Thiết kế hệ thống sấy con ruốc bằng băng tải tầng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MƠN THIẾT KẾ MÁY

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY KHÔ CON RUỐC

1


Mục lục

Danh sách bảng
Tên Bảng
Bảng 1.1 Các đặc trung cơ bản của nông sản
Bảng 1.2: Các phương án sấy con ruốc:
Bảng 1.3: Theo dõi và quản lý dự án
Bảng 2.1: Thơng số của q trình sấy thực
Bảng 2.2: Các thơng số của nồi hơi
Bảng 3.1: Giá trị trở lực cục bộ
Bảng 3.2: Giá trị trở lực hình học
Bảng 3.3: Giá trị trở lực ma sát
Bảng 3.4: Thông số của bộ truyền đai

Trang
12
19
23
30
36

40
40
41
45
2


Bảng 3.5: Thơng số bộ truyền xích động cơ băng tải 1-3
Bảng 3.6: Thông số cơ bản của cộ truyền xích băng tải 2-4
Bảng 4.1: Bảng thiết bị ngõ vào/ ra

54
57
72

Danh sách hình
Tên Hình
Hình 1.1: Con Ruốc tươi
Hình 1.2: Đường cong sấy
Hình 1.3: Đường cong tốc độ sấy
Hình 1.4: Sơ đồ ngun lí máy sấy
Hình 3.1 Thơng số cơ bản của quạt ly tâm
Hình 3.2: Bảng tra đai thang theo tiêu chuẩn
Hình 3.3: Bảng tra thơng số quạt hút
Hình 3.4: Vật liệu làm khung của hầm sấy
Hình 3.5: Băng tải teflon
Hình 3.6: Bảng tra động cơ băng tải GM-SHYP
Hình 3.7 Sơ đồ bố trí trục rulo băng tải
Hình 3.8 Sơ đồ bố trí lực trên trục rulo băng tải
Hình 3.9: Biểu đồ moment trên trục rulo băng tải theo trục Oyz

Hình 3.10: Biểu đồ moment trên trục rulo băng tải theo trục Oxz
Hình 3.11: Biểu đồ moment trên trục rulo băng tải
Hình 3.12: Ổ lăn UCP 206
Hình 3.13: Ổ lăn UCT 206

Trang
10
13
13
22
42
43
46
47
49
50
57
58
58
59
60
63
63
3


Hình 4.1 Bộ điều khiển PLC mitsubishi
Hình 4.2 Sơ đồ Mơđun FX 4AD
Hình 4.3 Mơđun FX 4AD
Hình 4.4: Van điều khiển

Hình 4.5: Lưu đồ giải thuật PLC
Hình 4.6: Sơ đồ đấu dây trong PLC
Hình 4.7: Mạch động lực của van điều khiển
Hình 4.8: Mạch điều khiển chương trình khởi động
Hình 4.9: Mạch động lực của các động cơ máy sấy
Hình 4.10: Mạch so sánh giá trị trung bình trên từng kênh
Hình 4.11: Mạch lập trình hệ thống
Hình 5.1: Mơ hình buồng sấy
Hình 5.2: Mơ hình buồng sấy sau khi chia lưới
Hình 5.3: Thiết lặp các Object sau khi chia lưới
Hình 5.4: Thiết lập các điều kiện
Hình 5.5: Thiết lập các điều kiện
Hình 5.6: Thiết lập các điều kiện
Hình 5.7: Thiết lập mơ hình tính tốn
Hình 5.8: Thiết lập mơ hình tính tốn
Hình 5.9: Mơ hình k-ε
Hình 5.10: Mơ phịng dịng khơng khí trong buồng sấy
Hình 5.12: Lập mơ hình tính tốn giàn sấy
Hình 5.13: Lập mơ hình tính tốn giàn sấy
Hình 5.14: Đặt các điều kiện biên cho mơ hình tính tốn giàn sấy
Hình 5.15: Kết quả chuyển vị của kết cấu
Hình 5.16: Kết quả ứng suất của kết cấu
Hình 5.17: Biểu đồ ứng suất của một thanh chịu lực trong kết cấu
Hình 5.18: Mơ hình các ống gia nhiệt
Hình 5.19: Khối tác nhân sấy đi qua
Hình 5.20: Tiến hành chia lưới cho các ống gia nhiệt
Hình 5.21: Tiến hành thiết lập các Object cho các ống gia nhiệt
Hình 5.22: Tiến hành chọn các điều kiện biên cho các ống gia nhiệt
Hình 5.23: Tiến hành thiết lập loại lưu chất cho các ống gia nhiệt
Hình 5.24: Tiến hành thiết lập loại lưu chất cho các ống gia nhiệt

Hình 5.25: Tiến hành thiết lập thông số vận tốc, nhiệt độ cho các ống gia nhiệt
Hình 5.26: Tiến hành thiết lập thơng số vận tốc và nhiệt độ cho các ống gia
nhiệt
Hình 5.27: Tiến hành thiết lập mơ hình tính tốn cho các ống gia nhiệt
Hình 5.28: Tiến hành thiết lập mơ hình tính tốn cho các ống gia nhiệt
Hình 5.29: Vận tốc khơng khí trong các ống gia nhiệt
Hình 5.30: Nhiệt độ trong các ống gia nhiệt
Hình 5.31: Nhiệt độ tác nhân sấy trong các ống gia nhiệt

63
68
69
70
70
73
74
75
76
77
78
79
80
80
81
81
82
83
83
85
85

86
87
87
88
88
89
90
90
91
92
92
93
93
94
94
95
96
96
97
97
4


CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU
1) Tổng quan về nguyên liệu sấy:
1.1) Tổng quan về con Ruốc:

Hình 1.1: con Ruốc tươi
Con Ruốc cịn gọi là tơm trắng nhỏ, tơm nước, da tơm. Nó là một lồi giáp xác,
decapoda , họ tơm anh đào. Cơ thể nhỏ và phẳng, dài 3 đến 4 cm. Cơ thể khơng màu

và trong suốt. ó có giá trị kinh tế lớn. Phân bố rộng rãi ở Ấn Độ Dương, Thái Bình
Dương và Đại Tây Dương.
- Thành phần dinh dưỡng ruốc tươi
Cung cấp protein dồi dào: Ruốc chứa ít calo nhưng lại chứa nhiều chất dinh dưỡng quan
trọng. Trước hết phải kể đến nguồn protetin gần như tinh khiết có trong tơm. Theo phân
tích, trong 100g nguồn dinh dưỡng trong Ruốc tươi có đến 18,4g protein. Cùng với

5


trứng, thịt, cá thì Ruốc cũng là nguồn cung cấp đạm quan trọng trong khẩu phần ăn của
người Việt.
Bổ sung vitamin B12: Vitamin B12 (Cobalamin) là loại vitamin phức tạp nhất tham gia
vào q trình sinh hóa và chuyển hóa năng lượng trong cơ thể con người. Vitamin B12
giữ vai trò quan trọng trong tổng hợp nucleotic, protein, biến dưỡng Carbohydrat và
chất béo. Nếu cơ thể thiếu hụt loại vitamin này có thể dẫn đến mệt mỏi, chóng mặt, cơ
bắp trở nên yếu ớt. Trường hợp nặng hơn là bị tổn hại thần kinh, dễ mắc các bệnh thiếu
máu và mất trí.
Ruốc được xem là một trong những thực phẩm tuyệt vời nhất khi cơ thể cần bổ sung
vitamin B12. Theo phân tích, cứ trong 100g Ruốc chứa 11.5μg vitamin B12. Trong các
loại tôm Ruốc, tôm hùm đất giàu lượng vitamin B12 nhất.
Bổ sung chất sắt: Sắt là thành phần dinh dưỡng thiết yếu cần có cho tất cả các cơ quan
và mô trong cơ thể. Nếu thiếu sắt, cơ thể dễ gặp tình trạng thiếu máu, mệt lả và khó thở.
Để giải quyết những vấn đề sức khỏe đó, hấp thu dinh dưỡng trong Ruốclà cách tốt
nhất. Vì Ruốc là một trong những thực phẩm cung cấp nhiều chất sắt nhất.
Chứa dồi dào lượng selen – ngừa ung thư: Cứ 100g Ruốc tươi cung cấp hơn 1/3 lượng
selen cần thiết hàng ngày. Các bác sĩ khuyên chúng ta nên thường xuyên ăn tôm để
ngăn chặn sự phát triển của tế bào ung thư. Bởi dưỡng chất selen có trong Ruốc được
xem như một “anh hùng” chuyên loại bỏ và thải trừ các kim loại nặng ra khỏi cơ thể.
Cung cấp canxi: Khơng có gì q ngạc nhiên khi người ta thường chọn Ruốc ( tôm)

trong bữa ăn hàng ngày để bổ sung lượng canxi cần thiết cho cơ thể. Vì cứ trong 100g
Ruốc có đến 2000 mg canxi. Khoa học đã chứng minh canxi là yếu tố thiết yếu trong
cấu tạo mơ xương, góp phần hệ xương khỏe mạnh.
Chứa nhiều omega – 3: Dinh dưỡng trong Ruốc chứa rất nhiều omega – 3, chất có tác
dụng chống lại cảm giác mệt mỏi, buồn chán và trầm cảm. Ngoài ra các axit béo
omega-3 cịn giúp chống oxy hóa, đẩy lùi q trình lão hóa.
Hiện nay ruốc biển được sử dụng nhiều vai trò khác nhau: Cung cấp nguồn thực
phẩm dinh dưỡng, chế tạo ra nước mắm, mắm ruốc, và được sử dụng làm thức ăn cho
vật nuôi thủy sản.
Cung cấp nguồn thực phẩm dinh dưỡng cho con người: Ruốc được đánh bắt nhiều ở
vùng biển nông lẫn khởi, đa số chỉ có người dân ở địa phương, khu vực ven biển là sử
dụng được ruốc nhiều. Còn người dân thành phố khách du lịch rất ít được thưởng thức
ruốc tươi mới được đánh bắt.
Chế tạo nước chấm, gia vị: Ruốc là nguyên liệu làm nên nước mắm ngon nhất hiện nay,
nước chấm cho mỗi bữa cơm gia đình. Nước mắm ruốc đặc sản ba miền bạn thưởng
thức chưa?
6


Nguồn thức ăn cho vật nuôi thủy sản: Nhờ hàm lượng dinh dưỡng cao kich thước nhỏ
ruốc tươi hiện nay trở thành nguồn thức ăn cho 1 số loại giống như: ốc hương, baba,
tôm hùm, tôm, cá giống… Tốc độ phát triễn vật nuôi lớn nhanh, giảm 1 số bệnh hay
mắc phải từ tức ăn cơng nghiệp…
Tóm lại: con Ruốc có số lượng lớn theo mùa đồng thời mang lại nguồn lợi kinh tế lớn
nên là công tác vận chuyển và bảo quản nguyên liệu này là cực kỳ quan trọng. Vấn đề
đặt ra là vừa bảo quản lâu vừa giữ lại những giá trị dinh dưỡng quan trọng cũng như các
tiêu chuẩn chất lượng để xuất khẩu và cạnh tranh.
1.2) Tổng quan về quá trình Sấy
1.2.1) Khái niệm về Sấy:
_Tách nước ra khỏi vật liệu rắn hay dung dịch là một quá trình kĩ thuật phổ biến và

quan trọng đối với nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong cơng nghiệp hóa chất và
thực phẩm. Như vậy, sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu nhằm tránh hư hỏng và
tăng độ bền cho sản phẩm trong quá trình bảo quản.
Quá trình sấy được chia ra làm hai giai đoạn:
- Giai đoạn đẳng tốc: tốc độ bay hơi ẩm không thay đổi. Trong giai đoạn này, lượng ẩm
mất đi chủ yếu là ẩm tự do.
- Giai đoạn giảm tốc: tốc độ bay hơi ẩm giảm dần theo thời gian. Trong giai đoạn này,
ẩm mất đi chủ yếu là ẩm liên kết.
Trong công nghệ sau thu hoạch và chế biến nơng sản, sấy là một trong những phương
pháp có lịch sử lâu đời nhất và được sử dụng phổ biến nhất. Mục đích cơng nghệ của
q trình sấy trong công nghệ sau thu hoạch và chế biến nông sản là giảm hàm lượng
ẩm có trong nguyên liệu; từ đó, làm giảm hoạt độ của nước, ức chế các biến đổi do có
sự hiện diện của nước như: sự phát triển của vi sinh vật, sự xúc tác của các enzyme.
Bên cạnh đó, mục đích cơng nghệ của q trình sấy cịn góp phần tạo những biến đổi về
mặt hóa học và cảm quan; từ đó tạo ra những thuộc tính đáp ứng nhu cầu của người tiêu
dùng. Nói cách khác, mục đích của q trình sấy là để kéo dài thời gian bảo quản nơng
sản, góp phần chế biến nơng sản thành sản phẩm có giá trị gia tăng cao
_Sự biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy:
_Đối với nông sản sấy, các đặc trưng liên quan đến chất lượng sau đây thường được
quan tâm.
Vi sinh vật

Hóa học

Vật lý

Dinh dưỡng

- Các độc tố do vi - Các phản ứng tạo Khả năng tái hút ẩm Sự tổn thất vitamin
7

sinh vật gây ra Các vi sinh vật gây
bệnh - Các vi sinh
gây hư hỏng thực
phẩm (hư hỏng về
cấu trúc, tổn thất
dinh dưỡng, mùi vị
xấu…)

màu
(Maillard,
caramel…) - Các
phản ứng oxi hóa Sự thay đổi các
thành phần tạo mùi
- Sự thay đổi thành
phần tạo màu - Sự
biến đổi về thành
phần của một chất
khơng mong muốn
(độc tố…)

- Khả năng hịa tan
- Sự thay đổi cấu
trúc - Sự co lại của
nguyên liệu - Độ
xốp của nguyên liệu
- Sự thay đổi cấu
trúc của các lỗ xốp
trong nguyên liệu. Sự tạo thành lớp vỏ

cứng trên bề mặt
ngun liệu

- Sự biến tính
protein, làm giảm
khả năng tiêu hóa Sự tổn thất các
thành phần có hoạt
tính sinh học (khả
năng chống oxi
hóa).

Bảng 1.1 các đặc trung cơ bản của nơng sản
1.2.2) Động học quá trình sấy
_Động học quá trình sấy là khảo sát sự thay đổi của các thông số đặc trưng của vật sấy
trong quá trình sấy. Khi nghiên cứu động học q trình sấy, các thơng số này thường lấy
giá trị trung bình như độ chứa ẩm U, độ ẩm W, nhiệt độ sấy, tốc độ sấy. Trong q trình
sấy, các thơng số này thay đổi theo thời gian. Trong phần động học sẽ nghiên cứu quan
hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm vật liệu với thời gian và các thơng số của q trình, ví
dụ như tính chất của cấu trúc vật liệu, kích thước vật liệu, các điều kiện thủy động lực
học của tác nhân sấy…từ đó xác định được chế độ sấy, tốc độ sấy và thời gian sấy thích
hợp.
1.2.3) Quy luật cơ bản của quá trình sấy
_Trong kỹ thuật sấy, nếu chế độ sấy tương đối dịu, tức là nhiệt độ và tốc độ của tác
nhân sấy khơng lớn, đồng thời vật có độ ẩm tương đối cao thì quá trình sẽ xảy ra 3 giai
đoạn: giai đoạn làm nóng vật liệu, giai đoạn tốc độ sấy không đổi, và giai đoạn tốc độ
sấy giảm dần. Như đã biết, khi sấy lượng ẩm bốc hơi giảm dần theo thời gian và do đó
tốc độ sấy cũng biến đổi theo thời gian, tức là cũng biến đổi theo độ ẩm của vật liệu

8

Hình 1.2: Đường cong sấy

w

wA

Hình 1.3: Đường cong tốc độ sấy

dw/d

A
B

A

wB

wA

B

wB







wc

Wđ

w

1.2.4) Các nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy
_Tốc độ sấy phụ thuộc vào nhiều nhân tố như: vật liệu sấy, tác nhân sấy, chế độ sấy và
thiết bị sấy. Các nhân tố chủ yếu là:
_Loại vật liệu sấy: từng vật liệu có cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm
khác nhau nên có tốc độ sấy khác nhau
_Hình dạng vật liệu sấy: kích thước, chiều dày lớp vật liệu (chủ yếu về bề mặt F thoát
ẩm tự do của vật liệu). F tỷ lệ thuận với tốc độ ẩm thoát khỏi vật liệu, bề mặt F càng
lớn, sấy càng nhanh.
_Độ ẩm đầu và cuối của vật liệu sấy
_Ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm và vận tốc tác nhân sấy ảnh hưởng của nhiệt độ tác
nhân: Nhiệt độ cao thì thời gian sấy càng giảm và tốc độ sấy tang, hàm ẩm lúc kết thúc
9


giai đoạn thứ nhất càng cao. Đó là lý do chênh lệch nhiệt độ giữa tác nhân sấy và vật
liệu sấy tăng thúc đẩy quá trình bốc hơi
_Ảnh hưởng của tốc độ tác nhân sấy: Tốc độ tác nhân sấy càng lớn thì thời gian sấy
càng giảm, cường độ sấy ở giai đoạn thứ nhất tăng. Hàm ẩm của vật sấy lúc kết thúc
giai đoạn thứ nhất lớn hơn
_Trong giai đoạn này quá trình sấy phụ thuộc vào cấu trúc của vật sấy, sự liên kết của
ẩm với vật liệu sấy
_Ảnh hưởng của loại tác nhân sấy như gió nóng, khói lị…
_Chênh lệch nhiệt đầu và cuối của tác nhân sấy
_Loại máy sấy và phương pháp sấy

1.2.5) Thời gian sấy
_Quá trình sấy tối ưu là quá trình đảm bảo những yêu cầu về chất lượng sản phẩm như
không bị nứt nẻ, không cong vênh, giữ được cả vi lượng, giữ nguyên màu sắc mùi vị,
chi phí năng lượng ít nhất và thời gian sấy ngắn nhất. Như vậy thời gian sấy là một
trong những thông số công nghệ quan trọng. Thông thường thời gian sấy được xác định
theo ba phương pháp: giải tích, thực nghiệm, và giải tích-thực nghiệm
_Do vật liệu sấy có nhiều loại khác nhau. Liên kết ẩm với vật liệu khác nhau, chế độ
sấy khác nhau nên việc tính thời gian sấy dù bằng phương pháp nào cũng rất khó khan
để đảm bảo tính chính xác
_Hiện nay người ta sử dụng một số phương pháp sau đây để tính thời gian sấy: phương
pháp Luikov, phương pháp G.K.Phylonhenko và một số cơng thức khác.
1.2.6) Mục đích của q trình sấy
Q trình sấy có mục đích chính là:
10


_Giảm trọng lượng vật liệu sấy
_Giảm chi phí chuyên chở vật liệu sấy
_Làm tăng giá trị cảm quan cho thực phẩm, giữ được hương vị, màu sắc…
_Ngăn cản vi sinh vật như nấm mốc, nấm men, vi khuẩn phát triển
_Loại bỏ phần nước tự do trong sản phẩm, giảm hoạt độ của nước, làm chậm các quá
trình sinh học giúp bảo quản thực phẩm được lâu hơn.
1.2.7) Ưu nhược điểm của q trình sấy
Ưu điểm:
_Hàm lượng nước cịn lại trong sản phẩm rất thấp (2 – 4%).
_Không làm thay đổi các tính chất tự nhiên của sản phẩm.
_Thời gian bảo quản thực phẩm lâu.
_Ứng dụng rộng rãi, rẻ tiền.
_Áp dụng cho nhiều loại vật liệu sấy, dải nhiệt độ nóng rộng, dễ điều chỉnh cho mỗi

loại vật liệu sấy.
_Nguồn nhiệt phong phú và chi phí cho thiết bị khơng cao.
Nhược điểm:
_Yêu cầu kĩ thuật chế tạo máy, công nghệ sấy khắt khe.
_Kĩ thuật đóng gói phải đảm bảo mơi trường đóng gói có độ ẩm thấp (<30%) và nhiệt
độ thấp (<200C).
_Bao bì phải dùng là polyetylen, bao lớp nhơm và có chứa nitơ.
_Chất lượng sản phẩm khơng cao, màu sắc sản phẩm dễ biến đổi.
_Chi phí năng lượng cao.
1.2.8) Các vấn đề đặt ra đối với việc ứng dụng kỹ thuật sấy hiện nay trên thế giới
và Việt Nam:
_Trong điều kiện phát triển của ngành nông nghiệp và chế biến nông sản hiện
nay, những yêu cầu sau đây đang được quan tâm để có thể nâng cao hiệu quả kinh
tế của việc ứng dụng các phương pháp sấy trong công nghệ sau thu hoạch và chế
biến nông sản:
- Phát triển phương pháp sấy một số loại nguyên liệu để tạo sản phẩm có các
tính chất đặc trưng mà nó khơng thể được tạo ra khi thực hiện theo các theo phương
pháp sấy truyền thống.
- Nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong quá trình sấy.
- Cải thiện chất lượng sản phẩm và quản lý chất lượng sản phẩm trong quá
trình sấy tốt hơn.
- Tìm kiếm các giải pháp để thực hiện q trình sấy an tồn hơn: giảm nguy
cơ cháy nổ, giảm các mối nguy liên quan tác nhân sấy, vận hành an toàn.
11


- Nâng cao hiệu quả kinh tế thông qua việc giảm chi phí thực hiện q trình
sấy.
- Sử dụng năng lượng tái tạo.
- Tối ưu hóa tốc độ bốc hơi ẩm dựa trên đường cong sấy, giảm hiện tượng

sấy quá mức (overdrying).
- Giảm thiểu ô nhiễm môi trường, thân thiện với mơi trường.

1.3) Phân loại các phương pháp sấy
_Q trình sấy có thể tiến hành bay hơi tự nhiên bằng năng lượng mặt trời, năng lượng
gió… gọi là q trình phơi hay sấy tự nhiên. Phương pháp này có ưu điểm tiết kiệm được
nhiệt năng nhưng lại không chủ động điều chỉnh được vận tốc của quá trình theo yêu cầu
kĩ thuật và năng suất thấp. Bởi vậy, trong các ngành công nghiệp, người ta thường tiến
hành sấy nhân tạo. Tùy theo từng kiểu vật liệu mà ta có những cách sấy khác nhau. Trong
kĩ thuật sấy chia ra làm 2 phương pháp sấy, đó là sấy nóng và sấy lạnh.
1.3.1) Phương pháp sấy nóng
+ Ưu điểm: thiết bị sấy đa dạng, áp dụng cho nhiều loại vật liệu sấy, dải nhiệt độ nóng
rộng dễ điều chỉnh cho mỗi loại vật liệu. Nguồn nhiệt phong phú và chi phí cho thiết bị
không cao.
+ Nhược điểm: chất lượng sản phẩm không cao, màu sắc sản phẩm dễ biến đổi và chi
phí năng lượng cao.
Các loại sấy nóng:
+ Sấy đối lưu: là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với tác nhân
sấy (khơng khí nóng, khói lị…).
+ Sấy tiếp xúc: là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp với
vật liệu sấy, tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn.
+ Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng
ngoại do nguồn nhiệt phát ra truyền cho vật liệu sấy.
12


+ Sấy bằng dòng điện cao tần: là phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường
có tần số cao để đốt nóng trên tồn bộ chiều dày của lớp vật liệu.
_Q trình sấy rất phức tạp và khơng ổn định, trong đó đồng thời xảy ra nhiều q trình
như q trình truyền nhiệt từ tác nhân sấy cho vật sấy, dẫn nhiệt trong vật sấy, bay hơi

của ẩm, dẫn ẩm từ trong ra bề mặt của vật liệu sấy, truyền ẩm từ bề mặt vật sấy vào môi
trường sấy
1.3.2) Phương pháp sấy lạnh:
_Nguyên tắc của phương pháp này là tạo sự chênh áp giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy.
Thực hiện bằng cách làm giảm độ chứa ẩm của khơng khí nhờ tách ẩm ở giàn lạnh. Khi
đó, ẩm dịch chuyển từ bề mặt vào môi trường xung quanh, có thể thực hiện ở nhiệt độ lớn
hơn hoặc nhỏ hơn 0oC. Phương pháp sấy lạnh bao gồm các hệ thống: hệ thống sấy lạnh ở
nhiệt độ lớn hơn 0oC, hệ thống sấy chân không thăng hoa, hệ thống sấy chân không.
_Sấy thăng hoa: là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân khơng rất cao, nhiệt
độ rất thấp nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn thành hơi
mà không qua trạng thái lỏng.
1.3.3) Lựa chọn phương pháp sấy:
Sấy nóng
*Nguyên nhân:
+ Nguyên liệu sấy là nông sản
+ Dạng hạt hoặc sợi nhỏ và nhẹ
+ Số lượng sấy lớn nhưng cần ít tốn chi phí và năng lượng
1.3.4) Phương án đề suất
_Cơng nghệ sấy đối lưu chính là sự chuyển động của luồng khơng khí. Chúng được
dùng làm tác nhân sấy nhưng với điều kiện khơng khí trong buồng sấy ln phải nóng,
chuyển động theo vịng tuần hồn trong buồng sấy. Chúng sẽ tác động tới vật phẩm cần
sấy và làm bốc hơi nước, độ ẩm còn dư trong vật phẩm sấy đó. Chính luồng khơng khí
nóng sẽ đưa lượng hơi ẩm này thốt ra ngồi. Từ đó, vật phẩm được sấy khơ hồn tồn.
Đây cũng là ngun lý làm việc của những sản phẩm máy sấy đối lưu, hệ thống sấy
nông sản hiện nay.
_Lượng hơi ẩm sẽ được thốt ra ngồi theo luồng khí nóng từng đợt, hoặc mẻ sấy.
Người ta có thể sử dụng rất nhiều nguồn nhiệt để vận hành quy trình sấy theo cơng
nghệ sấy này mà khơng tốn q nhiều chi phí. Cơng nghệ sấy đối lưu cũng cho chất
lượng nông sản, thành phẩm sấy đạt yêu cầu, khơng dễ bị biến chất hoặc hư hại, có thể
để dùng dần hoặc cung cấp cho những nhà máy chế biến, hoặc đóng gói bán ra thị

trường.
13


_Cơng nghệ sấy đối lưu có thể ứng dụng để sấy cho nhiều loại vật phẩm sấy khác nhau.
Bên cạnh đó, dải nhiệt độ sấy nóng rộng hơn nhiều cơng nghệ sấy khác và dễ dàng điều
chỉnh nhiệt độ sấy khơ theo ý muốn
_Do đó đây là phương án phù hợp với con Ruốc.

Bảng 1.2: các phương án sấy con ruốc:
Sấy đối lưu tự Sấy đối lưu tự Sấy đối lưu Sấy
đối
lưu
nhiên theo từng nhiên liên tục
cưỡng
bức cưỡng bức liên
mẻ
theo mẻ
tục
Đặc
điểm

_Calodife sẽ được đặt phía dưới, theo
tự nhiên tác nhân sấy là khơng khí
nóng sẽ bay lên cao và được quạt hút
thổi ra ngoài, áp suất trong thiết bị sấy
thấp.

_Calodife sẽ được đặt phía trên, tác
nhân sấy là khơng khí nóng sẽ cần

1 lực áp mạnh thổi xuống và được
quạt hút thổi ra ngoài, áp suất trong
thiết bị sấy cao

+ Sấy theo từng mẻ: Sấy từng mẻ lấy + Sấy theo từng mẻ: Sấy từng mẻ
lấy ra cho vào mẻ mởi từng đợt
ra cho vào mẻ mởi từng đợt
+ Sấy liên tục: Sấy bằng băng tải cho + Sấy liên tục: Sấy bằng băng tải
sản phẩm đầu vô và đầu ra liên tục cho sản phẩm đầu vô và đầu ra liên
tục trong suốt thời gian
trong suốt thời gian

14


Ưu
điểm

_Chi phí năng
lượng thấp do
luồng nhiệt theo
tự nhiên đi lên
khơng cần nhiều
năng lượng

_Chi phí năng
lượng thấp do
luồng nhiệt theo
tự nhiên đi lên
khơng cần nhiều

năng lượng

_Hình
dạng
sản phẩm đẹp
mắt, hình dạng
cũng như kích
thước ổn định,
ít bị biến dạng

_Năng suất sấy
lớn, có thể sấy
nguyên liệu với
khối lượng lớn,
phù hợp với quy
mô công nghiệp

_Được ứng dụng
rộng rãi trong
công nghiệp chế
biến nông, lâm,
thủy hải sản và
các chế biến dược
_Buồng sấy có
phẩm, thức ăn
cấu tạo đơn giản,
chăn nuôi.
dễ chế tạo, lắp
đặt, vận hành, _Khả năng sấy
liên tục năng suất

vốn đầu tư ít.
lớn phù hợp với
quy mơ cơng
nghiệp

_Sử
dụng
trong việc sấy
các
ngun
liệu có kích
thước nhỏ nhẹ
và số lượng
lớn như bột,
thủy hai sản
nhỏ, hạt mịn,
nhỏ,..

_Q trình sấy
liên tục khơng
phải theo chu kỳ

_Do khơng có áp
suất cưỡng bức
xuống bề mặt
nên
những
ngun liệu nhỏ
nhẹ sẽ khơng ổn
định trong q

trình sấy, khó
nằm cố định
trong thiết bị sấy

_Chi phí năng
lượng cao do
luồng
nhiệt
cưỡng bức đi
xuống
cần
nhiều
năng
lượng cho quạt
thổi

_Dễ chế tạo, giá
thành chế tạo
thấp, vật liệu gọn
nhẹ do calodife
nằm bên dưới

Nhược
điểm

_Do khơng có áp
suất cưỡng bức
xuống bề mặt nên
những
ngun

liệu nhỏ nhẹ sẽ
khơng ổn định
trong q trình
sấy, khó nằm cố
định trong thiết bị
sấy

_Hầm sấy có
cấu tạo đơn
giản, dễ chế
tạo, lắp đặt,
vận hành, vốn
đầu tư ít.

_Do có áp suất
cưỡng bức xuống
bề mặt nên những
nguyên liệu nhỏ
nhẹ sẽ ổn định
trong quá trình
sấy, nằm cố định
tại vị trí trong suốt
q trình dẫn đến
dễ kiểm sốt nên
là dây chuyền sản
xuất liên tục

_Chi phí năng
lượng cao do
luồng nhiệt cưỡng

bức đi xuống cần
nhiều năng lượng
cho quạt thổi

_Chế tạo phức
tạp, giá thành chế
_Chế tạo phức tạo cao, vật liệu
tạp, giá thành có độ bền tốt do
_Hình dạng sản _Hình dạng sản chế tạo cao, calodife nằm bên
15


phẩm sau khi sấy
khơng đẹp mắt,
kích thước và
hình dáng bị biến
dạng nhiều

phẩm sau khi sấy
khơng đẹp mắt,
kích thước và
hình dáng bị biến
dạng nhiều

_Phù hợp với các
vật liệu sấy có
kích thước trung
bình với lớn.

_Chi phí thiết kế,

lắp đặt, chế tạo và
vận hành lớn, thiết
bị to lớn cồng
kềnh.

vật liệu có độ
bền tốt do
calodife nằm
bên trên.

trên.

_Chi phí thiết kế,
lắp đặt, chế tạo và
vận hành lớn,
_Năng
suất thiết bị to lớn
_Năng suất sấy _Phù hợp với các sấy thấp chỉ cồng kềnh.
thấp chỉ phù hợp vật liệu sấy có phù hợp với _Phù hợp với các
với qui mơ nhỏ kích thước trung qui mơ nhỏ.
vật liệu sấy có
hộ gia đình.
bình với lớn.
kích thước nhỏ,

Phương
án lựa
chọn

mịn

_Phương án cuối cùng được chọn là phương án: Sấy đối lưu cưỡng bức liên
tục:
_Nguyên nhân:
+ Vật liệu sấy là con ruốc có kích thước nhỏ, sợi mịn
+ Sản xuất quy mơ cơng nghiệp cần có năng suất lớn và sản xuất liên tục
+ Sản phẩm đẹp mắt, chất lượng cao có thể cạnh tranh lấy chi phí đó bù
qua chi phí sản xuất máy móc thiết bị và chi phí năng lượng.

16


Hình 1.4: Sơ đồ ngun lí máy sấy
1.3.5) Ngun lí hoạt động của phương án được chọn:
_Tác nhân sấy là khơng khí mơi trường, sau khi được gia nhiệt qua Calorife sẽ được
quạt thổi ly tâm phía trên giàn sấy đẩy xuống.
_Tác nhân sấy đi qua các tầng băng tải, do được gia nhiệt độ ẩm tuyệt đối được tăng lên
đáng kể nhờ đó tách đi 1 phần nước có trong nguyên liệu sấy là con Ruốc.
_Tác nhân sấy sau đó mang hơi ẩm đó ra ngồi bằng quạt hút. Nguyên liệu sấy sau khi
đi qua các tầng băng tải sẽ được đẩy ra công đoạn kế tiếp.
1.4) Lập kế hoạch thực hiện:
- Đặt vấn đề: 1 tuần
- Lên ý tưởng: 2 tuần
- Khảo sát nhu cầu thực tế: 1 tuần
- Xác định yêu cầu kỹ thuật: 1 tuần
- Chọn phương án thiết kế: 1 tuần
17


- Tính tốn thuyết minh: 4 tuần

- Thiết lập bản vẽ: 4 tuần
- Chuẩn bị báo cáo: 2 tuần

Bảng 1.3: Theo dõi và quản lý dự án
Xác định yêu cầu kỹ thuật của bài toán thiết kế:
- Sau khi khảo sát nhu cầu thị trường
- Năng suất : 2000 kg/h
- Sản phẩm:
+ Độ ẩm: 10%
+ Vệ sinh an toàn thực phẩm: dây chuyền làm bằng inox và khép kín
+ Màu sắc: Giữa được màu sắc tự nhiên của con Ruốc
+ Bao bìa: Đẹp mắt có kiểm định
- Tối ưu hóa trang thiết bị
- Tối ưu hóa chi phí
- Bảo vệ môi trường

18


CHƯƠNG II: PHẦN NHIỆT
Cơng thức tính tốn được lấy trong tai liệu Kỹ thuật sấy của Tác Giả: Trần Văn Phú
(2011).. NXB Giáo Dục Việt Nam.
2.1) Tính tốn các thơng số cơ bản
2.1.1. Thông số đầu vào:
_Vật liệu: (chọn vật liệu sấy là con ruốc) có các thơng số sau theo [TL1/t260]:
+ Năng suất máy sấy: G2= 2000 kg/h
+ Đường kính vật liệu: d = 20 mm
+ Khối lượng riêng:

ρ

= 670 kg/m3

+ Nhiệt dung riêng: c = 3,53 kJ/kg độ
+ Hệ số dẫn nhiệt:

λ

= 0,59 W/m.K

+ Độ ẩm ban đầu của vật liệu:
+ Độ ẩm cuối của vật liệu:

ωC

ωd

= 80 %

= 15 %

_Tác nhân: Khơng khí khơ, được gia nhiệt bởi calorife lò hơi.
+ Trước khi vào calorife:

t0 = 32°C , ϕ0 = 80%

+ Sau khi ra khỏi calorife:

t1 = 90°C

+ Nhiên liệu sấy là hơi bão hòa ẩm p = 5 bar
2.1.2) Tính tốn nhiệt:
_Khối lượng con ruốc tươi đưa vào sấy trong 1 giờ
G1 = G2

1 − ω2
1 − 0,15
= 2000
= 8500 ( kg / h)
1 − ω1
1 − 0,8

_Lượng ẩm cần bay hơi trong 1 giờ:
W=

G2 (ω1 − ω2 ) 2000(0,8 − 0,15)
=
= 6500 (kg / h)
1 − ω1
1 − 0,8

19


2.1.3) Q trình sấy lý thuyết:
* Thơng số tác nhân trước khi đưa vào calorife (khí ngồi trời)
_Ta có:
Nhiệt độ khơng khí:
Độ ẩm tương đối:
t0 = 32°C

Với

_Ta được:

t0 = 32°C

ϕ0 = 80%

( Lấy theo nhiệt độ và độ ẩm trung bình hàng năm )

Tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo nhiệt độ

pbh = 0, 04793 (bar )

Độ chứa hơi
d0 =
=

Gh
p
ph
ϕ p
= 0, 621. h = 0, 621.
= 0, 621. 0 bh
Gk
pkk
p − ph
p − ϕ0 pbh

0, 621.0,8.0, 04793
= 0, 02528 ( kg / kgKK )
0,98 − 0,8.0, 04793

Entanpy

I0

:

I 0 = 1, 004t0 + d0 (2500 + 1,842t0 )
= 1, 004.32 + 0, 02528(2500 + 1,842.32) = 96,82 ( KJ / kg )

* Thông số tác nhân sau khi khỏi calorife (trước khi vào ra máy sấy)
_Nhiệt độ tác nhân sấy khi sấy con ruốc bằng sấy thường từ 85 –95
_Ở đây chọn nhiệt độ tác nhân:

°C

t1 = 90°C

Tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo nhiệt độ, ta được:

pbh = 0, 7011 (bar )

_Quá trình gia nhiệt tác nhân sấy trong calorife là quá trình gia nhiệt đẳng độ chứa hơi
d1 = d 0 = 0, 02528 (kg / kgKK )
nên:
Entanpy của tác nhân sấy sau Calorife:
20

I1 = 1, 004t1 + d1 (2500 + 1,842t1 )
= 1, 004.90 + 0, 02528(2500 + 1,842.90) = 157, 75 ( KJ / kg )

Độ ẩm tương đối của tác nhân sấy sau Calorife:
pd 0
0,98.0, 02528
=
= 5, 47%
pbh (0, 621 + d 0 ) 0, 7011( 0, 621 + 0, 02528 )

ϕ1 =

* Thông số tác nhân sau khi ra khỏi máy sấy
_ Đối với quá trình sấy lý thuyết:

I 2 = I1 = 157, 75 ( KJ / kg )

_ Nhiệt độ tác nhân sau khi ra khỏi máy sấy:
Thông thường chọn

t2 = 1,15tu

Nhiệt độ bầu ướt tại điểm 1 tra theo đồ thị I – d với
Do đó:

I u = I1

và

ϕu = 1

là 41

°C

t2 = 1,15tu = 47°C

Tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo nhiệt độ, ta được:

pbh = 0,10684 (bar )

_Độ chứa hơi:
d2 =

I 2 − 1, 005t2
157, 75 − 1, 005.47
=
= 0, 0427 (kg / kgKK )
2500 + 1,842t2
2500 + 1,842.47

_Độ ẩm sau khi sấy:
ϕ2 =

d2 p
0, 0427.0,98
=
= 0, 59 = 59%

(0, 621 + d 2 ) pbh (0, 621 + 0, 0427).0,10684

* Các thơng số khác:
_Lượng khơng khí khơ cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm:
l0 =

1
1
=
= 57, 41 ( kgKK / kg am)
d 2 − d 0 0, 0427 − 0, 02528

_Lượng khơng khí khơ cần thiết để bốc hơi lượng ẩm trong vật liệu sấy:
21


L0 = Wl0 = 6500.57, 41 = 373165 ( kg / h )

_Lượng khơng khí ẩm cần thiết:
GK = L0 (1 + d1 ) = 373165(1 + 0, 02528) = 382599( Kg / h)

_Công suất của calorife:
Q = GK ( I1 − I 0 ) =

382599
(157, 75 − 96,82) = 6475 ( KW )
3600

_Lượng hơi cần cung cấp: ta có phương trình cân bằng nhiệt:
η Gh ( I h − I n ) = Gk ( I1 − I 0 )

Chọn hơi bão hịa ẩm có độ khơ là 0,9. Nước ngưng tụ là nước sôi ở áp suất 5bar, hiệu
suất nhiệt là 90%.
Gh =

Gk ( I1 − I 0 )
η (Ih − In )

Tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo áp suất 5 bar ta được:
I " = 2749 ( KJ / kg )
I ' = 640,1 ( KJ / kg )
I h = I '+ x( I "− I ') = 640,1 + 0,9(2749 − 640,1)
= 2538 ( KJ / kg )
I n = 640,1 ( KJ / kg )
⇒ Gh =

Gk ( I1 − I 0 ) 382599(157, 75 − 96,82)
=
= 13647 (kg / h)
η (Ih − In )
0,9(2538 − 640,1)

_Lưu lượng thể tích tác nhân sấy:
V0 = L0 v0

Trong đó v1,v2 là thể tích khơng khí ẩm của 1kg khơng khí v (m 3/kgKK) theo nhiệt độ
và độ ẩm tương đối khi p = 745 mmHg ( theo phụ lục 5 )
+ Với

( t1 , ϕ1 ) = ( 90°C ;5, 47% )

Nội suy tuyến tính ta được: v1 = 1,094 m3/kgKK
22


+ Với

( t2 , ϕ2 ) = ( 47°C ;59% )

Nội suy tuyến tính ta được: v2 = 0,984 m3/kgKK
vtb =

Lấy trung bình:
Do đó

v1 + v2 1, 094 + 0,984
=
= 1, 034 (m3 / kgKK )
2
2

V0 = L0 v0 = 373165.1, 034 = 385853 ( m3 / h ) = 107 ( m3 / s )

vtns =

_Vận tốc của tác nhân sấy:

v0
107
= 2 = 11 (m / s )

A 1, 4 .5

_Nhiệt lượng tiêu hao Q0:
Q0 = L0 ( I1 − I 0 ) = 373165 ( 157, 75 − 96,82 )
= 22736943 ( KJ / h ) = 6316 ( KW )

2.1.4) Quá trình sấy thực:
_Phương trình cân bằng nhiệt trong quá trình sấy thực:
L ( I1 − I 0 ) + ( G1 − W ) CV + WCa  tv1 + Gct Cct tct1 = L ( I 2 − I 0 ) + G2Cvt v 2 + Gct Cct tct 2 + Qmt

_Trong đó:
•

Q = L ( I1 − I 0 )

:Nhiệt lượng tác nhân sấy nhận được trong calorifer hay nhiệt lượng

tiêu hao.
•
•
•
•
•

( G1 − W ) Cv + WCa  tv1

Gct Cct tct1

: Nhiệt vật lý do thiết bị truyền tải mang vào.

L ( I2 − I0 )

G2Cvtv 2

: Nhiệt vật lý do vật liệu sấy mang vào.

: Nhiệt lượng do tác nhân sấy thải vào môi trường.

: Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang đi.

Gct Cct tct 2

: Nhiệt vật lý do thiết bị truyền tải mang đi.
23


•

Qmt

: Nhiệt lượng tổn thất ra mơi trường.
_Do đó:

Q = L ( I1 − I 0 ) = L ( I 2 − I 0 ) + G2Cv (tv 2 − tv1 ) + Qmt − WCa tv1
_Lượng khơng khí khơ thực tế:
Dễ dàng thấy rằng, phương trình cân bằng ẩm trong q trình sấy thực và lý thuyết
khơng có gì khác nhau nên:

L=

W
6500
=
= 373134,33 ( kg / h)
d 2 − d1 0, 0427 − 0, 02528

_Tính tốn tổn thất nhiệt:
_Tổn thất do vật liệu sấy mang đi:
Nhiệt dung riêng tuyệt đối của con ruốc có thể lấy bằng:

Cvl = 3,53 kJ / kgK

Cv = Cvl (1 − wc ) + Ca wc = 3,53(1 − 0,15) + 4,18.0,15 = 3, 63 ( kJ / kgK )
Ca : nhiệt dung riêng của nước chứa trong vật liệu sấy, có thể lấy bằng 4,18 kJ/kgk.

qv =

G2Cv ( tvl 2 − tvl1 )
W

=

2000.3, 63.(85 − 37)
= 53, 61 ( kJ / kgKKa )
6500

_Tổn thất do thiết bị truyền tải: Do thiết bị truyển tải là băng tải, nằm trong vùng sấy
nên tổn thất truyền tải coi như khơng có.
_Tổn thất ra mơi trường:
α1

là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của tác nhân sấy và phía khơng khí ngồi trời.

Với đối lưu cưỡng bức vận tốc tác nhân sấy.
v > 5( m / s)
v ≤ 5m / s

thì

thì

α1 = 7,5v 0,78 = 7, 5.110,78 = 48, 68 ( W / m 2 K )

α1 = 6,15 + 4,17v
24


Thép dùng làm vách trong là inox 304, có chiều dày 1,5 mm. Có hệ số dẫn nhiệt
λ = 45,3 ( W / m2 K )

Hệ số trao đổi nhiệt giữa mặt ngồi với khơng khí xung quanh
Khi đó hệ số trao đổi nhiệt đối lưu
1

α2

α2

.

bằng:
1

α 2 = 1, 715 ( tconruoc − t0 ) 3 = 1, 715 ( 37 − 32 ) 3 = 2,93 (W / m2 K )

Hệ số truyền K bằng:
k=

1
1
=
= 2, 763 ( W / mK )
1 δ1 1
1
0, 0015
1
+ +
+
+
45,3
2,93
α1 λ1 α 2 48, 68

Diện tích bao quanh hệ thống sấy:

A = 2 × 2,8 × 21 + 2 × 1, 4 × 2,8 + 1, 4 × 21 = 154,84 ( m 2 )

t +t

 90 + 47


kA  1 2 − tvl1 ữ
2, 76 ì154,84
37 ữ
2
= 3, 6
2
 = 7, 46 kJ / kga
qmt = 3, 6 
(
)
W
6500

Tính giá trị

∆

:

∆ = Cat0 − ( qv + qmt ) = 4,18.37 − ( 53, 61 + 7, 46 ) = 93,59 ( kJ / kga )

* Thông số tác nhân sấy sau quá trình sấy thực:
_Độ chứa hơi d2:
Cdx ( d1 ) = 1, 004 + 1,842d1 = 1, 004 + 1,842.0, 02528 = 1, 051 ( kJ / kgK )
d 2 = d1 +

Cdx ( d1 ) ( t1 − t2 )
1, 051( 90 − 47 )
= 0, 02528 +

= 0, 0434 ( kg / kgKK )
r + C ph t2 − ∆
2500 + 1,842.47 − 93,59

_Entanpi I2:
I 2 = C pk t2 + d 2 (2500 + 1,842t2 )
= 1, 004.47 + 0, 0434 ( 2500 + 1,842.47 ) = 159, 45 ( kJ / kgKK )
25