NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY SẤY THỊT BÒ. TT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Đ I H C ĐÀ N NG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HỮU TÍN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY SẤY THỊT BỊ Chun ngành : Kỹ thu t Cơ khí Mã số : 8.52.01.03 TÓM T T LU N VĔN THẠC SĨ K THU T Đà Nẵng - Năm 2018 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN XUÂN TÙY Phản biện 1: Phản biện 2: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp Trường Đại học Bách Khoa vào ngày … tháng …… năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Trung tâm Học Liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách Khoa - Thư viện Khoa Cơ điện tử, Trường Đại học Bách Khoa ĐHĐN M ĐẦU Các loại thịt nói chung thịt bị tươi nói riêng dạng tươi, sống có độ ẩm cao (khoảng 70 ÷ 80%), mơi trường thuận lợi cho phát triển c a vi sinh vật Muốn dự trữ sản phẩm thời gian dài cần phải giảm độ ẩm xuống khoảng (8 ÷16)% Thịt bị xếp nhóm thịt đỏ làm thực phẩm tốt cho s c khỏe người Trong thực tiễn đời sống, thịt bị nói riêng thịt, cá nói chung có nhiều hình th c chế biến khác để trở thành thực phẩm ăn Theo thị hiếu thói quen, giá trị dinh dưỡng c a thịt bò cao nên ch yếu dùng chế biến tươi làm thực phẩm hàng ngày Một tỷ lệ nhỏ thịt bị đưa vào sấy khơ để bảo quản lâu dài dự trữ, thông thường tẩm gia vị làm chín trước trình làm khơ Làm khơ phương pháp tự nhiên hay nhân tạo kìm hãm phát triển c a vi sinh vật, m c độ kìm hãm tùy thuộc vào lượng nước bốc nhiều hay Mục đích c a việc làm khơ sản phẩm thực phẩm khống chế thối rửa vi khuẩn gây nên Phương pháp làm khô phơi nắng, than c i hay than đá người sử dụng từ xa xưa nay, có nhiều ưu điểm dễ sử dụng, có sẵn tự nhiên Tuy nhiên q trình chế biến th cơng phụ thuộc nhiều vào thời tiết, nhiệt độ sấy không ổn định, cần mặt rộng, tốn nhiều nhân công thời gian, sản phẩm thường có chất lượng thấp khơng đảm bảo tiêu vệ sinh an tồn thực phẩm bụi, khói ruồi nhặng đậu vào Sấy thực thiết bị sấy sử dụng nguồn khí nóng từ dạng lượng khác để sấy So với sấy th công c i, than đá , sấy lượng điện đảm bảo yêu cầu chất lượng, sản phẩm mát hư hỏng, tốn nhân cơng, giảm thời gian không phụ thuộc vào thời tiết, tăng s c cạnh tranh nội địa thị trường giới Làm khơ thịt bị thiết bị sấy cấp nhiệt dây điện trở quạt tạo khơng khí nóng tác nhân sấy bảo đảm an tồn thực phẩm; gia nhiệt lị đốt khơng khí sấy khói lị có nhiều thành phần ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm Tuy nhiên làm khô thiết bị sấy gia nhiệt điện phải tốn chi phí lớn để đầu tư cho thiết bị sấy Từ lý định chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình sấy thịt bị” Lý chọn đ đ tài ng dụng khoa học kỹ thuật vào thực tế sản xuất nhằm nâng cao xuất, đem lại hiệu kinh tế cho người tiêu dùng Đặc biệt nửa thực phẩm tiêu dùng ngày quan trọng vấn đề bảo quản, chế biến nâng cao chất lượng sản phẩm Qua khảo sát nghiên c u số nơi chế biến sản phẩm thịt bị khơ TP Đà Nẵng chế biến theo phương pháp sấy th công, suất thấp, không đảm bảo tiêu vệ sinh an toàn thực phẩm bụi, khói ruồi nhặng đậu vào Chính vậy, việc nghiên c u ng dụng công nghệ thiết bị nâng cao chất lượng sản phẩm thịt bị khơ cần thiết Nên thân chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình máy sấy thịt bị ” Mục tiêu nghiên c u Tính toán nhiệt, thiết kế vách ngăn biên dạng c a cánh quạt để đưa lưu lượng gió mang nóng vào tầng sấy gần Tăng suất giảm sản phẩm phải sấy lại Đối tượng ph m vi nghiên c u Đối tượng nghiên c u mơ hình máy sấy thịt bị khơ Phạm vi nghiên c u sấy khô thịt động vật để đóng gói, ch yếu thịt bị Phương pháp nghiên c u Thực phương pháp nghiên c u thực tiễn, dựa vào việc thiết kế mô hình, thơng qua việc tính tốn nhiệt kiểm tra để q trình sấy thịt khơ gần tầng, kiểm soát điều khiển nhiệt động tự động Ý nghĩa khoa học th c ti n 5.1 Ý nghĩa khoa học Tạo mẫu máy sấy thịt bị khơ 5.2 Ý nghĩa th c ti n ng dụng nghiên c u c a khoa học đem vào thực tế sản xuất, để tăng suất nâng cao chất lượng sản phẩm D ki n k t qu đ t Chế tạo mơ hình máy sấy thịt bị khơ điều khiển nhiệt độ tự động M ĐẦU Ngày nhu cầu sống ngày cao, địi hỏi vấn đề vệ sinh an tồn thực phẩm đặt lên hàng đầu, song hành với phát triển c a khoa học công nghệ Việc chế biến bảo quản thực phẩm, ngày nghiêm ngặt Chính lẽ việc dùng máy sấy khơ thịt bị theo kiểu sấy khay chưa đạt tối ưu Nên định chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình máy sấy thịt bò ” Chương 1: T NG QUAN CÁC VẤN Đ NGHIểN CỨU 1.1 T ng quan tình hình nghiên c u thuộc lĩnh v c đ tài 1.2 Tiêu chuẩn thịt bị ch bi n có xử lý nhi t 1.3 T ng quan b n v máy s y th c phẩm 1.4 T ng quan v số cơng trình nghiên c u s y thịt bị ngồi nước 1.5 Cơng ngh s y thịt bị khơ Chương 2: THIẾT KẾ NGUYểN LÝ VÀ KẾT CẤU MÁY 2.1 Xác định tính kỹ thu t máy 2.2 Phân tích l a chọn phương án 2.3 Thi t k nguyên lý c a máy s y Chương 3: THIẾT KẾ H TH NG ĐI U KHI N 3.1 Tính tốn nhi t 3.2 Thi t k h thống s y nhi t 3.3 Thi t k h thống t động u chỉnh nhiêt độ theo yêu c u c a công ngh Chương 4: CHẾ TẠO MƠ HÌNH VÀ TH C HI N TH C NGHI M 4.1 Các lo i ph n ph n tử u n nhi t độ sử dụng cho ch t o 4.2 Th c nghi m v máy ch t lượng s y KẾT LU N Chương 1: T NG QUAN CÁC VẤN Đ NGHIểN CỨU 1.1 T ng quan tình hình nghiên c u thuộc lĩnh v c đ tài 1.1.1 Sơ lược thịt bò Thịt bò loại thực phẩm ưa chuộng sử dụng nhiều bữa ăn c a người Việt nam Thịt bị có hàm lượng dinh dưỡng cao đảm bảo s c khỏe cho người biết sử dụng bảo quản cách cho tươi ngon bổ dưỡng Do vậy, hiểu phương pháp bảo quản tốt giúp có bữa ăn ngon miệng cung cấp đầy đ dinh dưỡng cho bạn người thân u Hình 1.1 Thịt bị ngon có màu đỏ tươi Thịt bò ch a nhiều vitamin B12: Vitamin B12 cần thiết cho tế bào, tế bào máu đỏ mang oxy đến mô Vitamin B12 thúc đẩy nhánh chuỗi amino acid chuyển hóa, cung cấp lượng cần thiết cho thể hoạt động cường độ cao Thịt bò đỏ tươi ngon hình 1.1 1.1.2 Thịt bị khơ Hình 1.2 Thịt bị sấy khơ 1.2 Tiêu chuẩn thịt bị ch bi n có xử lý nhi t 1.2.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7049:2002 1.2.2 Yêu cầu kỹ thuật a) Nguyên liệu b) Yêu cầu cảm quan c) Các tiêu lý hóa d) Dư lượng kim loại nặng e) Các tiêu vi sinh vật f) Dư lượng thuốc thú y g) Độc tố nấm mốc h) Dư lượng hoocmon i) Phụ gia thực phẩm j) Phương pháp thử 1.3 T ng quan b n v máy s y th c phẩm 1.3.1 Tĩnh lực học trình sấy Hình 1.3 Đồ thị phân loại trạng thái vật liệu xốp theo độ ẩm 1.3.2 Động lực học trình sấy Hình 1.4 Đường cong đặc trưng trình sấy 1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy a) Nhiệt độ sấy b) Độ ẩm sấy c) Thời gian sấy d) Vật liệu sấy 1.3.4 Phương pháp sấy 1.3.5 Các thiết bị sấy a) Thiết bị sấy tĩnh vỉ ngang (Hình 1.5) Hình 1.5 Máy sấy vĩ ngang b) Máy sấy hầm Hình 1.6 Máy sấy hầm c) Máy sấy thùng quay Hình 1.7 Máy sấy thùng quay d) Máy sấy băng tải Hình 1.8 Máy sấy băng tải 1.4 T ng quan v số cơng trình nghiên c u s y thịt bị ngồi nước 1.4.1 Một số cơng trình nước 1.4.2 Một số cơng trình nước ngồi 1.5 Cơng ngh s y thịt bị khơ Chương 2: THIẾT KẾ NGUYểN LÝ VÀ KẾT CẤU MÁY 2.1 Xác định tính kỹ thu t máy 2.1.1 Đặc tính chung 2.1.2 Sấy đối lưu Hình 2.1 Sơ đồ máy sấy nóng đối lưu 2.1.5 Sấy chân khơng Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý máy sấy chân không 2.1.6 Sấy vi sóng Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo lị vi sóng 2.2 Phân tích l a chọn phương án 2.1.1 Phân tích tổng quan 2.1.2 Lý chọn phương án Từ thiết bị sấy phân tích trên, thân chọn phương án thiết kế 2.3 Thi t k nguyên lý c a máy s y 2.3.1 Nguyên lý máy sấy vĩ ngang a) Sơ đồ cấu tạo 10 Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý máy sấy vĩ ngang từ lên Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý máy sấy vĩ ngang từ xuống 2.3.2 Nguyên lý máy sấy tuần hồn Hình 2.8 Sơ đồ ngun lý máy sấy tuần hoàn 11 bị sấy sấy Chương 3: THIẾT KẾ H TH NG ĐI U KHI N 3.1 Tính tốn nhi t 3.1.1 Nội dung tính tốn 3.1.2 Một số cơng thức tính tốn thiết a) Tính lượng ẩm cần bốc từ nguyên liệu   m1 w  w2 w1  w2  m2 100  w1 100  w2 (3.1) Trong đó: m1 : khối lượng nguyên vật liệu đưa vào sấy (kg/h) m2 : Khối lượng sản phẩm sau sấy (kg/h) w1 ; w2 : độ ẩm đầu cuối c a sản phẩm sấy (%) b) Tính lượng khơng khí cần thiết dùng làm tác nhân sấy cho kg ẩm bốc I 1000 (kg KKK/kg ẩm bốc hơi) X3  X (3.2) Trong đó: X3 : hàm ẩm c a khơng khí sau sấy (g/kg KKK) X0 : hàm ẩm ban đầu c a khơng khí trước vào phận đun nóng c) Tính nhiệt lượng cần thiết dùng cho trình sấy Nhiệt lượng dùng để cung cấp cho kg ẩm bốc q  I 0,24  0,00047 X0 t1  t  (kcal/kg ẩm bốc hơi) (3.3) Hoặc: q  I I  I  (3.4) Trong đó: t ( C ) : nhiệt độ ban đầu c a khơng khí t1 ( C ) : nhiệt độ c a khơng khí vào thiết bị sấy 12 I (kg KKK/kg ẩm bốc hơi) lượng khơng khí cần thiết dùng làm tác nhân sấy Lượng khơng khí cần thiết tiêu hao giờ: (kg/h) L I (3.5) Lượng nhiệt cần thiết tiêu tốn giờ: (kcal/h) Q1  q (3.6) Trạng thái ban đầu trạng thái cuối c a khơng khí sấy giả thiết sát với điều kiện thực tế để tính tốn Nó phụ thuộc vào thời tiết Nếu chọn điều kiện mùa đông cho tiêu tốn nhiệt cực đại, chọn mùa hè cho tiêu tốn nhiệt thấp Nhiệt tiêu tốn dùng để đun nong sản phẩm từ nhiệt độ t đến t1 : Q2  m1.Csp ttb  t  (kcal/h) (3.7) Trong đó: m1 : khối lượng nguyên liệu ban đầu đưa vào sấy (kg/h) C sp : nhiệt dung riêng c a nguyên liệu (kcal/kg C ), lấy trung bình c a C sp vào C sp   t : nhiệt độ ban đầu c a nguyên liệu sấy C t tb : nhiệt độ đun nóng cho phép nguyên liệu sấy, lấy t tb c a không khí sấy Nhiệt lượng c a calorife cần cung cấp: Qca l  Q1  Q2  Qtt (kcal/kg C ) (3.8) Trong đó: Qtt : nhiệt lượng tổn thất trình sấy, bao gồm nhiệt tổn thất mơi trường xung quanh, đun nóng thiết bị sấy tổn thất khác d) Xác định hệ số lượng hữu ích thiết bị sấy 13  hi  q hi q sd (3.9) Trong đó: q hi nhiệt hữu ích thực tế dùng cho q trình sấy tính theo cơng th c sau: qhi  r X3  X1 1000 (kJ/Kg KKK) (3.10) Trong đó: r nhiệt hóa c a nước, xác định theo nhiệt độ trung bình c a sản phẩm sấy, nghĩa t tb  t1  t 2 t1 ; t ( C ): nhiệt độ đầu cuối c a sản phẩm q sd : nhiệt lượng tiêu tốn thực tế cho trình sấy tính theo cơng th c: (kJ/kg KKK) qsd  Ctb t1  t  (3.11) Trong đó: Ctb  C KKK  C hn  0,24  0,00047 X0 (kcal/kg C ) (3.12) C KKK : tỷ nhiệt c a khơng khí khơ C hn : tỷ nhiệt nước Vậy:  hi  đúng: r  X3  X1  Ctb t1  t .1000 (3.13) Nếu tính tất theo kg ẩm bốc hơi, ta có cơng th c gần  hi  r qca lorife C tb t1  t  B QHP (3.14) Hệ số hữu ích c a nhiên liệu cháy tính theo cơng th c: t  14 (3.15) B : tổn thất nhiên liệu cho kg khơng khí khơ B  B L (3.16) B: lượng nhiên liệu tiêu tốn (kg/h) L: Lượng khơng khí tiêu tốn cho q trình sấy (kg KKK/h) Từ suy ra: hi  r  X3  X1  t B QHP 1000 (3.17) QHP : nhiệt trị trung bình c a nguyên liệu (kcal/kg) Vậy hệ số hữu ích chung c a thiết bị sấy là: chung  hi t  Hoặc: chung  r ( X2  X1 ) B QHP 1000 r ( X2  X1) L B.QHP 1000 Trong đó: L   Vậy: chung  (3.18) (3.19) 1000 (3.20) X2  X1 r  B.QHP (3.21) Trong đó, r nhiệt hóa c a nước, phụ thuốc vào nhiệt độ áp suất khí Nếu điều kiện áp suất thường nhiệt độ từ (0 100)0 C , r  595 (kcal/kg) e) Tính lượng nhiên liệu cần thiết cho trình sấy, tức Qca l B Qca l QHP  (3.22) Trong đó:  độ tác dụng c a lò đốt, mùa đơng 0,85, mùa hè 0,9 e) Tính tốn thời gian sấy 15 3.2 Thi t k h thống s y nhi t Hình 3.1 Sơ đồ tổng quan thiết kế 3.3 Thi t k h thống t động u chỉnh nhiêt độ theo yêu c u c a công ngh Hình 3.2 Sơ đồ mạch điện 16 Chương 4: CHẾ TẠO MƠ HÌNH VÀ TH C HI N TH C NGHI M 4.1 Các lo i ph n ph n tử u n nhi t độ sử dụng cho ch t o mơ hình máy 4.1.1 Thiết kế mơ hình Mơ hình thiết kế hình vẽ Vật liệu chế tạo mơ hình thếp khơng gỉ (hay cịn gọi inox) Hình 4.1 Mơ hình tủ sấy Được thể qua hình vẽ sau: Hình 4.2 Bản vẽ chế tạo mơ hình 17 Hình 4.3 Mơ hình chế tạo 4.1.2 Phần tử điều khiển a) Rơ le thời gian Thông số kỹ thu t chung Relay th i gian, Rơ le th i gian, Timer 12VDC, 12VAC Hình 4.4 Rơle thời gian b) Bộ điều khiển nhiệt độ đóng ngắt Relay RC-112E 220VAC 18 Hình 4.5 Bộ điều khiển nhiệt độ c) Sơ đồ mạch điện Hình 4.6 Sơ đồ mạch điện cho hệ thống sấy 19 d) Thiết bị phụ trợ Quạt hút gió vng HSV-60 Hình 4.7 Quạt hút loại vng e) Đèn sấy hồng ngoại Hình 4.8 Đèn sấy hồng ngoại 20 Hình 4.9 Các loại dây đốt 4.1.3 Hồn thành mơ hình Hình 4.10 Q trình chế tạo mơ hình Hình 4.11 Mơ hình hồn thiện 21 Hình 4.12 Các phận chuẩn bị lắp mơ hình Các phận lắp mơ hình Hình 4.13 Lắp đặt hệ thống điện mơ hình Hình 4.14 Kiểm tra sau lắp đặt 22 4.2 Th c nghi m v máy ch t lượng s y 4.2.1 Yêu cầu thiết kế 4.2.2 Lựa chọn mơ hình thiết kế 4.2.3 Xác định kích thước hệ thống sấy 4.2.4 Xác định độ ẩm đầu độ ẩm cuối thịt bò sấy 4.2.5 Tính tốn nhiệt cho q trình sấy KẾT LU N Qua q trình thực đề tài tơi thực số kết sau: - Dựa vào kết máy sấy thí nghiệm, vận tốc gió xác định V = 2,14 m/s, nhiệt độ sấy t  50 C thời gian sấy c a mơ hình máy sấy thịt bị khơ - Đã tính tốn, xác định thơng số c a mơ hình, làm sở cho thiết kế mơ hình Thiết kế mơ hình máy sấy tĩnh vỉ ngang 2kg thịt /mẻ, với thông số nhiệt độ sấy điều chỉnh tự động, thời gian sấy giờ/mẻ, công suất máy P = 1,5 kw, lưu lượng quạt Qa = 0,0125 (m3/s) - Chế tạo thành cơng mơ hình máy sấy thịt bị khơ đảm bảo chất lượng Thịt bị sấy giảm độ ẩm từ 73% xuống 12%, thời gian sấy - Kết kiểm tra chất lượng sản phẩm cảm quan đánh giá có màu nâu đẹp, mùi vị thơm so với sấy th công 23 Tài li u tham kh o [1] Quyết định số 867/1998/QĐ-BYT "Danh mục tiêu chuẩn vệ sinh lương thực, thực phẩm" [2] Hoàng Văn Chước, Kỹ thuật sấy, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 1999 [3] Nguyễn Cơng Cần, Hồng Kim Cơ, Đỗ Ngân Thành, Tính tốn kỹ thuật nhiệt lị công nghiệp, tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà nội, 1985 [4] Phan Hiếu Hiền, Nguyễn Văn Xuân, Lê Văn Bạn, Nguyễn Hùng Tâm, Trương Vĩnh, Máy sấy hạt Việt nam, Nhà xuất Nông nghiệp, 2001 [5] Nguyễn Cơng Cẩn, Hồng Kim Cơ, Đỗ Ngân Thành; Tính tốn kỹ thuật nhiệt lị cơng nghiệp, Tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội - 1985 [6] Nguyễn Văn Hùng, 2007 Bài giảng Kỹ thuật thực phẩm [7] Sinnot, Coulson & Richardson, Chemical Engineering, Vol.6, Design, Butterworth, 1996 [8] Ulrich, G D., Guide to Chemical Engineering Process Design, Wile 1984 24