Nghiên cứu tính toán thiết kế và chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại thông minh với năng suất 12kg nguyên liệu mít 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 NGHỆ THỰC PHẨM NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY HỒNG NGOẠI THƠNG MINH VỚI NĂNG SUẤT 12KG NGUN LIỆU MÍT/MẺ GVHD:JHLKJNLKSSSSSSSSJNLKJNJ SVTH: HỒNG HẢI MSSV: 15116080 SVTH: NGƠ VŨ ĐƠNG KHẢI MSSV: 15116099 SVTH: NGUYỄN BÁ TÙNG MSSV: 15116150 SKL006156 Tp Hồ Chí Minh, tháng 8/2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC & THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP MÃ SỐ: 2019 - 15116099 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY HỒNG NGOẠI THƠNG MINH VỚI NĂNG SUẤT 12KG NGUN LIỆU MÍT/MẺ GVHD: T.S NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH : HỒNG HẢI NGƠ VŨ ĐƠNG KHẢI NGUYỄN BÁ TÙNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH _ 08/2019 i LỜI CẢM ƠN Đầu tiên chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất quý thầy cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh nói chung q thầy Khoa Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm nói riêng Trong q trình học tập suốt năm trường, truyền dạy nhiều kiến thức đại cương chuyên ngành mà cịn kỹ chun mơn, kỹ sống Đây kho tàng kiến thức vôcùng quýbáu, giúp chúng em tiếp cận nhanh chóng để ứng dụng vào công việc sống sau Chúng em xin cảm ơn 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 ln hỗ trợ dạy chúng em tận tình từ hình thành ý tưởng đến hồn thành khóa luận tốt nghiệp Bên cạnh hỗ trợ khóa luận, thầy cịn hướng dẫn, định hướng cho chúng em công việc sau Chúng em thật biết ơn điều vàchúng em xin ghi nhớ lời dạy thầy Chúng em xin cảm ơn q thầy phụ trách xưởng thực tập, phịng thí nghiệm tạo điều kiện tốt để chúng em hồn thành đề tài Q thầy cô hỗ trợ, giúp đỡ chúng em nhiều dụng cụ, máy móc, thiết bị q trình nghiên cứu Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình bạn bè quan tâm, giúp đỡ, ln kề vai sát cánh tạo điều kiện tốt để chúng em hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Chúng em hứa vận dụng tốt kiến thức kỹ học để phục vụ cho mục tiêu nghề nghiệp tương lai Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả, chúc người nhiều sức khỏe thành công Trong q trình thực đề tài, khó tránh khỏi sai sót nên chúng em mong nhận góp ý q thầy cơ, ý kiến kinh nghiệm quý báu giúp chúng em hồn thiện thêm phần kiến thức mình, chuẩn bị hành trang bước vào mơi trường làm việc Xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực ii LỜI CAM ĐOAN Chúng cam đoan tồn nội dung trình bày khóa luận tốt nghiệp Chúng xin cam đoan tồn nội dung tham khảo khóa luận tốt nghiệp trích dẫn xác đầy đủ theo quy định Ngày tháng năm 2019 iii TĨM TẮT KHĨA LUẬN Trong nghiên cứu này, chúng tơi tính tốn, thiết kế chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại suất 12kg nguyên liệu mít/mẻ Các thơng số ban đầu sử dụng cho q trình tính tốn: độ ẩm ban đầu độ ẩm cuối nguyên liệu mít 80,13% 10%, khối lượng riêng mít 1030 kg/m3, nhiệt độ sấy: 64,25 C, thời gian sấy giả định: 3,84 0 giờ, thơng số khơng khí TP.HCM t mt = 25 C; φ=74%; tư=25 C; ts=23 C; d≈0 0202 kg /kgkk; I=81.76kJ/kgkkk Hệ thống sấy hồng ngoại chế tạo bao gồm: buồng sấy dạng hình hộp chữ nhật có kích thước 450mm x 420mm x 525mm, gồm 12 bóng đèn hồng ngoại cơng suất 500W 12 khay sấy, vách buồng sấy inox SUS 304 dày 4mm, vách làm inox 304 dày 1mm, vách ngăn dày 40mm, có tất gân chịu lực làm inox 201; quạt ly tâm có cơng suất 1HP Tồn hệ thống điều khiển kết hợp tay tự động IOT Hệ thống cảm biến điều khiển nhiệt độ thiết kế phù hợp tự động đóng, mở q trình gia nhiệt nhiệt độ đạt yêu cầu, tiết kiệm điện Sau chế tạo, chúng tơi tiến hành sấy mẫu ngun liệu mít để kiểm tra hiệu chỉnh thiết bị, mẫu sấy đến độ ẩm mong muốn, không bị thâm đen, đảm bảo tính chất cảm quan, giữ hình dạng, màu sắc hương thơm đặt trưng iv v vi vii viii 67 68 69 70 2,767 2,960 3,108 3,206 3,285 3,335 3,378 3,413 2,702 2,923 3,104 3,227 3,338 3,419 112 Hình 4.3 Mối quan hệ mức lượng Y2 với nhiệt độ vàthời gian Nhận xét Theo bảng 4.2 cặp thông số tô xám đáp ứng yêu cầu công nghệ (8% ≤ Y1 ≤ 10%) Độ ẩm đạt giá trị 8% ≤ Y ≤ 10% giớ thứ Trong khoảng thời gian từ đến 11 giờ, mức nhiệt độ 60-63 C không đạt giá trị độ ẩm 8% ≤ Y1 ≤ 10% Nhiệt độ sấy cao thời gian đạt độ ẩm 8% ≤ Y1 ≤ 10% ngắn Bảng 4.3 mức lượng sử dụng tương ứng với cặp nhiệt độ, thời gian khảo sát Các số liệu so sánh mức độ sử dụng lượng cách sử dụng phần mềm minitab với mức ý nghĩa 5% - Kết Bảng 4.4 Phân nhóm mức lượng sử dụng Y2 mẫu đạt yêu cầu công nghệ dựa phần mềm minitab Nhiệt độ 66 67 67 Thời gia 69 65 68 70 69 68 64 65 64 Trên bảng 4.3 ta thấy mẫu khảo sát nhiệt độ 65 C, thời gian 10 tiếng có mức lượng sử dụng Y2 thấp (3.288 kWh/kg) Nhưng bảng 4.4 ta thấy mẫu 0 khảo sát nhiệt độ 65 C, thời gian 10 tiếng nằm nhóm với mẫu khảo sát 64 C, thời gian 10.5 tiếng mẫu khảo sát nhiệt độ 68 C, thời gian tiếng Nên mẫu tối ưu thiết bị Nếu xét khía cạnh thời gian mẫu sấy nhiệt độ 68 C, thời gian tiếng mẫu tối ưu (độ ẩm đáp ứng yêu cầu, mức lượng sử dụng nằm nhóm tiết kiệm thời gian thấp nhất) Nếu xét khía cạnh lượng mẫu sấy nhiệt độ 65 C, thời gian 10 tiếng mẫu tối ưu lượng tiêu thụ thấp (3.288 kWh/kg)  Do khảo sát thời gian ngắn, máy thử nghiệm nên tính tiết kiệm lượng ưu tiên Do mẩu tối ưu mẫu sấy nhiệt độ 65 C, thời gian 10 tiếng Biện luận So sánh kết nghiên cứu làm với kết Nguyen Tan Dzung, Doan Thi Hong Hai [17] Thông số tối ưu [17] nhiệt độ 63.43 C, thời gian 7.13h độ ẩm sản phẩm đạt 5.13% mức lượng sử dụng 1.38 kWh/kg, kết nghiên cứu nhiệt độ 65 C, thời gian 10h độ ẩm đạt 9.89% mức lượng  sử dụng lên đến 3.288 kWh/kg Kết tối ưu thí nghiệm máy sấy hồng ngoại DS.IR-03 ngược xu hướng với [17] 114 Nguyên nhân dẫn đến khác hai kết thí nghiệm: Thiết bị hai thí nghiệm khác nhau: kích thước, suất, bóng đèn, quạt ly tâm gián tiếp, hệ thống tự động điều khiển Sử dụng nguyên liệu mít khác Ở [17] sử dụng giống mít thái với độ ẩm 73.46% [37], cịn thí nghiệm tối ưu với hệ thống sấy hồng ngoại DS.IR-03 sử dụng giống mít dừa có độ ẩm 85.33% (72-94%)[26] Ngồi giống mít cịn có cấu trúc khác Để có so sánh xác kết nghiên cứu tối ưu hệ thống sấy DS.IR-03 [17], tiến hành sử dụng giống mít thái để khảo sát với thông số nhiệt độ T = 63.43 C, thời gian 5.5h độ ẩm đạt 5.23%, mức lượng sử dụng 2.0183 kWh/kg  Như sử dụng loại nguyên liệu, hệ thống sấy hồng ngoai DS.IR-03 cho thời gian sấy ngắn hơn, suất sấy nhiều gấp 3-3.5 lần với [17] Tuy nhiên mức lượng sử dụng lại cao suất máy lớn dẫn đến nhiệt lượng tổn thất để làm nóng phận buồng sấy cao so với [17] Mức lượng sử dụng cao cịn hệ thống sấy DS.IR-03 có sử dụng quạt ly tâm gián tiếp để giảm độ ẩm cân buồng sấy giúp rút ngắn thời gian sấy thiết bị Quátrình sấy khảo nghiệm mang tính thử nghiệm nên q trình tối ưu hóa thiết bị khó tránh khỏi sai sót, dựa kết khảo sát thực đưa khoảng thông số phù hợp để tối ưu hóa thiết bị Bảng 4.5 Các thơng số khun dùng thực tối ưu hóa sản phẩm mít sấy giịn Thơng số Nhiệt độ ( C) Thời gian (h) Vận tốc gió (m/s) 4.4 Hiệu chỉnh thiết bị Giới hạn giới hạn đặc tính kỹ thuật mà sấy hồng ngoại làm việc được: 115 Bảng 4.6 Đặc tính kỹ thuật hệ thống sấy hồng ngoại Tên thông số Nhiệt độ sấy Thời gian sấy Vận tốc thơng gió Năng suất nhập Ứng với thơng số q trình sấy nêu sau sấy ta sản phẩm với chất lượng ổn định Mít sau sấy giữ tương đối tốt màu giống nguyên liệu ban đầu, không bị phai màu nhiều Đối với độ cứng độ giịn bước đầu sản phẩm sau sấy có cứng vừa phải khơng dai, sau sấy bảo quản tốt độ giịn mít kéo dài Mít không giữ mùi thơm vị nguyên liệu ban đầu có mùi vị đặc trưng sản phẩm mức định Hình 4.4 Sản phẩm mít sấy giịn từ hệ thống sấy hồng ngoại DS.IR03 116 THAO TÁC VẬN HÀNH MÁY SẤY HỒNG NGOẠI THÔNG MINH DS.IR-03 Bước 1: Kiểm tra mở tồn hệ thống đường ống tuần hồn khí Bước 2: Cho nguyên liệu chuẩn bị vào buồng sấy, đặt đầu dò nhiệt độ tiếp xúc với nguyên liệu Bước 3: Đóng cửa máy sấy kiểm tra chốt cửa đảm bảo đủ chắn, tránh tình trạng cửa bị hở trình sấy Bước 4: Bật CP nguồn bên tủ điện để kích hoạt hệ thống điện hình HMI Bước 5: Đăng nhập hệ thống bảo mật máy tiến hành cài đặt chế độ sấy hình cảm ứng    Nhiệt độ môi trường sấy (℃) Vận tốc tác nhân sấy (m/s) Thời gian sấy (h) Bước 6: Ấn nút “RUN” hình cảm ứng để bắt đầu trình sấy Hình 4.5 Thiết bị đèn báo hệ thống sấy hồng ngoại DS.IR-03 117 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Qua gần tháng làm việc nỗ lực với tích cực tìm tịi học hỏi thân qua sách tài liệu nhờ giúp đỡ tận tình thầy Nguyễn Tấn Dũng đến chúng tơi hồn thành theo thời hạn quy định Quá trình chế biến bảo quản thực phẩm sau thu hoạch đặt yêu cầu cao Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu cần phải có nhiều nghiên cứu, thí nghiệm cụ thể kỹ thuật sấy từ đem so sánh chúng với để đưa kết luận sau Từ yêu cầu đặt chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại suất 12 kg ngun liệu mít/mẻ, chúng tơi thiết kế, mơ hình hố chế tạo thành cơng hệ thống sấy hồng ngoại ứng dụng cho nhiều loại nguyên liệu khác Hệ thống điều khiển tự động kết hợp điều khiển tay, kiểm soát nhiệt độ sấy 300 90 C áp suất áp suất không khí, thể tích nguyên liệu vào dao động từ kg đến 12 kg Vìvậy, hệ thống sấy cóthể ứng dụng cho nhiều thông số công nghệ khác từ nhiều loại nguyê liệu phùhợp với mục đích nghiên cứu sản xuất Qua quátrình khảo sát thực nghiệm với ngu liệu mít, chúng tơi nhận thấy khả hoạt động hệ thống sấy hồng ngoại làkhátốt Với 12 kg nguyên liệu có độ ẩm ban đầu 80,13 %, sau thời gian sấy khoảng 10 65 C, độ ẩm sau sản phẩm giảm 9,89 % chi phí lượng tiêu tốn là3,288 kWh/kg Sản phẩm sau sấy giữ màu sắc khátốt, độ tổn thất chất dinh dưỡng độ tổn thất mùi kháthấp KIẾN NGHỊ Do thời gian nghiên cứu thực ngắn, phương tiện điều kiện tiến hành cịn nhiều khó khăn nên việc tính tốn, thiết kế chế tạo cịn nhiều hạn chế Vì hệ thống số nhược điểm so với yêu cầu đặt như:  Phần tủ điện chưa đồng với toàn thể máy chất liệu lẫn cách bố trí, làm giảm giá trị cảm quan máy  Một số chi tiết máy bị lỗi, cơng đoạn gia cơng khí chưa thật xác  Thời gian sấy cịn kéo dài Để khắc phục nhược điểm này, điều kiện chế tạo có thể: 118  Ngay từ đầu cần tính tốn, thiết kế xác bố trí tủ điện thống vật liệu máy nói chung  Cần theo sát ý đặc biệt đến cơng đoạn dập khung, hàn tạo hình phận máy  Giảm thời gian sấy máy cách thiết kế, bố trí lại hệ thống đèn hồng ngoại 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tấn Dũng 2016 NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm, Kỹ thuật công nghệ sấy thăng hoa (sách chuyên khảo) 431 trang [2] Nguyễn Tấn Dũng, Lê Thanh Phong, Lê Tấn Cường, Lê Thanh Hoàng 2018 Tự động điều khiển trình thiết bị nhiệt-lạnh sản xuất Nhà xuất Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh 595 trang [3] Nguyễn Tấn Dũng 2013 Nghiên cứu chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại phục vụ cho chế biến thực phẩm Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh [4] Nguyễn Tấn Dũng, Phạm Ngọc Cảnh, Nguyễn Thanh Phương 2012 Nghiên cứu chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại suất nhỏ phục vụ cho chế biến thực phẩm Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh [5] Nguyễn Tấn Dũng, Trần Đức Ba 2007 Cơng nghệ lạnh, Tập NXB ĐHQG Tp Hồ Chí Minh 608 trang [6] Hoàng Văn Chước 1999 Kỹ thuật sấy Nhàxuất khoa học vàkỹ thuật.HàNội 284 trang [7] Hoàng Văn Chước 2006 Thiết kế hệ thống thiết bị sấy Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 20 trang [8].Trần Văn Phú 2002 Ebook tính tốn thiết kế hệ thống sấy Nhà xuất giáo dục Tái lần thứ 360 trang [9] Nguyễn Văn May 2004 Giáo trình kỹ thuật sấy nơng sản thực phẩm Nhà xuất khoa học kỹ thuật in lần thứ hai.237 trang [10] Cao Xuân Vũ 2006 Bài giảng Tự động hóa ngành in Tp Hồ Chí Minh Trường ĐH Sư phạm kỹ thuật 114 trang [11] Phan Xuân Minh, Hà Thị Kim Duyên, Phạm Xuân Khánh.2008 Giáo trình lý thuyết điều khiển tự động Nhà xuất giáo dục.236 trang [12] Nguyễn Thị Phương Hà, Huỳnh Thái Hoàng 2005 Lý thuyết điều khiển tự động Nhà xuất Đại Học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh Tái thứ 368 trang [13] Trần Văn Phú 2008 Kỹ thuật sấy NXB Giáo Dục 270 trang 120 [14] Nguyễn Hay, Lê Anh Đức, Lê Quang Giảng 2015 Công nghệ thiết bị sấy số loại nông sản (sách chuyên khảo) NXB Nông Nghiệp [15] Nguyễn Trọng Thắng, Trần Phi Long 2005 Giáo trình Máy điện-Khí cụ điện Trường đại học sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, Khoa điện Thành phố Hồ Chí Minh 255 trang [16] Vũ Bá Minh, Vũ Văn Bang 2000 Q trình thiết bị Cơng nghệ Hóa Học Thực Phẩm Tập Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Trường Đại học Bách Khoa 388 trang ****** [17] Nguyen Tan Dzung, Doan Thi Hong Hai 2016 The multi-objective optimization by UPM to determine the technological mode of infrared radiation drying process of jackfruit product in Viet Nam Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology Vol 13(1) Pp: 75-84 [18] Nguyen Tan Dzung.2015 Optimization the infrared radiation drying process of jackfruit product to determine the optimal technological mode Jokull Journal (Iceland) Vol 65 No10 Pp:38-50 [19] Magnus Pettersson 1999 Heat transfer and Energy efficiency in infrared paper dryers – Department of chemkal Engineering lund university Sweden PP: 170 – 180 [20] Jun S 2002 Selective far infrared heating of food systems [PhD dissertation] Pa.: The Pennsylvania State Univ [21] Togrul H 2005 Simple modeling of infrared drying of fresh apple slices J Food Eng 71:311– 23 [22] Tanaka F, Verboven P, Scheerlinck N, Morita K, Iwasaki K, Nicolaı B 2007 Investigation of far infrared radiation heating as an alternative technique for surface decontamination of strawberry J Food Eng 79:445–52 [23] Krishnamurthy, K., Soojin, J., Irudayaraj, J., and Demirci, A (2008) Efficacy of infrared heat treatment for inactivation of Staphylococcus aureus in milk J Food Proc Eng 31: 798–816 [24] Rastogi, N.K 2010 Applications of infrared heating for the processing of liquid foods In: Novel Thermal and Nonthermal Technologies for Fluid Foods Cullen P.J., Tiwari B.T., and Valdramidis V.P., Eds., Elsevier Inc., UK (In press) [25] Nafiye Adak, Nursel Heybeli, Can Ertekin 2017 Infrared Drying Of Strawberry 121 [26] SWAMI, Shrikant Baslingappa, et al Jackfruit and its many functional components as related to human health: a review Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2012, 11.6: 565-576 [27] Burkill HM 1997 The useful plants of west tropical Africa Vol 4, 2nd Ed Royal Botanic Gardens: Kew, U.K p 160–1 [28] Morton J 1987 Jackfruit.: Fruits of warm climates by Morton Julia F., Miami FL p 58–64 [29] Roy SK, Joshi GD 1995 Minor fruits-tropical In: Salunkhe DK, editor Handbook of fruit science and technology New York, USA: Marcel Dekker, Inc p 570–3 [30] Umesh JB, Panaskar Shrimant N, Bapat VA 2010 Evaluation of antioxidant capacity and phenol content in jackfruit (Artocarpus heterophyllus Lam.) fruit pulp Plant Foods Hum Nutr 65:99–104 [31] Pragati Kaushal, H.K Sharma 2016 Osmo-convective dehydration kinetics of jackfruit Journal of Saudi Society of Agricutural Sciences Volume 15 Pp: 118-126 [32] Zhongli Pan, Griffiths Gregory Atungulu 2011 Infrared heating for food and agricultural processing CRC Press Publishing 300 pages [33] Mayor L., Sereno, A.M 2004 Modeling shrinkage during convective drying of food materials: a review Journal of Food Engineering 61: 373–386 [34] Nowak D., Lewicki P 2004 Infrared drying of apple slices Innovative Food Science and Emerging Technologies 5: 353–360 [35] Millman M.J, Liapis A.I, Marchello J.M 1984 Guidelines for the desirable operation of batch freeze – driers during the removal of free water, Journal of Food Engineering, p234 – 245 (tus 2) [36] Poling, White P R S 2001 Method for determining specific heat capacity of the soild material, 1st ed McGraw – Hill, New York, 321p (tus 3) [37] Trang web https://fdc.nal.usda.gov/fdc-app.html#/food-details/174687/nutrients 122 ... vật liệu sấy là: Mít Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy hồng ngoại Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tính tốn, thiết kế hệ thống sấy hồng ngoại với suất 12 kg/ mẻ Nội dung đồ án Tổng quan nguyên liệu sấy. .. trình sấy Lựa chọn phương pháp sấy phù hợp Tính toán, thiết kế hệ thống sấy hồng ngoại với suất 12kg/ mẻ Tính tốn, thiết kế lắp đặt hệ thống tự động điều khiển Gia công v? ?chế tạo hệ thống sấy Vận... NGHỆ HĨA HỌC & THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP MÃ SỐ: 2019 - 15116099 NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY HỒNG NGOẠI THÔNG MINH VỚI NĂNG SUẤT 12KG NGUYÊN