Đề tài Tính toán – Thiết kế hệ thống sấy cà rốt

Anh Nhiệt 1 3 2018605148 Vũ Tuấn Anh Nhiệt 1 4 2018601175 Hoàng Ngọc Ánh Nhiệt 1 5 2018601610 Hà Văn Bắc Nhiệt 1 9 2018600036 Phan Văn Chiến Nhiệt 1 10 2018603935 Trần Bá Đáng Nhiệt 1 73 2018603778 Bùi Thiện Vũ Nhiệt 1 13 2018600532 Đào Minh Đức Nhiệt 1 Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đức Nam NỘI DUNG Tính toán, thiết kế hệ thống sấy carot (750 + n.50) kg/mẻ 1. Tổng quan về hệ thống sấy và lựa chọn hệ thống sấy 2. Tính toán quá trình sấy lý thuyết 3. Tính toán quá trình sấy thực tế 4. Tính chọn các thiết bị của hệ thống sấy. Ngày hoàn thành : / /2018 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nguyễn Đức Nam 3 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................................................... 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ........................................................................... 5 1.1. Giới thiệu về vật liệu sấy Cà rốt ................................................................................ 5 1.2. Hệ thống sấy ............................................................................................................. 6 1.2.1. Các hệ thống sấy lạnh ....................................................................................... 6 1.2.2. Các hệ thông sấy nóng ...................................................................................... 7 1.3. Xây dựng quy trình công nghệ sấy Cà rốt .................................................................10 1.3.1. Đề tài ...............................................................................................................10 1.3.2. Chọn hệ thống sấy Cà rốt .................................................................................10 1.3.3. Chọn chế độ sấy ...............................................................................................11 1.3.4. Quy trình công nghệ .........................................................................................11 CHƯƠNG 2. TÍNH QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT ......................................................18 2.1. Chọn các thông số ...................................................................................................18 2.2. Tính lượng ẩm bay hơi .............................................................................................18 2.3. Xác định các thông số của tác nhân sấy ....................................................................18 2.4. Lượng không khí khô lý thuyết cần cấp cho hệ thống sấy .........................................20 2.5. Công suất nhiệt cần cấp cho hệ thống sấy .................................................................20 2.6. Xác định kích thước cơ bản của buồng sấy ...............................................................20 2.7. Tính các tổn thất nhiệt .............................................................................................22 CHƯƠNG 3. TÍNH QUÁ TRÌNH SẤY THỰC .................................................................26 3.1. Xác định các thông số của quá trình sấy thực tế........................................................26 3.2. Cân bằng nhiệt và hiệu suất hệ thống sấy .................................................................26 CHƯƠNG 4. TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ ......................................................................28 4.1. Tính chọn calorifer ..................................................................................................28 4.1.1. Công suất nhiệt của calorifer ............................................................................28 4.1.2. Xác định bề mặt truyền nhiệt của calorife .........................................................28 4.2. Tính chọn quạt .........................................................................................................29 4 LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật sấy là một ngành khoa học phát triển mãi từ năm 50 đến 60 ở các viện và các trường đại học trên thế giới chủ yếu giải quyết những vấn đề kỹ thuật sấy các vật liệu cho công nghiệp và nông nghiệp. Trong những năm 70 trở lại đây người ta đã đưa kỹ nghệ sấy các nông sản thành những sản phẩm khô, không những kéo dài thời gian bảo quản mà còn làm phong phú thêm các mặt hàng sản phẩm như: trái cây, cà phê, sữa bột, cá khô, thịt khô. Trong công nghiệp sấy các nguyên liệu để chuẩn bị cho các giai đoạn tiếp theo như: sợi thuốc lá, sợi vải. Nhóm em xin chân thành cảm ơn Thầy đã hướng dẫn tận tình để chúng em có thể thực hiện thiết kế đồ án sấy này. Do kiến thức hạn hẹp, trong quá trình thiết kế còn gặp nhiều lỗi, chúng em rất mong được sự thông cảm và sự giúp đỡ của Thầy. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Hà Văn Bắc 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1. Giới thiệu về vật liệu sấy Cà rốt Hình 1: Cà rốt Chất lượng của Cà rốt: Có vitamin B1, B2, C. Chất khoáng: Na, K, Ca, Mg, Fe, Đường, Lipit, Đạm. Phân bố: 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 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. 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. 6 - 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. Năng suất: Trung bình 20-25 tấn/ha. Bảo quản: 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 triền (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 phàm ăn liền. 1.2. Hệ thống sấy 1.2.1. Các hệ thống sấy lạnh Trong các hệ thống sấy lạnh, nhiệt độ vật liệu sấy có thể trên dưới nhiệt độ môi trường (t > 0) và cũng có thể nhỏ hơn < 0oC. Sấy lạnh có ưu điểm là chất lượng sản phẩm sấy tốt nhất nhưng hệ thống sấy phức tạp, vốn đầu tư lớn và chi phí năng lượng cho một đơn vị sản phẩm cao. Vì vậy, hệ thống sấy lạnh chỉ được sử dụng khi vật liệu sấy không chịu được nhiệt độ cao và đòi hỏi ngặt nghèo về chất lượng sản phẩm như màu sắc, hương vị v.v... Có thể phân loại hệ thống sấy lạnh theo ba dạng sau đây: 1. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 0oC Với hệ thống sấy này tác nhân sấy thông thường là không khí trước hết được khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh hoặc khử ẩm hấp phụ, sau đó được đốt nóng (nếu khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh) hoặc được làm lạnh (nếu khử ấm bằng phương pháp hấp phụ) đến nhiệt độ mà công nghệ yêu cầu rồi 7 cho đi qua vật liệu sấy. Khi đó, do phân áp suất Ph trong tác nhân sấy bé hơn phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật nên ẩm từ dạng lỏng trên bề mặt vật liệu sấy bay hơi vào tác nhân sấy, kéo theo sự dịch chuyển ẩm trong lòng vật ra bề mặt. Như vậy, quy luật dịch chuyển ẩm trong các hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 0 hoàn toàn giống như trong các hệ thống sấy đối lưu nói chung. Điều khác nhau ở đây chỉ là cách giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy. Chúng ta sẽ thấy rõ đặc điểm này trong chương 2 sau khi nghiên cứu cách xác định trạng thái của các tác nhân sấy. 2. Hệ thống sấy thăng hoa Trong hệ thống sấy này, nước ở dưới điểm ba thể, nghĩa là T < 273K, p < 610Pa nhận được nhiệt lượng (thường là do dẫn nhiệt và bức xạ) thực hiện quá trình thăng hoa để nước chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi và đi vào tác nhân sấy. Như vậy, trong các hệ thống sấy thăng hoa, một mặt ta phải làm lạnh vật liệu sấy xuống dưới 0°C trong các kho lạnh và sau đó đưa vật liệu sấy với ẩm dưới dạng rắn vào bình thăng hoa. Ở đây, vật liệu sấy được đốt nóng và đồng thời tạo chân không trong không gian xung quanh bằng bơm hút chân không. 3. Hệ thống sấy chân không Nhiệt độ vật liệu sấy vẫn nhỏ hơn 273K nhưng áp suất xung quanh p > 610Pa thì khi vật liệu sấy nhận được nhiệt lượng, các phân tử nước ở thể rắn chuyển thành thể lỏng và sau đó mới chuyển thành thể hơi để đi vào tác nhân sấy. 1.2.2. Các hệ thông sấy nóng Các hệ thống sấy nóng phổ biến có thể phân làm ba loại theo ba phương pháp đốt nóng vật: Hệ thống sấy đối lưu, hệ thống sấy tiếp xúc và hệ thống sấy trong các trường năng lượng. Trong mỗi loại lại được phân làm nhiều loại nhỏ theo kết cấu và đặc trưng đốt nóng vật. 8 1. Hệ thống sấy tiếp xúc Hệ thống sấy tiếp xúc là hệ thống sấy trong đó vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng bằng dẫn nhiệt. Hệ thống sấy tiếp xúc được chia làm hai loại: Hệ thống sấy lô: là hệ thống sấy chuyên dụng dùng để sấy các vật liệu sấy dạng tấm phẳng có thể uốn cong được như giấy, vải... Trong hệ thống sấy này thiết bị sấy là những hình trụ tròn (gọi là các lô sấy) được đốt nóng thông thường bằng hơi nước bão hòa. Giấy hoặc vải ướt được cuộn tròn từ lồ này qua lô khác và nhận nhiệt bằng dẫn nhiệt từ bề mặt các lô. Ẩm nhận được năng lượng tách khỏi vật liệu sấy và bay vào môi trường không khí xung quanh. Để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt - ẩm có thể đặt các quạt hút hoặc quạt thổi trên bề mặt vật liệu sấy. Hệ thống sấy tang: cũng là hệ thống sấy chuyên dụng để sấy các vật liệu sấy dạng bột nhão. Thiết bị sấy trong hệ thống sấy này cũng là các hình trụ tròn hoặc dạng trống được đốt nóng. Bột nhão bám vào tang của hình trụ và nhận nhiệt bằng dẫn nhiệt để ẩm tách khỏi vật liệu sấy đi vào không khí xung quanh. Bột đã sấy khô được một thiết bị tách khỏi tang. 2. Hệ thống sấy đối lưu Hệ thống sấy buồng: Cấu tạo chủ yếu của hệ thống sấy buồng là buồng sấy. Trong buồng sấy bố trí các thiết bị đỡ vật liệu gọi chung là thiết bị truyền tải. Nếu dung lượng của buồng sấy bé và thiết bị truyền tải là các khay sấy thì được gọi là tủ sấy. Nếu dung lượng buồng sấy lớn và thiết bị truyền tải là xe goòng với các thiết bị chứa vật liệu thì gọi là hệ thống sấy buồng kiểu xe goòng... Nói chung, thiết bị truyền tải trong hệ thống sấy buồng rất da dạng. Ví dụ hệ thống sấy buồng để sấy sơ chế thuốc lá mà chúng ta gặp phổ biến ở các địa phương trồng thuốc lá thiết bị truyền tải chỉ là các sào bằng tre để treo thuốc. Do đặc điểm nói trên, hệ thống sấy buồng là một hệ thống sấy 9 chu kỳ từng mẻ. Do đó, năng suất sấy không lớn. Tuy nhiên, hệ thống sấy buồng có thể sấy nhiều dạng vật liệu sấy khác nhau từ dạng cục, hạt như các loại nông sản đến các vật liệu dạng thanh, tấm như gỗ, thuốc lá v.v... Hệ thống sấy hầm: Khác với hệ thống sấy buồng, trong hệ thống sấy hầm, thiết bị sấy là một hầm sấy dài, vật liệu sấy vào đầu này và ra đầu kia của hầm, thiết bị truyền tải trong hệ thống sấy hầm thường là các xe goòng với các khay chứa vật liệu sấy hoặc băng tải. Đặc điểm chủ yếu của hệ thống sấy hầm là bán liên tục hoặc liên tục. Cũng như hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm có thể sấy nhiều dạng vật liệu sấy khác nhau. Tuy nhiên, do hoạt động liên tục hoặc bán liên tục nên năng suất của nó lớn hơn rất nhiều so với hệ thống sấy buồng. Hệ thống sấy tháp: Đây là hệ thống sấy chuyên dụng để sấy vật liệu sấy dạng hạt như thóc, ngộ, lúa mỳ... hệ thống sấy này có thể hoạt động liên tục hoặc bán liên tục. Thiết bị sấy trong hệ thống sấy này là một tháp sấy, trong đó người ta đặt một loạt các kênh dẫn xen kẽ với một loạt các kênh thải. Vật liệu sấy đi từ trên xuống và tác nhân sấy từ kênh dẫn xuyên qua vật liệu sấy thực hiện quá trình trao đổi nhiệt - ẩm với vật liệu sấy rồi đi vào kênh thải và thải vào môi trường. Hệ thống sấy thùng quay là một hệ thống sấy chuyên dụng để sấy các vật liệu sấy dạng cục, hạt, thiết bị sấy ở đây là một hình trụ tròn đặt nghiêng một góc nào đó. Trong thùng sấy có thể bố trí các cánh xáo trộn hoặc không. Khi thùng sấy quay, vật liệu sấy vừa dịch chuyển từ đầu này đến đầu kia vừa bị xáo trộn và thực hiện quá trình trao đổi nhiệt - ẩm với dòng tác nhân sấy. Hệ thống sấy khí động: Có nhiều dạng hệ thống sấy khí động. thiết bị sấy trong hệ thống sấy này có thể là một ống tròn hoặc phễu, trong đó tác nhân sấy có nhiệt độ thích hợp với tốc độ cao vừa làm nhiệm vụ trao đổi nhiệt - ẩm vừa làm nhiệm vụ đưa vật liệu sấy đi từ đầu này đến đầu kia của 10 thiết bị sấy. Do đó. vật liệu sấy trong hệ thống sấy này thường là dạng hạt hoặc các mảnh nhỏ và độ ẩm cần lấy đi thường là ẩm bề mặt. Hệ thống sấy tầng sôi: Là hệ thống sấy chuyên dụng để sấy hạt. Thiết bị sấy ở đây là một buồng sấy, trong đó vật liệu sấy nằm trên ghi có đục lỗ. Tác nhân sấy có nhiệt độ và tốc độ thích hợp đi xuyên qua ghi và làm cho vật liệu sấy chuyển động bập bùng trên mặt ghi như hình ảnh các bọt nước sôi để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt - ẩm. Vì vậy, người ta gọi hệ thống sấy này là hệ thống sấy tầng sôi. Hạt khô nhẹ hơn sẽ nằm phía trên và được lấy ra một cách liên tục. Hệ thống sấy phun: Dùng để sầy các dung dịch huyền phù như trong công nghệ sản xuất sữa bột. Thiết bị sấy trong hệ thống sấy sấy phun là một hình chóp trụ, phần chóp quay xuống dưới. Dung dịch huyền phù được bơm cao áp đưa vào thiết bị tạo sương mù. Tác nhân sấy có nhiệt độ thích hợp đi vào thiết bị sấy thực hiện quá trình trao đổi nhiệt - ấm với sương mù vật liệu sấy và thải vào môi trường. Do sản phẩm sấy ở dạng bột nên trong hệ thống sấy phun tác nhân sấy trước khi thải vào mối trường bao giờ cũng đi qua xyclon để thu hổi vật liệu sấy bay theo. Vật liệu khô được lấy ra ở đáy chóp bán liên tục hoặc liên tục. 1.3. Xây dựng quy trình công nghệ sấy Cà rốt 1.3.1. Đề tài Tính toán, thiết kế hệ thống sấy carot (750 + n.50) = 1000kg/mẻ 1.3.2. Chọn hệ thống sấy Cà rốt Sấy Cà rốt có 2 phương pháp chính: 1. Phương pháp sấy lạnh: Ta có thể chế tạo hệ thống sấy lạnh t > 0oC (bơm nhiệt sấy Cà rốt), sấy thăng hoa. 11 Ưu điểm: Sản phẩm sấy giữ được màu sắc và hàm lượng dinh dưỡng của sản phẩm như vitamin, khoáng chất, enzyme hầu như vẫn được giữ nguyên vẹn. Tiết kiệm điện. Khuyết điểm: sấy lâu, giá thành chế tạo cao, yêu cầu người vận hành phải hiểu biết về quy trình máy sấy lạnh, Ứng dụng: Sử dụng cho thương mại, sấy màu sắc đẹp mắt. 2. Phương pháp sấy nóng: Ưu điểm: Sấy khô nhanh, đều thay cho phương pháp phơi nắng truyền thống, dễ chế tạo, chi phí ít. Khuyết điểm: Vì sấy với nhiệt độ cao sẽ không giữ được màu sắc đẹp và mất 1 phần dinh dưỡng. Ta thấy sấy nóng nhanh, chi phí xây dựng thấp nên giá thành của thành phẩm thị trường thấp. Nên ta sẽ chọn phương pháp sấy nóng và chọn hệ thống sấy đối lưu với 2 hệ thống sấy là hệ thống sấy buồng và hệ thống sấy hầm. Nhưng theo đề tài sấy 1000kg/mẻ ta loại bỏ sấy hầm do hệ thống sấy hầm liên tục không làm theo mẻ. Ta sẽ chọn hệ thống sấy buồng kiểu xe goòng vì hệ thống tủ sấy không đáp ứng được 1000kg/mẻ. 1.3.3. Chọn chế độ sấy Vì đây là sấy buồng xe goòng với 1000kg/mẻ ta chọn chế độ sấy thẳng. 1.3.4. Quy trình công nghệ 12 Nguyên liệu Phân loại Cắt cuống Rửa lần 1 Cạo vỏ Rửa lần 2 Cắt lát Chần (hấp) Sấy khô Thành phẩm Hình 2: Sơ đồ quy trình công nghệ 1. Nguyên liệu Nguyên liệu cà rốt thường chọn củ to, màu sáng, lõi nhỏ. 2. Phân loại 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, ... 3. Cắt cuống Sau khi phân loại, phần cuống không sử dụng sẽ được cắt bỏ trước khi đưa vào các thiết bị làm sạch nguyên liệu. 4. 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. 13 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. 5. Cạo vỏ Đối với một số rau quả có vó mỏng như khoai tây, cà rốt, mận, ổi, ta có thề dùng dung dịch kiềm đế bóc vó. Chất kiềm sừ dụng phô biến là NaOH có độ tinh khiết từ 95% trở lên. Cũng có thề 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 nhó. 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. 6. Rửa lần 2 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. 7. Cắt lát 14 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 5 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, ... 8. 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 chat 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 tưọng biến màu hoặc bạc màu. Đổi với rau quả có lóp sáp mỏng trên bề mặt (mận, vải...): chần làm mất lóp 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. Thông thường, cà rốt thường được chần ở nhiệt độ 90°C trong thời gian 2 phút. Sau khi chần, hấp xong cần làm nguội nhanh. 15 9. 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 thề thực hiện theo mẻ (gián đoạn) hay liên tục. Hình 3: Nguyên lý sấy đối lưu Các yếu tố ảnh hướng đến quá trình sấy: Nhiệt đô sấy: Rau quả là sản phẩm chịu nhiệt kém: trên 90°C thì đường fructose bắt đầu bị caramel hoá, các phản ứng tạo ra melanoidin, polime hoá các hợp chất cao phần 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 - 90°C. 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: 16 Muốn nâng cao khả năng hút ẩm cùa không khí thì phải giảm độ ẩm tươg 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 hướng 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 để 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 khỉ: Trong quá trình sấy, không khí có thê 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 điếm 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 say. 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, dẫn đến sản phẩm bị "đổ mồ hôi" do hơi ẩm đọng lại. 17 Thông thường nên xếp lớp rau quả trên các thiết bị sấy với khối lượng 5-8 kg/m2 là phù hợp. 10. Đóng gói và bảo quản sản 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 chuyến 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, dễ 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 đê bảo quản hoa quả khô có thể chỉ gồm một mảng chất dẻo hoặc kết hợp nhiều màng. Hình 4: Cà rốt thành phẩm 18 CHƯƠNG 2. TÍNH QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT 2.1. Chọn các thông số Cà rốt thái lát có chiều dày 훿 = 5푚푚 Độ ẩm của cà rốt trước khi sấy: 휔1 = 90% Độ ẩm của cà rốt sau khi sấy: 휔2 = 10% o Nhiệt độ của tác nhân sấy: t1 = 70 C Thời gian sấy 5 giờ 2.2. Tính lượng ẩm bay hơi 1000 푘𝑔 퐺 = = 200( ) 2 5 ℎ  Lượng ẩm bay hơi trong 1 giờ là: 휔1 − 휔2 0,9 − 0,1 푊 = 퐺2. = 200. = 1600(푘𝑔ẩ푚⁄ℎ) 1 − 휔1 1 − 0,9 푘𝑔 퐺 = 퐺 + 푊 = 200 + 1600 = 1800( ) 1 2 ℎ 2.3. Xác định các thông số của tác nhân sấy Hình 5: Đồ thị I - d của quá trình sấy lí thuyết Điểm 0(to; φo) là trạng thái không khí bên ngoài Điểm 1(t1; φ1) trạng thái không khí vào buồng sấy 19 Điểm 2(t2; φ2) là trạng thái không khí sau quá trình sấy lí thuyết  Điều kiện khí hậu Việt Nam ta lấy thông số không khí ngoài trời là: 표 푡0 = 25 퐶; 휑0 = 85%  Ta có điểm 0 với các thông số: 4026,42 4026,42 푃푏0 = exp (12 − ) = exp (12 − ) 235,5 + 푡0 235,5 + 25 = 0,03154(푏푎푟) 휑0. 푃푏0 0,85. 0,03154 푑0 = 0,621. = 0,621. 1 − 휑0. 푃푏0 1 − 0,85. 0,03154 = 0,0171(푘𝑔. ẩ푚⁄푘𝑔푘푘) 퐼0 = 퐶푝푘. 푡0 + 푑0(푟 + 퐶푝ℎ. 푡0) = 1,004. 25 + 0,0171(2500 + 1,842. 25) = 68,64(푘퐽⁄푘𝑔푘푘)  Ta có điểm 1 với các thông số: 4026,42 4026,42 푃푏1 = exp (12 − ) = exp (12 − ) 235,5 + 푡1 235,5 + 70 = 0,30735(푏푎푟) 푑1 = 푑0 퐶푑푥(푑1) = 퐶푝푘 + 푑0. 퐶푝ℎ = 1,004 + 0,0171. 1,842 = 1,0355(푘퐽⁄푘𝑔푘) 푑0 0,0171 휑1 = = = 0,0872 (0,621 + 푑0). 푃푏1 (0,621 + 0,0171). 0,30735 = 8,72% 퐼1 = 퐶푝푘. 푡1 + 푑0(푟 + 퐶푝ℎ. 푡1) = 1,004. 70 + 0,0171(2500 + 1,842. 70) = 115,235(푘퐽⁄푘𝑔푘푘) 20  Ta có điểm 2 với các thông số: 표 Khi chọn nhiệt độ tác nhân sấy sau quá trình sấy là 푡2 = 35 퐶 thì điểm 2 có các thông số sau: 퐼1 = 퐼2 퐶푑푥(푑1). (푡1 − 푡2) 1,0355. (70 − 35) 푑2 = 푑1 + = 0,0171 + 푟 + 퐶푝ℎ푡2 2500 + 1,842. 35 = 0,0312(푘𝑔. ẩ푚⁄푘𝑔푘푘) 4026,42 4026,42 푃푏2 = exp (12 − ) = exp (12 − ) 235,5 + 푡2 235,5 + 35 = 0,05585(푏푎푟) 푑2 0,0312 휑1 = = = 0,8565 (0,621 + 푑2). 푃푏2 (0,621 + 0,0312). 0,05585 = 85,65% 2.4. Lượng không khí khô lý thuyết cần cấp cho hệ thống sấy 1 1 푙0 = = = 70,92(푘𝑔푘푘⁄푘𝑔푎푚) 푑2 − 푑0 0,0312 − 0,0171 퐿0 = 푊. 푙0 = 70,92. 1600 = 113472(푘𝑔푘푘⁄ℎ) 2.5. Công suất nhiệt cần cấp cho hệ thống sấy 푞0 = 푙0(퐼2 − 퐼0) = 70,92. (115,235 − 68,64) = 3304,52(푘퐽⁄푘𝑔 ẩ푚) 푄0 = 푊. 푞0 = 1600. 3304,52 = 5287232(푘퐽⁄ℎ) = 1468,67(푘푊) 2.6. Xác định kích thước cơ bản của buồng sấy 1. Xác định kích thước khay sấy Chọn kích thước khay sấy là : (Dk x Rk x Hk) = 1500 x 1000 x 30 mm Cứ 1m2 khay sấy sẽ chứa 7 kg 2 퐹푘ℎ푎푦 = 퐷푘. 푅푘 = 1,5.1 = 1,5 (푚 ) 21 Khối lượng VLS trên 1 khay sấy là: 퐺 vls = 7.1,5 = 10,5 kg/khay khay Số khay sấy cần thiết là: 퐺 . 휏 9300 퐾 = 1 = = 886(푘ℎ푎푦) 퐺vls/khay 10,5 Chọn số khay trên mỗi xe là nk = 22 khay nên số xe là : 퐾 886 푛푥푒 = = = 40(푥푒) 푛푘 22 Khay làm bằng inox dày 1mm 2. Kích thước của xe gòong Chọn chiều cao của bánh xe là : 200mm Các khay cách nhau 50mm Chiều cao của xe gòong : 퐻푥 = 22.30 + 22.50 + 200 = 1960푚푚 Khung xe làm bằng các thanh inox rỗng dày 20mm Chiều dài của xe gòong :퐷푥 = 퐷푘 + 2. 20 = 1500 + 2.20 = 1540푚푚 Chiều rộng của xe gòong :푅푥 = 푅푘 + 2.20 = 1000 + 2.20 = 1040푚푚 3. Kích thước của buồng sấy Chọn khoảng cách giữa các xe goòng và giữa xe với tường là δ = 50mm Các xe được bố trí với chiều rộng 5 hàng chiều dài 8 hàng Chiều cao buồng sấy :퐻푏 = 퐻푥 + δ = 1960 + 50 = 2010푚푚 Chiều rộng buồng sấy:푅푏 = 푅푥5 + 6. δ + 2. 퐿푏푠 = 1040.5 + 6.50 + 2.1000 = 7500푚푚 22 Chiều dài buồng sấy: 퐷푏 = 퐷푥8 + 9. δ + 2. 퐿푏푠 = 1500.8 + 9.50 + 2.1000 = 14450푚푚 (Lbs là khoảng cách bổ sung để bố trí thiết bị sấy) 2.7. Tính các tổn thất nhiệt o 3 Dựa và phụ lục 5 từ (t1; φ1) = (70 C ;8,72%) ta có v1 = 1,02m /kgkk, 3 từ (t2; φ2) = (35℃;85,65%) ta có v2 = 0,92 m /kgkk. Do đó: - Lưu lượng thể tích của TNS trước quá trình sấy V10: 3 V01 = v1. L0 =1,02.113472 = 115741,44m /h - Lưu lượng thể tích của TNS sau quá trình sấy lí thuyết V20: 3 V02 = v2. L0 = 0,92.113472= 104394,24m /h Lưu lượng thể tích trung bình V0tb: 3 3 V0tb = 0,5. (V10 + V20) = 110067,84 m /h = 30,57m /s. Tiết diện tự do của buồng sấy là : 퐹푡푑 = (퐷푏 − 2. 퐿푏푠). (푅푏 − 2. 퐿푏푠) − 40. 퐷푥. 푅푥 = (14,45 − 2). (7,5 − 2) − 1,54.1,040.40 = 4,411푚2 Tốc độ tác nhân sấy lý thuyết : V0tb 30,57 V0 = = = 6,93푚/푠 퐹푡푑 4,411 1. Tổn thất ra môi trường a. Tổn thất nhiệt qua tường và cửa: 퐹 . (푡 − 푡 ) 푄 = 푡 12 0 푡 1 훿 1 + + 훼1  훼2 23 Ta có : Buồng gồm 3 mặt làm bằng gạch rỗng: 훿 =100mm;  = 0,5 W/m.K; 퐹푡 = 2. 퐻푏. 퐷푏 + 2. 퐻푏. 푅푏 = 2.2010.12452 + 2.2010.7500 = 80,2푚2 0 푡12 = 0,5. (푡1 + 푡2) = 0,5. (70 + 35) = 52,5 퐶; 0,78 v>5m/s ta có 훼1 = 7,5푣 = 33,95W/m2K Khi đối lưu tự nhiên, cả α1 và α2 có thể tính theo công thức sau: 1/3 훼1 = 1,715. (푡12 − 푡푤1) 1/3 훼2 = 1,715. (푡푤2 − 푡0) Trong đó 푡푤1và 푡푤2 là nhiệt mặt trong và ngoài của buồng sấy. Như vậy để tính 훼1và 훼2 ta phải giả thiết 푡푤1và 푡푤2. Sau đó kiểm tra lại với công thức: 훿 푞 = 훼1. (푡12 − 푡푤1) = 훼2. (푡푤2 − 푡0) = (푡푤1 − 푡푤2) Trao đổi nhiệt từ tường bao đến không khí bên ngoài là đối lưu tự nhiên với hệ số trao đổi nhiệt α2. Muốn xác định α2 cần biết nhiệt độ bề mặt tường tw2. Trị số này chưa biết nên phải giả thiết sau đó kiểm tra lại. Giả thiết : 0 푡푤1 = 42,5 퐶 1 1 훼1 = 1,715. (푡12 − 푡푤1)3 = 1,715. (52,5 − 42,5) 3 = 3,695W/m2K 푞1 = 훼1. (푡12 − 푡푤1) = 3,695. (52,5 − 42,5) = 36,95(푊⁄푚2) 훿 0,1 푡 = 푡 − 푞 . = 42,5 − 36,95. = 35,110퐶 푤2 푤1 1 0,5  1 1 훼2 = 1,715. (푡푤2 − 푡0)3 = 1,715. (35,11 − 25)3 = 3,71(W/m2K) 푞2 = 훼2. (푡푤2 − 푡0) = 3,71. (35,11 − 25) = 37,5(푊⁄푚2) 24 Ta thấy 푞1và 푞2 không sai số quá nhiều nên 훼2 = 3,71(W/m2K) 1 1 푘 = = = 2 푊/푚20퐶 1 훿 1 1 0,1 1 + + + + 훼1 훼2 33,95 0,5 3,71 푄푡 = 퐹푡. (푡12 − 푡0). 푘 = 80,2. (52,5 − 25). 2 = 4411푊 b. Tổn thất qua trần 푄푡푟 = 1,3퐹푡푟. k(푡12 − 푡0) Trần làm bằng thép góc ghép các tấm tôn tráng kẽm có lớp cách nhiệt dày δ = 0,075 m, λ = 0,1 W/nK. 1 k   0,954W/m2 K tr 1 0,075 1   33,95 0,1 3,71 Ta có 퐹푡푟 = 108,375m2 Nhiệt tr