Đồ án Quá trình thiết bị: Thiết kế hệ thống sấy cà rốt bằng băng tải

Nhận xét của giảng viên ii Mục lục iii Danh sách các hình và bảng vi MỞ ĐẦU Chương I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU CÀ RỐT 1.1. Phân loại khoa học 1 1.2. Thành phần dinh dưỡng và công dụng 3 1.2.1. Giá trị dinh dưỡng của cà rốt 3 1.2.2. Công dụng của cà rốt 3 1.3. Phân bố, thời vụ 6 Chương II: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY 2.1. Bản chất của quá trình sấy 8 2.2. Phân loại quá trình sấy 8 2.3. Thiết bị sấy băng tải 10 Chương III: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ 12 3.2. Thuyết minh quy trình 13 3.2.1. Rửa lần 1 13 3.2.2. Cạo vỏ và rửa lần 2 13 3.2.3. Cắt lát 14 3.2.4. Chần (hấp) 15 3.2.5. Sấy khô 16 3.2.6. Đóng gói và bảo quản thành phẩm 18 Chương IV: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1. Tính thông số tác nhân sấy 19 4.1.1. Độ ẩm của vật liệu 19 4.1.2. Các thông số tính toán cho tác nhân sấy 20 4.2. Cân bằng vật chất cho quá trình sấy 23 4.3. Tính chọn thời gian sấy 24 Chương V: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 5.1. Thể tích riêng của không khí sấy 25 5.2. Chọn kích thước băng tải 26 5.3. Chọn vật liệu và tính kích thước hầm 27 5.4. Tính cân bằng nhiệt lượng 28 5.4.1.Vận tốc và chế độ chuyển động của không khí trong phòng sấy 28 5.4.2. Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy và môi trường xung quanh 28 5.4.3. Tính tổn thất nhiệt lượng 29 5.4.3.1. Tổn thất qua tường 29 5.4.3.2. Tổn thất qua trần 33 5.4.3.3. Tổn thất qua nền 37 5.4.3.4. Tổn thất qua cửa 37 5.4.3.5. Tổng tổn thất của phòng sấy 39 5.4.4. Cân bằng nhiệt lượng 40 Chương VI: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 6.1. Caloriphe 41 6.1.1. Chọn kích thước truyền nhiệt 41 6.1.2. Tính toán 43 6.1.3. Xác định bề mặt truyền nhiệt 46 6.2. Quạt 48 6.2.1. Tính trở lực 48 6.2.1.1. Trở lực từ miệng quạt đến caloriphe 48 6.2.1.2. Trở lực do caloriphe 49 6.2.1.3. Trở lực do đột mở vào caloriphe 50 6.2.1.4. Trở lực do đột thu từ caloriphe ra ống dẩn không khí nóng 51 6.2.1.5. Trở lực đường ống dẩn không khí từ caloriphe đến phòng sấy 52 6.2.1.6. Trở lực đột mở vào phóng sấy 52 6.2.1.7. Trở lực do đột thu ra khỏi phòng sấy 52 6.2.1.8. Trở lực của phòng sấy 53 6.2.1.9. Tổng trở lực của cả hệ thống 53 6.2.2. Tính chọn quạt 53 Chương VII: TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ 54 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Các bộ phận của cây cà rốt 2 Hình 1.2: Phần thịt của củ cà rốt 4 Hình 2.1: Thiết bị sấy băng tải 10 Hình 2.2: Cấu tạo máy sấy băng tải nhiều cấp 11 Hình 3.1: Sơ đồ quy trình công nghệ 12 Hình 3.2: Nguyên lý sấy đối lưu 16 Hình 3.3: Cà rốt sấy thành phẩm 18 DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 3.1: Các chỉ tiêu nước sạch dùng trong sản xuất thực phẩm 14 Bảng 4.1: Các thông số tác nhân sấy 22 Bảng 7.1: Bảng tính giá thành thiết bị 54 MỞ ĐẦU Việt Nam là một trong các nước có nền sản xuất nông nghiệp lâu đời trên thế giới. Hiện nay, nông nghiệp vẫn còn chiếm tỉ trọng khá cao trong cơ cấu kinh tế nước ta. Mặc dù vậy, ngành nông nghiệp vẫn chưa lại hiệu quả chưa tương xứng với vị trí của nó trong nền kinh tế. Nguyên nhân chủ yếu là do các khâu thu hoạch, bảo quản và chế biến nông sản tại Việt Nam hiện nay được thực hiện chưa khoa học. Điều đó làm giảm giá trị các sản phẩm khi đưa ra thị trường tiêu thụ. Để cải thiện vấn đề này có rất nhiều phương pháp được đưa ra; trong đó sấy là một trong những phương pháp thông dụng nhất hiện nay. Sản phẩm sau khi sấy có thể bảo quản lâu, vận chuyển dễ dàng, tăng cảm quan cũng như giá trị kinh tế. Trong công nghiệp thực phẩm, sấy bằng băng tải là một trong các phương pháp khá phổ biến do mang lại hiệu quả kinh tế cao, thuận tiện khi vận hành và tiết kiệm thời gian. Do đó, người ta thường chọn thiết bị sấy băng tải trong việc sấy các sản phẩm rau quả, ngũ cốc, … Trong phạm vi đồ án này, chúng em xin trình bày về quy trình sấy cà rốt bằng băng tải với năng suất nhập liệu 1.500 kg/ngày. Chương I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU CÀ RỐT 1.1. Phân loại khoa học: Tên khoa học: Daucus carota L. ssp. sativus Giới: Plantae Ngành: Magnoliophyta Lớp: Magnoliopsida Phân lớp: Rosidae Bộ: Apiales Họ: Apiaceae Chi: Daucus Các loài cà rốt là các cây thân thảo sống hai năm, ít khi một năm hay lâu năm. Thân đơn độc mọc thẳng đứng, rỗng ruột, khía dọc, phân cành, có lông mọc ngược. Các lá có cuống; mọc cách, phiến lá xẻ lông chim 2-3 lần, các chét lá nhỏ và hẹp. Các tán hoa mọc ở đầu cành hay nách lá, dạng kép lỏng lẻo; nhiều lá bắc, hình lông chim; nhiều tia, trải rộng hay cong vào sau khi nở; nhiều lá bắc con, khía răng cưa hay nguyên mép; các tán nhiều hoa. Các hoa trung tâm thường vô sinh với các cánh hoa màu tía và lớn. Các răng nhỏ của đài hoa bị teo đi. Hoa tạp tính, màu trắng hay vàng, hình tim ngược, với đỉnh cụp vào trong, các cánh bên ngoài của các hoa phía ngoài trong tán hoa lớn và tỏa ra. Gốc trụ hình nón, vòi nhụy ngắn. Hoa thụ phấn nhờ các loại côn trùng. Quả hình trứng, bị nén ở phần sống lưng, chứa 2 hạt dài 3-4 mm; các gân chính hình chỉ, cứng; các gân phụ có cánh, các cánh với gai móc; các ống tinh dầu nhỏ với số lượng là 1 tại các rãnh cắt phía dưới các gân thứ cấp và 2 trên chỗ nối. Mặt hạt hơi lõm tới gần phẳng. Cuống lá noãn nguyên hay chẻ đôi ở đỉnh. Rễ củ to, dài, hình cọc, có nhiều màu tùy theo từng chủng loại; các loại cà rốt thường gặp có màu trắng, vàng, cam, đỏ, tím. Hình 1.1: Các bộ phận của cây cà rốt 1. Thân ; 2. Hoa cà rốt ; 3. Rễ (củ) cà rốt ( ngày 23/10/2008) Cà rốt có nguồn gốc từ khu vực Bắc Phi, Tây Nam Á và châu Âu, nhưng hiện nay được gieo trồng rộng khắp thế giới, chủ yếu là khu vực ôn đới; thích hợp với các vùng thấp có khí hậu mát, có mưa mùa hè và đầu mùa thu. Hai chủng Nantes và Chantenay của Pháp được trồng phổ biến trên thế giới và tương đối thích hợp với vùng nhiệt đới. Ở Việt Nam cà rốt được nhập vào và trồng thí điểm trong những năm cuối thế kỉ XIX do người Pháp đem từ châu Âu sang. Và hiện nay được trồng ở nhiều nơi như: Lâm Đồng, các tỉnh miền Bắc, miền Trung, một số tỉnh thuộc miền Đông Nam Bộ. 1.2. Thành phần dinh dưỡng và công dụng: 1.2.1. Giá trị dinh dưỡng của cà rốt: Cà rốt là một trong những loại rau trồng rộng rãi và lâu đời nhất trên thế giới. Trong củ cà rốt có protein, lipid, carbonhydrat, một số vitamin B, C, E, đặc biệt là tiền vitamin A; có 15 acid amin trong đó có 9 loại thiết yếu mà cơ thể người không tự sản xuất được; giàu muối khoáng Na, K, Ca, P, Mg, Fe, Zn, Cu,... Trong 100g cà rốt tươi thường chứa 88,5% nước và cung cấp giá trị năng lượng là 48 calorie. Các thành phần quan trọng khác bao gồm: 1g chất đạm 0,2g chất béo 9 g chất bột đường 24mg Phospho 2,4mg Natri 289mg Kali 80mg Canxi 24mg Magie 0,75mg Sắt 0,45mg Mangan 12400UI carotene 0,05mg vitamin B1 0,04mg vitamin B2 1,1mg vitamin PP 13mg vitamin C 1.2.2. Công dụng của cà rốt: Cà rốt là một trong những loại rau quý nhất được các thầy thuốc trên thế giới đánh giá cao về giá trị dinh dưỡng và chữa bệnh đối với con người. Người La Mã gọi cà rốt là nữ hoàng của các loại rau. Cà rốt giàu đường và các loại vitamin cũng như năng lượng. Các dạng đường tập trung ở lớp vỏ và thịt nạc của củ, phần lõi rất ít. Hình 1.2: Phần thịt của củ cà rốt ( ngày 23/10/2008) Đường trong cà rốt chủ yếu là đường đơn (như fructose, glucose) chiếm tới 50% tổng lượng đường có trong củ, là loại đường dễ oxy hóa dưới tác dụng của enzyme trong cơ thể; các loại đường như levulose và dextrose được hấp thụ trực tiếp. Trong cà rốt có rất nhiều vitamin C, D, E và các vitamin nhóm B. Ngoài ra, nó còn chứa β-carotene, sau khi vào cơ thể, chất này sẽ chuyển hóa dần thành vitamin A. Beta carotene có cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học tương tự vitamin A nhưng ở người nó được dự trữ ở khắp các mô còn vitamin A được dự trữ ở gan. So với vitamin A thì carotene ít độc hại hơn, vì nó được chuyển dạng theo nhu cầu của cơ thể và ít bị phá hủy hơn. Một số nhà khoa học đã khuyến cáo nên dùng carotene hơn là vitamin A. Người ta thường sử dụng cà rốt dưới dạng tươi để ăn sống (làm gỏi, trộn dầu giấm) hay xào, nấu canh, hầm thịt. Hoặc dùng cà rốt ép lấy dịch, phối hợp với các loại hoa quả khác để làm nước giải khát hoặc nước dinh dưỡng. Thịt củ, dịch (nước ép cà rốt) và hạt non còn được dùng để làm thuốc. Cà rốt có các tính chất: bổ, giàu chất khoáng, làm tăng lượng hồng cầu, tăng sự miễn dịch tự nhiên, là yếu tố sinh trưởng, kích thích sự tiết sữa, làm cho các mô và da trẻ lại. Nó còn giúp lọc máu, làm loãng mật, trị ho, lợi tiểu, trị giun và liền sẹo. Cà rốt chứa nhiều pectin nên có tác dụng điều hòa nhu động ruột, hút các chất độc trong ruột, tạo lớp băng bảo vệ niêm mạc ruột. Các carotenoid rất tốt cho sự tăng trưởng của trẻ từ nhỏ cho đến khi dậy thì nếu trong chế độ ăn có bổ sung cà rốt. Ngoài ra, cà rốt còn có tác dụng phòng chống bệnh quáng gà, nhất là chứng khô mắt dẫn đến mù lòa. Có lời khuyên người làm việc nhiều bằng mắt, nhất là vào ban đêm nên ăn nhiều cà rốt. Việc dùng cà rốt sống hay chín cũng có ý kiến trái ngược. Theo các chuyên gia Đại học tổng hợp Arkansas (Mỹ) ăn cà rốt chín hàm lượng dinh dưỡng cao hơn so với cà rốt sống (tăng 34%). Trong chế biến thực phẩm nên phối hợp với gan một số động vật (gà, lợn) để có sự phối hợp 2 loại vitamin A: động vật và thực vật, tác dụng dược lý tốt hơn (khi nấu nên dùng dầu thực vật vì vitamin A tan trong dầu...). Cà rốt quý nhưng cũng không nên lạm dụng, dùng bừa bãi, tùy thích mà nên căn cứ vào nhu cầu tối thiểu hằng ngày của beta carotene. 1.3. Phân bố, thời vụ: Cà rốt cũng được trồng nhiều ở nước ta. Hiện nay, các vùng trồng rau đang trồng phổ biến 2 loại cà rốt: một loại củ có màu đỏ tươi, một loại có màu đỏ ngả sang màu da cam. Loại vỏ đỏ (cà rốt đỏ) được nhập trồng từ lâu, chủ yếu là các giống Văn Đức (miền Bắc) và Đà Lạt (miền Nam). Nó có củ to nhỏ không đều, lõi to, nhiều xơ, hay phân nhánh, kém ngọt, khả năng thích ứng đất đai và thời tiết tốt hơn giống ngoại nhập. Loại vỏ màu đỏ ngả màu da cam là cà rốt nhập của Pháp (cà rốt Tim-Tom) sinh trưởng nhanh hơn loại trên; tỷ lệ củ trên 80%, da nhẵn, lõi nhỏ, ít bị phân nhánh nhưng củ hơi ngắn, mập hơn, ăn ngon. Các giống ngoại nhập khác gồm có: NS, Nans, Nataise Amelirec,… của Pháp; PS của Mỹ, giống 555 của Thái Lan… Đây là các giống lai F1, ưu thế lớn nhất là năng suất cao, củ to, đều, ít xơ, ăn ngọt, được thị trường ưa chuộng. Thời vụ: Vụ sớm: trên các chân đất cao, gieo hạt từ tháng 7, tháng 8; thu hoạch tháng 10, tháng 12. Vụ chính: gieo hạt tháng 9, tháng 10 để thu hoạch vào tháng 12, tháng 1. Đây là thời vụ cho năng suất cao vì điều kiện nhiệt độ thích hợp cho toàn bộ thời gian sinh trưởng và phát triển của cà rốt. Ngoài ra cũng có thể trồng thêm vụ muộn: gieo hạt vào tháng 12, tháng 1 để thu hoạch vào tháng 3, tháng 4. Cà rốt được trồng phổ biến với giống địa phương (chủ yếu là giống Đà Lạt) có thời gian sinh trưởng 95-100 ngày, kích thước 18-22cm x 2,5-3cm, màu đỏ nhạt, năng suất trung bình 20-25 tấn/ha và các giống của Pháp như Nantaise, Seamllienee, Tim-Tom có củ to, kích thước 22-25 x 3-3,5cm, có tiềm năng tăng mạnh sản lượng trong tương lai. Cà rốt sẵn sàng thu hoạch sau khi gieo hạt giống 90 ngày nhưng tiếp tục lớn lên và mở rộng sau đó. Thu hoạch khi rễ có kích thước tốt nhưng vẫn còn mềm.Cà rốt có thể được trữ trên đất trong suốt những tháng mùa đông. Nếu cà rốt lấy khỏi đất quá lâu hoặc cho phép chín nẫu, rễ trở nên dai, nhiều gỗ và có thể gãy. Vấn đề bảo quản cà rốt cũng như các loại rau củ khác tương đối khó vì đây là thực phẩm tươi, rất dễ bị thối rữa, hư hỏng, nấm mốc, vi khuẩn dễ phát triển (do nước chiếm gần 90%). Trong công nghệ chế biến thực phẩm hiện nay, người ta đòi hỏi càng cao về việc bảo quản. Có rất nhiều cách để bảo quản thực phẩm, ở đây đối với cà rốt ta dùng phương pháp sấy. Với phương pháp này sẽ bảo quản cà rốt được lâu hơn, dễ dàng trong quá trình vận chuyển, ứng dụng nhiều trong quá trình chế biến các sản phẩm ăn liền. Chương II: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY 2.1. Bản chất của quá trình sấy: Sấy là sự bốc hơi nước của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ thích hợp, là quá 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 môi trường xung quanh. 2.2. Phân loại quá 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: quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng đến tác nhân sấy như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt…và nó được hút ra khỏi thiết bị khi sấy xong. Quá 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 quá trình sấy là nhiệt truyền từ môi 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 quá 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. Phương pháp sấy thăng hoa: được thực hiện bằng làm lạnh vật sấy đồng thời hút chân không để cho vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa của nước, nước thoát ra khỏi vật sấy nhờ quá trình thăng hoa. Phương pháp sấy tầng sôi: nguồn nhiệt từ không khí nóng nhờ quạt thổi vào buồng sấy đủ mạnh và làm sôi lớp hạt, sau một thời gian nhất định, hạt khô và được tháo ra ngoài. 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 yên hoặc chuyển động qua buồng sấy nhiều lần, đến khi hoàn 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 xuyên vuông góc với vật liệu. 2.3. Thiết bị sấy băng tải: Hình 2.1: Thiết bị sấy băng tải ( ngày 23/10/2008) Cấu tạo: là thiết bị làm việc liên tục, có thể dài đến 20m, rộng 3m. Nguyên liệu được đặt trên một băng chuyền lưới có đáy sâu 5-15 cm. Dòng khí lúc đầu có hướng từ dưới lên qua đáy của nguyên liệu và ở các giai đoạn sau đó được hướng xuống dưới để sản phẩm khỏi bị thổi ra khỏi băng chuyền. Ở các thiết bị sấy 2 hoặc 3 giai đoạn nguyên liệu sau khi được sấy một phần sẽ được xáo trộn và chất đống lại vào các băng chuyền kế tiếp sâu hơn (đến 15-25 cm hoặc 25-90 cm ở các máy sấy 3 giai đoạn), nhờ đó cải tiến được tính đồng nhất của quá trình sấy và tiết kiệm được không gian. Sản phẩm thường được sấy đến độ ẩm 10-15 % và sau đó được sấy kết thúc ở thùng sấy. Thiết bị sấy có thể có các khu vực sấy độc lập với nhau được kiểm soát bằng máy tính và hệ thống tự động nạp nguyên liệu và tháo sản phẩm để giảm chi phí nhân công. Hình 2.2: Cấu tạo máy sấy băng tải nhiều cấp ( ngày 23/10/2008) Chương III: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ: Hình 3.1: Sơ đồ quy trình công nghệ 3.2. Thuyết minh quy trình: Nguyên liệu cà rốt thường chọn củ to, màu sáng, lõi nhỏ. Sau khi thu mua về, người ta phân loại thủ công thành các kích thước khác nhau để đảm bảo độ đồng đều cho sản phẩm sau này. Trong quá trình này, người ta cũng loại bỏ những củ bị hư thối, sâu bệnh,… Sau khi phân loại, phần cuống không sử dụng sẽ được cắt bỏ trước khi đưa vào các thiết bị làm sạch nguyên liệu. 3.2.1. Rửa lần 1: Mục đích: nhằm loại trừ hết tạp chất cơ học như: đất, cát, bụi và làm giảm phần nào vi sinh vật ngoài vỏ nguyên liệu cũng như lượng thuốc bảo vệ thực vật. Cà rốt sau khi cắt cuống được cho vào các bồn có chứa dung dịch nước Javel (nồng độ 20 – 50 ppm). Sau đó chuyển qua bồn chảy tràn để rửa lại cho sạch hết đất, bụi và nước Javel còn bám lại trên nguyên liệu. Nước rửa cũng như nước dùng trong khi chế biến (như chần, pha chế) phải là nước sử dụng cho thực phẩm, đảm bảo các chỉ tiêu theo qui định. Nước phải trong, không màu, không mùi vị. 3.2.2. Cạo vỏ và rửa lần 2: Đối với một số rau quả có vỏ mỏng như khoai tây, cà rốt, mận, ổi, ta có thể dùng dung dịch kiềm để bóc vỏ. Chất kiềm sử dụng phổ biến là NaOH có độ tinh khiết từ 95% trở lên. Cũng có thể dùng Na2CO3, tuy có tác dụng kém hơn, nhưng rửa lại thì chóng sạch hơn NaOH. Thời gian ngâm rửa nguyên liệu phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ của dung dịch NaOH. Tác dụng bóc vỏ đạt được khi nào rửa xối, lúc đó vỏ nguyên liệu bong tróc ra dễ dàng. Nồng độ NaOH thường sử dụng 1,5 – 2%. Quả xanh, kích thước lớn, cần nồng độ cao hơn quả chín, kích thước nhỏ. Nhiệt độ dung dịch NaOH càng cao thì tác dụng bóc vỏ càng mạnh, nhưng không nên quá cao, sẽ làm chín mềm nguyên liệu. Thời gian ngâm kéo dài từ vài giây đến vài phút. Giữa nguyên liệu và dung dịch ngâm cũng cần có một tỉ lệ xác định. Sau khi ngâm trong dung dịch NaOH, nguyên liệu được rửa lại trong nước luân lưu để loại vỏ và làm sạch NaOH bám vào nguyên liệu. Nguyên liệu sau khi rửa phải đảm bảo sạch NaOH, thử lại bằng cách nhỏ vài giọt phenolphtalein không thấy xuất hiện màu hồng. Bảng 3.1: Các chỉ tiêu nước sạch dùng trong sản xuất thực phẩm 3.2.3. Cắt lát: Để tạo cảm quan cho sản phẩm cũng như tăng hiệu quả cho quá trình sấy, cà rốt thường được cắt thành lát mỏng hay thành sợi dày 2 mm bằng các máy cắt. Yêu cầu của sản phẩm sau quá trình cắt phải đồng đều về kích thước, không bị dập nát, gãy, nứt,… 3.2.4. Chần (hấp): Trước khi sấy thường chần rau quả trong nước nóng hoặc hấp bằng hơi nước nhằm bảo vệ phẩm chất sản phẩm và rút ngắn thời gian sấy. Khi chần, do tác dụng của nhiệt và ẩm nên tính chất hoá lý của nguyên liệu bị biến đổi có lợi cho sự thoát ẩm khi sấy; các vi sinh vật bị tiêu diệt và hệ thống men (enzyme) trong nguyên liệu bị bất hoạt tránh gây hư hỏng sản phẩm. Đối với rau quả giàu glucide (khoai tây, khoai lang…): chần làm cho rau quả tăng độ xốp, do sự thuỷ phân các chất pectin làm cho liên kết giữa các màng tế bào bị phá vỡ. Tinh bột bị hồ hoá khi chần cũng làm tăng nhanh quá trình sấy.  Đối với rau quả có chứa sắc tố (cà rốt, đậu hoà lan, mận…): chần có tác dụng giữ màu, hạn chế được hiện tượng biến màu hoặc bạc màu. Đối với rau quả có lớp sáp mỏng trên bề mặt (mận, vải…): chần làm mất lớp sáp này, tạo ra các vết nức nhỏ li ti trên bề mặt, do đó gia tăng quá trình trao đổi ẩm giữa quả với môi trường xung quanh, dẫn đến rút ngắn thời gian sấy. Các yều tố ảnh hưởng đến thời gian chần, hấp, đun nóng: trong quá trình chần, hấp, đun nóng ngoài mục đích vô hoạt enzyme, còn phải đảm bảo chất lượng sản phẩm, nên thực phẩm phải được gia nhiệt nhanh. Do đó, việc lựa chọn nhiệt độ và thời gian phù hợp cho mỗi loại nguyên liệu có ý nghĩa rất quan trọng và thời gian gia nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố: • Loại nguyên liệu • Kích thước nguyên liệu • Nhiệt độ gia nhiệt • Phương thức gia nhiệt Thông thường, cà rốt thường được chần ở nhiệt độ 900C trong thời gian 2 phút. Sau khi chần, hấp xong cần làm nguội nhanh. 3.2.5. Sấy khô: Đối với các nguyên liệu rau quả, người ta thường áp dụng phương pháp sấy đối lưu. Không khí nóng được dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ phù hợp, chuyển động chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy ra ngoài. Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang dòng chuyển động của sản phẩm. Sấy đối lưu có thể thực hiện theo mẻ (gián đoạn) hay liên tục. Hình 3.2: Nguyên lý sấy đối lưu Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy: Nhiệt độ sấy: Rau quả là sản phẩm chịu nhiệt kém: trên 900C thì đường fructose bắt đầu bị caramel hoá, các phản ứng tạo ra melanoidin, polime hoá các hợp chất cao phân tử xảy ra mạnh. Còn ở nhiệt độ cao hơn nữa, rau quả có thể bị cháy. Do vậy, để sấy rau quả thường dùng chế độ sấy ôn hoà. Tuỳ theo loại nguyên liệu, nhiệt độ sấy không quá 80 - 900C. Quá trình sấy còn phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt của vật liệu sấy. Nếu tốc độ tăng nhiệt quá nhanh thì bề mặt mặt quả bị rắn lại và ngăn quá trình thoát ẩm. Ngược lại, nếu tốc độ tăng chậm thì cường độ thoát ẩm yếu. Độ ẩm không khí: Muốn nâng cao khả năng hút ẩm của không khí thì phải giảm độ ẩm tương đối của nó xuống. Sấy chính là biện pháp tăng khả năng hút ẩm của không khí bằng cách tăng nhiệt độ. Thông thường khi vào buồng sấy,  không khí có độ ẩm 10 - 13%. Nếu độ ẩm của không khí quá thấp sẽ làm rau quả nứt hoặc tạo ra lớp vỏ khô trên bề mặt, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình thoát hơi ẩm tiếp theo. Nhưng nếu độ ẩm quá cao sẽ làm tốc độ sấy giảm. Khi ra khỏi lò sấy, không khí mang theo hơi ẩm của rau quả tươi nên độ ẩm tăng lên (thông thường khoản 40 - 60%). Nếu không khí đi ra có độ ẩm quá thấp thì sẽ tốn năng lượng; ngược lại, nếu quá cao sẽ dể bị đọng sương, làm hư hỏng sản phẩm  sấy. Người ta điều chỉnh độ ẩm của không khí ra bằng cách điều chỉnh tốc độ lưu thông của nó và lượng rau quả tươi chứa trong lò sấy. Lưu thông của không khí: Trong quá trình sấy, không khí có thể lưu thông tự nhiên hoặc cưỡng bức. Trong các lò sấy, không khí lưu thông tự nhiên với tốc độ nhỏ (nhỏ hơn 0,4m/s), do vậy thời gian sấy thường kéo dài, làm chất lượng sản phẩm sấy không cao. Để khắc phục nhược điểm này, người ta phải dùng quạt để thông gió cưỡng bức với tốc độ trong khoảng 0,4 - 4,0m/s trong các thiết bị sấy. Nếu tốc độ gió quá lớn (trên 4,0m/s) sẽ gây tổn thất nhiệt lượng. Độ dày của lớp sấy:  Độ dày của lớp rau quả sấy cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy. Lớp nguyên liệu càng mỏng thì quá trình sấy càng nhanh và đồng đều, nhưng nếu quá mỏng sẽ làm giảm năng suất của lò sấy. Ngược lại, nếu quá dày thì sẽ làm giảm sự lưu thông của không khí, dẩn đến sản phẩm bị "đổ mồ hôi" do hơi ẩm đọng lại. Thông thường nên xếp lớp rau quả trên các thiết bị sấy với khối lượng 5 – 8 kg/m2 là phù hợp. Đối với nguyên liệu cà rốt, ta chọn chế độ sấy ở 70 – 750C trong thời gian 2 giờ cho thiết bị sấy băng tải. 3.2.6. Đóng gói và bảo quản thành phẩm: Sau khi sấy xong, cần tiến hành phân loại để loại bỏ những cá thể không đạt chất lượng (do cháy hoặc chưa đạt độ ẩm yêu cầu). Loại khô tốt được đổ chung vào khay hoắc chậu lớn để điều hoà độ ẩm. Sau đó quạt cho nguội hẳn rồi mới đóng gói để tránh hiện tượng đổ mồ hôi.  Tùy từng mặt hàng,  thời gian bảo quản và đối tượng sử dụng mà có quy cách đóng gói khác nhau. Ngoài ra, điều kiện vận chuyển và bảo quản sản phẩm cũng có ý nghĩa quan trọng trong việc lựa chọn bao bì.  Dạng vật liệu thường dùng để bảo vệ rau quả khô là giấy cáctông và chất dẻo (PE, PVC, xenlophan…). Bao giấy và hộp cáctông có đặc tính nhẹ, rẻ, có thể tái sinh, nhưng thấm hơi thấm khí, không đều dưới tác dụng của nước và cơ học. Bao túi chất dẻo có đặc tính trong suốt, đàn hồi, dể dàng kín bằng nhiệt, chi phí thấp nhưng có một số bị thấm nước, thấm khí (PE), chịu nhệt kém (PVC,PET).  Bao túi chất dẻo dùng để bảo quản hoa quả khô có thể chỉ gồm một màng chất dẻo hoặc kết hợp nhiều màng. Hình 3.3: Cà rốt sấy thành phẩm ( ngày 23/10/2008) Chương IV: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1. Tính thông số tác nhân sấy: Các ký hiệu: G1, G2: lượng vật liệu trước và sau khi sấy (kg/h). Gk: lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy (kg/h). W1, W2: độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy, tính trên căn bản ướt (%). W: độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu (kg/h). L: lượng không khí khô (kkk) tuyệt đối qua máy sấy (kg/h). x0: hàm ẩm của không khí ngoài trời (kg ẩm/kg kkk). x1: hàm ẩm của không khí trước khi vào buồng sấy (kg ẩm/kg kkk). x2: hàm ẩm của không khí sau khi sấy (kg ẩm/kg kkk). 4.1.1. Độ ẩm của vật liệu: Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy tính trên căn bản ướt: W1 = 0,85 = 85% (theo [1] bảng 2.2, trang 34). Theo công thức VII.3, trang 93, [3], ta tính ẩm độ trên căn bản khô. à tính trên căn bản khô: (4.1) Độ ẩm cuối của vật liệu sấy: W2 = 0,05 = 5% à tính trên căn bản khô: 4.1.2. Các thông số tính toán cho tác nhân sấy: Trước khi vào caloriphe: Chọn vị trí đặt khu sản xuất tại Lâm Đồng, để thiết bị đạt hiệu quả trong sản xuất quanh năm, ta chọn các điều kiện về ẩm độ tương đối và nhiệt độ sao cho tối ưu hóa quá trình vận hành thiết bị. Ẩm độ tương đối: φ 0 = 92% Nhiệt độ không khí: t0 = 180C Theo [2] (trang 317), ta có áp suất của hơi nước bão hòa ở 180C là: P0 = 0,0211 at. Theo [4] (công thức 1-6, trang 11), độ ẩm tuyệt đối (hàm ẩm) của không khí được tính theo công thức sau: (4.2) Trong đó: Pkq: áp suất khí quyển là 1,033 at : ẩm độ tương đối P0: áp suất hơi bão hòa à (kg ẩm/kg kkk) Enthalpy (nhiệt lượng riêng) của không khí được tính theo [5] (công thức 9.3, trang 270) I0 = Ck.t0 + x0.ih (J/kg kkk) (4.3) Trong đó: Ck: nhiệt dung riêng của không khí khô (J/kg.độ) (lấy Ck1000 J/kg.độ) t0: nhiệt độ của không khí (180C) ih: enthalpy của hơi nước ở nhiệt độ t0 (J/kg) ih = r0 + Ch.t0 = (2493 + 1,97.t0).103 (J/kg) r0 = 2493.103 (J/kg): ẩn nhiệt của hơi nước ở 00C Ck = 1,97.103 (J/kg.độ): nhiệt dung riêng của hơi nước à I0 = 1000 .18 + 0,0119 . (2493 + 1,97 . 18) .103 =48090 (J/kg kkk) Sau khi ra khỏi caloriphe: Do cà rốt là một nguyên liệu giàu vitamin nên để tránh tổn thất hàm lượng vitamin này, ta chọn nhiệt độ sấy ở 700C. Nhiệt độ không khí: t1 = 700C àP1 = 0,3177 at Hàm ẩm của không khí không đổi: x1 = x0 = 0,0119 (kg ẩm/kg kkk) Từ công thức tính hàm ẩm (4.2), ta có thể suy ra công thức tính : Enthalpy của không khí sau khi ra khỏi caloriphe: I1 = 1000.70 + 0,0119.(2493 + 1,97.70).103 = 101307 (J/kg kkk). Trạng thái không khí sau khi sấy: Dùng giản đồ trạng thái hỗn hợp không khí ẩm ([5], trang 271), ta xác định nhiệt độ điểm sương của quá trình sấy là 300C. Để tránh trường hợp đọng sương lại trên bề mặt vật liệu, ta chọn nhiệt độ của không khí sau khi sấy là 400C. Nhiệt độ không khí: t2 = 400C à P2 = 0,0752 at Nếu sấy lý thuyết thì: I1 = I2 = 101307 (J/kg kkk) Từ công thức tính enthalpy của không khí ẩm (4.3), ta có thể suy ra hàm ẩm của không khí sau khi sấy: (kg ẩm/kg kkk) Ẩm độ tương đối: Bảng 4.1: Các thông số tác nhân sấy Các thông số Trạng thái 0 Trạng thái 1 Trạng thái 2 Ẩm độ tương đối Nhiệt độ (0C) Độ ẩm tuyệt đối (kg ẩm/kg kkk) Enthalpy của không khí (J/kg kkk) Áp suất hơi nước bão hòa (at) 0,92 18 0,0119 48090 0,0211 0,061 70 0,0119 101307 0,3177 0,506 40 0,0238 101307 0,0752 4.2. Cân bằng vật chất cho quá trình sấy: Trong quá trình sấy, ta xem như không có hiện tượng mất mát vật liệu, lượng không khí khô tuyệt đối coi như không bị biến đổi trong suốt quá trình sấy. Năng suất của thiết bị là 1.500 kg/ngày (nhập liệu), ta cho thiết bị làm việc 15 giờ/ngày. Thời gian còn lại dùng để vệ sinh và kiểm tra hệ thống. à Năng suất nhập liệu: G1 = 100 kg/h Theo [3] (công thức VII.18, trang 102), ta tính lượng ẩm bay hơi: (kg/h) (4.4) Khối lượng vật liệu sau khi sấy: G2 = G1 – W = 100 – 84,21 = 15,79 (kg/h). à Năng suất theo sản phẩm của hệ thống: 236,85 (kg/ngày). Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối tính theo [3] (công thức VII.19, trang 102): (kg/h) (4.5) Lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm (lượng không khí tiêu hao riêng) theo [3] (công thức VII.20, trang 102) : (kg kkk/kg ẩm) (4.6) Tổng lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy ([3], công thức VII.21, trang 102): L = W.l = 84,21.84,03 = 7076,17 (kg/h) (4.7) 4.3. Tính chọn thời gian sấy: Do quá trình tính toán thời gian sấy phụ thuộc rất nhiều vào việc thiết lập đường cong sấy vật liệu trong thực tế. Do điều kiện không cho phép nên trong phần tính toán này, ta chọn thời gian sấy dựa theo kết quả một số thí nghiệm trong [7] (từ trang 30 đến 49). Mặc dù có sự khác nhau về thiết bị và sai số, tuy nhiên ta có thể dùng số liệu này để thuận tiện tính toán cho các phần sau. Ta chọn thời gian sấy để đạt ẩm độ yêu cầu là 60 phút. Chương V: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 5.1. Thể tích riêng của không khí sấy: Thể tích riêng của không khí vào thiết bị sấy có thể được tính theo [3] (công thức VII.8, trang 94): (m3/kg kkk) (5.1) Trong đó: R: hằng số (287 J/kg.K) T1 = 70 + 273 = 343 K P1 = 0,3177 at (1at = 0,981.103 N/m2) = 0,061 è Thay vào công thức, ta có: v1 = 0,95 (m3/kg kkk) Thể tích không khí vào phòng sấy: V1 = L.v1 = 7076,17 x 0,95 = 6722,36 (m3/h) Thể tích riêng không khí ra khỏi phòng sấy cũng tính theo công thức (5.1): v2 = 0,92 (m3/kg kkk) Thể tích không khí ra khỏi phòng sấy: V2 = L.v2 = 6510,08 (m3/h). à Thể tích trung bình của không khí trong phòng sấy: (m3/h) 5.2. Chọn kích thước băng tải: Gọi Br: chiều rộng băng tải (m), chọn Br = 0,45m H: chiều dày lớp vật liệu, chọn H = 0,15m : vận tốc băng tải : khối lượng riêng xốp của cà rốt (560 kg/m3) Năng suất của thiết bị sấy băng tải theo [4] (công thức 6.29, trang 158): G1 = Br.h.. (kg/h) (5.2) à (m/h) Thực tế chiều rộng của băng tải còn được tính theo hệ số hiệu chỉnh : (chọn =0,9) à(m) Gọi: Lb: chiều dài băng tải ls: chiều dài phụ thêm (khoảng 1,2m) T: thời gian sấy (1h) Lb = .T + ls = 2,65.1 + 1,2 = 3,85 (m) Vậy ta chọn kích thước của băng tải là: dài 3,85m; rộng 0,5m và có đường kính tang trục d = 0,3m. 5.3. Chọn vật liệu và tính kích thước hầm: Hầm sấy được xây bằng gạch và vữa ximăng. Chọn bề dày viên gạch 0,2m và hai lớp vữa hai bên 0,01m à bề dày tường 0,22m. Trần phòng được làm bằng bêtông cốt thép có chiều dày 0,22m và lớp cách nhiệt dày 0,15m. Cửa phòng sấy được làm bằng hai tấm nhôm dày 0,015m; giữa có lớp cách nhiệt dày 0,01m. Chiều dài làm việc của phòng sấy: L = chiều dài băng tải + khoảng trống hai đầu hầm = 3,85 + 0,5.2 = 4,85 (m) Chiều cao: H = bề dày toàn băng tải + khoảng trống trên dưới = 0,3 + 0,5.2 = 1,3 (m) Chiều rộng: R = chiều rộng băng tải + khoảng trống hai bên = 0,5 + 0,3.2 = 1,1 (m) Nếu ta tính cả tường thì kích thước hầm sấy sẽ là : Lh = 4,85 + (0,2 + 0,02).2 = 5,29 (m) Hh = 1,3 + 0,02 +0,15 = 1,47 (m) Rh = 1,1 + (0,2 + 0,02).2 =1,54 (m) 5.4. Tính cân bằng nhiệt lượng: 5.4.1. Vận tốc và chế độ chuyển động của không khí trong phòng sấy: Vận tốc của không khí trong phòng sấy (theo [8], trang 12): (m/s) (5.3) Chế độ chuyển động của không khí được tính theo [2] (công thức II.4, trang 359): (5.4) với Re: hằng số Reynold đặc trưng cho chế độ chuyển động của dòng ltđ: đường kính tương đương (m) Nhiệt độ trung bình của không khí trong phòng sấy = Dựa vào nhiệt độ trung bình này, tra bảng I.114 ([2]), ta có được độ nhớt động học của không khí trong hầm là 1970.10-8 (m2/s). à Vậy Re = 7,7752.104 > 104 nên chế độ của không khí trong hầm là chế độ chảy rối. 5.4.2. Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và môi trường xung quanh: = (5.5) : Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy vào phòng sấy với không khí bên ngoài : Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy ra phòng sấy với không khí bên ngoài =40-18 = 220C; 70-18=520C Vậy = 34,90C 5.4.3. Tính tổn thất nhiệt lượng: (tham khảo [8], từ trang 13 đến 21) 5.4.3.1. Tổn thất qua tường: Tường xây bằng gạch dày 0,22 m; trong đó chiều dày viên gạch = 0,2 m và chiều dày mỗi lớp vữa = 0,01 m. Tra bảng I.126 (trang 128, [2]), ta được hệ số dẫn nhiệt của hai vật liệu: = 0,77 (W/m.độ) và = 1,2 (W/m.độ). Không khí nóng chuyển động trong phòng do đối lưu tự nhiên (vì có sự chênh lệch nhiệt độ) và do cưỡng bức (quạt); không khí chuyển động xoáy. Gọi là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến bề mặt trong của tường phòng sấy: = k() (5.6) là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu tự nhiên : là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu cưỡng bức đơn vị (W/m2độ) k : hệ số điều chỉnh (thường bằng 1,2 – 1,3) Tính : Phương trình chuẩn Nuxen đối với chất khí được cho theo [3] (công thức V.42, trang 16): Nu = CR0,8 = 0,018..Re0,8 (5.7) Trong đó: phụ thuộc vào tỷ số và Re Ta có: = 4,07 và Re = 7,7752.10 Tra bảng và tính toán ta được: = 1.14 (bảng V.2, trang 15, [3]) è Nu = 0,018 . 1,14 * (7,7752*10)0.8 = 167,78 Mà Nu = suy ra = = (5.8) Trong đó, hệ số dẫn nhiệt của không khí là 0,0270 (W/m.độ) được tra ở bảng I.137, trang 149, [2]. Tính : Gọi tT1 là nhiệt độ trung bình của bề mặt thành ống (tường) tiếp xúc với không khí trong phòng sấy. Chọn tT1 = 44 0C Gọi ttbk là nhiệt độ trung bình của chất khí vào phòng sấy tức tác nhân sấy: ttbk =0C Gọi ttb là nhiệt độ trung bình giữa tường trong phòng sấy với nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy. ttb = oC Tại nhiệt độ này tra bảng được : = 2,82 .10-2 (W/mđộ) 19,55 . 10 (m2/s) (độ nhớt động học) Chuẩn số Gratkov: đặc trưng cho tác dụng tương hỗ của lực ma sát phân tử và lực nâng do chênh lệch khối lượng riêng ở các điểm có nhiệt độ cao khác của dòng, kí hiệu Gr, được tính theo công thức V.39, trang 13, [3]. Gr = (5.9) Với g: gia tốc trọng trường g = 9,81 (m/s2) H: chiều cao của phòng sấy = ttbk – tT1 = 55 – 44 = 110C T = ttbk + 273 = 328 K è Gr== 1,89.109 Mà chuẩn số Nuxen là Nu = 0,47.Gr0,25 (công thức V.78, trang 24, [3]) (5.10) è Nu = 97,99 Hơn nữa, theo công thức (5.8): Nu = suy ra = = 2,03 Từ đó Suy ra q1 = = 6,612 . 11 = 72,73 (kJ/kg) Nhiệt tải riêng của không khí từ phòng sấy đến mặt trong của tường là 72,73. Tính : Hệ số cấp nhiệt của bề mặt ngoài mấy sấy đến môi trường xung quanh: Với : hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên : hệ số cấp nhiệt do bức xạ Trong quá trình truyền nhiệt ổn định thì: q1= (5.11) Mà (m2độ/W) (công thức V.4, trang 3, [3]) (5.12) : bề dày các lớp tường : hệ số dẫn nhiệt tương ứng : bề dày lớp vữa có (W/m.độ) : bề dày của viên gạch có (W/m.độ) Vậy (m2độ/W) Từ đó tT1-tT2 = q1 = 72,73 . 0,27 = 20,1(0C) tT2: nhiệt độ tường ngoài phòng sấy tT2 = tT1 – 32,79 = 44 – 20,1 = 23,90C Nhiệt độ lớp biên giới giữa tường ngoài phòng sấy và không khí ngoài trời tbg = 0C Tại nhiêt độ tbg này tra bảng, ta tính được (W/m.K) (m2/s) Nhiệt độ tường ngoài và nhiệt độ không khí có độ lệch là: = tT2 - tkk = 23,9 - 18= 5,90C Chuẩn số Gratkov là Gr=.109 Chuẩn số Nuxen là Nu = 0,47.Gr0,25 = 85,22 Suy ra = Hệ số cấp nhiệt bức xạ = (5.13) Với :Độ đen của vữa lấy 0,9 Co:Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối lấy 5,67 T1 = tT2 + 273 =296,9 K T2 = tkk + 273 = 291 K Từ đó: Nên = 1,68 + 5,19 = 6,87 Nhiệt tải riêng từ bề mặt của tường ngoài dến môi trường không khí q2 = (kJ/kg) Vậy tổn thất qua tường Qt = 3,6.k. (5.14) Mà (m2) (m2) (m2) è k = 0C Từ đó: Qt = 3,6 . 1,76 . 15,47 . 8,19 = 802,77 (kJ) Vậy qt= (kJ/kgẩm) 5.4.3.2. Tổn thất qua trần: Trần đúc: lớp bêtông cốt thép (W/mđộ) lớp cách nhiệt thủy tinh dày (W/mđộ) Cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến mặt dưới của trần: Cấp nhiệt do đối lưu bức xạ Nu = 0,018= 167,78 Suy ra Cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên Chọn nhiệt độ trần dưới là: 700C Gọi ttb là nhiệt độ trung bình giữa trần phòng sấy với nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy. ttb = oC tT1= 70oC suy ra ( W/moC) ( m2/s) T1= ttb + 273 = 62,5+273 = 335,5 K T2= 2910C Chuẩn số Gratkov Gr = .108 Chuẩn số Nuxen là: Nu = 0,47 . Gr0,25 = 76,49 (lấy k =1,2) Nhiệt tải riêng q1 = Cấp nhiệt từ bên ngoài đến môi trường xung quanh: Trong qua trình truyền nhiệt ổn định thì: q1= suy ra : tT1-tT2 = q1 suy ra : tT2 = tT1 – q1 = 70 – 53,9 . 0,21 = 58,50C Hiệu số nhiệt độ giữa trần ngoài và không khí: oC Nhiệt độ biên giới giữa trần ngoài và không khí tbg = oC Tại nhiệt độ này tra bảng được (W/mK) (m2/s) Cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên: Nu = 0,47 . Gr0,25 Với Gr là chuẩn số Gratkov Gr109 Chuẩn số Nuxen là: Nu = 124,03 Vậy hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên là: Vì bề mặt trần hướng lên trên nên hệ số cấp nhiệt đối lưu tự nhiên tăng 30% vậy ta có hệ số cấp nhiệt đối lưu tự nhiên thực tế là: Cấp nhiệt do bức xạ: T1 = tT2 + 273 = 58,5 + 273 = 331,9 K ; ; Co=5,67 T2 = 291K Suy ra Vậy =3,95 + 6,25 = 10,2 Nhiệt tải riêng q2 = è Tổn thất qua trần là: Qtr = 3,6 . k . k : là hệ số truyền nhiệt k = Thay số vào ta có: Qtr = 3,6 . 2,24 . 6,98 . 19,5 = 1097,6 (kJ) Nhiệt tải riêng : qtr = kJ/kg ẩm 5.4.3.3. Tổn thất qua nền: Qn = 3,6 . q1 . F q1: tổn thất qua một m2 (q1 = 53,89 kJ/kg ẩm) F : diện tích nền Vậy thay số vào ta có: Qn = 3,6 . 53,89 . 8,15= 1581,13 (kJ) Nhiệt tải riêng: qn = (kJ/kg ẩm) 5.4.3.4. Tổn thất qua cửa: Qc = 3,6 . kc . Gọi là hệ số cấp nhiệt từ không khí nóng đến cửa trong : hệ số cấp nhiệt do cưỡng bức lấy = 3,48(lấy gần bằng hệ số cấp nhiệt do đối lưu cương bức đối với tường) : cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên Gọi nhiệt độ cửa trong là tT1 = 650C Nhiệt độ lớp ngăn cách tbg= Tại nhiệt độ này tra bảng được (W/mđộ) (m2/s) Chuẩn số Gratkov Gr = = Chuẩn số Nuxen là: Nu = 0,47 . Gr0,25 = 80,6 Hệ số cấp nhiệt do tự nhiên là: è hệ số cấp nhiệt từ trong không khí nóng đến cửa trong là : ta chọn k =1,2 Nhiệt tải riêng q1 = (kJ/kg ẩm) Gọi là hệ số cấp nhiệt từ cửa ngoài ra không khí xung quanh Ta có: Trong quá trình truyền nhiệt ổn định thì: = suy ra Với tT2 là nhiệt độ cửa ngoài của phòng sấy tT2 = tT1- = tT2 - tkk = 64-18 = 46 oC : độ lệch nhiệt độ giữa cửa ngoài phòng sấy với không khí T2 = 319 K Gọi tbg là nhiệt độ ngăn cánh của cửa phòng sấy: tbg = 0C Tại nhiệt độ này tra bảng được: (W/mđộ) (m2/s) là độ chênh lệch nhiệt đô giửa lứp ngăn cánh cửa phòng sấy với không khí bên ngoài 0C Vậy Gr = Với T/2 = tbg + 273 = 32+273 = 305 K Chuẩn số Nuxen là: Nu = 0,47 . Gr0,25 = 108,54 è Hệ số cấp nhiệt do bức xạ : Gọi T/1 = tbg +273 = 32+273 = 305 T2 = 291K Suy ra . = 1,97+5,4= 7,37 Nhiệt tải riêng q2 = (kJ) Vậy tổn thất qua cửa là: Qc = 3,6 . kc . kc = Qc =3,6 . 3,23 . 1 . 18,5 = 214,83 (kJ) qc = 5.4.3.5. Tổng tổn thất của phòng sấy: (kJ/kg ẩm) 5.4.4. Cân bằng nhiệt lượng: Nhiệt lượng caloriphe phải cung cấp theo lý thuyết: Q1= L(I2 - I0) = 7076,17 . (101307 - 48090) = 3,77 . 108 (J/h) Cho quá trình là ổn định thì ta bỏ qua nhiệt lượng làm nóng bộ phận vận chuyển vật liệu sấy. Nhiệt lượng cung cấp để làm tăng nhiệt độ của vật liệu sấy. Q2= G2C2() = 15,79 . 3,48 . (70-18) = 2858 (kJ/h) Nhiệt lượng tổn thất: Q3 = 214,83 (kJ) Nhiệt do ẩm mang vào Q4 = W.Cnước .= 84,21 . 4,18 . 18 = 6336 (kJ/h) Vậy lượng nhiệt caloriphe phải cung cấp theo thực tế là Q = Q1 + Q2 + Q3 - Q4 = 373739 (kJ/h) Chương VI: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 6.1. Caloriphe: Thiết bị chọn là loại ống chùm.Không khí nóng đi ngoài ống, hơi nước đi trong ống. Hai lưu thể chuyển động chéo dòng. 6.1.1. Chọn kích thước truyền nhiệt: Chọn ống truyền nhiệt bằng đồng,có gân để nâng hệ số truyền nhiệt,hệ số dẫn nhiệt của đồng là W/mđộ (bảng I.123, trang 125, [2]). Chọn ống: -Đường kính ngoài của ống : dng = 0,03 (m) -Đường kính trong của ống : dtr = 0,025(m) -Chiều dày của ống : = = 0,0025 (m) -Đường kính của gân : Dg = 1.4 dng = 0,042(m) -Bước gân : bg = 0,01 m -Chiều cao của gân : h = = 0,006 (m) -Chiều dài của ống : l = 1,2 (m) -Số gân trong trên một ống : m == 120 -Bề dày bước gân : b = 0,002 (m) -Tổng chiều dài của gân : Lg = b.m = 0,002.120 = 0,24(m) -Tổng chiều dài không gân : Lkg = l-Lg = 1,2 – 0,24 = 0,96(m) Lượng không khí cần thiết cho quá trình sấy: l = 84,03( Kg/Kgẩm) L = 7076,17( Kg/h) Nhiệt độ của không khí ban đầu khi đã hồi lưu : t0 = 180C Nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi caloriphe là t1 = 700C Lượng không khí khô đi vào caloriphe là: V=6616,22 (m3/h) Hệ số cấp nhiệt +Nhiệt độ trung bình của không khí trong caloriphe ttb ttb = thn - Mà: +Chọn nhiệt độ hơi nước khi vào là thnd = 1300C +Chọn nhiệt độ hơi nước khi ra là thnc = 1150C Nên ta có: 0C Thay số vào ta có: Suy ra : ttb = 130 – 73,47 = 56,530C Ứng với giá trị ttb, tra bảng I.255, trang 318, [2]: (kg/m3) (W/m.độ) (m2/s) (N.s/m2) Pr = 0,697 6.1.2. Tính toán: Diện tích bề mặt của một ống (phía trong của ống): Ftr = .dtr.l = 3,14 . 0,025 . 1,2 = 0,0942( m2) Diện tích mặt ngoài của ống: Fng = .dng.l = 3,14 . 0,03 . 1,2= 0,11309 (m2) Diện tích phần bề mặt ngoài của một ống: Fbm = Fgân+Fkgân -Diện tích phần có gân Fgân = = 0,0323(m2) -Diện tích phần không gân Fkgân = Lkg.= 0,0904 (m2) Vậy : Fbm = 0,0323 + 0,0904 = 0,1227 (m2) óChọn số ống xếp hàng là: i = 30 ó Khoảng cách giữa các ống này ống kia là 0,007(m) ó Khoảng cách giữa ống ngoài cùng dến caloriphe là 0,01 (m) óDiện tích tự do của caloriphe là Ftd -Chiều dài của cả caloriphe là Lx = 0,01 . 2 + (30-1) 0,007 + 30 . 0,042 = 1,483(m) -Diện tích tiết diện của cả caloriphe là Fx = Lx . l = 1,483 . 1,2 = 1,7796 (m2) -Diện tích cản của gân là: Fcg = Dg . Lg . i = 0,042 . 0,24 . 30 = 0,3024 (m2) -Diện tích cản của ống là: Fcống = dng . Lkg . I = 0,03 . 0,96 . 30 = 0,864( m2) Vậy diện tích phần tự do: Ftd = Fx - Fcống - Fcg = 1,7796 – 0,864 – 0,3024 = 0,3868 (m2) óVận tốc của không khí = 4,75 (m/s) ó Hệ số cấp nhiệt từ hơi nước bão hoà đến bề mặt ngang của ống: (W/m2độ) Với H=1,2 : chiều cao ống r : ẩn nhiệt hoá hơi J/kg (Tra bảng I.250, [2]) r = 2179 (kJ/kg) = 520,1 (kcal/kg ) -Hệ số A có trị số phụ thuộc vào nhiệt độ: Chọn tT = 1100C : Nhiệt độ thành ống trong của ống Vậy ttb = Tra [2], trang 231 ta có: A = 188 -: hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi ngưng tụ và nhiệt độ thành caloriphe: = thnđ - tT = 130 - 120 = 100C Vậy thay số vào ta tính được: (W/m2độ) q1 = 2628 (kJ/kg ẩm) óTính hệ số cấp nhiệt từ mặt ngoài ống đến không khí chuyển động trong caloriphe -Lưu thể chảy qua bên ngoài ống chùm ống có gân: Nu = C Trong đó: Dng : đường kính ngoài của ống; dng = 0,03 (m) bg : bước của gân ; bg = 0,01 (m) h :chiều cao gân ; hg = 0,006 (m) C, n : các đại lượng phụ thuộc cách xếp ống Đối với ông xếp hàng : C = 0,116 ; n =0,72 -Chuẩn ssố Reynol : Re = Re > 2300 : Không khí chảy theo chế độ quá độ Pr = 0,697 Vậy Nu = 0,116 -Hệ số cấp nhiệt đối lưu: -Hệ số cấp nhiệt đối lưu thực tế: = 95,25 Vậy k = 6.1.3. Xác định bề mặt truyền nhiệt: -Lượng nhiệt do caloriphe cung cấp: Q=373739 (kJ/h) -Hiệu suất caloriphe lấy -Lượng nhiệt thực tế do caloriphe cấp: Qt = (J/kg) -Gọi D là lượng hơi nước tiêu tốn trong 1h Qt = D.r suy ra D = = = 191 (kg) -Thể tích nước tiêu hao trong 1h: (m3/h) -Lượng nhiệt thực tế truyền từ hơi nước trong ống đến thành ống: Qt = 3,6.k.F. Suy ra F =( m2) -Bề mặt truyền nhiệt thực: Ft = kF ; k = 1,2 đến 1,5 Chọn k = 1,2 Suy ra Ft = 70,09 . 1,2 = 84,11(m2) -Bề mặt truyền nhiệt trung bình: (m2) -Số ống truyền nhiệt trong caloriphe: n = ống -Số ống xắp theo chiều ngang: m = ống Vậy kích thước caloriphe: +Chiều dài của caloriphe Lx = 1,483 (m) +Chiều rộng caloriphe: Bx = (26-1) 0,007 + 0,01.2 + 26.0,042 = 1,287(m) +Chiều cao caloriphe là: Hx = H+2.a = 1,2 + 0,02 = 1,22( m) a: là khe hở 2 bên 6.2. Quạt: Quạt là bộ phận vận chuyển không khí và tạo áp suất cho dòng khí đi qua các thiết bị: caloriphe, mấy sấy, đường ống, cyclon. Năng lượng do quạt tạo ra cung cấp cho dòng khí một áp suật động học để di chuyển và một phần để khắc phục trở lực trên đường ống vận chuyển. Năng suất của quạt được đặc trưng bởi thể tích khí đi vào hay đi ra thiết bị sấy. 6.2.1. Tính trở lực: 6.2.1.1. Trở lực từ miệng quạt đến caloriphe: Chọn ống nối từ quạt đến caloriphe có đường kính là 0,38 m. -Vận tốc khí đi trong ống là: Ta có (kg/m3) ở t0 = 180C F = ( m2) L = 7076,17 (Kg/h) Vậy (m/s) Chuẩn số Reynol là : Re = Re = 36,83.10 > 10è không khí đi trong ống theo chế độ chảy xoáy -Chuyển động chảy xoáy dựa làm 3 vùng: +Vùng 1: nhẵn thuỷ lực học; khu vực này độ nhám không ảnh hưởng đến hệ số ma sát Regh = 6= 6 =10: độ nhám tuyệt đối của ống (bảng II-15, trang 381, [2]) +Vùng 2: khu vực nhám; khu vực này hệ số ma sát phụ thuộc vào độ nhám mà không phụ thuộc vào Re Ren = 220= 220. Vậy Regh<Re<Ren +Vùng 3: thuộc trong khoảng (8.10; 1250.10) Vậy hệ số ma sát được tính theo công thức 11.64, trang 380, [2]: Vậy trở lực trên ống từ miệng quạt đến caloriphe là : (N/m2) 6.2.1.2. Trở lực do caloriphe: -Nhiệt độ trung của không khí nóng trong caloriphe là: ttb = Tại nhiệt độ này tra bảng được (W/mđộ) (kg/m3) (m2/s) Vận tốc của không khí trong caloriphe là: Với F = Hx.Bx = 1,22 1,287 = 1,57 (m2) (m/s) -Chuẩn số Reynol là: Re = Re>10vậy không khí chuyển động theo chế đọ chảy xoáy Do ống sắp theo kiểu hành lang nên: (công thức II.72, trang 404, [2]) Với s là khoảng cánh các ống theo phương cắt ngang của ống dòng chuyển động (theo chiều rộng của dòng) s = 0,007 + 0,007 + 0,02/2 = 0,024 (m) m là số dãy chùm theo phương chuyển động m = 30 d đường kính ống : d = Dg = 0,042 (m) Suy ra 22,68 Vậy trở lực do caloriphe là: (N/m2) 6.2.1.3. Trở lực do đột mở vào caloriphe: -Diện tích của mặt cát ngang của ống đẩy Fo = -Diện tích cắt ngang của caloriphe là : Ft = Hx.Bx = 1,57( m2) Tỉ số Tra [2] (trang 387), ta có Vậy trở lực do đột mở vào caloriphe là: (N/m2) 6.2.1.4. Trở lực do đột thu từ caloriphe ra ống dẩn không khí nóng: Không khí nóng có nhiệt độ t = 700C (m2/s) (kg/m3) Diện tích cắt ngang của không khí nóng F2 = (m2) Vận tốc của không khí nóng trong ống (m/s) -Chuẩn số Reynol: Re = Re>10:Vậy không khí chuyển động theo chế độ xoáy Tỉ số Tra [2] (trang 388), ta được: Vậy trở lực do đột thu ở caloriphe là: (N/m2) 6.2.1.5. Trở lực đường ống dẩn không khí từ caloriphe đến phòng sấy: Chọn đường ống dài 1,5(m) Đường kính ống d = 0,38 (m) Tính toán giống ống từ miệng quạt đến caloriphe ta được: Regh<Re<Ren Nên khí ở khu vực quá độ Vậy trở lực trên đường ốngdẩn khí là: 6.2.1.6. Trở lực đột mở vào phóng sấy: -Diện tích mặt ngang ống Fo = 0,113 m2 -Diện tích ngang của phòng sấy F1 = H.R =1,3 . 1,1 = 1,43 (m2) ; tra [2] (trang 387) có Vậy trở lực đột mở vào phòng sấy là: (N/m2) 6.2.1.7. Trở lực do đột thu ra khỏi phòng sấy: Nhiệt độ ra khỏi phòng sấy là t2 = 400C (Kg/m3) (m2/s) Chuẩn số Reynol : Re = = 378655 Re >10không khí theo chế độ chảy xoáy. Tra [2] (trang 387), ta được Vậy trở lực ( N/m2) 6.2.1.8. Trở lực của phòng sấy: Ta có thể chọn (N/m2) 6.2.1.9. Tổng trở lực của cả hệ thống: è= 1541,49 (N/m2) 6.2.2. Tính chọn quạt: Áp suất làm việc toàn phần được tính theo [2] (trang 463): H = Hp Hp: Trở lực tính toán của hệ thống (Hp = 1541,49 N/m2) t0: Nhiệt độ làm việc (= 180C) B = 760 mm Hg: áp suất tại nơi đặt quạt :Khối lượng riêng của của khí ở đktc (kg/m3) : khối lượng riêng của khí ở đk làm việc (kg/m3) è H = 1555,6 (N/m2) Từ các đồ thị đặc tuyến của quạt (trang 485, [2]), ta chọn quạt II4.70No12 , có năng suất khoảng 7000 m3/h; hiệu suất khoảng 0,65. Chương VII: TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ Các chi phí cần tính toán cho thiết bị sấy băng tải bao gồm: 1 băng tải vận chuyển (gồm cả động cơ) 1 hầm sấy có bọc lớp cách nhiệt 1 thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm 2 quạt làm nhiệm vụ hút và thổi không khí (gồm cả động cơ) Hệ thống đường ống dẫn khí Các thiết bị đo và kiểm soát quá trình Các thiết bị phụ trợ khác Chi phí thiết kế và chế tạo (200% tổng các chi phí trên) và chi phí lắp đặt (10% tổng các chi phí trên) Ta có thể dựa vào một số công thức tính ước lượng (từ trang 719 đến 728, [9]) để tính toán sơ bộ giá thành thiết bị: Bảng 7.1: Bảng tính giá thành thiết bị STT Tên thiết bị Số lượng Đơn giá (USD) Giá thành (USD) 1 Băng tải vận chuyển 1 3600 3600 2 Hầm sấy bọc lớp cách nhiệt 1 1000 1000 3 Thiết bị trao đổi nhiệt 1 2000 2000 4 Quạt 2 340 680 5 Hệ thống đường ống dẫn khí 1 1200 1200 6 Các thiết bị đo và kiểm soát 1 200 200 7 Thiết bị phụ trợ 1 500 500 8 Chi phí thiết kế và chế tạo 1 200% các chi phí trên 18360 9 Chi phí lắp đặt 1 10% các chi phí trên 918 Tổng cộng 28458 Vậy giá sơ bộ của thiết bị là 28.458 USD. KẾT LUẬN Hệ thống sấy cà rốt bằng băng tải có năng suất khá nhỏ (1.500 kg/ngày) nên sau khi tính toán, kich thước thiết bị cũng như một vài thông số tính toán cũng chưa phù hợp với các thông số thiết bị trên thực tế. Các tài liệu về sấy cà rốt cũng chưa thật rõ ràng để sinh viên có thể tính toán hết mọi thông số của hệ thống. Việc thiết kế, tính toán các hệ thống sấy phụ thuộc rất nhiều vào các số liệu thực nghiệm như các số liệu ẩm độ ban đầu, đường cong giảm ẩm, đường cong tốc độ sấy,… Tuy nhiên, do điều kiện không cho phép nên trong phạm vi đồ án này không thể thực hiện thí nghiệm thực tế trên nguyên liệu cà rốt. Do đó, các số liệu và phương pháp tính toán trên đây dựa vào nhiều nguồn tài liệu khác nhau dẫn đến việc không đồng nhất trong tính toán cũng như sai số trong kết quả sau cùng. Mặc dù hệ thống sấy băng tải hiện nay được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp thực phẩm nhưng do các sinh viên chưa được tham quan thực tế nên đa phần các tính toán còn thiên về lý thuyết, đôi chỗ chưa hợp lý và không khoa học. Chúng em mong thầy cô nhận xét và hướng dẫn thêm để góp phần hoàn thiện đồ án môn học hơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Văn Miên; “ Máy chế biến thức ăn gia súc”; NXB Nông Nghiệp; 2004 Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên; “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1”; NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội; 1992 Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Phạm Xuân Toản; “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2”; NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội; 1992 Nguyễn Văn Lụa; “Kỹ thuật sấy vật liệu”; Đại học Bách Khoa TPHCM Vũ Bá Minh, Võ Văn Bang; “Quá trình và thiết bị tập 3 – Truyền Khối”; NXB Đại học Quốc Gia TPHCM; 2004 Trương Vĩnh; “Truyền nhiệt và truyền khối”; Đại học Nông Lâm TPHCM; 2005 Nguyễn Thị Mơ; “Khóa luận tốt nghiệp – Nghiên cứu ứng dụng sấy tầng sôi cà rốt”; Đại học Nông Lâm TPHCM; 2008 Lê Phước Minh Trí; “Đồ án sấy băng tải”; Đại học Bách Khoa Đà Nẵng; 2004 www.vn.wikipedia.org/wiki www.en.wikipedia.org/wiki