Đồ án thiết kế sấy tủ

giới thiệu về các quá trình sấy, phân loại sấy, các thiết bị sấy đối lưu, công thức tính quá trình sấy, sấy tủ, sấy buồng, sấy hầm, thiết bị phụ quạt gió, tính toán các qua trinh sấy, thiết kế vẽ tủ sấy, quạt gió, xe goong

MỤC LỤCDANH SÁCH BẢNG

DANH SÁCH HÌNH

CÁC TỪ VIẾT TẮT

ĐẶT VẤN ĐỀ

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

1.1.1 Nguồn gốc khoai tây

1.1.2 Tình hình khoai tây ở Việt Nam

1.1.3 Thành phần hóa học của khoai tây

1.1.4 Tính chất vật lý của khoai tây

1.1.5 Công dụng khoai tây

1.1.6 Phương pháp bảo quản khoai tây

1.2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY

1.2.6 Hệ thống sấy đối lưu

1.3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỦ SẤY KHOAI TÂY

1.3.1 Quy trình công nghệ sấy khoai tây

1.3.2 Các bước thiết kế hệ thống sấy tủ

2.1 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA VẬT LIỆU

DANH SÁCH BẢNG

1.1 Thành phần dinh dưỡng 100 g khoai tây

1.2 Tổn thất qua nền qn

2.1 Thông số trạng thái không khí trong quá trình sấy lý thuyết giai đoạn 1

2.2 Các thông số không khí trong quá trình sấy lý thuyết giai đoạn 3

2.3 Cân bằng nhiệt lý thuyết giai đoạn 32.4 Tổn thất trong giai đoạn 2 và 32.5 Cân bằng nhiệt ẩm cho quá trình sấy thực tế ở giai đoạn 3

2.6 Các thông số của thiết bị calorifer KΦ12.7 Các thông số của thiết bị quạt ly tâm Deton 11- 62 – II 2,2A

2.8 Bảng tổng kết

1 Hệ số truyền nhiệt và trợ lực thủy lực của thiết bị KΦ về phía không khí [6]

2 Hệ số truyền nhiệt và trợ lực thủy lực của thiết bị KΦ về phía không khí [6]

3 Thông số kỹ thuật quạt gió ly tâm Deton 11- 62 – II ……

DANH SÁCH HÌN

1.1 Hình dạng khoai tây 2

1.2 Khoai tây mọc mầm 4

1.3 Các giai đoạn của quá trình sấy 7

1.4 Hệ thống sấy hầm 9

1.5 Qui trình công nghệ sấy khoai tây 11

1.6 Quá trình sấy lý thuyết không hồi lưu 14

1.7 Sấy lý thuyết có hồi lưu 14

1.8 Sấy thực tế hồi lưu giai đoạn 2 33

1.9 Sấy thực tế hồi lưu giai đoạn 3 34

ĐẶT VẤN ĐỀ

Việt Nam là đất nước có nền nông nghiệp phát triển mạnh, nông nghiệp chiếm

tỉ trọng khá cao trong cơ cấu kinh tế, thế nên ngoài việc đáp ứng nhu cầu tiêu dùngnội địa, nước ta cũng đã bắt đầu xuất khẩu nông sản cùng các chế phẩm của nó Vìvậy, việc ứng dụng các công nghệ mới đóng vai trò hết sức quan trọng Tuy nhiên,ngành nông nghiệp nước ta vẫn chưa tương xứng với vị trí của nó trong nền kinh tế,nguyên nhân chủ yếu là do các khâu thu hoạch, bảo quản và chế biến nông sản tạiViệt Nam hiện nay chưa khoa học, điều đó làm giảm giá trị sản phẩm khi đưa ra thịtrường tiêu thụ Để cải thiện vấn đề này có rất nhiều phương pháp được đưa ra,trong đó kỹ thuật sấy được xem là một ngành khoa học đóng vai trò rất quan trọngtrong việc chế biến và bảo quản nông sản Ngoài cây lương thực chính là lúa nước,khoai tây cũng là cây lương thực có tầm quan trọng lớn, các món ăn được chế biến

từ khoai tây ngày càng trở nên đa dạng, phong phú Đặc biệt, khoai tây sấy lát cóthể sấy được dưới nhiều thiết bị với từng nhu cầu, mục đích khác nhau nên rất tiệnlợi cho con người sử dụng

Song song với sự phát triển kỹ thuật sấy là sự ra đời của nhiều loại thiết bị sấykhác nhau để phục vụ cho từng loại nông sản Trong đó, sấy buồng và sấy hầmđược sử dụng rộng rãi trong ngành công nghệ thực phẩm với qui mô công nghiệp.Bên cạnh đó, sấy buồng có kích thước nhỏ với thiết bị truyền tải là khay sấy còn gọi

là tủ sấy rất thông dụng trong qui mô phòng thí nghiệm, sản phẩm sau khi sấy tủ cóthể bảo quản lâu, tăng cảm quan cũng như giá trị dinh dưỡng Do đó, trong côngnghiệp người ta thường chọn thiết bị sấy tủ cho những loại rau củ năng suất thấp,vừa mang hiệu quả kinh tế, còn thuận tiện khi vận hành và chi phí thấp

Nhằm trang bị những kiến thức cơ bản nhất về kỹ thuật sấy cho kỹ sư ngànhCông Nghệ Thực Phẩm, sinh viên trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Cần Thơ đãđược làm đồ án môn học Quá trình và thiết bị trong chương trình đào tạo Để cómột cái nhìn trực quan và thực tế hơn, em sẽ trình bày đồ án với đề tài cụ thể là

“Tính toán, thiết kế tủ sấy khoai tây có năng suất 30 kg sản phẩm tươi/mẻ”

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Quá trình và thiết bị, côTrần Ngọc Liên đã giúp em hoàn thành đồ án này Tuy nhiên, do hạn chế về mặtkiến thức lý thuyết và thực tế nên bài đồ án sẽ không tránh khỏi thiếu sót, em rấtmong nhận được sự chỉ dẫn và góp ý của các thầy cô

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

1.1.1 Nguồn gốc khoai tây

Hình 1.1 Hình dạng khoai tây

Cây khoai tây tên khoa học là Solanum tuberosum L Khoai tây là loài cây

nông nghiệp ngắn ngày, chứa nhiều tinh bột, là loại cây trồng lấy củ rộng rãi nhấtthế giới xếp thứ tư về mặt sản lượng tươi sau lúa, lúa mì và ngô

Cây khoai tây có nguồn gốc từ vùng núi Andes của Bolivia và Peru cách đâyhơn 7000 năm Mãi đến 1541, người Tây Ban Nha mới tình cờ phát hiện ra nhữngđiều thú vị về cây khoai tây, mà theo cách gọi của thổ dân là “cây pap-pa” Sau đó,

nó được đem trồng ở nhiều nơi và nhanh chóng trở thành một cây lương thực chủđạo ( Trần Thị Mai, 2001)

1.1.2 Tình hình khoai tây ở Việt Nam

Năm 1890, một người Pháp là giám đốc Vườn bách thảo Hà Nội đem hạtkhoai tây trồng thử ở nước ta, do khoai tây dễ trồng, củ ăn ngon, nó mau chóngđươc trồng ở nhiều địa phương

Từ năm 1980, khoai tây được quan tâm và đã có đề tài nghiên cứu cấp Nhànước mà Viện Khoa học và kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam là cơ quan chủ trì Nhờvậy, năng suất khoai tây đã được nâng cao, trước thường là 8 tấn/ha, cao nhất là 18-

20 tấn/ha, từ năm 1981 đến nay, năng suất bình quân đạt gần 12 tấn/ha, cao nhất đạt35-40 tấn/ha, có thời điểm khoai tây đã xuất khẩu sang Nga (có năm tới 1.000 tấn).Khi lương thực lúa gạo và ngô dồi dào thì khoai tây được nghiên cứu theo hướngchất lượng và hiệu quả

Hiện nay, khoai tây được trồng chủ yếu ở đồng bằng sông Hồng và Đà Lạt Lâm Đồng và một vài tỉnh thành khác ( Thái Hà – Đặng Mai, 27/08/2017)

-1.1.3 Thành phần hóa học của khoai tây

Khoai tây được mệnh danh là “nhân sâm dưới lòng đất” Khoai tây có thểcung cấp cho cơ thể những thành phần dinh dưỡng cao nếu chúng được chế biến tốt.Theo các chuyên gia của Dinh dưỡng của Trung tâm Y tế Texas (Mỹ) thì dùng

Về dinh dưỡng, khoai tây được biết đến với carbohydrate (khoảng 26 g trongmột củ khoai tây trung bình), các hình thức chủ yếu của carbohydrate này là tinh bột

và một phần nhỏ nhưng ý nghĩa, lợi ích như chất xơ là khả năng chống tiêu hóa củacác enzyme trong dạ dày, ruột non và để đạt đến ruột già cơ bản còn nguyên vẹn

(Nguồn:Bộ y tế viện dinh dưỡng, 2007)

1.1.4 Tính chất vật lý của khoai tây

- Khối lượng riêng: ρkt = 1034 kg/m 3 (Bảng 1 – trang 215 [3])

- Nhiệt dung riêng: Ckt = 3,634 kJ/kg (Bảng 8 – trang 90 [10])

1.1.5 Công dụng khoai tây

Cải thiện chức năng của não bộ và sức khỏe thần kinh: Vitamin B6 giúp tạo racác amin, một loại hợp chất hữu cơ dẫn truyền thần kinh bao gồm có serotonin,melatonin và epinephrine, điều đó có nghĩa khoai tây làm giảm nguy cơ trầm cảm,căng thẳng Thêm vào đó, một lượng lớn cacbohydrate trong khoai giúp duy trì

lượng glucose trong máu, giúo não bộ làm việc tốt hơn, lượng kali làm giãn mạchmáu, đảm bảo não sẽ nhận được đủ máu.

Đẩy mạnh quá trình tiêu hóa: lượng cacbohydrate và chất xơ cũng khiến dạdày tiêu hóa tốt hơn

Giảm huyết áp và tốt cho tim mạch: lượng chất xơ có trong khoai tây giúp làmgiảm cholesterol trong các mạch máu, vitamin C và B6 làm giảm thiểu các gốc tự

do, carotenoid duy trì sự hoạt động ổn định của tim mạch Ngoài ra, vitamin B6 cònđóng vai trò quan trọng trong quá trình methyl hóa, biến đổi các phân tửhomocysteine có khả năng gây nguy hại thành phân tử lành tính Quá nhiềuhomocysteine sẽ làm hỏng các thành mạch máu, tăng nguy cơ đau tim và đột quỵ.Tăng cường khả năng miễn dịch: Vitamin C phòng ngừa rất nhiều loại bệnhnhư scorbut với các triệu chứng như: chảy máu chân răng, chậm lành vết thương, dễ

bị nhiễm trùng, dễ bị kích động cho đến các bệnh cảm lạnh thông thường

Chống viêm, chống lão hóa: Kali và vitamin B6 giúp chống viêm trong hệthống tiêu hóa và miệng, canxi và magie rất hữu dụng ngăn ngừa bệnh thấp khớp vàVitamin C, E là các chất chống oxy hóa nên rất tốt cho da

Độc tính của khoai tây

Khoai tây chứa những hợp chất độc hại được biết đến như làcác glycoalkaloid, phổ biến nhất là solanine Solanine cũng được tìm thấy trong một

số cây như cây bạch anh độc, thiên tiên tử (Hyoscyamus niger), cây thuốc lá (Nicotiana spp.), cà tím và cà chua Độc tố này ảnh hưởng đến hệ thần kinh, gây ra

sự yếu ớt và nhầm lẫn

Hình 1.2 Khoai tây mọc mầm

Các chất thuốc bảo vệ thực vật, tích tụ ở phần lá, mầm và quả khoai tây, nấu

ăn trên 170°C làm giảm chất độc Nồng độ của glycoalkaloid trong khoai tây hoang

dã đủ để gây hại cho cơ thể người, nó gây ra nhức đầu, tiêu chảy, chuột rút vànghiêm trọng hơn khiến người ăn hôn mê dẫn tới tử vong Tuy vậy ngộ độc dokhoai tây rất ít xảy ra Ánh sáng làm diệp lục tổng hợp clorophyl, đó là nguyên nhânkhiến một số khu vực của củ có thể độc Một số giống khoai tây chứa nhiều chấtđộc glycoalkaloid hơn các giống khác, các nhà lai tạo giống thông qua thử nghiệm

sẽ loại bỏ các cây có tính độc Họ cố gắng giữ mức solanin dưới 200 mg/kg Tuy

glycoalkaloid, củ khoai tây có mầm là 250 – 280 mg/kg, trong củ khoai tây vỏ xanh

là 1.500 - 2.200 mg/kg

1.1.6 Phương pháp bảo quản khoai tây

Ở các nước phát triển, các biện pháp hiện đại được áp dụng để bảo quản khoaitây: bảo quản bằng chiếu xạ, bảo quản lạnh hay bảo quản bằng hóa chất,…làm giảmhao hụt xuống dưới 5% Ở Việt Nam, biện pháp phổ biến hiện nay là bảo quản lạnh,

để giàn, vùi trong tro, trong cát, xử lý hóa (thuốc chống mọc mầm, diệt nấm, chấtđiều hòa sinh trưởng Dùng các loại thuốc kích thích, xử lý trước và sau thu hoạch,kết hợp với khống chế nhiệt độ, độ ẩm và môi trường để bảo quản khoai tây ở qui

mô vừa hoặc hộ gia đình, đơn giản, rẻ tiền và dễ thực hiện cho hiệu quả cao

a Xử lý trước khi thu hoạch

Chuẩn bị hóa chất xử lý: Cần xử lý 200 g CBZ (carbendazim) 100 g MH(Hydrazit acid maleic), 3 lít chế phẩm EM và 2 khối cát khô sạch cho 1 lần

Trước khi thu hoạch 2 - 3 tuần, tiến hành phun vào ruộng khoai tây một hỗnhợp dung dịch MH 0,2% và VBC 0,2%, với liều lượng 40 - 45 lít dung dịch/sào,phun vào cuối buổi chiều, phun ướt cả lá và cây Mục đích phun hóa chất này nhằm

ức chế củ khoai tây nảy mầm và tiêu diệt nấm bệnh trước khi thu hoạch và bảoquản

Lựa chọn khoai: Củ khô, không bị trầy xước, củ khoai tây thu hoạch khi đã đủ

độ chín, không nên non quá hoặc già quá

Xử lý phục hồi: Khoai tây có đặc điểm tự phục hồi cá mô bị trầy xước trongthời gian 15 - 25 ngày

Xử lý chống nấm và chống nảy mầm: Sau khi xử lý phục hồi tiến hành xử lýchống nấm và ức chế nảy mầm củ Pha hỗn hợp CBZ 0,2% và MH 0,2%, dàn khoaitây thành lớp dày 10 - 15 cm, phun hoặc nhúng củ trong 5 phút, để khô tự nhiên

b Bảo quản sau thu hoạch

 Bảo quản lạnh

Khoai tây được bảo quản ở nhiệt độ 4°C, tuy nhiên tiến trình hạ nhiệt độ lúcbắt đầu bảo quản và tăng lại nhiệt độ khi kết thúc bảo quản được thực hiện một cáchnghiêm ngặt, đúng kỹ thuật mới có thể thu được kết quả tốt

Sau khi đưa khoai tây vào kho bảo quản, bắt đầu hạ thấp nhiệt độ kho Trong

10 ngày đầu bảo quản, mỗi ngày giảm 0,5°C Những ngày tiếp theo giảm 1°C mỗingày cho đến khi nhiệt độ kho đạt 4°C thì dừng lại không giảm nữa, duy trì bảoquản ở nhiệt độ này trong suốt khoảng 6 - 7 tháng tiếp theo

Với củ bảo quản làm giống: Sau 6 tháng bảo quản thì chuẩn bị tăng nhiệt độtrở lại và kích hoạt khoai mọc mầm Lưu ý thời gian từ khi bắt đầu nâng nhiệt độ

đến khi có củ giống xuất kho là khoảng 22 ngày, vì vậy căn cứ vào ngày cần trồng

để mà định ngày nâng lại nhiệt độ Tiến hành tăng nhiệt độ kho 1°C mỗi ngày chođến khi kho đạt nhiệt độ 18 - 20°C thì dừng lai không tăng nhiệt độ nữa Ở nhiệt độnày, củ khoai tây tự kích hoạt và sau 7 ngày có thể có củ giống trồng ngoài sản xuất.Hiện nay, ở Thái Bình, Bắc Giang Bắc Ninh, Quảng Ninh,…đang sử dụng các

hệ thống kho lạnh để bảo quản củ giống khoai tây mang lại hiệu quả kinh tế rất cao

 Bảo quản bằng cát khô và hóa chất

Xử lí cát: cát cần được rửa sạch, phơi khô triệt để sau đó phun EM thử cấp vàocát sạch khô, phun lên đống cát giữ 24 giờ để tiêu diệt nấm bệnh có hại, tiếp tụcphơi khô cát nơi râm mát để chuẩn bị ủ khoai tây bảo quản

Ủ cát bảo quản: Nhà ủ có nền gạch khô, thoáng, dưới nền lót bằng cót khô đểtránh hút ẩm dưới nền, đưa khoai tây vào chất đống theo công thức: Một lớp khoaitây dày 20 cm thì đổ một lớp cát sao cho phủ kín mặt khoai tây và bịt kín tất cả cáckhe hở giữa các củ, cứ như vậy khối ủ có thể cao 1,5 - 2 m, trên cùng là lớp cát phủkín củ, sau đó dùng nilon tối màu hoặc bìa cát tông đậy kín khối ủ

Sau 5 tháng bảo quản, cát có thể xử lý để dùng lại Tất cả các hóa chất dùng để

xử lý, sau 5 tháng bảo quản đã bị phân hủy và dư lượng hóa chất trên củ ở dưới mứccho phép

Bảo quản khoai tây bằng cát khô là biện pháp kỹ thuật đơn giản rẻ tiền có hiệuquả, phù hợp với quy mô hộ gia đình Sau 5 tháng bảo quản tỷ lệ hao hụt dưới 10%

1.2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY

1.2.1 Bản chất quá trình sấy

Sấy là quá trình tách nước khỏi vật liệu bằng cách làm cho nước chuyển phabằng các tác nhân vật lý để thu được một sản phẩm rắn Quá trình này được thựchiện do sự chênh lệch áp suất của hơi nước ở môi trường xung quanh (Pxq) và trên

bề mặt (Psp), để cho lượng ẩm trên bề mặt sản phẩm bay hơi cần có điều kiện Psp >

Pxq, Psp phụ thuộc vào nhiệt độ sấy, độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy, tính chất liên kếtcủa nước và sản phẩm Quá trình sấy là một quy trình công nghệ phức tạp, sấykhông chỉ đơn thuần là tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu mà đòi hỏi vật liệusau khi sấy phải đảm bảo chất lượng theo một chỉ tiêu nào đó với mức chi phí nănglượng tối thiểu

Ẩm trong vật liệu tồn tại ở các trạng thái: liên kết hóa học, liên kết hóa lý vàliên kết cơ lý Sấy chỉ tách được toàn bộ ẩm liên kết vật lý, một phần ẩm liên kếthóa lý và không tách được ẩm liên kết hóa học Phần ẩm trong vật liệu tách đượckhi sấy gọi là ẩm tự do, phần không tách được gọi là ẩm liên kết

1.2.2 Các giai đoạn quá trình sấy

Hình 1.3 Các giai đoạn của quá trình sấy

a Giai đoạn làm nóng

Nếu ban đầu nhiệt độ của vật liệu thấp hơn nhiệt độ bay hơi đoạn nhiệtcủa không khí thì trong giai đoạn đốt nóng, nhiệt độ của vật liệu tăng lên.Trong giai đoạn này, hàm ẩm của vật liệu thay đổi rất chậm và thời gian diễntiến nhanh Kết thúc giai đoạn này, nhiệt độ vật liệu đạt đến nhiệt độ bầu ướtcủa không khí Nếu vật liệu có độ dày nhỏ và quá trình sấy là đối lưu thì thờigian sấy không đáng kể

b Giai đoạn sấy đẳng tốc

Sau giai đoạn làm nóng, hàm ẩm của vật liệu giảm tuyến tính theo thờigian Do trong giai đoạn này = const nên được gọi là sấy đẳng tốc, giai đoạnnày kéo dài cho đến thời điểm mà hàm ẩm của vật liệu đạt giá trị Wk nào đấythì kết thúc, Wkđược gọi là độ ẩm tới hạn của vật liệu

c Giai đoạn sấy giảm tốc

Khi độ ẩm vật liệu đạt giá trị tới hạn thì tốc độ sấy giảm dần đến khi vậtliệu đạt đến độ ẩm cân bằng thì hàm ẩm của vật liệu không giảm nữa, tốc độsấy bằng 0, quá trình sấy kết thúc

1.2.3 Phân loại

1.2.3.1 Sấy tự nhiên

Tác nhân chính là nắng và gió, phụ thuộc nhiều vào thời tiết, thời giansấy dài, tốn diện tích sân phơi và độ ẩm cuối cùng của vật liệu còn cao, khóđiều chỉnh, vật liệu dễ bị nhiễm vi sinh vật

1.2.3.2 Sấy nhân tạo

a Phân loại theo phương thức truyền nhiệt

- Sấy đối lưu: Trao đối nhiệt đối lưu (tự nhiên hay cưỡng bức) để cungcấp nhiệt cho vật liệu sấy Đây là phương pháp được dùng rộng rãi cho sấy hoaquả và hạt Thiết bị sấy đối lưu bao gồm: sấy buồng, sấy hầm, sấy khí động,sấy tầng sôi, sấy tháp, sấy thùng quay, sấy phun…

- Sấy tiếp xúc: Hình thức trao đổi nhiệt là dẫn nhiệt, cho vật sấy tiếp xúcvới bề mặt có nhiệt độ cao hơn

- Sấy bức xạ: Dùng đèn hồng ngoại hay các bề mặt rắn có nhiệt độ caohơn để bức xạ nhiệt tới vật liệu sấy, môi chất sấy không làm nhiệm vụ gianhiệt.

- Sấy bằng dòng điện cao tần: Nguồn nhiệt cung cấp cho vật liệu sấy nhờdòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần trong vật sấy làm vật sấy nónglên

- Sấy thăng hoa: Làm lạnh vật sấy đồng thời hút chân không để cho vậtsấy đạt đến trạng thái thăng hoa của nước, nước thoát ra khỏi vật sấy nhờ quátrình thăng hoa

Trong đó, phương pháp sấy đối lưu là thông dụng nhất, sử dụng khôngkhí nóng để sấy thực phẩm trên các khay là một hình thức sấy phá phổ biếntrong công nghệ thực phẩm với quy mô nhỏ

b Phân loại theo tính chất xử lý vật liệu ẩm qua buồng sấy

Sấy mẻ: Vật liệu đứng yên hoặc chuyển động qua buồng sấy nhiều lần,đến khi hoàn tất sẽ được tháo ra

Sấy liên tục: Vật liệu được cung cấp liên tục và sự chuyển động của vậtliệu sấy qua buồng cũng liên tục

1.2.4 Tác nhân sấy

1.2.4.1 Nhiệm vụ tác nhân sấy

- Gia nhiệt cho vật sấy

- Tải ẩm, mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường

- Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt

Tùy theo phương pháp sấy, tác nhân sấy (TNS) có thể thực hiện một hoặc hainhiệm vụ trên

+ Sấy đối lưu, TNS làm nhiệm vụ gia nhiệt và tải ẩm

+ Sấy bức xạ, TNS làm nhiệm vụ tải ẩm và bảo vệ vật sấy

+ Sấy tiếp xúc, TNS làm nhiệm vụ tải ẩm

+ Sấy bằng từ trường tần số cao, TNS làm nhiệm vụ tải ẩm

1.2.4.2 Các loại tác nhân sấy

c Hỗn hợp không khí hơi và hơi nước

Sử dụng khi cần có độ ẩm tương đối cao

d Hơi quá nhiệt

Dùng làm môi chất sấy trong trường hợp nhiệt độ cao và sản phẩm sấy là chất

dễ cháy nổ

1.2.5 Chế độ sấy

Chế độ sấy là tập hợp các tác động nhiệt ẩm của môi chất sấy đến VLS nhằmđảm bảo chất lượng và thời gian sấy nhất định theo yêu cầu Chế độ sấy thể hiệndưới dạng các thông số sau: nhiệt độ tác nhân sấy, thời gian sấy, độ ẩm tương đối,tốc độ môi chất sấy

1.2.6 Hệ thống sấy đối lưu

a Hệ thống sấy buồng, sấy hầm

Vật liệu sấy (VLS) được đặt trên các xe goòng để đi vào phòng sấy Không khíngoài trời được quạt gió hút và thổi qua calorifer, không khí nhận nhiệt từ hơi đốtrồi đi tiếp vào phòng sấy Trong phòng sấy, không khí nóng tiếp xúc trực tiếp vớiVLS, gia nhiệt cho VLS đồng thời vận chuyển lượng ẩm tách ra khỏi VLS ra ngoài Cấu tạo chủ yếu của hệ thống sấy buồng (HTSB) là buồng sấy, nếu dunglượng buồng sấy bé và thiết bị truyền tải (TBTT) là các khay sấy thì được gọi là tủsấy Nếu dung lượng buồng sấy lớn và TBTT là xe goòng với các thiết bị chứa vậtliệu thì gọi là HTSB kiểu xe goòng

Hệ thống sấy hầm (HTSH) có TBTT thường là các xe goòng với các khaychứa VLS hoặc băng tải HTSH có năng suất lớn hơn rất nhiều so với HTSB, quátrình sấy không theo chu kì như HTSB mà có thể sấy liên tục hoặc bán liên tục

Ưu điểm của hai hệ thống sấy này là có thể sấy nhiều dạng VLS khác nhau từdạng cục, hạt cho đến các vật liệu dạng thanh, tấm như gỗ, thuốc lá,…Tuy nhiên,quá trình sấy không được đồng đều, không triệt để, sản phẩm có chỗ khô, chỗ ướt(biến dạng, nứt nẻ) Thời gian sấy dài, mất nhiều nhiệt lượng, khó kiểm tra quátrình, nặng nhọc, không đảm bảo vệ sinh

Hình 1.4 Hệ thống sấy hầm

b Hệ thống sấy tầng sôi

Không khí được quạt hút và thổi qua calorifer được nung nóng nhờ nhận nhiệtcủa hơi đốt Sau đó không khí nóng đi qua buồng sấy với vận tốc đủ lớn để thổi lớpvật liệu sấy dạng hạt ở trạng thái lơ lửng, VLS được gia nhiệt và sấy khô Khôngkhí thải và các vật liệu kích thước nhỏ được đưa qua xyclon để phân riêng Đây là

hệ thống sấy chuyên dụng để sấy hạt

c Hệ thống sấy khí động

Vật liệu sấy dạng hạt được đưa vào ống sấy từ phía dưới Trong ống, khôngkhí nóng thổi từ dưới lên cuốn VLS bay dọc theo ống sấy, gia nhiệt cho VLS và sấykhô Sau đó, hỗn hợp được đưa vào xyclon của lực ly tâm sản phẩm được tách ra ởtheo phương tiếp tuyến, dưới tác dụng của lực ly tâm sản phẩm được tách ra ở đáy,không khí thải ra ở phía trên Vật liệu sấy trong hệ thống sấy này thường là dạng hạthoặc các mảnh nhỏ và độ ẩm cần lấy đi thường là ẩm bề mặt

d Hệ thống sấy phun

Phân tán dung dịch sấy thành dạng hạt (dạng sương) sau đó cho tiếp xúc trựctiếp với không khí nóng Khi đó, các hạt sương được gia nhiệt và sấy khô Sau đó,hỗn hợp (khí thải và bột sản phẩm) được đưa vào xyclon để phân riêng

Hệ thống sấy phun dùng để sấy các dung dịch huyền phù như trong công nghệsản xuất sữa bột

Các phương pháp phun dung dịch thành bụi:

- Ly tâm

- Cơ khí

- Dùng khí nén

1.3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỦ SẤY KHOAI TÂY

1.3.1 Quy trình công nghệ sấy khoai tây

Hình 1.5 Qui trình công nghệ sấy khoai tây

 Thuyết minh qui trình

Nguyên liệu được chọn là khoai tây tươi, không bị trầy xước, không mọcmầm Làm sạch và bóc vỏ, sau đó chần khoai tây trong nước có nhiệt độ 80 - 85 oCtrong 15 – 30 phút

Tiếp đến, thái lát khoai tây có kích thước (30x30x10) mm Sau khi thái, ở bềmặt lát thường có nhựa chảy ra làm cho bề mặt rất dễ bị sẫm màu do bị oxy hóa Đểtránh hiện tượng này, sau khi thái lát được sulfile hóa trong dung dịch SO2 có nồng

độ 0,2 – 1% (ngâm khoảng 30 phút), để ráo, nhằm giảm bớt thời gian sấy

Nguyên liệu sau khi xử lý được đưa vào hệ thống tủ sấy, điều chỉnh nhiệt độ

và thời gian thích hợp, thực hiện đảo khay để vật liệu sấy được đồng đều hơn

1.3.2 Các bước thiết kế hệ thống sấy tủ

Theo Trần Văn Phú, 2001, các bước thiết kế hệ thống sấy tủ được tiến hành như sau

a Quyết định chế độ sấy khoai tây

Chế độ sấy nói chung được hiểu là phương thức tổ chức quá trình traođổi nhiệt - ẩm trong TBS Thông thường chế độ sấy được rút ra từ thựcnghiệm hay thực tế sản xuất Cụ thể là:

Phương pháp sấy

Với yêu cầu về đặc tính của loại vật liệu sấy là khoai tây và năng suấtthấp nên ta lựa chọn công nghệ sấy tủ kiểu đối lưu cưỡng bức dùng quạt thổi,sấy hồi lưu một phần nhằm tránh mất mùi vị nhiều của nguyên liệu Không khíngoài trời được calorifer gia nhiệt đến nhiệt độ thích hợp và có độ ẩm tươngđối thấp được quạt thổi vào buồng sấy, trong không gian sấy không khí khôthực hiện trao đổi nhiệt ẩm với vật liệu sấy là khoai tây tươi làm cho độ ẩmcủa không khí tăng lên, đồng thời làm hơi nước trong vật liệu sấy rút ra ngoài

Tác nhân sấy

Khi sấy đối lưu, TNS làm nhiệm vụ gia nhiệt và tải ẩm Không khí ẩm làloại tác nhân sấy thông dụng nhất, chọn TNS là không khí ẩm do không khí cósẵn trong tự nhiên, không độc, thích hợp cho việc sấy khoai tây tươi và không

ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, cần phải trang bị thêm bộ phận gia nhiệtkhông khí (calorife khí – hơi)

Chất tải nhiệt

Dùng hơi nước có áp suất 2 bar, hơi nước có ưu điểm là nhiệt độ ổn định

và dễ điều chỉnh Nhược điểm khi dùng hơi nước là phải trang bị lò hơi

Thiết bị truyền tải

Đối với tủ sấy, TBTT được chọn là khay sấy với vật liệu bằng inox 304

có các tính chất vật lý sau:

- Khối lượng riêng của inox 304: = 7930 kg/m 3 [6]

- Nhiệt dung riêng của inox 304: = 0,5 kJ/kg.K [6]

- Độ dày khay: ∆h1k = 2 mm

Thời gian khô của các lát khoai tây thường không đồng đều, do đó cầnphải đảo trộn trên cùng khay hoặc giữa các khay Nếu thực hiện tốt việc đảotrộn, có thể giảm được 1/3 thời gian sấy

Chế độ sấy

Với mục đích sấy khoai tây thái lát có thể bảo quản và sử dụng đượctrong 6 tháng, chọn độ ẩm cuối của khoai tây sấy là W2 = 7 % [9]Theo Hoàng Văn Chước, 2006, chế độ sấy khoai tây có 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Thời gian τ1 = 8 giờ, nhiệt độ môi chất sấy vào = 65°C

- Giai đoạn 2: Thời gian τ2 = 8 giờ, nhiệt độ môi chất sấy vào = 80°C

Tốc độ môi chất sấy cả ba giai đoạn là v = 1 m/s.

Trạng thái không khí ở Cần Thơ tháng 04/2018 có nhiệt độ trung bìnhkhoảng t0 = 30°C và độ ẩm không khí là = 80%

(Bảng VII.1 – trang 102, [6])

b Tính lượng ẩm cần bay hơi trong 1 giờ

- Lượng ẩm bay hơi ( Hoàng Văn Chước, 2006)

- Trạng thái không khí bên ngoài

+ Độ chứa hơi: d0 = 0,622 I0 (kg/kg KK) (1.2)+ Năng lượng Entanpi: I0 = = t0 + d0 (2500 + 1,93t0) (kJ/kgKK)

(1.3)

+ Áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ t: pbh = (1.4)

( Hoàng Văn Chước, 2006)

Trong đó:

M là lượng ẩm cần bay hơi (kg/mẻ)

G1, G2 lần lượt là khối lượng sản phẩm vào và ra (kg)

W1, W2 là ẩm độ vật liệu vào và sản phẩm ra (%)

p là áp suất khí quyển, p = bar = 0,9933 bar

Cpk=1 kJ/kg.K là nhiệt dung riêng của không khí khô; =1,93 kJ/kg.K là nhiệt

dung riêng của hơi nước; r = 2500 kJ/kg là nhiệt hóa hơi của nước (Trang 5,

[3])

c Xác định thông số tác nhân sấy sau calorifer

- Độ chứa hơi sau calorifer: d1 = d0

- Năng lượng entanpi: kJ/kgKK (1.5)

- Độ ẩm tương đối của không khí: (1.6)

- Khối lượng riêng của không khí: ρk = (kg/m 3 ) (1.7)

d Tính cân bằng nhiệt - ẩm cho quá trình sấy lí thuyết

Nội dung cơ bản của bước này là xác định trạng thái TNS sau quátrình sấy lý thuyết Tiếp đó tính lượng không khí khô lí thuyết cần thiết lưuchuyển trong TBS

- Với HTS không hồi lưu, không đốt nóng trung gian thì:

(Hình 3.1 – trang 109 [4])

+ Độ chứa hơi cuối quá trình sấy: d2 = (kg/kgKK) (1.8)+ Độ ẩm tương đối: = (1.9)

+ Tiêu hao không khí lý thuyết: l0 (kg/kgẩm) (1.10)

+ Tiêu hao nhiệt lý thuyết: q0 = l0 (I1 – I0) (kJ/kgẩm) (1.11)

+ Năng lượng Entanpi: IA = t + (2500 + 1,93 t ) (kJ/kgKK) (1.15)

Hình 1.6 Quá trình sấy lý thuyết không hồi lưu

Hình 1.7 Sấy lý thuyết có hồi lưu

+ Tiêu hao nhiệt lý thuyết: q0 = l0(I1 – IA) (kJ/kgẩm) (1.17)

Trong đó:

GA = L0 = l0 Mi là lưu lượng khí hồi lưu (kg/h) (1.18)

G0 là lưu lượng khí lấy từ bên ngoài (kg/h)

e Xác định các kích thước cơ bản của buống sấy và TBTT

(Theo Hoàng Văn Chước, 2006)

- Tiết diện thông gió của tủ là: Fg = (m 2 ) (1.19)

- Chọn chiều dài chất vật liệu lên khay là Lm (m) (1.20)

 Chiều dài bên trong tủ: L = Lm + 2∆L (m) (1.21)

- Số tầng khay vật liệu trong tủ: m = (tầng) (1.23)

- Chiều cao chất vật liệu là: Hm = m(hk + hm) (mm) (1.24)

 Chiều cao bên trong tủ là: H = Hm + m.∆h1k + ∆Htr (mm) (1.25)

- Tổng diện tích khay sấy: FK = (m 2 ) (1.26)

- Diện tích trên 1 tầng khay: F1k = (m 2 ) (1.27)

- Chiều rộng chất vật liệu: Bm = (m) (1.28)

 Chiều rộng bên trong tủ: B= Bm + 2∆B (m) (1.29)

- Chiều cao phủ bì của buồng là: HN = H + ∆HTB + 2δ + δp (m) (1.30)

- Chiều rộng phủ bì của buồng: BN = B + 2δ (m) (1.31)

- Chiều dài phủ bì của buồng: LN = L + 2δ (m) (1.32)

- Diện tích xung quanh của buồng: Fxq = 2( BN + LN)HN (m 2 ) (1.33)Diện tích trần và nền: Ftr = LN BN (m 2 ) (1.34)

 Kích thước khay sấy:

- Chiều dài lkh = Lm (m)

- Chiều rộng bkh = Bm (m)

- Chiều dày khay hkh (m)

- Diện tích của khay không có lỗ: f = lkh.bkh (m 2 ) (1.35)

- Diện tích các lỗ trên khay = Diện tích 1 khay = f (m 2 ) (1.36)

- Thể tích 1 khay là: vkh = f hkh (m 3 ) (1.37)

- Khối lượng khay sấy: mkh = vkh.ρAl (kg) (1.38)

=> Khối lượng khay trong tủ: Gkh = mkh.m (kg) (1.39)

Trong đó:

v là tốc độ môi chất trong tủ sấy (v = 1 m/s)

Vmax là lưu lượng khí lớn nhất qua tủ (m 3 /h)

∆L là chiều dài phụ dùng để làm giá đỡ khay (m)

hk là khoảng thông khí trên 1 khay (mm)

hm là chiều dày vật liệu trên khay (mm)

∆h1k là chiều dày của khay sấy (mm)

∆Htr là khoảng cách từ vật liệu khay trên cùng đến trần tủ (mm)

g1 là khối lượng vật liệu trên 1m2 khay

∆B là chiều rộng kênh dẫn khí (m)

∆HTB là chiều cao để bố trí thiết bị (calorife, quạt gió) (m)

δ là chiều dày trần buồng , δp là chiều dày trần buồng phụ (mm)

ρinox là khối lượng riêng của inox 304 (khay sấy làm bằng vật liệu inox 304)

f Tính tổn thất nhiệt trong quá trình sấy thực tế

(Theo Hoàng Văn Chước, 2006)

 Quá trình sấy không hồi lưu

- Tổn thất do vật liệu mang đi đối với thiết bị sấy chu kỳ

Qmi = Gmi Cmi (tm2i – tm1i) (kJ) (1.40)

Trong đó:

Mi là lượng ẩm bốc hơi trong giai đoạn i (kg)

Gmi là lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn thứ i (kg)

Cmi là nhiệt dung riêng của vật liệu ra khỏi giai đoạn i

Cmi = Ckt(1–W2)+CnW2 (1.42)

Ckt và Cn là nhiệt dung riêng của khoai tây và nước lần lượt là 3,634và 4,18

kJ/kg (Nguyễn Kim Anh 2006)

tm2i , tm1i lần lượt là nhiệt độ vật liệu vào và ra khỏi giai đoạn i (oC)

- Tổn thất do TBTT (khay)

Qkh = Gkh.Ckh (tm2i – tm1i) (kJ) (1.43)

Trong đó:

Gkh là tổng khối lượng của khay (kg)

Ckh là nhiệt dung riêng của vật liệu chế tạo khay (kJ/kg) Cinox = 0,5

kJ/kg(Nguyễn Kim Anh 2006)

- Tổn thất nhiệt vào môi trường xung quanh

Qmt = Qxq + Qc + Qtr + Qn (kJ) (1.45)

+ Tổn thất qua tường bao quanh được tính như trao đổi nhiệt đối lưu qua tấmphẳng 1 lớp hay n lớp: (Theo Trần Văn Phú, 2001)

Trong đó:

(1.48)

, và tương ứng là chiều dày và hệ số dẫn của tường buồng sấy và các lớpcách nhiệt; và tương ứng là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía TNS và phíakhông khí ngoài trời Hệ số có thể tính theo phương trình tiêu chuẩn chotrong các giáo trình truyền nhiệt Tuy nhiên, trong kĩ thuật sấy chúng ta cóthể tính đơn giản hơn như sau:

Khi đối lưu cưỡng bức:

thì

Để sử dụng các công thức (1.49) ta phải biết tốc độ TNS đi trong buồng sấy.Tốc độ này được giả thiết trước nên cơ sở lưu lượng TNS lý thuyết đã tính trênđây và tiết diện tự do của buồng sấy Sau khi tính xong quá trình thực sẽ phảikiểm lại tốc độ TNS đã giả thiết

Khi đổi lưu tự nhiên, cả và có thể tính theo công thức chung sau đây:

Trong đó: và là nhiệt độ mặt trong và mặt ngoài của buồng sấy Như vậy, đểtính và ta phải biết giả thiết hoặc Giả thiết này sẽ được kiểm tra lại theo côngthức:

(1.51)

(1.52) + Tổn thất qua trần qtr (Theo Hoàng Văn Chước, 2006)

Tổn thất qua nền phụ thuộc vào kết cấu nền Trong trường hợp TBS đặt nền

đất khô ráo và được láng xi măng thì có thể tính mặt độ tổn thất nền q (W/m 2)

theo hai thông số: Nhiệt độ trung bình TNS ( và khoảng cách x (m) giữa tường

TBS với tường phân xưởng cho trong bảng thực nghiệm sau đây:

Bảng 1.2 Tổn thất qua nền q n (W/m 2 )