Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong thực tế sản xuất và đời sống. Đặc biệt trong ngành công nghệ thực phẩm, chế biến bảo quản, hóa chất, sản xuất vật liệu xây dựng… Kỹ thuật sấy đóng một vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất. Sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm thích hợp thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm.Khoai tây cắt lát là một sản phẩm của nghành công nghệ thực phẩm và để thu được khoai tây cắt lát sấy thành phẩm chất lượng về thành phần dinh dưỡng cũng như giá trị cảm quan không thể thiếu quá trình sấy trước khi làm nguội và bao gói.Do tính chất và thành phần của khoai tây khi sấy phải giữ được các tính chất về giá trị cảm quan nên dùng một số loại thiết bị như sấy thăng hoa, sấy băng tải...Với đồ án này, nhóm chúng em sẽ tiến hành thực hiện đề tài “Thiết kế hệ thống thiết bị sấy khoai tây cắt lát năng suất 370kgh
GVHD: Trần Chí Hải BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ SẤY KHOAI TÂY CẮT LÁT NĂNG SUẤT 370KG/H GVHD: TRẦN CHÍ HẢI SVTH: MSSV Nguyễn Vũ Mi Ny 2205172009 Thái Ngọc Phụng 2205172012 TP.HCM 12/2018 GVHD: Trần Chí Hải CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Tp Hơ Chí Minh Khoa: CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Bộ Mơn: KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KỸ THUẬT THỰC PHẨM - Mã số: 001456 Họ tên sinh viên: Nguyễn Vũ Mi Ny MSSV: 2205172009 Thái Ngọc Phụng MSSV: 2205172012 Lớp: 07 DHLTP1 Ngành: Công nghệ Thực phẩm I Đầu đề đô án (Tên đô án ) Thiết kế hệ thống thiết bị sấy khoai tây cắt lát suất 370kg/h II Nhiệm vụ đô án (nội dung yêu cầu số liệu ban đầu): - Thiết kế hệ thống sấy khoai tây cắt lát - Năng suất thiết bị 370 kg/h - Các thông số khác tự chọn III Nội dung phần thuyết minh tính tốn: - Mở đầu, giới thiệu tổng quan đề tài tính chất sản phẩm thi ết k ế, ý nghĩa đề tài - Chọn thuyết minh sơ đô hệ thống - Tính cân vật chất lượng cho tồn hệ thống - Tính thiết kế thiết bị - Tính tốn thiết bị phụ IV.Các vẽ thị ( loại kích thước vẽ ): - Bản vẽ sơ đô hệ thống thiết bị (A1) - Bản vẽ cấu tạo thiết bị (A1) GVHD: Trần Chí Hải V Ngày giao án: 10/10/2018 VI Ngày hồn thành án: 15/12/2018 VII Ngày nộp đô án: 15/12/2018 Tp.HCM, ngày 10 tháng 10 năm 2018 TRƯỞNG BỘ MÔN KTTP CÁN B Ộ H ƯỚNG D ẪN (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ h ọ tên) NGUYỄN HỮU QUYỀN TRẦN CHÍ HẢI NHẬN XÉT ĐỒ ÁN Cán Bộ hướng dẫn Nhận xét (CBHD ghi rõ đô án bảo vệ hay không) …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………… Điểm:……………………………… Chữ ký: ……………………………… Cán Bộ chấm hay Hội Đông bảo vệ Nhận xét: …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …… Điểm:……………………………… Chữ ký: ……………………………… Điểm tổng kết:…………………………… GVHD: Trần Chí Hải LỜI CẢM ƠN Đối với sinh viên năm gần cuối, môn học Đồ án Kỹ thuật thực phẩm hội tốt cho việc hệ thống kiến thức trình thiết bị cơng nghệ thực phẩm Bên cạnh đó, cịn giúp sinh viên tiếp cận thực tế thơng qua tính tốn, thiết kế lựa chọn chi tiết số thiết bị với số liệu cụ thể thơng dụng Để hồn thành đồ án mơn học chúng em xin chân thành cảm ơn đến Thầy Trần Chí Hải hướng dẫn cho chúng em suốt thời gian qua, cho chúng em lời nhận xét để sửa đổi bổ sung kịp thời cho đồ án tốt Chúng em xin gửi lời cảm ơn tới tất bạn bè cho chúng em lời khuyên bổ ích giúp chúng em suốt trình tìm kiếm thông tin liên quan đề tài Trong trình làm khơng tránh khỏi sai sót mong quý thầy cho chúng em góp ý để đề tài thành công Một lần chúng em xin chân thành cám ơn! GVHD: Trần Chí Hải NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Phần đánh giá: Ý thức thực hiện:………………………… …………………………………… Nội dung thực hiện:…………………… …………………………………………… Hình thức trình bày:…………………………………………………………………… Tổng hợp kết quả:……………………………………………………………………… Điểm số: …………………………………….Điểm chữ:…………………… Tp HCM, ngày Chủ nhiệm môn tháng năm Giáo viên hướng dẫn GVHD: Trần Chí Hải NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Phần đánh giá: Ý thức thực hiện:………………………… …………………………………… Nội dung thực hiện:…………………… …………………………………………… Hình thức trình bày:…………………………………………………………………… Tổng hợp kết quả:……………………………………………………………………… Điểm số: …………………………………….Điểm chữ:…………………… Tp HCM, ngày Chủ nhiệm môn tháng năm Giáo viên phản biện MỤC LỤC GVHD: Trần Chí Hải LỜI MỞ ĐẦU Sấy trình cơng nghệ sử dụng nhi ều th ực t ế s ản xuất đời sống Đặc biệt ngành công nghệ thực phẩm, chế biến bảo quản, hóa chất, sản xuất vật liệu xây dựng… Kỹ thuật sấy đóng vai trị quan trọng dây chuyền sản xuất Sản phẩm sau sấy có độ ẩm thích hợp thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đông thời nâng cao chất lượng sản phẩm Khoai tây cắt lát sản phẩm nghành công nghệ thực phẩm để thu khoai tây cắt lát sấy thành phẩm chất lượng thành ph ần dinh dưỡng giá trị cảm quan khơng thể thiếu q trình s trước làm ngu ội bao gói Do tính chất thành phần khoai tây sấy phải gi ữ tính ch ất giá trị cảm quan nên dùng số loại thiết bị sấy thăng hoa, s băng tải Với đô án này, nhóm chúng em tiến hành thực đề tài “ Thiết kế hệ thống thiết bị sấy khoai tây cắt lát suất 370kg/h” GVHD: Trần Chí Hải CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu nguyên liệu khoai tây (Solanum tuberosum L.) Trong năm 2008, số tổ chức quốc tế nêu bật vai trò khoai tây (tên khoa học Solanum tuberosum L.) lương thực giới Họ trích dẫn tiềm khoai tây loại trồng tốn cơng chăm sóc thích hợp với nhiều loại khí hậu địa phương Tổ chức Lương thực Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc báo cáo sản lượng khoai tây toàn Thế giới năm 2010 320 triệu Trong 2/3 thức ăn trực tiếp người, lại thức ăn cho động vật nguyên liệu sản xuất tinh bột Điều cho thấy chế độ ăn hàng năm công dân tồn cầu trung bình thập kỷ đầu kỷ XXI 33 kg khoai tây So với nhiều loài trồng khác, khoai tây có điểm đặc biệt thành phần hoá học quý khả sử dụng đa dạng Và Việt Nam, khoai tây coi loại “thực phẩm sạch”, loại nơng sản hàng hố lưu thơng rộng rãi Với điều kiện khí hậu Việt Nam khoai tây xem trồng lý tưởng, giá trị dinh dưỡng mang giá trị kinh tế cao loại ngắn ngày (80-100) cho suất khác cao GVHD: Trần Chí Hải Bảng 1.1: Thành phần hóa học khoai tây STT Thành phần Nước Protid Glucid Cellulose Tro Caicium Hàm lượng 75% 2% 21% 1% 1% 10mg% STT 10 11 12 Thành phần Phosphor Sắt Vitamin C Vitamin B1 Vitamin B2 Hàm lượng 50mg% 1,2mg% 15mg% 0,1mg% 0,05% Tuy khoai tây loại lương thực giàu dinh dưỡng tất phận có chất solanin glucosid độc Chất đặc biệt có nhiều phần xanh cây, khơng có biện pháp bảo quản thích để củ mọc mầm xanh mầm độc nguy hiểm Do việc bảo quản tươi khó khăn Thơng thường khoai tây thường sơ chế thành dạng lát đem sấy khơ 1.2 Giới thiệu q trình sấy 1.2.1 Khái niệm chung sấy Sấy trình dùng nhiệt để làm bay nước khỏi vật liệu rắn hay lỏng Với mục đích giảm bớt khối lượng vật liệu (giảm công chuyên chở), tăng độ bền vật liệu, bảo quản tốt thời gian dài lương thực, thực phẩm Sấy có chất khuyếch tán chênh lệch độ ẩm bề mặt bên vật liệu sấy chênh lệch áp suất riêng phần ẩm bề mặt vật liệu với môi trường xung quanh Như sấy trình không ổn định, với độ ẩm vật liệu thay đổi theo thời gian không gian sấy 1.2.2 Phân loại Sấy tự nhiên Tiến hành bay lượng tự nhiên lượng mặt trời, lượng gió… Ưu điểm: • Thực đơn giản, khơng cần kỹ thuật cao GVHD: Trần Chí Hải • Vốn đầu tư thấp, đỡ tốn nhiệt • Bề mặt trao đổi nhiệt lớn Nhược điểm: • Khó thực giới hóa, nhiệt độ phụ thuộc thay đổi theo thời tiết • Cường độ sấy khơng cao, sản phẩm sấy khơng đồng • Diện tích mặt phải lớn • Sản phẩm dễ nhiễm bụi, vi sinh vật, khơng đảm bảo vệ sinh • Thời gian sấy kéo dài • Sử dụng nhiều nhân cơng • Khơng đảm bảo u cầu kỹ thuật • Khơng chủ động chỉnh vận tốc trình theo yêu cầu kỹ thuật, suất thấp Sấy nhân tạo Thường tiến hành loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm Tùy vào yêu cầu chất lượng, kỹ thuật loại thực phẩm mà có nhiều dạng khác nhau: sấy tiếp xúc, sấy đối lưu, sấy tia hồng ngoại, sấy dòng điện cao tầng, sấy thăng hoa, sấy tầng sơi,… • • • • • • Ưu điểm: Khắc phục nhược điểm sấy tự nhiên Kiểm soát sản phẩm vào,nhiệt độ cung cấp Chất lượng sản phẩm theo u cầu Tốn mặt bằng, nhân cơng Tốn chi phí đầu tư trang thiết bị, lượng Nhược điểm: Địi hỏi có đội ngũ cán có kỹ thuật cao 1.2.3 Nguyên lý trình sấy Q trình sấy q trình chuyển khối có tham gia pha rắn phức tạp bao gồm q trình khuyếch tán bên bên vật liệu rắn đồng thời với trình truyền nhiệt Đây trình nối tiếp, nghĩa trình chuyển lượng nước vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau tách pha khỏi vật liệu ban đầu Động lực trình chênh lệch độ ẩm lịng vật liệu bề mặt vật liệu Môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng trực tiếp đến vận tốc sấy, 10 GVHD: Trần Chí Hải Nu = C×-0,54× -0,14×Ren×Pr0,4 [2, V.57, 20] Trong đó: dng: đường kính ngồi ống, dng = 0,035 (m) bg: bước gân, bg = 0,01 (m) l: chiều dài gân, lg = 0,007 (m) Vậy Nu=0,116×()-0,54×()-0,14×(0,72×(0,699)0,4 = 47,537 Hệ số cấp nhiệt = = = 194,904 (w/m2 độ) Hệ số cấp nhiệt đối lưu thực tế Từ dựa vào đồ thị V.17b, trang 20, sổ tay QTTB tập suy ra: tt = 60 Hệ số cấp nhiệt đối lưu thực tế : Vậy nhiệt lượng riêng: q2 = K×ttb = 59,84×119,875= 7173,55975 (w/m2) So sánh q = ×100= 100=0,79% Vậy giả thuyết đưa chấp nhận 4.1.3 Xác định bề mặt truyền nhiệt Lượng nhiệt caloripher cung cấp: qs = 3268,683(kJ/kg ẩm) Suy ra: Qs = qs.w =3268,683× 1350,5= 4414356,39 (kJ/h) Chọn hiệu suất caloripher = 0,95 lượng nhiệt thực tế caloripher cung cấp: Nên bề mặt truyền nhiệt: - Bề mặt truyền nhiệt thực: Ft = k×F ; k = 1,21,5 - Chọn k = 1.2 Suy ra: Ft = 1,2 × 332,244 = 398,693 (m2) 4.1.4 Tính kích thước caloripher - Số ống truyền nhiệt cần thiết là: 45 GVHD: Trần Chí Hải - Số ống xắp theo hàng dọc: - Vậy kích thước caloripher + Chiều dài caloripher: = 2,046 m + Chiều rộng caloripher: Bx = (m-1) × d + Dg × m + × x = (761)×0,008+0,049×76+2×0,01= 4,344 (m) + Chiều cao caloripher là: Hx = h+2a Với a khe hở bên , chọn a=0,05 Hx = 1,4+2×0,1 = 1,6 (m) 4.2 Tính cyclone 4.2.1 Giới thiệu cyclone Do yêu cầu chất lượng khoai tây sau sấy khí thải mơi trường nên người ta sử dụng tác nhân sấy khơng khí nóng Trong q trình sấy khơng khí chuyển động với vận tốc lớn nên phần khoai tây theo khơng khí ngồi Để làm giảm lượng bụi khơng khí thải ngồi tránh thất lượng khoai tây cần phải đặt cyclone đường khơng khí nóng 4.2.2 Tính tốn cyclone Ở nhiệt độ 40oC thể tích riêng khơng khí: V40℃ = = (m3/kg) Với kg/m3 [1, bảng I.255, 319] Lưu lượng không khí khỏi phịng sấy (vào cyclon): V’2 = L’× =9033,784×0,887 = 22708,95(m3/h) Trở lực cyclone Ta chọn tỷ số : = (540 ÷ 740) [1, 522] Chọn = 740 Với kk = 1,128: khối lượng riêng không khí nhiệt độ t2 = 40oC 46 GVHD: Trần Chí Hải P = kk×740 = 834,72 (N/m2) Tốc độ quy ước q = [1,III.48,522] Chọn kiểu cyclone LIH – 24 loại cyclone đơn với góc nghiêng cửa vào 24 0, loại đảm bảo làm bụi lớn, suất cao với hệ số sức cản thủy lực nhỏ Theo bảng III 10 trang 528 sổ tay QTTB tập 1, ta có = 60 q = = 4,967 (m/s) Đường kính cyclon Vậy đường kính cylon 1m thuộc loại LIH-24 Kích thước xyclon đơn loại LIH-24(Bảng III.4, 524, STQTTBI) Các thông số Chiều cao cửa vào Chiều cao ống tâm có mặt bích Chiều cao phần hình trụ Chiều cao phần hình nón Chiều cao phần bên ngồi ống tâm Chiều cao chung Đường kính ngồi ống Đường kính cửa tháo bụi Chiều rộng cửa vào Chiều dài ống cửa vào Khoảng cách từ tận xyclon đến mặt bích Kí hiệu a(mm) h1(mm) h2(mm) h3(mm) h4(mm) H(mm) d1(mm) d2(mm) b1/b l(mm) 1,11D 2,11D 2,11D 1,75D 0,4D 4,26D 0,6D 0,4D 0,26D/0,2D 0,6D Giá trị 0,888 1,688 1,688 1,4 0,32 3.408 0,48 0,32 1,3 0,48 h5(mm) 0,32D 0,256 24o 24o 1000 1000 60 60 Góc nghiêng nắp ống vào Đường kính cyclone Hệ số trở lực cyclone D(mm) CT 4.3 Quạt 4.3.1 Giới thiệu quạt Quạt phận vận chuyển khơng khí tạo áp suất cho dịng khí qua thiết bị: Caloripher, máy sấy, đường ống, cyclone Năng lượng quạt tạo cung cấp cho dịng khí áp suất động học để di chuyển phần để khắc phục trở lực 47 GVHD: Trần Chí Hải đường ống vận chuyển Năng suất quạt đặc trưng thể tích khí vào hay thiết bị sấy Sử dụng hai quạt: + Một dùng để đẩy khí vào caloripher + Một hút khí thải từ cyclone mơi trường 4.3.2 Tính trở lực tồn q trình 4.3.2.1.Trở lực từ miệng quạt đến caloripher Chọn đường ống dẫn làm tơn sơn có độ nhám =10-4m.[2, 381] Chọn chiều dài ống l1 = 1(m) Chọn đường kính ống d = 0,4(m) Vận tốc khí đường ống là: (Kg/m3) t0= 30oC, γ=1610-6(m2/s) Ta có F1 = = = 0,126(m2) L’ = 90033,784 (Kg/kg ẩm) Như vậy: d = 170,918 (m/s) Chuẩn số Reynol : Re >10 Vậy khơng khí ống theo chế độ chảy xoáy - Chuyển động chảy xoáy chia làm vùng: + Vùng 1: Nhẵn thuỷ lực học: Đặc trưng khu vực lớp màng chảy dịng phủ kín gờ nhám ống, độ nhám khơng ảnh hưởng đến hệ số ma sát Trị số Reynon giới hạn xác định theo công thức sau: Với = 10-4m độ nhám tuyệt đối [1, II.62, 379] Vậy :Re > Regh + Vùng 2: Khu vực nhám: Đặc trưng khu vực lớp màng chảy dịng phủ kín gờ nhám ống Khu vực hệ số ma sát phụ thuộc vào độ nhám mà không phụ thuộc vào Re 48 GVHD: Trần Chí Hải Vậy Regh < R e< Ren + vùng 3: Khu vực độ: khu vực nằm khu vực nhẵn thủy lực khu vực nhám ứng với Regh 10 khơng khí chuyển động theo chế độ chảy xoáy Do dàn ống theo kiểu hành lang nên: = (6+9m)()-0,23(Re)-0,26 [1, II.72, 404] Với s khoảng cách ống theo phương cắt ngang dòng chuyển động (theo chiều rộng dòng) 49 GVHD: Trần Chí Hải S= =0,007+ +0,008=0,033(m) m số dãy chùm theo phương chuyển động m = 22 d đường kính ống: d = Dg = 0,049(m) Suy =21,052 Vậy trở lực caloripher là: P2 = × = 127,596 (N/m2) [1, II.56, 377] 4.3.2.3 Trở lực đột mở vào caloriphe - Diện tích mặt cắt ngang ống đẩy: - Diện tích cắt ngang caloripher: Ta có tỷ số: Chuẩn số Reynol : Với d = 170,918 (m/s) = 16×10-6 (m2/s) +: chu vi mặt cắt ngang ống (m); = л×d = 3,14×0,4 = 1,256 (m) Trong : = = (m) Vì Re 3,5 103 nên ξ xác định theo bảng N 013 trang 388-STQTTBI ta ξ= 0,967 Vậy trở lực đột mở: 4.3.2.4 Trở lực đột thu từ caloripher ống dẫn khơng khí nóng -Khơng khí nóng có nhiệt độ t = 75oC ϒ=20,555×10-6 (m2s) 50 GVHD: Trần Chí Hải (Kg/m3) -Diện tích cắt ngang ống dẫn khơng khí nóng -Vận tốc khơng khí nóng ống (m/s) -Chuẩn số Reynol: Re = 3807346,144 Re>10 :Vậy khơng khí chuyển động theo chế độ xốy Tỉ số : Vì Re 3,5 103 nên ξ xác định theo bảng N 013 trang 388-STQTTBI ta ξ= 0,967 Vậy trở lực đột mở: (N/m2) 4.3.2.5 Trở lực đường ống dẩn khơng khí từ caloripher đến phòng sấy - Chọn đường ống dài 1(m) - Đường kính ống d =0,4(m) - Vận tốc khí đường ống là: = (m/s) - Khơng khí nóng có nhiệt độ t = 75oC ϒ=20,555×10-6 (m2s) (Kg/m3) F1 = F5 = 0,1256 (m2) L’ = 90033,784 (Kg/kg ẩm) Như vậy: = 195,65 (m/s) Chuẩn số Reynol : Re >10 Vậy khơng khí ống theo chế độ chảy xoáy - Chuyển động chảy xoáy chia làm vùng: 51 GVHD: Trần Chí Hải + Vùng 1: Nhẵn thuỷ lực học: Đặc trưng khu vực lớp màng chảy dịng phủ kín gờ nhám ống, độ nhám khơng ảnh hưởng đến hệ số ma sát Trị số Reynon giới hạn xác định theo công thức sau: Với = 10-4m độ nhám tuyệt đối [1, II.62, 379] Vậy :Re>Regh + Vùng 2: Khu vực nhám: Đặc trưng khu vực lớp màng chảy dịng phủ kín gờ nhám ống Khu vực hệ số ma sát phụ thuộc vào độ nhám mà không phụ thuộc vào Re Vậy Regh < R e< Ren + vùng 3: Khu vực độ: khu vực nằm khu vực nhẵn thủy lực khu vực nhám ứng với Regh Regh + Vùng 2: Khu vực nhám: Đặc trưng khu vực lớp màng chảy dịng phủ kín gờ nhám ống Khu vực hệ số ma sát phụ thuộc vào độ nhám mà không phụ thuộc vào Re Vậy Regh < R e< Ren + Vùng 3: Khu vực độ: khu vực nằm khu vực nhẵn thủy lực khu vực nhám ứng với Regh