Với kết cấu nội dung gồm 5 phần, đồ án Quá trình và thiết bị thiết kế hệ thống sấy băng tải chuối nguyên trái giới thiệu đến các bạn những nội dung về thuyết minh quy trình công nghệ, tính cân bằng vật chất và năng lượng, tính kích thước thiết bị sấy, tính toán và chọn thiết bị phụ,... Với các bạn đang học và nghiên cứu Công nghệ môi trường thì đây là tài liệu tham khảo hữu ích.
ĐAMH: Thiết kế hệ thống sấy băng tải chuối nguyên trái ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BĂNG TẢI CHUỐI NGUYÊN TRÁI Sinh viên thực hiện: Trần Thị Diễm Thúy MSSV: 61103515 GVHD: Tạ Đăng Khoa TP.HCM, tháng 12/2014 1 ĐAMH: Thiết kế hệ thống sấy băng tải chuối nguyên trái 2 ĐAMH: Thiết kế hệ thống sấy băng tải chuối nguyên trái MỤC LỤC Phần 1: Tổng Quan…………………………………………………………… Giới thiệu nguyên vật liệu……………………………………………………… Giới thiệu trình sấy……………………………………………………… Phần 2: Thuyết minh quy trình cơng nghệ………………………………… 10 Phần 3: Tính cân vật chất năng lượng 11 Các thơng số của từng trạng thái khí………………………………….……… 11 Tính cân bẳng vật chất……………….……………………………………… 13 I Tính cân năng lượng………………………………………………… 13 Phần 4: Tính kích thước thiết bị sấy…………………………….………… 18 I Băng tải……………………………………………………………………… 18 II Kích thước thân thiết bị 19 III Động cơ băng tải……………………………….…………………………… 19 Phần 5 : Tính tốn và chọn thiết bị phụ…………………………………… 22 I Calorifer……………………………………………………………………….22 II Cyclon………………………………………………….…………………….28 3 ĐAMH: Thiết kế hệ thống sấy băng tải chuối ngun trái III Quạt…………………………….…………………………………………… 29 PHẦN 1 TỔNG QUAN I GIỚI THIỆU NGUN LIỆU: 1.1. Các loại chuối chính ở Việt Nam Chuối có nhiều loại nhưng có 3 loại chính: Chuối tiêu ( còn gọi là chuối già ) Chuối gng ( còn gọi là chuối tây, chuối sứ, chuối Xiêm ) Chuối bom 4 ĐAMH: Thiết kế hệ thống sấy băng tải chuối ngun trái 1.2. Đặc điểm cơ bản của chuối Chuối là một loại quả dài, vỏ nhẵn và hầu như có quanh năm. Chuối có nguồn gốc từ khu vực Malaysia. Loại trái cây này bắt đầu trở nên phổ biến trên thế giới từ thế kỉ 20 và phát triển tốt nhất ở những nơi có khí hậu nhiệt đới. Chúng được trồng chủ yếu phục vụ cho ẩm thực, cho việc sản xuất sợi bơng, dùng trong ngành cơng nghiệp dệt và chế tạo giấy. Chúng ta có thể thưởng thức loại quả này bằng cách ăn trực tiếp quả khi chín, hoặc có thể chế biến thành nhiều món ăn hấp dẫn khác nhau từ chuối, chẳng hạn như các loại bãnh chuối, các món salad hoa quả, bánh nướng, các món tráng miệng, Chuối cũng có nhiều màu sắc và kích cỡ khác nhau. Khi chín, quả chuối có thể có màu vàng, màu đỏ sẫm, hoặc màu tía (hay màu trứng quốc). Có tất cả hơn 50 loại chuối khác nhau trên thế giới. Đặc điểm chung về hình dạng của chuối là quả chuối được gắn kết với nhau thành buồng, mỗi buồng được chia thành nhiều nải, và trên mỗi nải có khoảng từ 10 đến 20 quả . Chuối là một trong những quả rất tốt và có nhiều cơng dụng, đặc biệt là chuối chín cây. Khi chín, tinh bột có trong chuối sẽ được chuyển hóa thành đường tự nhiên, và vì thế chuối chín thường có vị ngọt dịu và thơm 1.3. Giá trị dinh dưỡng của quả chuối Thành phần hóa học cơ bản của quả chuối Nướ c Đườn g khử 76,38 14,18 Saccaroz a 2,35 Axit hữu 0,32 Tinh bột Proti t Axit amin Lipi t Tani n Vitami n 3,29 0,92 0,08 1,13 0,068 0,565 Tro 0,7 Bang: Thành ph ̉ ần hóa học cơ bản của chuối Chuối chứa một lượng lớn protein và hyđratcacbon. Trong chuối còn bao một số loại đường khác nhau như đường glucozo, đường lactoza, đường mantoza, đường galactoze, đường sucrơza (đường mía), đường fructoza, và tinh bột. Chuối cũng rất giàu các loại vitamin như Vitamin A, C,E, Vitamin B2, sinh tố R, dưỡng chất niacin, Vitamin B12 và một số khống chất như sắt, canxi, 5 ĐAMH: Thiết kế hệ thống sấy băng tải chuối ngun trái magiê, photpho, kẽm và florua. Ngồi ra còn có các axit amin thiết yếu như chất tryptophan, lizin, leuxin, glyxin, khống chất acginin… cũng có trong thành phần của chuối. Trong một quả chuối, nó có thể chứa trung bình một lượng calo là 100 đến 125 calo. Có thể nói, chuối là một loại quả rất tốt cho sức khỏe và là một loại thực phẩm rất giàu năng lượng 1.4. Cơng dụng của chuối Chuối được dùng như một phương thuốc chữa bệnh rất hiệu quả. Hơn nữa, do chúng có chứa lượng đường khá cao nên cũng được xem như một loại thực phẩm giàu năng lượng. Với những giá trị dinh dưỡng thiết yếu, loại hoa quả này mang lại một số lợi ích cho sức khỏe Chuối rất tốt trong việc cải thiện hệ tiêu hóa và khơi phục chức năng hoạt động của ruột. Chuối cũng giúp ích giảm thiểu bị táo bón. Trong trường hợp bị tiêu chảy, cơ thể chúng ta sẽ mất một lượng chất điện giải quan trọng, nếu ăn chuối sẽ giúp cơ thể khơi phục lại chất điện giải, vì trong chuối có chứa lượng kali cao Axit béo có trong chuối xanh giúp ni dưỡng các tế bào niêm mạc dạ dày. Những tế bào này rất có hữu ích trong việc hấp thụ canxi một cách hiệu quả, rất cần thiết cho sự phát triển khỏe mạnh của hệ xương Chất amino acid tryptphan có trong chuối sẽ được chuyển đổi thành chất serotonin, giúp giảm thiểu các triệu chứng trầm cảm và cải thiện tâm trạng. Như vậy, chuối là một phương thuốc rất tốt nhằm giàm căng thẳng và tình trạng bị stress Ăn chuối thường xun giúp giảm nguy cơ thối hóa điểm vàng, một trong những ngun nhân gây giảm thị lực ở người cao tuổi Do chứa hàm lượng kali cao và lượng natri thấp, nên chuối chính là sự lựa chọn thích hợp để giảm thiểu nguy cơ bị huyết áp cao và đột quỵ Chuối cũng rất giàu các hợp chất phenolic giúp chống lão hóa, vì thế ăn chuối thường xun còn giúp ngăn ngừa nguy cơ ung thư thận Do hàm lượng sắt cao nên chuối giúp tăng thành phần hemoglobin trong máu và giảm thiểu bệnh thiếu máu 1.5. Tính chất vật lý cơ bản của chuối - Khối lượng riêng: = 977 kg/m3 Nhiệt dung riêng: c = 1,0269 kJ/kg.độ Hệ số dẫn nhiệt : = 0,52 W/m.độ Kích thước của quả chuối: Đường kính: 2 – 5 cm Dài :8 – 20 cm Khối lượng : 50 – 200 gr Độ ẩm vật liệu sấy: 6 ĐAMH: Thiết kế hệ thống sấy băng tải chuối ngun trái - II + Độ ẩm của chuối trước khi đưa vào sấy: ω1 = 75 – 80 % + Độ ẩm của chuối sau khi sấy : ω2 =15 – 20 % Nhiệt độ sấy cho phép: t = (60 ÷ 90) 0C GIỚI THIỆU VỀ Q TRÌNH SẤY: 2.1. Bản chất của q trình sấy Sấy là sự bốc hơi nước của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ thích hợp, là q trình khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác do chênh lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và mơi trường xung quanh. 2.2. Phân loại q trình sấy Người ta phân biệt ra 2 loại: Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng, gió Phương pháp này thời gian sấy dài, tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh và độ ẩm cuối cùng của vật liệu còn khá lớn, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu Sấy nhân tạo: q trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng đến tác nhân sấy như khói lò, khơng khí nóng, hơi q nhiệt…và nó được hút ra khỏi thiết bị khi sấy xong. Q trình sấy nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên Nếu phân loại phương pháp sấy nhân tạo, ta có: Phân loại theo phương thức truyền nhiệt: Phương pháp sấy đối lưu: nguồn nhiệt cung cấp cho q trình sấy là nhiệt truyền từ mơi chất sấy đến vật liệu sấy bằng cách truyền nhiệt đối lưu. Đây là phương pháp được dùng rộng rãi hơn cả cho sấy hoa quả và sấy hạt Phương pháp sấy bức xạ: nguồn nhiệt cung cấp cho q trình sấy là thực hiện bằng bức xạ từ một bề mặt nào đó đến vật sấy, có thể dùng bức xạ thường, bức xạ hồng ngoại Phương pháp sấy tiếp xúc: nguồn cung cấp nhiệt cho vật sấy bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp vật sấy với bề mặt nguồn nhiệt Phương pháp sấy bằng điện trường dòng cao tầng: nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần trong vật sấy làm vật nóng lên 7 ĐAMH: Thiết kế hệ thống sấy băng tải chuối ngun trái Phương pháp sấy thăng hoa: được thực hiện bằng làm lạnh vật sấy đồng thời hút chân khơng để cho vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa của nước, nước thốt ra khỏi vật sấy nhờ q trình thăng hoa. Phương pháp sấy tầng sơi: nguồn nhiệt từ khơng khí nóng nhờ quạt thổi vào buồng sấy đủ mạnh và làm sơi lớp hạt, sau một thời gian nhất định, hạt khơ và được tháo ra ngồi Phương pháp sấy phun: được dùng để sấy các sản phẩm dạng lỏng Bức xạ: sự dẫn truyền nhiệt bức xạ từ vật liệu nóng đến vật liệu ẩm Phân loại theo tính chất xử lý vật liệu ẩm qua buồng sấy: Sấy mẻ: vật liệu đứng n hoặc chuyển động qua buồng sấy nhiều lần, đến khi hồn tất sẽ được tháo ra Sấy liên tục: vật liệu được cung cấp liên tục và sự chuyển động của vật liệu ẩm qua buồng sấy cũng xảy ra liên tục Phân loại theo sự chuyển động tương đối giữa dòng khí và vật liệu ẩm: Loại thổi qua bề mặt Loại thổi xun vng góc với vật liệu 2.3. Nhân tố ảnh hưởng đến q trình sấy chuối Trong q trình sấy chuối quả xảy ra một loạt biến đổi hóa sinh, hóa lý, cấu trúc cơ học và các biến đổi bất lợi khác, làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm. Những biến đổi cơ học bao gồm sự biến dạng, nứt, cong queo, biến đổi độ xốp Sự thay đổi hệ keo do pha rắn (protein, tinh bột, đường, ) bị biến tính thuộc về những biến đổi hóa lý. Những biến đổi hóa sinh trong q trình sấy là những phản ứng tạo thành melanoidin, caramen, những phản ứng ơxy hóa và polyme hóa các hợp chất polifenol, phân hủy vitamin và biến đổi chất màu Hàm lượng vitamin trong chuối quả sấy thường thấp hơn trong chuối quả tươi vì chúng bị phá hủy một phần trong q trình sấy và xử lý trước khi sấy. Trong các vitamin thì axit ascobic và caroten bị tổn thất là do q trình ơxy hóa. Riboflavin nhạy cảm với ánh sáng, còn thiamin bị phá hủy bởi nhiệt và sự sunfit hóa Để tránh hoặc làm chậm các biến đổi khơng thuận nghịch ấy, cũng như tạo điều kiện để ẩm thốt ra khỏi chuối quả một cách dễ dàng, cần có chế độ sấy thích hợp cho từng loại sản phẩm Nhiệt độ sấy: Nhiệt độ sấy càng cao thì tốc độ sấy càng nhanh, q trình càng có hiệu quả cao. Nhưng khơng thể sử dụng nhiệt độ sấy cao cho sấy chuối quả vì chuối quả là sản phẩm chịu nhiệt kém. Trong mơi trường ẩm, nếu 8 ĐAMH: Thiết kế hệ thống sấy băng tải chuối ngun trái nhiệt độ cao hơn 60oC thì protein đã bị biến tính; trên 90oC thì fructoza bắt đầu bị caramen hóa, các phản ứng tạo ra melanoidin, polime hóa các hợp chất cao phân tử xảy ra mạnh. Còn ở nhiệt độ cao hơn nữa, chuối quả có thể bị cháy Vì vậy, để sấy chuối quả thường dùng chế độ sấy ơn hòa, nhiệt độ sấy khơng q cao Ngồi ra, độ ẩm tương đối của chuối, độ ẩm cân bằng … ảnh hưởng trực tiếp đến q trình sấy 2.4. Cơng nghệ sấy chuối 2.4.1 Độ chính của chuối ngun liệu Chuối khi thu hái phải đủ già nghĩa, là có thể tự chín. Tuy nhiên để chuối tự chín thì chuối chín chậm và khơng đồng loạt. Dấm dú là cách để chuối chín đều và nhanh Độ chín của chuối ngun liệu là một yếu tố quyết định đến chất lượng chuối sấy. Có nhiều cách xác định độ chín, trong đó cách xác định theo màu vỏ là phổ biến nhất. Trong chế biến hoặc ăn tráng miệng chuối thường được dùng theo 3 độ chín sau đây: Vỏ vàng hai đầu xanh vị ngọt đậm đà, hơi chát, hơi cứng, chưa thật thơm, vỏ còn chắc, chuối có hàm lượng đường axit cực đại, còn có tinh bột và tanin Vỏ vàng hồn tồn vị ngọt, độ chát giảm, thơm,vỏ dễ bóc. Đường và axit bắt đầu giảm, tinh bột và tamin còn ít Vỏ vàng có màu chấm nâu vị ngọt, thơm, khơng chát, mềm vỏ dễ gãy. Đường, axit hữu cơ giảm, tinh bột hầu như khơng còn, tamin còn rất thấp 2.4.2. Hỗ trở việc rửa bột chuối bằng hố chất Trên bề mặt chuối có một lớp bột bao quanh nếu khơng được loại bỏ sẽ làm chuối có màu trắng loang lỗ và xù xì. Để loại bỏ lớp bột này người ta xoa chuối bằng tay trong chậu nước chứa khoảng 3kg chuối/3 lít nước, mỗi mẻ cần 2 – 3 phút.Việc chọn hố chất để họ trở cơng việc này nhằm 2 mục đích: Giảm thời gian thao tác Cải thiện màu sản phẩm Hố chất được chọn phải rẽ, khơng độc, khơng gây mùi vị cho sản phẩm, khơng ảnh hưởng tới người thao tác và dụng cụ, làm bong nhanh lớp bột, có tính khử. Thơng thường chọn một số hố chất phổ biến sau:hỗn hợp dung dịch (NaHSO3 và HCl) hoặc hỗn hợp dung dịch (NaHSO3 và Al2(SO4)3)…. Tổ hợp dung dịch hiệu quả nhất là (HCl 0,05 % + Al2(SO4)3) 0,5 % . HCl ở nồng độ trên khơng ảnh hưởng xấu đến người sản xuất và phương tiện bảo hộ lao động, dễ mua, dễ xử lý, chi phí thấp. Có tác dụng thay đổi mơi trường các phản ứng hố sinh khơng có lợi và sát trùng nhẹ. Phèn chua ở nồng độ trên cũng có tác 9 ĐAMH: Thiết kế hệ thống sấy băng tải chuối ngun trái dụng sát trùng nhẹ, tăng cường bề mặt cấu trúc cho chuối, khơng gây vị chát, giá rẽ, dễ sử dụng 2.4.3. Hiệu quả diệt khuẩn của tia cực tím Sau khi sấy khơ chuối được làm nguội và phục hồi trạng thái do hút ẩm trở lại để có độ mềm dẻo nhất định (do sấy đến độ ẩm dưới 20%) rồi mới đóng gói. Thời gian này thường từ vài giờ đến vài ngày. Trong mơi trường khí quyển thơng thường và khơng thực hiện nghiêm chỉnh vệ sinh cơng nghiệp, sản phẩm dễ bị nhiễm vi sinh vật. Nhiều cơ sở đã sử dụng đèn tia cực tím để diệt khuẩn coi đó là biện pháp an tồn cần thiết cho vệ sinh thực phẩm 2.4.4. Xác định độ ẩm cân bằng của chuối sấy Độ ẩm cân bằng của chuối sấy là hàm lượng nước của nó trong mơi trưòng xác định (t và φ xác định của khơng khí) mà khơng xẩy ra q trình nhã nước (bốc hơi) hay hút nước (hấp thụ) giữa nó và mơi trường Chuối sau khi sấy đến độ ẩm dưới độ ẩm cân bằng thường là 15 ÷ 20% sau vài giờ đến vài ngày để ngồi khơng khí sẽ tăng hàm lượng ẩm tới độ ẩm cân bằng. Xác định độ ẩm cân bằng của chuối sấy nhằm chọn độ ẩm có lợi khi kết thúc sấy và đề ra cách xử lý đóng gói, bảo quản phù hợp Muốn bảo quản chuối sấy tốt cần giữ độ ẩm của nó dưới 25 % tốt nhất 22 %. Do vậy sau khi sấy khơ nên quạt nguội và lựa chọn đóng gói ngay, khơng nên để ngồi khơng khí lâu sẽ làm cho độ ẩm của chuối sấy thấp hơn độ ẩm cân bằng. Nếu chưa lựa chọn bao gói ngay thì trữ trong bao kín để nơi khơ mát để hơm sau xử lý. Bao bì cần làm từ vật liệu chống khơng khí ẩm đi qua và dán kín. 2.5 Cơng nghệ sấy chuối quả Ta lựa chọn cơng nghệ sấy là cơng nghệ sấy băng tải. Tác nhân nhiệt là khơng khí nóng được gia nhiệt bằng calorife u cầu đối với chuối nhiên liệu: Chuối quả phát triển đầy đủ, tươi tốt, ngun vẹn, sạch sẽ. Vỏ chuối mỏng, dễ bóc, có màu từ vàng tồn trái đến vàng có chấm nâu. Ruột chuối mềm nhưng chưa nhũ, hương thơm, vị ngọt, khơng chát Nhiệt độ sấy lựa chọn là 800C, do sản phẩm chuối chỉ sấy được ở khoảng nhiệt độ từ 60900C vì để tránh tổn thất vitamin Chọn chế độ sấy: Khi sấy ngược chiều, vật liệu sẽ tiếp xúc với tác nhân sấy có nhiệt độ cao, dễ gây biến tính sản phẩm. Do đó sấy ngược chiều thường chỉ thích hợp với vật liệu sấy có nhiệt độ cao cao. Đối với sấy chuối, là loại vật liệu có nhiệt độ thấp, nên chọn chế độ sấy cùng chiều 10 ĐAMH: Thiết kế hệ thống sấy băng tải chuối ngun trái Tính kích thước thiết bị: Chiều rộng băng tải: B=4.5m Chiều dày lớp vật liệu: h=0,05m Năng suất khối lượng: hay: PHẦN 4 TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ SẤY I . Băng tải: Số lượng băng tải : 17 ĐAMH: Thiết kế hệ thống sấy băng tải chuối nguyên trái Thể tích vật liệu chứa trong thiết bị: V=V1 = ([2]) V1, G1, 1: thể tích, khối lượng và khối lượng riêng của vật liệu vào thiết bị: : thời gian sấy V1= = = 4,2m3/h=1,167x103 m3/s Năng suất của thiết bị sấy băng tải: V1= ([2]) : chiều dày lớp vật liệu trên băng tải, m = 0,1m B: chiều rộng băng, m Lb: chiều dày băng, m Chọn B = 4,5 m. Thay số vào phương trình trên ta được: Lb = = = 90m Ta chia băng tải thành nhiều băng tản ngắn. Số tầng băng tải chọn là: i = 3 Chiều dài của mỗi băng tải là: lb = = 30 m Kích thước con lăn: Khoảng cách giữa hai con lăn ở nhánh có tải: lt = A – 0,625B (5.8[2]) A: hằng số phụ thuộc khối lượng riêng của vật liệu = 977