Báo cáo môn học tính toán, thiết kế hệ thống sấy bơm nhiệt, sấy thanh long với năng suất nhập liệu 500kg

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
__________________________________________________________

BÁO CÁO ĐỒ ÁN
Đề tài:

TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BƠM
NHIỆT, SẤY THANH LONG VỚI NĂNG SUẤT NHẬP
LIỆU 500Kg/mẻ
GVHD: Trần Lưu Dũng
SVTH:
1. Chu Thị Nga

MSSV: 2005191172

LỚP: 10DHTP6

2. Phạm Thị Thúy Liểu

MSSV: 2005190271

LỚP: 10DHTP6


TP. HCM, THÁNG 12 NĂM 2021


BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
__________________________________________________________

BÁO CÁO ĐỒ ÁN
Đề tài:

TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BƠM
NHIỆT, SẤY THANH LONG VỚI NĂNG SUẤT NHẬP
LIỆU 500Kg/mẻ
GVHD: Trần Lưu Dũng
SVTH:
1. Chu Thị Nga

MSSV: 2005191172

LỚP: 10DHTP6

2. Phạm Thị Thúy Liểu

MSSV: 2005190271

LỚP: 10DHTP6


TP. HCM, THÁNG 12 NĂM 2021


LỜI NÓI ĐẦU

MỤC LỤC

i


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
STT

Chữ viết tắt

Giải thích

1
2
3
4
5
6
7

ii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

iii


DANH MỤC HÌNH ẢNH

iv


DANH MỤC BẢNG BIỂU

v


CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT

1.1. Nhiệm vụ của đồ án
Thiết kế thiết bị sấy Thanh Long bằng bơm nhiệt với năng suất nhập liệu
500kg/mẻ.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng quy trình cơng nghệ sấy Thanh Long bằng bơm nhiệt.
Thiết kế hệ thống sấy bơm nhiệt sấy Thanh Long đạt hiệu quả và năng suất với
công suất nhập liệu là 500kg/mẻ, giúp tăng giá trị kinh tế nông sản mà không làm biến
đổi tính chất vật liệu sấy.
1.3. Nợi dung nghiên cứu
Tổng quan về nguyên liệu Thanh Long.
Lý thuyết về kỹ thuật sấy.
Các biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy.
Tính tốn thiết kế hệ thống sấy Thanh Long sử dụng bơm nhiệt.
Kết luận.
1.4. Tính chất nguyên liệu và sản phẩm
1.4.1. Tính chất vật lý, hóa học của trái Thanh Long
Giá trị dinh dưỡng trong 100g quả thanh long (trong đó có 55g ăn được) như
sau:

Nước 80-90 g.Cacbohydrats 9-14 g.
Protein 0,15-0,5 g.Chất béo 0,1-0,6 g.
Chất xơ 0,3-0,9 g.Tro 0,4-0,7 g.
Năng lượng 35-50 Cal.Canxi 6-10 mg.
Sắt 0,3-0,7 mg.Phosphor 16-36 mg.
Vitamin B1 0,28-0,30 mg.Vitamin B2 0,043-0,045 mg.
Vitamin C 8-9 mg.
1


Giá trị trên có thể thay đổi theo giống và điều kiện trồng.
Hylocereus

Hylocereus undatus

polyrhizus

Thanh long ruột

Thanh long ruột đỏ

trắng,vỏ đỏ

Axit myristic

0,2%

0,3%

Axit palmitic

17,9%

17,1%

Axit stearic

5,49%

4,37%

0,91%

0,61%

21,6%

23,8%

3,14%

2,81%

Axit linoleic

49,6%

50,1%

Axit linolenic

1,21%

0,98%

Axit
palmitoleic
Axit oleic
Cis-axit
vaccenic

2


1.4.2. Đặc tính của đường saccharose( tìm theo tcvn)
1.4.2.1. Cấu tạo hóa học
1.4.2.2. Tính chất
1.4.2.3. Cơng dụng và hàm lượng cho phép
1.4.3. Đặc tính của K2S2O3
1.4.3.1. Cấu tạo hóa học
1.4.3.2. Tính chất
1.4.3.3. Cơng dụng và hàm lượng cho phép
1.4.4. Đặc tính sản phẩm
1.5. Khái quát về sấy và phương pháp sấy
1.5.1. Định nghĩa
Sấy là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật. Tuy nhiên, sấy là một quá
trình cơng nghệ địi hỏi sau sấy, vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn năng
lượng ít và chi phí vận hành thấp.
1.5.2. Bản chất của q trình sấy
Cung cấp năng lượng nhiệt nhằm biến đổi trạng thái pha của chất lỏng trong vật

liệu thành hơi. Cơ chế được mơ tả bằng 4 q trình:
-

Cấp nhiệt vào bề mặt vật liệu

-

Dòng nhiệt từ bề mặt dẫn vào trong vật liệu.

-

Khi nhận được nhiệt lượng, dòng ẩm di chuyển ra ngồi bề mặt.

-

Dịng ẩm từ bề mặt vật liệu đi vào mơi trường xung quanh.

1.5.3. Ứng dụng q trình sấy
-

Nhằm tăng thời gian bảo quản sản phẩm, tránh bị phân hủy

-

Giảm độ kết dính, đóng cục ở các vật liệu dạng bột.

-

Tăng khả năng dẫn nhiệt ( đối với than củi, than quặng, khoáng sản..)

-

Tăng độ bền.
3


-

Chống ăn mòn …

1.5.4. Các phương pháp sấy
1.5.4.1. Phương pháp sấy nóng
Trong phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy và vật liệu sấy được đốt nóng. Do tác
nhân sấy được đốt nóng nên độ ẩm tương đối giảm dẫn đến áp suất hơi nước p am trong
tác nhân sấy giảm, Mặt khác, do nhiệt độ của vật liệu sấy tăng lên nên mật độ hơi
trong các mao dẫn tăng và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu cũng tăng. Được
tính theo cơng thức:
φ=

Pᵣ
2 δρₕ
=exp {−
}
P₀
P ₀ ρᵣ

Trong đó: Pr : áp suất trên bề mặt cột mao dẫn, N/m2
P0 : áp suất trên bề mặt thoáng,N/m2
ߜ∶ sức căng bề mặt thoáng,N/m2

ρₕ : mật độ hơi trên cột dịch thể trong ống mao dẫn,kg/m3
ρ0: mật độ dịch thể, kg/m3
Do có sự phân áp suất giữa bề mặt VLS và TNS nên có sự dịch chuyển ẩm từ
trong lịng VLS ra bề mặt và đi vào môi trường.
Phân loại phương pháp sấy nóng:
- Hệ thống sấy đối lưu: VLS sẽ tiếp xúc lượng nhiệt bằng cách đối lưu nhận từ
khơng khí nóng hoặc khói lị. Hệ thống sấy đối lưu gồm: hệ thống sấy buồng, hệ thống
sấy khí động, hệ thống sấy hầm…
- Hệ thống sấy bức xạ: VLS nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để dẫn ẩm dịch
chuyển từ lòng VLS ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường.Người ta tạo ra độ chênh
lệch
phân áp suất giữa VLS và mơi trường bằng cách đốt nóng vật.
- Hệ thống sấy tiếp xúc: VLS nhận nhiệt từ một bề mặt nóng. Trong hệ thống sấy
tiếp xúc, người ta tạo ra độ chênh lệch áp suất nhờ tăng phân áp suất hơi nước trên
bề mặt VLS. Hệ thống sấy tiếp xúc gồm : hệ thống sấy lô, hệ thống sấy tang…
4


- Hệ thống sấy dùng dòng điện cao tầng hoặc dùng năng lượng điện từ trường: khi
VLS đặt trong môi trường điện từ thì trong VLS xuất hiện các dịng điện và chính
dịng điện này sẽ đốt nóng vật.
a) Ưu điểm phương pháp sấy nóng:
- Thời gian sấy ngắn hơn phương pháp sấy lạnh.
- Năng suất cao và chi phí ban đầu tư thấp.
- Nguồn nhiệt dùng để sấy nóng có thể tận dụng từ các khói lị,hơi nước nóng, hay
các nguồn nhiệt từ dầu mỏ…cho đến điện năng.
- Tuổi thọ HTS nóng cao và sửa chữa đơn giản.
- Giá cả của VLS sau khi sấy rẻ hơn sấy lạnh.
b) Nhược điểm phương pháp sấy nóng:
- Chỉ sấy được các VLS không yêu cầu cao về nhiệt độ.

- Sản phẩm sau khi sấy thường hay biến màu và chất lượng không cao.
- Gây mất nhiều chất dinh dưỡng.
1.5.4.2. Phương pháp sấy lạnh
Trong phương pháp sấy lạnh người ta tạo ra độ chênh áp suất hơi nước giữa VLS
và TNS bằng cách giảm phân áp suất hơi nước trong TNS Ph nhờ giảm độ chứa ẩm d.
Mối quan hệ được thể hiện qua cơng thức:
Pₕ=

B.d
0,621+ d

Trong đó: B là áp suất mơi trường (áp suất khí trời)
HTS lạnh ở t > 0⁰C.
Với HTS này, nhiệt độ VLS cũng như nhiệt độ TNS xấp xỉ bằng nhiệt độ mơi
trường.Trước hết khơng khí được khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh hoặc bằng các
máy khử ẩm hấp thụ. Sau đó được đốt nóng hay làm lạnh đến nhiệt độ yêu cầu rồi cho
đi qua VLS. Khi đó, phân áp suất hơi nước trong TNS bé hơn phân áp suất hơi nước
trên bề mặt VLS nên ẩm từ dạng lỏng sẽ bay hơi và đi vào TNS. Điểm khác nhau giữa
5


2 phương pháp sấy: Trong HTS nóng đối lưu người ta giảm Ph bằng cách đốt nóng
TNS (d = const) để tăng áp suất bão hòa dẫn đến giảm độ ẩm tương đối φ. Cịn trong
HTS lạnh có nhiệt độ TNS xấp xỉ nhiệt độ mơi trường, người ta tìm cách giảm phân áp
suất hơi nước của TNS bằng cách giảm lượng chứa ẩm d khi khơng khí qua dàn lạnh.
a) Ưu điểm phương pháp sấy lạnh:
- Các chỉ tiêu về chất lượng dinh dưỡng, vitamin, mùi vị và màu sắt đều đạt rất
cao.
- Khả năng bảo quản lâu hơn và ít bị tác động bên ngồi.
- Thích hợp với các yêu cầu chất lượng cao, đòi hỏi phải sấy ở nhiệt độ thấp.

- Q trình sấy kín nên khơng bị phụ thuộc vào mơi trường bên ngồi.
b) Nhược điểm của phương pháp sấy lạnh:
- Do yêu cầu chất lượng sản phẩm nên giá thành sản phẩm cao.
- Giá thành thiết bị đầu tư và tiêu hao điện năng lớn.
- Vận hành phức tạp, người vận hành phải có trình độ chuyên môn.
- Không phù hợp với các vật liệu dễ bị ơi thui,mốc vì nhiệt độ sấy thường gần
bằng nhiệt độ môi trường.
- Dễ tắc nghẽn thiết bị làm lạnh do cuốn hút các VLS
1.5.5. Các thiết bị sấy, lựa chọn thiết bị sấy dựa trên đặc tính nguyên liệu
1.5.5.1. Tính chất vật liệu sấy
Rất ít máy sấy thích hợp cho nhiều loại sản phẩm có hình dạng khác nhau. Việc
lựa chọn máy sấy phụ thuộc vào : hình dáng, kích thước và thành phần hóa học của vật
liệu sấy, dạng vật liệu (dạng lát, dạng cục, dạng bột, dạng đặc, dạng lỏng…). Ngoài ra
cần biết sự thay đổi hình dạng và trạng thái của vật liệu trong quá trình sấy như sự co
lại, sự rạn nứt…tính chất nào bị thay đổi mạnh nhất.
1.5.5.2. Hình dạng, kích thước
Đối với nguyên liệu giàu tinh bột, lớp sấy dày (thường sấy chậm) : sử dụng
phòng sấy, hầm sấy, tháp sấy…
6


Đối với vật liệu rời, nhỏ và lớp sấy mỏng: sử dụng máy sấy nhanh, như máy sấy
phun, máy sấy khí động, hoặc máy sấy trục lăn. Để sấy nhanh người ta có thể làm nhỏ,
làm mỏng vật liệu trước khi sấy.
Đối với lớp sấy mỏng: có thể dùng máy sấy bức xạ. Có thể sử dụng máy sấy có
kết cấu cơ học đặc biệt để phân bố đều VLS.
Ví dụ: máy sấy cánh đảo, máy sấy thùng quay, máy sấy đĩa quay…có thể kết
hợp với máy sấy nghiền trục vít.
1.5.5.3. Tính chất ẩm
Để bốc ẩm tự do : dùng những máy sấy tuần hoàn để tiết kiệm năng lượng( có

thể tách ẩm tự do và ẩm dính ướt nhanh nhất bằng ly tâm và ép). Đối với vật liệu keo:
có thể sử dụng máy sấy nhanh, sau khi nguyên liệu được xử lý thành dạng bột và lớp
sấy mỏng.
Để tách nước liên kết người ta thường sử dụng máy sấy, mà ở đó sản phẩm sấy
chịu được nhiệt độ cao hơn.
Người ta cũng cần chú ý đến độ ẩm ban đầu và độ ẩm cuối của sản phẩm.
1.5.6. Không khí ẩm
1.5.6.1. Khái niệm cơ bản
Khơng khí ẩm là một hỗn hợp của khơng khí khơ (gồm O2, N2, CO2…) và hơi
nước. Khơng khí thơng thường dù ít hay nhiều đều chứa một lượng hơi nước và một
phần nhỏ các khí khác, trong kỹ thuật khơng khí ẩm là một chất môi giới được sử dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Ví dụ trong kỹ thuật sấy khơng khí ẩm đóng vai trị chất
tải ẩm, trong nhiều lĩnh vực khác như kỹ thuật thơng gió vệ sinh cơng nghiệp, kỹ thuật
điều hịa nhiệt độ… đều có liên quan với đặc tính xử lý khơng khí ẩm.
1.5.6.2. Các loại khơng khí ẩm
Phụ thuộc vào lượng hơi nước có chứa trong khơng khí ẩm mà ta có thể chia
khơng khí ẩm ra làm hai loại là khơng khí ẩm bão hịa (Saturated Moist Air) và khơng
khí ẩm chưa bão hịa (Unsaturated Moist Air).

7


Khơng khí ẩm chưa bão hịa: Là trạng thái mà hơi nước cịn có thể bay hơi thêm
vào được trong khơng khí, nghĩa là khơng khí vẫn cịn tiếp tục có thể nhận thêm hơi
nước.
Khơng khí ẩm bão hịa: Là trạng thái mà hơi nước trong khơng khí đã đạt tối đa
và khơng thể bay hơi thêm vào đó được. Nếu tiếp tục cho bay hơi nước vào khơng khí
thì có bao nhiêu hơi bay vào khơng khí sẽ có bấy nhiêu hơi ẩm ngưng tụ lại.
Khơng khí ẩm q bão hịa: Là khơng khí ẩm bão hịa và cịn chứa thêm một
lượng hơi nước nhất định. Tuy nhiên trạng thái q bão hịa là trạng thái khơng ổn

định và có xu hướng biến đổi đến trạng thái bão hịa do lượng hơi nước dư bị tách dần
ra khỏi không khí. Ví dụ như trạng thái sương mù là khơng khí q bão hịa.
1.5.6.3. Các thơng số đặc tính khơng khí ẩm
Độ ẩm tuyệt đối ρh, (kg hơi nước/m3 )
ρ=

Gₕ
V

Gọi:
Gh – lượng hơi nước chứa trong khơng khí ẩm, kg hơi nước
Vkka – thể tích của khối khơng khí ẩm đang khảo sát, m
Lúc đó, ta gọi độ ẩm tuyệt đối là tỷ số sau đây:
Độ ẩm tương đối φ, %
Độ ẩm tương đối là tỉ số giữa lượng hơi nước hiện có trong khối khơng khí ẩm
đang khảo sát so với lượng hơi nước chứa trong khơng khí đó khi nó được làm cho bão
hịa ở nhiệt độ khơng đổi.
φ=

Gₕ
Gₘₐₓ

Trong đó:
Gh – lượng hơi nước có chứa trong khơng khí ẩm đang khảo sát, kg hơi nước.
Gmax – lượng hơi nước chứa trong khơng khí đó khi nó được làm cho bão hịa ở
nhiệt độ khơng đổi, kg hơi nước.
8


Độ chứa hơi (kg hơi/kg khơng khí khơ)

Được xác định như sau:
d=

Gₕ
Gₖ

Trong đó:
d – độ chứa hơi, kg hơi nước/kg khơng khí khơ.
Gₕ – lượng hơi nước có chứa trong khơng khí ẩm đang khảo sát, kg hơi nước.
Gk – lượng khơng khí khơ chứa trong khơng khí ẩm đang khảo sát, kg khơng khí
khơ.
Enthalpy của khơng khí ẩm
I =iₖ+ d . iₙ

Nếu quy ước chọn điểm gốc tại t = 0oC và p = 101,325 kPa thì:
ik = 1,004t
Trong đó:
ik – Enthalpy của khơng khí khơ có trong khơng khí ẩm đang khảo sát, kJ/kg
khơng khí khơ.
ih – Enthalpy của hơi nước có trong khơng khí ẩm đang khảo sát, kJ/kg hơi nước.
I – Enthalpy của khơng khí ẩm, kJ/kg khơng khí khơ.
t – nhiệt độ khơng khí ẩm, oC.
Như vậy, ta có thể tính enthalpy khơng khí ẩm bằng công thức sau:
I =1,004 t + ( 2500+1,842t ) . d

Để thuận tiện trong tính tốn, ta có thể dùng công thức sau:
I =t+ ( 2500+2 t ) . d

Nhiệt hiện và nhiệt ẩn
Từ cơng thức dùng để tính enthalpy của khơng khí ẩm, ta có thể viết lại như sau:

I =( 1,006+1,84 d ) t +2500,77 d

9


Thành phần thứ nhất của vế phải được gọi là nhiệt hiện, thành phần thứ hai gọi là
nhiệt ẩn. Vì giá trị của 1,84d chỉ chiếm khoảng 3% so với tổng (1,006 + 1,84d) nên ta
có thể xem gần đúng tổng số (1,006 + 1,84d) = cₚ = 1,024 kJ.(kg.K)-1 . Như vậy, thành
phần nhiệt hiện đã nói ở trên có thể hiểu là nhiệt lượng để làm cho 1 kg khơng khí biến
đổi nhiệt độ từ 0oC đến giá trị t. Cịn q trình nào làm cho độ chứa hơi thay đổi thì
q trình đó có xuất hiện nhiệt ẩn.
1.6. Ý nghĩa đề tài
( phần này nói đến tình hình thu hái, tiêu thụ và bảo quản sau đó nói tại sao lại
phải làm đề tài)
CHƯƠNG 2:

QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ

10