Tính toán thiết kế máy sấy xoài lát

Tính toán thiết kế máy sấy xoài lát. Xoài lát sấy có dạng lát mỏng ,màu vàng ,vị ngọt ,hương vị đặc trưng của sản phẩm. Để thực hiện quá trình sấy có thể dùng nhiều hệ thống khác nhau: hầm sấy, buông sấy ,sấy chân không, sấy lạnh,..

Chương I: Giới thiệu tổng quan.

1.1 Giới thiệu nguyên liệu xoài Keo.

Việt Nam là một trong những quốc gia có sản lượng xoài lớn trên thế giới.Nhưng chủ yếu được dùng chủ yếu ăn tươi và xuất khẩu số lượng nhỏ, nên thường bị ứ đọng.Do vào thời

vụ thu hoạch đông loạt nên phải có biện pháp giải quyết ứ đọng

Do điều kiện công nghệ còn nhiều hạn chế nên giữ sản phẩm được tươi trong một khoảng thời gian là rất khó.Vì vậy xoài cần được chế biến ,đặc biệt là một số giống xoài chất lượngtốt như Xoài cát Hòa Lộc ,Xoài Thái lai,Xoài cát Chu,Xoài keo campuchia

-Xác định các thông số đầu vào và đầu ra của nguyên liệu

-Xác định nhiệt độ sấy,thời gian sấy

Xác định hiệu suất máy sấy

Giới thiệu về xoài keo

1 Nguồn gốc

Xoài keo là giống xoài ban đầu được nhập khẩu từ vùng Tà Keo của Campuchia,sau này được trông tại một số tỉnh vùng biên giới.Xoài keo rất giàu vitamin A,C,D.Nó có vị ngọt pha chút vị chua đặc trưng

2 Hình dạng

Xoài keo có hình dạng hơi khác so với các giống khác, quả xoài keo tròn ở eo , nhỏ dần về đầu trái Đuôi trái no tròn nhưng vẫn có độ cong.Xoài keo khác một số giống xoài khác là khi chín vừa ăn vỏ không vàng, nếu xoài có vỏ vàng thì thị quả sẽ mềm và ăn không giòn

3 Mùi vị

Xoài keo ít chua, thịt quả dày, màu thịt vàng khi ăn rất giòn Nếu làm sinh tố nên chọn quả

vỏ vàng đều vì quá đó mềm và ít sơ

4 Giá cả.

Giá cả không quá đắt từ 30.000-35.000 đồng/kg tùy thời điểm

5 Phân bố

Chủ yếu ở miền Nam, dần được đổ buôn ra các tỉnh miền Bắc

Theo thống kê các nước sản xuất trái cây chủ yếu có khoảng 61% sản lượng được tiêu thụ nội địa ở dạng trái tươi, còn 30% là để chế biến.Còn ở nước ta hầu như không có sản phẩmchế biến từ xoài Có một số nguyên nhân sau đây:

-Xoài thu hoạch tập trung trông mùa vụ nên rẻ, rễ mua , thừa thãi

-Thói quen ăn xoài chín dạng còn tươi còn phổ biến

-Trên thị trường nội địa chưa có sản phẩm chế biến từ xoài

Một số sản phẩm chế biến từ xoài:

-Sản phẩm chế biến từ xoài xanh:

+Xoài dầm giấm: xoài được cắt thành lát mỏng, trộn với muối và một ít giấm

+Salad xoài : xoài cắt lát mỏng kết hợp với một số loại gia vị và một ít dầu thực phẩm.-Sản phẩm chế biến từ xoài chín:

+xoài sấy :xoài trái cắt thành miếng , ngâm đường, rửa, sấy khô, đóng gói

+Mứt thịt quả, các thức uống xiro,nectar,…

1.2 Quy trình công nghệ chế biến xoài sấy tại Hà Nội.

1.2.1 Xoài lát sấy

Xoài lát sấy có dạng lát mỏng ,màu vàng ,vị ngọt ,hương vị đặc trưng của sản phẩm Độ

ẩm trong khoảng 14-16%

1.2.2 khái quát về nguyên liệu.

Xoài keo được nhập khẩu từ vùng Tà keo-Campuchia và một số vùng biên giới.Trung bình, sản lượng xoài từ Campuchia qua Việt Nam 30 – 40 tấn một ngày, được phân phối ở nhiều tỉnh thành trên cả nước

1.2.3 Phương pháp thực hiện quá trình sấy.

Để thực hiện quá trình sấy có thể dùng nhiều hệ thống khác nhau: hầm sấy, buông sấy ,sấy chân không, sấy lạnh,

Thiết bị sấy hầm: được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, dùng để sấy các vật liệudạng hạt, cục, lát,…với năng suất cao, dễ cơ giới hóa, vật liệu được đưa vào liên tục

Hầm sấy thường dài 10-15m chiều cao và chiều ngang phụ thuộc vào xe goong và khay vậtliệu sấy

- Thiết bị sấy băng tải: dùng để sấy các vật liệu như rau quả, ngũ cốc ,than đá, cấu tạo gồm một phòng hình chữ nhật.Trong đó có một vài băng tải chuyển động nhờ quay tay,các băng tải tựa trên các con lăn để không bị vong xuống

Thiết bị sấy buồng: dùng sấy các vật liệu dạng hạt, cục ,tấm, Cấu tạo chủ yếu của

hệ thống là buông sấy, trong buồng sấy có bố trí các thiết bị giá đỡ xhung là thiết bịchuyền tải.Nhược điểm là năng xuất nhỏ

Thiết bị sấy tháp: là thiết bị chuyên dụng để sấy các loại hạt cứng như thóc, ngô, đậu, có độ ẩm không lớn lắm và có thể tự dịch chuyển từ trên đỉnh tháp xuống dưới nhờ trọng lượng của chúng.Đặc điểm của thiết bị là có kênh gió nóng và kênh gió thải ẩm được bố trí xen kẽ ngay trong lớp vật liệu.Tác nhân sấy đi qua kênh gió nóng thực hiện quá trình sấy rồi nhận thêm ẩm đi vào các kênh thải và đi ra ngoài

- Thiết bị sấy thùng quay: là thiết bị chuyên dùng để sấy các vật liệu có dạng hạt hoặc bột nhão, cục có độ ẩm ban đầu lớn

Phần chính của thiết bị là một trụ tròn đặt nằm nghiêng với mặt phẳng một góc cố định hoặc biến đổi.

Thiết bị sấy khí động: dùng để sấy các vật liệu dạng hạt bé, nhẹ xốp,…

Phần chính của thiết bị là một ống thẳng, trong đó vật liệu được không khí nóng hoặc khói lò cuốn đi từ dưới lên trên và dọc theo ống

Thiết bị sấy tầng sôi:dùng để sấy vật liệu dạng cục, hạt.Cũng như thiết bị sấy khí động, sấy tầng sôi có ưu điểm là cường độ sấy rất lớn, dễ điều chỉnh nhiệt độ sấy và vật liệu sấy khô khá đồng điều

Thiết bị sấy phun:chuyên dùng để sấy các dịch thể Sản phẩm sấy dạng bột hòa tan nhưsữa bò, sữa đậu nành,…

Bộ phận cơ bản của thiết bị sấy phun là buồng sấy, thường tháp hình trụ,trong đó dịch thể được nén bởi một bơm cao áp đưa qua vòi phun cùng tác nhân sấy tạo thành dạng như sương mù và quá trình sấy được thực hiện

1.2.4 Chọn loại máy sấy.

Để sấy xoài lát ta có thể dùng thiết bị sấy chân không,hầm ,buồng, Chúng ta chọn thiết bị sấy buồng.Do thiết bị sấy sấy vật liệu có dạng cục, hạt ,lát với năng suất không lớn lắm.Thiết bị sấy là thiết bị sấy theo chu kỳ.Buồng sấy có thể làm bằng thép tấm 2 lớp giữa có cách nhiệt hoặc xây bằng gạch đỏ có cách nhiệt hoặc không.Do yêu cầu về

an toàn thực phẩm nên ta chọn sấy buồng làm bằng thép co cách nhiệt

Tác nhân trong thiết bị buồng sấy ta dùng không khí nóng,không khí được đốt nóngnhờ calorifer khí-khói, khói được tạo từ lò đốt than đá Trong thiết bị buồng ta tổ chức cho tác nhân sấy lưu động cững bức nhờ hệ thống quạt gió.

Buồng sấy cần bố trí giá đỡ, khay, sao cho tác nhân có thể dễ dàng đi qua vật liệu sấy để truyền nhiệt cho vật liệu và nhận thêm ẩm thải ra ngoài.Vì vậy mật độ vật liệu sấy trên khay, khe hở giữa thành khay với tường thiết bị sấy, kích thước và vị trí lỗ thoát ẩm có vai trò quan trọng

Chọn tác nhân sấy và chất tải nhiệt: Ta chọn không khí vì nó không gây ô nhiễm sản phẩm sấy.Được trang bị thêm bộ phận gia nhiệt không khí (calorife)

Về kết cấu,phần trên của thiết bị sấy buồng được bố trí dạng chóp,đỉnh chóp là lỗ thoát ẩm Kích thước lỗ thoát ẩm cân xứng với thiết bị và có cơ cấu điều chỉnh lượng tác nhân thoát ra băng van.Thiết bị buồng sấy thích hợp cho các xí nghiệp vừa và nhỏ

1.2.5 Biện pháp kỹ thuật sử dụng trong quá trình sấy.

-Chần: là phương pháp xử lý nhiệt độ cao khoảng 90-100oC trong một khoảng thời gianvài phút nhằm vào hạt enzyme oxy hóa để hạn chế tối đa khả năng biến màu khi sấy và diệt một phần vi sinh vật.Ngoài ra chần còn làm cho độ thấm hút của màng tế bào tăng lên giúp rút ngắn thời gian sấy

- Tác nước thẩm thấu bằng phương pháp ngâm

Khi ngâm xoài trong dung dịch đường có nồng độ cao (40-50Bx) bằng quy luật thẩm thấu , nước trong sản phẩm sẽ đi ra dung dịch và chất hòa tan sẽ chuyển dịch theo chiều ngược lại từ dung dịch vào trong sản phẩm.Sau quá trình này sản phẩm sẽ khô hơn do mất nước và hấp thu nhiều chất hòa tan.Sản phẩm sau quá trình này thường không ổn định ở điều kiện thông thường nên cần sấy

- Quá trình sấy.

Sấy là quá trình bốc hơi nước trong sản phẩm bằng nhiệt, là quá trình khuếch tán ẩm dochênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu.Hay do chênh lệch áp suất hơi riêng phần

ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh

1.2.6 Sơ đồ quy trình công nghệ

Nguyên liệu Rửa sạch,gọt vỏ, thái lát

Xử lý nhiệt (chần, 80-90oC)Thẩm thấu đường (nồng độ 40-50oBix) Rửa lại (nước ấm)

Sấy khô (độ ẩm <18%) Đóng gói Bảo quản

1.2.7 Chi tiết tưng công đoạn

- Chuẩn bị nguyên liệu

+ Chọn xoài còn ương ,dày quả, không mềm nát, không thối rữa

+ Xoài được ủ ở nông độ CaC2 (khí đá) 1%,thời gian ủ 36 giờ

+Rửa sạch,để ráo nước ,gọt vỏ bằng dao không rỉ,thái lát mỏng theo chiều dọc quả với kích thước yêu cầu 2-3mm

+ Xử lý nhiệt độ:80-90oC trong 5-9 phút

+ Cho xoài đã thái lát vào ngâm trong thời gian 20-28 giờ

+Kết thúc thẩm thấu: với xoài ra khỏi dung dịch đường, để ráo

- Rửa:đun nước sôi,thả xoài vào chần 30 giây-1 phút, vớt ra để ráo

- Sấy:

+Xếp các miếng xoài vào khay sấy và đưa vào buồng sấy,sấy ở nhiệt độ 50-60oC cho đến khi lát xoài đủ độ ẩm yêu cầu,trong thời gian 12-18 h.lấy xoài ra khỏi tủ sấy, để nguội hoàn toàn

Để đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm và chất lượng thì Tác nhân sấy(TNS) phải sạch.Nên

hệ thống sấy cần có bộ calorifer khói khí.Xoài là loại vật liệu có độ ẩm cao nên để đảm bảothời gian sấy ngắn thì trong giai đoạn đầu cần tăng cường khả năng bốc ẩm của vật

liệu.nhưng để đảm bảo chất lượng thì giai đoạn sau cần có thời gian sấy dịu để giảm độ ẩmxuống mức bảo quản Ta chia quá trình sấy thành 2 giai đoạn

2.1.1 Giai đoạn I:sấy với tốc độ sấy không đổi.

Nhiệt độ TNS vào,ra: t1 =70oC, t2=35oC

Độ ẩm :ω1=80%, ω2=25%

2.1.2 Giai đoạn II: sấy dịu

Nhiệt độ TNS vào ra: t1’=50oC, t2’=30oC

Độ ẩm: ω1’=25%, ω2’=15%

2.2 Tính cân bằng ẩm.

G1,G2 là khối lượng vật liệu trước và sau mỗi giai đoạn

W là lượng hơi nước thoát ra từ vật liệu sấy

2.2.1 Giai đoạn II

Khối lượng VLS ra:G2=1050 kg

Khối lượng VLS vào: G1’=G2’.(1-ω’2)/(1-ω’1)=1050.(1-0,15)/(1-0,25)=1190 kg

Khối lượng ẩm cần bốc hơi trong 1 h là:

W2=G1-G2=1190-1050=140 kg

2.2.2 Giai đoạn I:

Khối lượng VLS ra: G2=G1=1190 kg

Khối lượng VLS vào: G1=G’1.(1-ω2)/(1-ω1)=1190.(1-0,25)/(1-0,8)=4462,5 kg

Khối lượng ẩm cần bốc hơi: W1=G1-G2=4462,5-1190=3272,5 kg

2.3 Các thông số TNS trước quá trình sấy.(thông số không khí ngoài trời)

Nhiệt độ không khí vào Calorifer: t=27,2 C0

Độ chứa ẩm: d0=0,621 φ0. Pbh0/(Pkq φ0. Pbh0)=

0,621.0,8.0,036/(0,981-0,8.0,036)=0,018 kg/kgKK

Entanpy: I0=Cpk.t0+d0.(r+Cpk.t0)=1,004.27,2+0,018.(2500+1,842.27.2)=73,21 kj/kgNhiệt dung riêng dẫn suất:

1

.(0,621 )

bh

B d

0,981.0,0190,307.(0, 621 0,018) =0,095=9,5%

.(0,621 )

bh

B d

0,981.0,0180,122.(0,621 0,018) =0,22 =22%

-Áp suất hơi bão hòa:

-Lượng không khí khô cần thiết:

-Độ ẩm tương đối:

Φ20’=

' 20 '

-Lượng không khí khô cần thiết:

L=l.W=62,5.140=15554 KgKK

Chương 3:Tính toán quá trình sấy

3.1 Kích thước khay sấy:

- Chiều dài: 2m

- Chiều rộng: 1m

- Chiều cao: 0,1m

Diện tích khay sấy: Skhay= 2 m2

Diện tích trung bình của miếng xoài: Sxoài=6.10-3 m2(dài 0,12.rộng 0,02)Mỗi miếng xoài cách nhau 0,02 m

=>trung bình 1 khay có n= 3

20,02.0,12 6.10  =230 (miếng)

Khối lượng trung bình của 1 miếng xoài là 0,15 kg

=>trung bình 1 khay có khối lượng xoài là: 34,5 kg

Đề bài cần 1050 kg/mẻ => số khay cần là: 1050/34,5=30,43=30 (khay)

Như vậy cần 3 xe ,mỗi xe 10 khay, mỗi khay cách nhau 15 cm

=>chiều cao xe (0,15+0,1).10=2,5 m

Ta chọn vận tốc TNS v=0,25 (m/s)

Tiết diện thông gió của hầm là :

Fk= 3549,0663600.2,5 =0,394 m2

Chiều dài buồng sấy d=3.2+0,2.2=6,4 m

Chiều rộng buồng sấy r=1+0,2.2=1,4 m

Chiều cao buồng sấy h=2,5+0,3=2,8 m

3.2 Tính thời gian sấy

- chọn vận tốc tác nhân sấy qua buồng sấy :v=0,25 m/s

- diện tích tiết diện TNS đi qua :Ftd=3,75*4,2=15,75 m2

- lưu lượng TNS qua buồng sấy: Gtns=v*Ftd=0,25*15,75=3,9375 m3/s

3.2.1 Giai đoạn I

- lưu lượng TNS qua quạt :Gq1=

1

3,93751,0342

tns G

- khả năng mang ẩm của quạt:DH20=Gq1*(d20-d1)=3,8*(0,034-0,018)=0,0608

- thời gian sấy LT: tLT1=

- thời gian sấy thực tế lớn hơn thời gian sấy LT 30%

Do đó thời gian sấy thực tế: tTT1=1,3.14,95=19,435 h

3.2.2 giai đoạn II

- lưu lượng TNS qua quạt: Gq2= 3,93750,9715=4,05 kg/s

- khả năng mang ẩm của quạt: DH20’=Gq2.(d20’-d2)=4,05.(0,027-0,018)=0,03645

-thời gian sấy LT: tLT2=

2 '

.3600 0, 03645.3600

H O

- thời gian sấy thực tế lớn hơn thời gian sấy LT 30%

Do đó thời gian sấy thực tế: tTT2=1,067.1,3=1,3871 h

3.2.3 Tổng thời gian sấy:

- Thời gian sấy LT: tLT=tLT1+tLT2=14,95+1,067=16,017 h

- Thời gian sấy TT: tTT=tTT1+tTT2=19,435+1,3871=20,8221 h

3.3 Tính lượng nhiệt tiêu tốn trong quá trình sấy.

3.3.1 Lượng nhiệt cần thiết để bốc ẩm W.

3.3.2 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che.

a Tổn thất qua vách buồng sấy

chọn vật liệu mặt trong và ngoài của vách là tôn tráng kẽm với độ dày

⌠ton=0,0005 m và hệ số dẫn nhiệt λton=45,5 W/m2KVới lớp cách nhiệt làm bằng sợi thủy tinh với độ dày

⌠soi=0,02 m và hệ số dẫn nhiệt λsoi=0,051 W/m2KVận tốc TNS: v=0,25 m/s

Hệ số dẫn nhiệt theo thực nghiệm:

2

Diện tích vách buồng sấy :Fv=3,6.4,2+2.3,75.4,2=46,62 m2

Tổn thất nhiệt qua vách được tính theo CT:

ton soi I

6 216,192.10 m /s

Vì vậy hệ số truyền nhiệt 2 bằng:

2

6 216,00.10 m /s

14, 75 11,076

2, 49%

14, 75

I I I

))=3,6.17,92.1,2051.((70-27,2)-(36 Giai đoạn II:

3.3.4 Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang đi:

Để tính tổn thất này cho các giai đoạn sấy chúng ta lấy nhiệt độ VLS trước và saumỗi giai đoạn sấy nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ trung bình của TNS

- Giai đoạn I: Tổn thất do VLS mang qua giai đoạn II

0 40

0 52,5

II

0 40

II Q

I Q T

II Q T

3.4 CÂN BẰNG NHIỆT - ẨM CHO QUÁ TRÌNH SẤY THỰC.

3.4.1 Delta từng giai đoạn của quá trình sấy thực.

' 2

Giai đoạn II

Chương 4: Tính chọn calorifer và thiết bị phụ

4.1 Tính chọn calorifer

-Nhiệt độ không khí ngoài t0=27,20C

-Nhiệt độ không khí trong buồng sấy t1=700C

-Chọn ống trong calorifer là chùm ống trơn bằng thép có hệ số dẫn nhiệt

2/

Diện tích bề mặt truyền nhiệt của calorifer

.

Q F

k t

  (4.13) Trong đó: k hệ số truyền nhiệt

 t nhiệt độ trung bình logarit của khói và hơi

Hệ số truyền nhiệt k có thể tính theo vách phẳng

  chiều dày của ống thép

 Xác định  2

Ta có tốc độ không khí qua tiết diện hẹp   1 / m s

Tiêu chuẩn reynold khi đi qua tiết diện hẹp

Trong đó C pkh nhiệt dung riêng của khói

ở đây là ta chưa biết được nhiệt dung riêng của thép là bao nhiêu nên ta sử dụngphép tính lặp Ở lần thử đầu tiên ta chọn

W m K kh

d kh kh

min

t

tm t

ln 130,8 70

3,14.0,05 8.0,325.3600

Chiều dài mỗi ống

n m Z

  

Chọn m=4

Tổng số ống trong calorifer là

N=m.Z=4.6=24 ốngKích thứơc của calorifer

- Chiều dài l=1,8 m

- Chiều cao a=Z.s2=6.2.0,053=0,64m

- Chiều rộng h=m.s1=4.2.0,053=0,424m

4.2 TÍNH VÀ CHỌN QUẠT CHO HỆ THỐNG SẤY.

4.2.1 Tính và chọn quạt cấp khói để gia nhiệt không khí trong Calorifer.

Tổn thất áp suất trên đường ống hút bao gồm tổn thất do ma sát và tổn thấtcục bộ ,… và tổn thất phía đẩy để cấp khói trong calorifer

l H

 hệ số ma sát giữa lưu thể với thành ống



� tổng trở lực cục bộ trên đường ống hút

Lưu lượng khói cần cấp Lkh=339,18kg/h

Khối lượng riêng của khói là  kk 0,325 kg m / 3

0,325

kh kh kh

L



Chọn vận tốc trong ống là 8m/s

0,036 3600.8

4.2.2 Tính và chọn quạt cấp không khí nóng cho buồng sấy.

Quạt cấp không khí nóng cho buồng đốt sẽ chịu tổn thất áp suất do calorifer vàbuồng sấy và đường ống và co

Tổn thất áp suất qua calorifer

Khi dòng không khí chảy cắt ngang bên ngoài chùm ống, trở lực của môi chất( kể

Tổn thất áp suất qua buồng sấy

Không khí chạy trong đường ống vào buồng sấy dưới dạng cưỡng bức giữa cáckhay Giả sử khoảng cách giữa các khay chứa VLS được xem là một đường ống vì ởmỗi khay ta đều có đặt các cánh chắn gió để cưỡng bức hướng không khí thổi như ýmuốn đo đó ta xem khoảng cách giữa 2 khay là một đường ống và chọn tổn thất trênmỗi mét ống là 2Pa

-Chiều dài của tất cả các ống là:

Lo = (18+1).1,96 + 2.1,56=40,36 m

-Tổn thất trong buồng sấy sẽ là 40,36.2=80,72 Pa=8,072 mmH2O

Vậy cột áp của quạt sẽ là 1,33+8,072=9,4 mmH2O

Buồng đốt trong hệ thống sấy được sử dụng với hai mục đích

 Thứ nhất buồng đốt tạo ra khói lò có nhiệt độ cao dùng để cấp nhiệt cho không khí trong Calorifer

 Thứ 2 là buồng đốt tạo ra khói lò có nhiệt độ thích hợp để làm tác nhân sấy Đối với đồ án này, nhiệt độ TNS tương đối thấp nên ta dùng nhiên liệu là trấu có thành phần khối lượng là:

Clv=0,3713, Hlv=0,027, Slv=0,0412, Nlv=0,0036, Olv=0,316, Alv=0,1775, Wlv=0,09

4.3.2 Xác định nhiệt độ của khói lò và lưu lượng không khí cấp.