sấy

- Cài đặt nhiệt độ sấy

- Khởi động quạt và bơm nhiệt

- Ban đầu không khí bên ngoài trời có nhiệt độ t0 và ẩm độ φ0 được quạt ly tâm mang qua bơm nhiệt

- Khi đi qua dàn lạnh thì khối không khí ngoài trời có hơi nước sẽ được ngưng tụ lại thành giọt và thải ra ngoài

- Sau khi qua dàn lạnh thì không khí tiếp tục được đưa qua dàn nóng và sẽ được nâng nhiệt phù hợp với nhiệt độ cần để sấy vật liệu trong buồng sấy

- Khi vật liệu trong buồng sấy được sấy khô ta mở cửa buồng sấy và lấy sản phẩm

4.3 Tính toán thiết kế buồng sấy

 Thể tích của vật liệu sấy là:

G2: Năng suất thiết bị, kg

ρvl: khối lượng thể tích của vật liệu, kg/m3

 Chọn chiều cao chất vật liệu sấy là:

83 , 0

= 8,3 m2

 Tính toán khay sấy:

Để thuận tiện cho việc sắp xếp các khay sấy vào buồng sấy ta có các chọn lựa sau:

- Chọn tổng số khay sấy trong buồng sấy là: 8 khay

- Bố trí hai dãy khay sấy với mỗi bên 4 khay

Hình 4.2: Bố trí các khay sấy trong buồng sấy

- Chọn chiều dài mỗi khay sấy là: Lm = 1,2 m

- Chọn chiều rộng mỗi khay sấy là: Bm = 0,9 m

Để hạn chế sự thất thoát nhiệt ta có:

Vậy chiều cao của các khay sấy là:

Hk = Hm+∆H = 0,1+0,05 = 0,15 m = 15 cm

 Vỉ sấy:

Tham khảo trên thị trường ta chọn kiểu vỉ lưới thép có các lỗ trên vỉ là 3,5 mm

Hình 4.3: Các kích thước cơ bản của khay sấy

 Các thành phần kích thước buồng sấy:

- Chiều cao từ khay trên cùng đến trần buồng sấy là:

4.4 Tính toán nhiệt ẩm quá trình sấy

4.4.1 Xác định lượng ẩm bốc hơi

Theo công thức 2.2, trang 44, Hoàng Văn Chước, 2006 Thiết kế hệ thống thiết

bị sấy NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội Ta có:

W= G1

2

2 1

877

ω1 = 77% : độ ẩm toàn phần của vật liệu vào, %

ω2 = 8% : độ ẩm toàn phần của sản phẩm ra, %

4.4.2 Tính toán quá trình sấy lý thuyết

a) Xác định thông số trạng thái không khí bên ngoài tại điểm O

Ta chọn các thông số sau:

- Ta chọn to = 30oC

(Với nhiệt độ to = (20÷30), theo trang 146, Hoàng Văn Chước, 2006 Thiết kế hệ

thống thiết bị sấy NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.)

(Với độ ẩm φo= (75÷80), theo số liệu khí tượng Tp.HCM.)

Tra theo giản đồ trắc ẩm ta tìm được:

- Độ chứa hơi: do= 0,0215 kg/kg không khí khô

- Entanpi: Io= 85 kJ/kg không khí khô

b) Xác định trạng thái không khí vào buồng sấy tại điểm 1

Toàn bộ quá trình sấy theo chu trình 1’→1→2→2’→1’

Hình 4.5: Biểu diễn quá trình sấy trên đồ thị không khí ẩm

Kết quả trên giản đồ ta tìm được:

- Độ chứa hơi: d1= 0,0078 kg/kg không khí khô

- Độ ẩm: φ1= 17,4%

- Entanpi: I1= 60,5 kJ/kg không khí khô

c) Xác định trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy tại điểm 2

Biết I1 = I2 = 60,5 kJ/kg không khí khô

Mặt khác:

I1 = Cpk.t1+d1.(r+Cph.t1)

(Theo công thức trang 48, Hoàng Văn Chước, 2006 Thiết kế hệ thống thiết bị

sấy NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.)

Và I2 = Cpk.t2+d2.(r+Cph.t2)

Nên suy ra d2 =

2

2 2

.

.

t C r

t C I

1 5 , 60

Ở giai đoạn này là giai đoạn sấy tốc độ không đổi, nhiệt độ vật liệu không đổi

và bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt, tức là: tm = t2 = const

Để đảm bảo việc truyền nhiệt tốt từ không khí đến vật liệu, ta chọn nhiệt độ khi

ra khỏi buồng sấy t2 = tm+∆t Với ∆t = 510oC

(Theo trang 110, Hoàng Văn Chước, 2006 Thiết kế hệ thống thiết bị sấy NXB Khoa

học và Kỹ thuật, Hà Nội.)

Vậy nên ta chọn nhiệt độ: t2 = 350C

- Do đó: d2 =

35 9 , 1 2500

35 1 5 , 60



 ≈ 0,01 kg/kg không khí khô

- Tra giản đồ trắc ẩm ta tìm được ẩm độ φ2 ≈ 28,6%

Như vậy ta rút ra được các kết quả tóm lược trong bảng sau đây

Entanpi

I, kJ/kg KKK

Thể tích riêng

L

 = 1 , 128

5 ,

17047 ≈ 15113,03 m3/mẻ

(Theo các công thức 2.11, 2.12, trang 49, Hoàng Văn Chước, 2006 Thiết kế hệ

thống thiết bị sấy NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.)

Với ρk = 1,128 kg/m3 là khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ tk = 40oC

e) Xác định các thông số trạng thái của hỗn hợp

Hệ số hồi lưu: n = 1 (hồi lưu 100%)

Với d1 = dM = 0,0078 kg/kg không khí khô và t0 = 300C, t2 = 350C

Nhiệt độ môi chất sau hỗn hợp:

=

1 1

30 35 1





= 32,50C

Tra theo giản đồ trắc ẩm ta tìm được các thông số khác của trạng thái hỗn hợp:

- Entanpi: IM = 52,5 kJ/kg không khí khô

- Độ ẩm: φM ≈ 25,83%

f) Tiêu hao nhiệt lý thuyết

- qo = lo.(I1-IM) = 454,6.(60,5-52,5) = 3636,8 kJ/kg ẩm

- Qo = qo.W = Lo.(I1-IM) = 3636,8.37,5 = 136380 kJ/mẻ

(Theo các công thức 2.13, 2.14, trang 49, Hoàng Văn Chước, 2006 Thiết kế hệ

thống thiết bị sấy NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.)

g) Xác định thời gian sấy lý thuyết

Tổng mặt tiết diện của sàn sấy bên trong là:

08 ,

1 ≈ 1,2 kg/s

Với v = 0,8974 m3/kg là thể tích riêng của không khí ứng với t1 = 400C và

d = 0,0078 kg/kg KKK