Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại thông minh với năng suất 12kg nguyên liệu chuối mẻ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY HỒNG NGOẠI THÔNG MINH VỚI NĂNG SUẤT 12KG NGUYÊN LIỆU CHUỐI/MẺ GVHD: NGUYỄN TẤN DŨNG LÊ TẤN CƯỜNG LÊ VĂN HOÀNG SVTH: HOÀNG KHÁNH DƯƠNG MSSV: 15116011 SVTH: NGUYỄN PHÚC QUANG BẢO MSSV: 15116005 SKL006163 Tp Hồ Chí Minh, tháng 8/2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP MÃ SỐ: 2019 - 15116005 NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY HỒNG NGOẠI THÔNG MINH VỚI NĂNG SUẤT 12KG NGUYÊN LIỆU CHUỐI/MẺ GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG ThS LÊ TẤN CƯỜNG KS LÊ VĂN HOÀNG SVTH: HOÀNG KHÁNH DƯƠNG NGUYỄN PHÚC QUANG BẢO THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 08/2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: NGUYỄN PHÚC QUANG BẢO HỒNG KHÁNH DƯƠNG Ngành: Cơng nghệ Thực phẩm Tên khóa luận: Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại thông minh với suất 12 kg nguyên liệu chuối/mẻ Nhiệm vụ khóa luận: + Tổng quan nguyên vật liệu sấy, hệ thống sấy hồng ngoại + Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy hồng ngoại Xác định hàm mục tiêu, thông số cần thiết cho q trình sấy hồng ngoại + Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy hồng ngoại + Chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại phương pháp gia công khí + Tính tốn, thiết kế, lắp đặt hệ thống tự động điều khiển + Vận hành thử nghiệm, xác lập chế độ cơng nghệ thích hợp, đánh giá chất lượng máy móc thiết bị chế tạo + Xây dựng quy trình cơng nghệ chuối sấy hồng ngoại + Kết luận kiến nghị Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: 01/02/2019 Ngày hồn thành khóa luận: 01/08/2019 Họ tên người hướng dẫn : TS NGUYỄN TẤN DŨNG ThS LÊ TẤN CƯỜNG KS LÊ VĂN HỒNG Nội dung u cầu khóa luận tốt nghiệp thông qua Trưởng Bộ môn Công nghệ Thực phẩm Tp.HCM, ngày tháng năm 2019 Trưởng Bộ môn (Ký ghi rõ họ tên) Người hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, gửi lời cảm ơn chân thành đến tất quý thầy cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM nói chung Khoa Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm nói riêng Trong trình học tập suốt năm trường, truyền dạy nhiều kiến thức, kiến thức tảng đại cương, kiến thức nghề nghiệp mà cịn kỹ chun mơn kỹ sống Đây kho tàng kiến thức vơ q báu, giúp chúng tơi tiếp cận nhanh chóng để ứng dụng vào cơng việc sống tương lai sau Chúng gửi lời cảm ơn trân trọng đền thầy, TS Nguyễn Tấn Dũng – Giảng viên Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Thầy hỗ trợ dạy chúng tơi tận tình từ thời điểm hình thành ý tưởng đến hồn thành khóa luận tốt nghiệp Bên cạnh hỗ trợ chuyên môn, thầy cịn hướng dẫn, định hướng cho chúng tơi cơng việc sau Chúng thật biết ơn điều chúng tơi ghi nhớ tất lời dạy bảo thầy Chúng muốn gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô phụ trách xưởng thực tập, phịng thí nghiệm tạo điều kiện tốt để chúng tơi hồn thành khóa luận tốt nghiệp Quý thầy cô hỗ trợ, giúp đỡ nhiều dụng cụ, máy móc, thiết bị q trình nghiên cứu Cuối cùng, chúng tơi xin cảm ơn gia đình bạn bè quan tâm, giúp đỡ, kề vai sát cánh tạo điều kiện tốt để chúng tơi hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Chúng vận dụng tốt kiến thức kỹ học để phục vụ cho mục tiêu nghề nghiệp tương lai Một lần chân thành cảm ơn tất cả, chúc người nhiều sức khỏe thành cơng Trong q trình thực đề tài, khó tránh khỏi sai sót nên chúng tơi mong nhận góp ý q thầy cơ, ý kiến kinh nghiệm quý báu giúp chúng tơi hồn thiện thêm phần kiến thức mình, chuẩn bị hành trang bước vào môi trường làm việc Xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực LỜI CAM ĐOAN Chúng tơi xin cam đoan tồn nội dung trình bày khóa luận tốt nghiệp riêng Chúng xin cam đoan nội dung tham khảo khóa luận tốt nghiệp trích dẫn xác đầy đủ theo quy định TP Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng năm 2019 TĨM TẮT KHĨA LUẬN Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu, tính tốn, thiết kế chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại kết hợp điều khiển tự động hóa, hệ thống có suất 12 kg nguyên liệu chuối/mẻ Các thơng số ban đầu q trình sấy độ ẩm đầu 77%, độ ẩm cuối 15%, khối lượng riêng chuối 977 kg/m , nhiệt độ sấy 65 C, thời gian sấy giờ, tốc độ gió đối lưu m/s Hệ thống sấy bao gồm: buồng sấy dạng hình hộp chữ nhật kích thước DxRxC=710 mm x 605 mm x 800mm, chứa 12 khay hình chữ nhật kích thước 575mm x 300 mm x 20mm, chia làm hai bên, bên khay tạo thành tầng khây; đèn hồng ngoại gồm 12 bóng cơng suất 250W, gắn tầng bóng; quạt thổi đối lưu khơng khí có cơng suất HP; hệ thống tự động điều khiển bảng mạch thiết bị điện; thiết bị cảm biến thiết bị đo cung cấp thông tin điều khiển Khi hoàn thiện chế tạo, máy điều khiển chạy tự động từ thiết lập ban đầu Sau chế tạo xong, nhóm cho thiết bị chạy thử, khảo sát sấy với nguyên liệu chuối để tạo sản phẩm chuối sấy dẻo, sản phẩm sau sấy bước đầu đạt yêu cầu độ ẩm cảm quan màu sắc, hương vị hình dạng Mạch giao tiếp thiết kế phù gợp với mã, có sơ đồ hình vẽ sau: 3.6 Hệ thống sấy hồng ngoại hồn thiện Hình 3.16 Bảng vẽ card giao tiếp hệ thống Sau lắp đặt thiết bị, hoàn tất việc đánh bóng nối điện, chạy chương trình tự động hóa vào hệ thống tự động điều khiển, hệ thống hoàn chỉnh, thống Hệ thống hoàn thiện đưa vào chạy thử tiến hành sấy mẫu thử, kết ban đầu cho thấy máy chạy tốt ổn định, khơng có cố xảy trình sấy thử, sẵn sàng cho bước sấy thực nghiệm Các thông số thiết bị hệ thống thiết lập vận hành bao gồm: + Thời gian sấy: tùy chỉnh + Tốc độ gió (2.5-12.5 m/s) + Nhiệt độ (40-100 C) 82 Hình 3.17 Thiết bị hoàn thiện Như vậy, hệ thống sấy hồng ngoại thơng minh hồn thành, đáp ứng yêu cầu, nhiệm vụ đặt ban đầu Hệ thống sẵn sàng tham gia khảo nghiệm, sấy với nhiều chế độ nguyên liệu khác nhau, phục vụ cho nghiên cứu nói sản xuất 83 CHƯƠNG KHẢO NGHIỆM THỰC TẾ, HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG SẤY, THẢO LUẬN 4.1 Mục đích + Theo dõi q trình thoát ẩm nguyên liệu + Đánh giá tác động thời gian, nhiệt độ lên thoát ẩm, chất lượng sản phẩm + Chọn chế độ sấy tối ưu cho sản phẩm chuối + Đánh giá hiệu suất q trình sấy 4.2 Bố trí thí nghiệm Tham khảo tài liệu sấy nguyên liệu chuối, chọn khoảng chế độ sấy thích hợp Ta xác định nhiệt độ sấy thích hợp chuối sấy dẻo 60-90 6-10 C, thời gian sấy khoảng từ Tiến hành thí nghiệm theo kế hoạch Đặt x thời gian sấy x2 nhiệt độ sấy Vậy biến x1 chạy từ [6;10], x2 chạy từ [60-90] Ngồi cịn có biến tốc độ gió thổi, bị điều kiện thời gian, nhóm cho tốc độ gió mặc định khảo sát m/s Đặt giá trị sau thực nghiệm thu được: y1 độ ẩm sau sấy (%), y2 lượng cho 12 kg nguyên liệu (kWh) Với tiêu đầu chuối sấy dẻo sản phẩm chuối, y 1=[18;22]; chi phí lượng y2 mang giá trị thấp tối ưu 4.3 Kết Lần 1: Nhóm xác định chọn x2=70 ( C) để tiến hành khảo sát ban đầu, với giá trị biến x2={6;6,5;7;7,5;8} Bảng 4.1 Thí nghiệm với 70 C X1 (giờ) Y1 Y2 84 30.00 28.00 Độ âm san phâm y2 (%) 26.00 24.00 22.00 20.00 18.00 16.00 Giờ sấy x1 (giờ) Độ ẩm sau sấy Năng lượng cho 12kg Hình 4.1 Sơ đồ sấy thí nghiệm với 70 C Với thí nghiệm trên, có mức thời gian tối ưu, thời gian sấy phù hợp so với thời gian sấy đưa ban đầu giờ, phù hợp với thực tế sản xuất Ta tiếp tục lấy giá trị x1=8 cố định, thực khảo sát sấy với giá trị x2={60;62,5;65;67,5;70} Bảng 4.2 Thí nghiệm với thời gian sấy X2 C) Y1 Y2 85 23.50 âm san phâm 23.00 22.50 Đ ộ 22.00 21.50 21.00 20.50 20.00 x2: Nhiệt độ (độ C) Độ ẩm sau sấy Năng lượng cho 12kg Hình 4.2 Sơ đồ sấy thí nghiệm với 8h Vì chế độ tối ưu lần thí nghiệm khác nhau, ta phải tiếp tục thực khảo sát lần Lần 2: Từ lần ta có giá trị x2=62.5 (0 C), ta cố định giá trị nhiệt độ khảo sát thời gian x2={6;6,5;7;7,5;8} Bảng 4.3 Thí nghiệm với nhiệt độ sấy 62.50 C X1 (giờ) Y1 Y2 86 x2 =62,50 C Độ âm san phâm y2 (%) 30.00 28.00 26.00 22.00 24.00 20.00 18.00 Hình 4.3 Sơ đồ sấy thí nghiệm với 62.5 C Ta xác định giá trị tối ưu biến sấy 62.5 C Đối chiếu với thí nghiệm sấy 8h (bảng 4.2hình 4.2), ta thấy hai nghiệm cho chế độ sấy giờ-62.5 độ C tối ưu Vậy với phương pháp tối ưu này, ta chọn chế độ sấy tối ưu cho chuối sấy dẻo: giờ-62,5 C Đánh giá độ tổn thất khoáng Kali sau sấy chế độ giờ-62.50 C Như vậy, nghiên cứu tìm thơng số cơng nghệ sấy hồng ngoại cho opt opt o chuối dạng lát cách thích hợp (x , x2 ,) = (62.5 C, giờ) để tạo sản phẩm chuối sấy dẻo dạng lát đạt chất lượng tốt Sau xác định chế độ mẫu tối ưu, tiến hành mang mẫu phân tích tổn thất hàm lượng khống Kali - Các thơng số ban đầu chuối tươi: Độ ẩm chuối: 73%; Hàm lượng khoáng Kali: 358 mg/100g [23] Các thông số mẫu chuối sấy: Khối lượng mẫu: 100g; Độ ẩm mẫu: 21% Sau đem mẫu phân tích, àm lượng Kali chuối sấy 5865 mg/kg Như vậy, hàm lượng khống Kali xét chất khơ khoảng 9.12% so với khảo sát hàm lượng khoáng nguyên liệu chuối ban đầu Đây kết chấp nhận vi khoán g thành phần không cố định chuối, hàm lượng vi khốn g có xu hướng tăng dần theo độ chín 87 quá, tăng liên tục đến chuối già Do đó, hàm lượng khống 9.12% so với khảo sát hoàn toàn chấp nhận sản phẩm chuối sấy dẻo dạng lát, điều chứng minh chuối loại trái bổ sung khoáng kali hiệu giới quả, sản phẩm chuối sấy đạt hiệu tương tự Ngoài ra, việc sản phẩm chuối sấy dẻo đời góp phần đa dạng hóa sản phẩm, đáp ứng nhu cầu ngày tăng người tiêu dùng Đây chế độ sấy phù hợp để bảo quản gần nguyên vẹn tính chất cảm quan màu sắc, hương vị thành phần dinh dưỡng sản phẩm chuối sấy sau Góp phần khơng kéo dài thời gian bảo quản, mà tạo cấu trúc mùi vị cho sản phẩm chuối truyền thống Hình 4.4 Sản phẩm hồn thiện chuối sấy theo chế độ sấy tối ưu 88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHI KẾT LUẬN Với yêu cầu ban đầu đặt ra, chế tạo thành công máy sấy hồng ngoại thông minh với suất 12 kg/mẻ Máy sấy áp dụng rộng rãi cho nhiều loại nguyên, vật liệu khác Hệ thống sản phẩm chạy tự động từ thiết lập ban đầu, dễ dàng kiểm soát thơng số Chế độ cài đặt đa dạng kiểm soát nhiệt độ từ Với việc khảo nghiệm sản phẩm chuối sấy dẻo, thấy sản phẩm đạt chất lượng tốt, đáp ứng tiêu chí cảm quan, ngoại với tia hồng ngoại nhiệt độ, tiêu vi sinh kiểm soát tốt Chuối sứ với độ ẩm ban đầu 73%, sau sấy độ ẩm đưa 22% KIẾN NGHI Với thời gian nghiên cứu ngắn, yếu tố khách quan kinh nghiệm làm việc chưa nhiều, hệ thống cịn nhiều hạn chế so với thực tế yêu cầu: + Các nguồn nguyên liệu sấy cịn hạn chế Có số ngun liệu bị chông, vên, khô cứng, kết cấu dai + Nhiệt độ chênh lệch so với thực tế C + Cần nghiên cứu, khảo sát thêm để xác định loại nguyên liệu phù hợp để sấy + Gia công buồng sấy tốt hơn, sử dụng cảm biến có độ nhạy tốt 89 Phụ lục Phụ lục Bảng phân tích nồng độ khống Kali Natri tron chuối sản phẩm sấy chế độ 62.5 C 90 Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Tấn Dũng cộng (2008) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống sấy thăng hoa suất nhỏ có giai đoạn cấp đông buồng sấy thăng hoa, Tạp chí Khoa học giáo dục kỹ thuật, số 10 [2] Nguyễn Tấn Dũng (2016) Quá trình thiết bị CNHH&TP, Kỹ thuật Công nghệ sấy thăng hoa, NXB Đại học Quốc gia TPHCM [3] Nguyễn Tấn Dũng cộng (2017) Mơ hình hóa tối ưu hóa CNHH&TP, NXB Đại học Quốc gia TPHCM [4] Nguyễn Tấn Dũng (2015) Quá trình thiết bị CNHH&TP tập 2, Các trình thiết bị truyền nhiệt, phần 2, Các trình thiết bị truyền nhiệt thực phẩm, NXB Đại học Quốc gia TPHCM [5] Nguyễn Tấn Dũng, Trần Đức Ba (đồng chủ biên) (2007) Q trình thiết bị CNHH&TP, Cơng nghệ lạnh tập 1, NXB ĐHQG TPHCM [6] Nguyễn Tấn Dũng (2013) Các trình thiết bị CNHH&TP, tập 1, Các trình thiết bị học, thủy lực, khí nén NXB ĐHQG TPHCM [7] Nguyễn Tấn Dũng (2015) Quá trình thiết bị CNHH&TP, tập 2, Các trình thiết bị truyền nhiệt, phần 1, sở lý thuyết truyền nhiệt NXB ĐHQG TPHCM [8] Nguyễn Tấn Dũng (2016) Quá trình thiết bị CNHH&TP, Công nghệ lạnh ứng dụng thực phẩm NXB ĐHQG TPHCM [9] William Herschel (2013) The Scientific paper of Sir William Herschel, tập 1, Cambridge University Press, United Kingdom [10] B A Anhwange (2008), Chemical Composition of Musa sapientum (Banana) peels, Journal of Food Technology [11] K P Sampath Kumar, Debjit Bhowmik, S Duraivel, M Umadevi (2012) Tranditional and Medicinal Uses of Banana, tập 1, vấn đề 3, Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry 91 [12] Khoa Công nghệ tự động,, Lý thuyết tự động điều khiển, Trường Đại học Điện Lực, Hà Nội 2009 [13] Nguyễn Tấn Dũng, Trịnh Văn Dũng (2009) Tự động hóa q trình nhiệt - lạnh CNHH&TP NXB ĐHQG TP.HCM [14] Frank P.Bleier , Fan handbook selection application and design, Frank P.Bleier,P.E, 1997 [15] Nguyễn Tấn Dũng 2016 NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm, Kỹ thuật công nghệ sấy thăng hoa [16] Nguyễn Tấn Dũng, (2015) Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm, tập 2, Các trình thiết bị truyền nhiệt, phần 2, Các trình thiết bị truyền nhiệt thực phẩm NXB Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh [17] Trần Văn Địch, (2008) Nguyên lý cắt kim loại NXB Khoa học Kĩ thuật [18] PGS.TS Phạm Văn Hùng, Cơ sở máy công cụ, Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, nhà xuất khoa học kỹ thuật 2007 [19] Nguyễn Bá An, Sổ tay thợ hàn, nhà xuất xây dựng, 2003 [20] Phạm Xuân Hổ, Hồ Xuân Thanh, (2014) Khí cụ điện Nhà xuất Đại học Quốc gia TP.HCM [21] Millman M d.J, Liapis A.I, Marchello J.M., (1984) Guidelines for the desirable operation of batch freeze – driers uring the removal of free water, Journal of Food Engineering, p234 – 245 [22] Poling, White P R S., (2001) Method for determining specific heat capacity of the soild material, 1st ed McGraw – Hill, New York, 321p [23]: Huỳnh Nguyễn Thái Duy, 2013, Luận văn đề tài Nghiên cứu sản xuất nectar từ chuối, trang 16, NXB ĐHQG HN 92 ... tài ? ?Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại thông minh với suất 12 kg nguyên liệu/ mẻ? ?? Mục tiêu đồ án Mục tiêu đồ án nghiên cứu, thiết kế, tính tốn chế tạo hệ thống sấy hồng. .. luận: Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại thông minh với suất 12 kg nguyên liệu chuối/ mẻ Nhiệm vụ khóa luận: + Tổng quan nguyên vật liệu sấy, hệ thống sấy hồng ngoại. .. sấy hồng ngoại Xác định hàm mục tiêu, thông số cần thiết cho q trình sấy hồng ngoại + Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy hồng ngoại + Chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại phương pháp gia công khí + Tính