Thiết kế hầm sấy củ cải năng suất 10000kg nguyên liệu có độ ẩm 78% độ ẩm sản phẩm 12%

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - - ĐỒ ÁN I QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ Lớp: Giáo viên hướng dẫn: Thực phẩm - K60 Ts Nguyễn Ngọc Hồng Hà Nội,03/2018 Contents LỜI NĨI ĐẦU Việt Nam nước có khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa với đa dạng sản phẩm nông sản Các mặt hàng nông sản thu hoạch theo mùa vụ cần tích trữ để sử dụng lâu dài Do đó, ngành cơng nghiệp thực phẩm nước ta ý đến trình chế biến bảo quản thực phẩm Mục đích q trình bảo quản thực phẩm giữ đặc tính ban đầu thực phẩm, đồng thời tăng giá trị sản phẩm, giữ thời gian dài Có nhiều phương pháp sử dụng trình bảo quản chế biến ngâm đường,… phương pháp sấy phương pháp sử dụng phổ biến Sấy phương pháp nghiên cứu sử dụng lâu đời Kỹ thuật sấy đóng vai trị vơ quan trọng cơng nghiệp đời sống Trong quy trình cơng nghệ sản xuất nhiều sản phẩm có cơng đoạn sấy khô để bảo quản dài ngày Công nghệ ngày phát triển công nghiệp công nghiệp chế biến hải sản, rau quả, lương thực, thực phẩm… Từ làm phong phú sản phẩm thực phẩm trái sấy, thịt khô, cá khô,… Thực tế cho thấy q trình nhiệt nói chung q trình sấy nói riêng q trình cơng nghệ phức tạp Chẳng hạn trình sấy trình tách ẩm khỏi vật liệu nhờ nhiệt sau sử dụng tác nhân để thải ẩm mơi trường với điều kiện suất cao, chi phí vận chuyển hàng, vốn đầu tư thấp sản phẩm phải có chất lượng tốt,… Để tìm hiểu sâu phương pháp sấy tính tốn cho vật liệu sấy cụ thể nên đề tài em là: Thiết kế hầm sấy củ cải suất 10000kg nguyên liệu có độ ẩm 78% Độ ẩm sản phẩm 12% Đây lần em làm đồ án kiến thức, tài liệu tham khảo hạn chế nên q trình làm cịn nhiều sai sót, em mong nhận góp ý để hồn thiện đồ án mơn học Em xin chân thành cảm ơn Ts NGUYỄN NGỌC HỒNG tận tình giúp đỡ để em hoàn thành đồ án Phần I: TỔNG QUAN Chương 1: Tổng quan vật liệu sấy 1.1 Đặc điểm củ cải Củ cải ( danh pháp hai phần: Raphanus sativus) loại rau ăn củ thuộc họ cải, hóa châu Âu từ thời kỳ tiền Roman Hiện củ cải trồng sử dụng khắp giới Củ cải có nhiều thứ khác , khác biệt kích thước màu sắc mùa vụ Một vài thứ cải củ trồng để lấy hạt dùng chế biến dầu hạt cải Hiện nay, có hai loại cải củ dùng phổ biến, củ cải trắng (mùa đông) củ cải đỏ (xuân hè) Củ cải trắng thường có hình dáng dài, nhỏ, củ cải đỏ trịn 1.2 Thành phần hóa học củ cải Trong củ cải chứa nhiều chất dinh dưỡng nên có nhiều lợi ích cho sức khỏe Theo bảng thành phần thực phẩm Việt Nam Viện dinh dưỡng 100g củ cải trắng có: 92.1 g nước calci 40 mg 1.5 g protid sắt 1.1 mg 3.6 g gluxit photpho 41 mg 1.5 g xenluloza kali 242 mg Đường tổng số 2.5 g Chứa nhiều vitamin như: vitamin C 30 mg, vitamin B1 0.06 mg, B2 0.06 mg,… Trong củ cải đỏ hàm lượng nước thấp đạt 86 g, 1.3 g protid, 10.8 g gluxit, 0.9 g xunluloza, 28 mg calci, 43 mg photpho, 1.4 mg sắt Hàm lượng viatmin: vitamin C 20 mg, 0.02 viatmin B1, 0.05 viatmin B2, 0.4 mg PP, 1.3 Ứng dụng củ cải - Làm thực phẩm Vì củ cải chứa nhiều chất dinh dưỡng có lợi cho sức khỏe nên củ cải chế biến thành nhiều ăn củ cải luộc ăn rau, xào nấu với thịt, kho với cá… Trong công nghệ thực phẩm củ cải dùng để chế biến sản phẩm củ cải dầm dấm, củ cải chua cay, củ cải muối,… - Tác dụng phòng bệnh chữa bệnh o Theo Đông y, củ cải tươi sống có vị cay, tính mát, củ cải nấu chín có vị ngọt, tính bình, quy kinh phế vị, có cơng dụng chữa số bệnh đường hơ hấp, tiêu hóa, tiết niệu, o Giảm nguy ung thư: Củ cải chứa chất phytochemical anthocyanins có tính chất chống ung thư Ngồi ra, loại củ giàu vitamin C có tác dụng chất chống oxy hóa mạnh mẽ để ngăn chặn tổn hại gốc tự - DNA bên tế bào, giúp ngăn ngừa ung thư o Điều chỉnh huyết áp: Đây nguồn thực phẩm giàu kali giúp trì cân natri-kali thể, nhằm giữ cho huyết áp ổn định o Giữ cho thể đủ nước: Với hàm lượng nước cao nhiều vitamin C photpho kẽm, củ cải thực phẩm bổ dưỡng cho mô thể, giúp cho thể giữ nước tăng sức khỏe da o Phòng ngừa thiếu máu: củ cải có chứa B12 tự nhiên giúp thúc đẩy hấp thu sắt, tham gia vào việc tổng hợp hemoglobin, lượng oxy hemoglobin tăng cao giúp bồi bổ thể lực, phòng ngừa thiếu máu o Phòng chống cảm lạnh ho: Đây loại rau củ chống sung huyết, hình thành chất nhầy cổ họng Ngoài ra, củ cải giúp tăng cường khả miễn dịch, giữ thể khỏi bệnh nhiễm trùng dẫn đến cảm lạnh ho Củ cải có chứa nhiều nước, chất dinh dưỡng vitamin tốt cho thể có nhiều tác dụng sức khỏe người kể nên chế biến thành nhiều sản phẩm khác đáp ứng nhu cầu sử dụng người tiêu dùng 1.4 Quy trình sấy củ cải Củ cải Rửa sạch, phân loại Thái lát Ngâm muối Rửa Ngâm nước Củ cải khô Sấy Củ cải sau thu hoạch đưa đến nhà máy để thực sấy Củ cải rửa nước nhằm loại bỏ chất bám trêm bề mặt củ loại bỏ phần vi sinh vật Củ cải sau rửa phân loại theo kích thước tạo thuận lợi cho q trình sấy: kích thước củ cải đồng với thời gian sấy cho sản phẩm có độ khơ đồng Sau thái, củ cải ngâm muối để loại bỏ nước tăng độ giòn cho sản phẩm sấy Tiếp đem rửa tiếp tục ngâm nước lạnh để loại bỏ muối trình ngâm muối đem sấy ta củ cải sấy Chương 2: Tổng quan công nghệ sấy 2.1 Khái niệm Sấy khâu quan trọng công nghệ sấy, sử dụng phổ biến chế biến nông-lâm-hải sản Sấy trình tách nước nước khỏi vật liệu, làm giảm hàm ẩm vật ẩm đến độ ẩm mong muốn mà vật liệu sau sấy phải đảm bảo chất lượng theo tiêu với mức chi phí tối thiểu 2.2 Mục đích Q trình sấy giúp: • • giảm khối lượng vận chuyển • tăng độ bền ( gốm sứ, gỗ…) • tăng khả bảo quản tăng giá trị giữ đặc tính tốt đặc trưng sản phẩm: độ giòn, dai, màu sắc, hương vị sản phẩm 2.3 Phân loại phương pháp sấy Dựa vào trạng thái tác nhân sấy hay cách tạo động lực trình dịch chuyển ẩm mà có hai phương pháp sấy: phương pháp sấy nóng phương pháp sấy lạnh 2.3.1 Phương pháp sấy nóng Trong phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy vật liệu sấy đốt nóng Nhờ đốt nóng tác nhân sấy lẫn vật liệu sấy đốt nóng vật liệu sấy mà hiệu số phân áp suất nước bề mặt vật phân áp suất tác nhân sấy tăng dẫn đến trình dịch chuyển ẩm từ lòng vật liệu sấy bề mặt vào mơi trường Do hệ thống sấy nóng thường phân loại theo phương pháp cung cấp nhiệt: 2.3.2 - Hệ thống sấy đối lưu: Vật liệu sấy nhận nhiệt đối lưu từ dịch thể nóng mà thơng thường khơng khí nóng khói lị Đây loại hệ thống sấy phổ biến - Hệ thống sấy tiếp xúc: hệ thống sấy tiếp xúc vật liệu sấy nhận nhiệt từ bề mặt nóng Như vậy, người ta tạo chênh lệch phân áp nhờ tăng phân áp suất nước bề mặt vật liệu sấy - Hệ thống sấy xạ: Trong hệ thống sấy xạ, vật liệu sấy nhận nhiệt từ nguồn xạ để ẩm dịch chuyển từ lòng vật liệu sấy bề mặt từ bề mặt khuếch tán vào mơi trường Do đó, độ chênh lệch phân áp suất nước vật liệu sấy vào môi trường tạo cách đốt nóng vật - Các hệ thống sấy khác: hệ thống sấy dùng dòng điện cao tần, hệ thống sấy dùng lượng điện từ trường để đốt nóng vật Phương pháp sấy lạnh Trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo độ chênh lệch phân áp suất nước vật liệu sấy tác nhân sấy cách giảm phân áp suất nước tác nhân sấy nhờ giảm lượng chứa ẩm Khi ẩm vật liệu dịch chuyển bề mặt từ bề mặt vào mơi trường nhiệt độ mơi trường nhỏ 0ºC Phương pháp sấy lạnh phân làm: 2.4 2.4.1 - Hệ thống sấy lạnh nhiệt độ t>0: Với hệ thống sấy này, tác nhân sấy trước hết khử ẩm phương pháp làm lạnh khử ẩm phương pháp hấp phụ, sau đốt nóng làm lạnh đến nhiệt độ mà cơng nghệ yêu cầu cho qua vật liệu sấy Do đó, phân áp suất tác nhân sấy nhỏ phân áp suất bề mặt vật nên ẩm từ dạn lỏng bề mặt vật bay vào tác nhân sấy, kéo theo dịch chuyển ẩm lòng vật bề mặt - Hệ thống sấy thăng hoa: hệ thống mà ẩm vật liệu sấy dạng rắn trực tiếp biến thành vào tác nhân sấy Trong hệ thống sấy thăng hoa, người ta tạo mơi trường nước vật liệu sấy điểm ba thể áp suất tác nhân sấy bao quanh vật p610 Pa vật liệu sấy nhận nhiệt lượng, phân tử nước thể rắn chuyển thành thể lỏng sau chuyển thành thể vào tác nhân sấy Thiết bị sấy Thiết bị sấy buồng • Cấu tạo chủ yếu thiết bị sấy buồng buồng sấy Nếu dung lượng buồng sấy bé thiết bị khay sấy người ta gọi • • • hệ thống sấy buồng tủ sấy Là thiết bị sấy chu kỳ mẻ Năng suất sấy khơng lớn Có thể sấy nhiều dạng vật liệu khác từ vật liệu dạng cục, hạt loại nông sản đến vật dạng thanh, gỗ, thuốc • lá,… Tác nhân sấy thường khơng khí nóng khói lị ( khơng khí đốt nóng nhờ calorife điện calorife khí-khói Calorife đặt thiết bị đỡ vật liệu hai bên sườn buồng sấy 10 * Tại A: t =20°C, * Tại B: * Tại C: - Thể tích trung bình tác nhân sấy trước sau hầm sấy là: Như vân tốc trung bình tác nhân sấy trongg hầm bằng: Ta có xe có 14 khay có kích thước L k = 750mm, Bk = 1000mm, Hk= 40mm Do diện tích thực mà tác nhân qua là: So với giả thiết v= m/s sai số là: Nhận thấy sai số vận tốc tác nhân 3%, sai số nằm phạm vi ứng dụng công thức hệ số truyền nhiệt α1 Vậy ta có bảng cân nhiệt lượng (tính cho hầm sấy): 35 STT Đại lượng Nhiệt lượng có ích Nhiệt lượng tổn thất tác nhân sấy Tổn thất vật liệu sấy Tổn thất thiết bị truyền nhiệt Nhiệt tổn thất ngồi mơi trường Tổng nhiệt lượng tiêu hao Kí hiệu KJ/Kg ẩm 808,80 70,82 38,44 q Hiệu suất nhiệt hầm sấy: Chương 4: Tính chọn calorifer thiết bị phụ 4.1 Tính chọn calorifer Caloriphe thiết bị dùng để đốt nóng khơng khí trước đưa khơng khí vào hầm sấy Trong kĩ thuật sấy thường dùng hai loại caloriphe caloriphe khí-hơi caloriphe khí-khói Ở hệ thống em dùng hệ thống caloriphe khí-hơi Caloriphe thiết bị trao đổi nhiệt bị trao đổi nhiệt có vách ngăn Trong ống bão hịa ngưng tụ ngồi ống khơng khí chuyển động Do hệ số trao đổi nhiệt khí ngưng nước lớn so với hệ thống trao đổi nhiệt đối lưu mặt ống so với khơng khí Vì caloriphe sử dụng loại ống chùm có cánh khuấy bố trí nằm ngang - Nhiệt lượng mà caloriphe cần cung cấp cho tác nhân sấy Q là: 36 Trong đó: L: lượng khơng khí khơ cần thiết cho q trình sấy thực tế (Kg/h) : entanpy tác nhân sấy trước sau khỏi caloriphe (KJ/Kgkk) Vậy: - Xác định kiểu caloriphe Công suất nhiệt calorifer: Qcal = = = 160,12 kW Với ηs = 0,95 hiệu suất nhiệt calorifer Tiêu hao calorifer D= Trong đó: ih entanpi nước vào calorifer, ih = i” kJ/kg i’ entanpi nước ngưng, kJ/kg Với áp suất nước P = bar → i” = 2748,7 kJ/kg i’ = 640,42 kJ/kg → D = = 0,076 kg/s = 272,0 kg/h Xác định bề mặt trao đổi nhiệt calorifer 37 F= Trong đó: F bề mặt truyền nhiệt phía có cánh k hệ số truyền nhiệt độ chênh lệch nhiệt độ trung bình Hệ số truyền nhiệt k xác định theo bảng phần phụ lục [Bảng trang 181/Thiết kế hệ thống TBS] Để xác định trị số k cần giả thiết lưu tốc khơng khí qua caloriphe ρ*v (Kg/m2.s) sau kiểm tra lại Giả thiết lưu tốc khơng khí 4(Kg/m2.s) Vậy hệ số truyền nhiệt k=20,818(W/m2.K) - Độ chênh nhiệt độ trung bình ∆ttb = * ∆t1 = th – t0 = 152 – 20 = 132 K ∆t2 = th – t1 = 152 – 85 = 67 K Trong đó: nhiệt độ bão hịa nước áp suất bar, nhiệt độ khí vào caloriphe, t0 = 20oC nhiệt độ khí caloriphe, t1 = 85oC Hệ số hiệu đính: = ∆ttb = = 95,85 K - Bề mặt truyền nhiệt F = = = 76,23 m2 38 Lưu tốc khơng khí gây trở lực caloriphe lớn, cần chọn tăng thêm bề mặt truyền nhiệt khoảng 20-25% sau thời gian làm việc bám bụi bề mặt làm hệ số truyền nhiệt giảm.Vì ta chọn kiểu K14 kiểu I có diện tích bề mặt trao đổi nhiệt diện tích tiết diện khí qua ( bảng 5, trang 182, Sách thiết kế hệ thống sấy- Hoàng Văn Chước) Kiểm tra lại lưu tốc khơng khí: Các kích thước caloriphe là: A = 1720 mm B = 1152 mm C = 200 mm 4.2 Tính tốn chọn quạt Tính tốn trở lực *Trở lực đường ống từ miệng quạt đến calorifer - Chọn đường ống dẫn làm tơn sơn có độ nhám - Chọn chiều dài ống - Chọn đường ống có hình hộp chữ nhật chiều rộng 0,5m chiều cao 0,44 m - Ta có đường kính ống tương đương: dtd = = = 0,47 - Vận tốc khơng khí đường ống 39 Trong 1,99 () Suy *Tại - (m2/s) - Chuẩn số Re: Khơng khí ống theo chế độ chảy xoáy  - Giá trị hệ số ma sát tính theo cơng thức: - Vậy trở lực ống từ miệng quạt đến calorifer là: ) * Trở lực đoạn ống thẳng từ calorifer đến cút cong - Chiều dài dàn ống - Chọn đường ống dạng hình hộp chữ nhật có chiều rộng 0,6m chiều cao 0,54m Ta có đường kính tương đương: dtd = = = 0,57 40 - Vận tốc khí đường ống là: Trong đó: =2,43  *Tại - (m2/s) - Chuẩn số Re:  Không khí ống theo chế độ chảy xốy - Giá trị hệ số ma sát tính theo cơng thức: - Vậy trở lực ống từ miệng quạt đến calorifer là: *Trở lực cút cong: - Chọn đường ống có chiểu rộng 0,6m chiều cao 0,54m - Ta có: Trong đó: trở cục bộ, trọng lượng riêng khơng khí Với: gia tốc trọng trường 41 khối lượng riêng khơng khí 80 vận tốc khơng khí ống Suy ra: * Đoạn đường ống có cút cong cút thẳng:  - Trở lực theo kinh nghiệm - Trở lực đoạn ống kiểu vát vào hầm sấy: * Trở lực hầm sấy: Hầm sấy có tầng sấy xe goong song song nhau, tầng xe cách 100 mm Như vậy, coi khơng khí qua kênh có kích thước sau: - Chiều rộng kênh: 1100 mm - Chiều dài kênh 11600 mm - Chiều cao kênh: mm - Vận tốc gió hầm: - Giả sử trở lực 1m chiều dài 0,08   Trở lực 11,6 m chiều dài 11,6*0,08= Trở lực hầm sấy 0,93* 13 =12,09 Vậy trở lực hầm 42  Tổng trở lực: Chọn quạt - Với trở lực ta chọn quạt li tâm No7, chế độ làm việc có hiệu suất ŋ= 0,7 - Công suất quạt: - Công suất động chạy quạt là: ( quạt nối trực tiếp với động nên hệ số dự phòng ) 43 KẾT LUẬN Hệ thống sấy củ cải hầm sấy hệ thống gọn nhẹ, vận hành cánh đơn giản, không yêu cầu nhiều thiết bị phức tạp không gian làm việc rộng Sấy hầm mang lại hiệu cao có suất lớn làm việc liên tục Sầy hầm khơng thích hợp cho củ cải mà cịn phù hợp cho nhiều loại vật liệu dạng hạt, lát cục nhỏ Tuy nhiên, sấy hầm khó đảm bảo phân phối gió đồng theo tiết diện hầm sấy Mặc dù vậy, sản phẩm sau sấy có chất lượng cao phương pháp sấy theo phương pháp thủ công, thời gian bảo quản kéo dài nâng cao chất lượng cảm quan Sấy hầm ứng dụng rộng rãi sản xuất nhằm nâng cao chất lượng mang lại nhiều lợi ích kinh tế Chúng em cố gắng vận dụng kiến thức học tham khảo tài liệu để hoàn thành đồ án Trong q trình làm khơng tránh khỏi sai xót, mong thầy góp ý để em hồn thiện rút kinh nghiệm cho đồ án sau Em xin chân thành cảm ơn! 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]: Trần Văn Phú- Tính tốn thiết kế hệ thống sấy-NXBGD [2] : Trần Văn Phú- Kỹ thuật sấy – NXBGD [3] : Hoàng Văn Chước- thiết kế hệ thống thiết bị sấy-NXBKHKT [4] : Hoàng Văn Chước – Kỹ thuật sấy – NXBKHKT [5] : Các tác giả- sổ tay QTTB tập 1-NXBKHKT [6] : Các tác giả- sổ tay QTTB tập 2-NXBKHKT [7] : Tơn Thất Minh- Các q trình thiết bị chuyển khối-NXBBKHN [8] : Nguyễn Văn May – Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm – NXBKHKT 45 ... thấp sản phẩm phải có chất lượng tốt,… Để tìm hiểu sâu phương pháp sấy tính tốn cho vật liệu sấy cụ thể nên đề tài em là: Thiết kế hầm sấy củ cải suất 10000kg nguyên liệu có độ ẩm 78% Độ ẩm sản phẩm. .. khơng gây độc hại khơng làm bẩn sản phẩm không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm PHẦN II: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ SẤY Chương 1: Tính tốn thiết kế hệ thống sấy hầm 1.1 Năng suất sấy Năng suất sấy sản lượng... phẩm củ cải dùng để chế biến sản phẩm củ cải dầm dấm, củ cải chua cay, củ cải muối,… - Tác dụng phịng bệnh chữa bệnh o Theo Đơng y, củ cải tươi sống có vị cay, tính mát, củ cải nấu chín có vị