Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy đối lưu thông minh tiệt trùng bằng tia cực tím, năng suất 12 kg nguyên liệu xoài 1 mẻ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN
Sau hơn 5 tháng nỗ lực thực hiện đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu, tính toán,
thiết kế và chế tạo hệ thống sấy đối lưu thông minh tiệt trùng bằng tia cực tím,
năng suất 12 kg nguyên liệu xoài/mẻ” đã hoàn thành. Bên cạnh những nỗ lực cố
gắng học hỏi, nghiên cứu của bản thân, chúng tôi đã nhận được nhiều sự động
viên, giúp đỡ từ phía nhà trường, thầy cô, bạn bè và gia đình.
Đầu tiên, chúng tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy giáo, cô giáo trong
khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm luôn đặt kì vọng và tâm huyết của chính
mình vào chúng tôi, vì một đất nước phát triển hơn, tiến bộ hơn.
Đặc biệt, chúng tôi xin gửi những lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo
TS. Nguyễn Tấn Dũng, ThS Lê Tấn Cường, Ks. Lê Văn Hoàng, Các thầy đã
không quản khó khăn, cực nhọc tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ chúng tôi
trong thời gian qua để có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp của mình.
Nhóm chúng tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị đi trước đã chỉ dẫn
những thiếu sót về kiến thực và kinh nghiệm thực tế để nhóm chúng tôi hoàn
thành được hệ thống thiết bị sấy đối lưu điều khiển bằng hệ thống thông minh.
Mặc dù trong thời gian qua, chúng tôi đã cố gắng để hoàn thành đồ án nhưng
khoảng thời gian và khả năng còn hạn chế. Đây cũng là lần đầu tiên chúng tôi
nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị nên không tránh khỏi
những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô để chúng tôi
hoàn thành tốt nghiên cứu này.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!
TP. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 12 năm 2019

GVHD: PGS-TS. NGUYỄN TẤN DŨNG

i

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong khóa luận tốt
nghiệp là của riêng chúng tôi. Chúng tôi xin cam đoan các nội dung tham khảo
trong khóa luận tốt nghiệp đã được trích dẫn chính xác và đầy đủ theo quy định.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 12 năm 2019

GVHD: PGS-TS. NGUYỄN TẤN DŨNG

ii


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ i
LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................. ii
MỤC LỤC ............................................................................................................ iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................. vii
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................ ix
DANH MỤC KÝ HIỆU ........................................................................................ x
TÓM TẮT KHÓA LUẬN .................................................................................. xii
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1

1.

1.

Dặt vấn đề.................................................................................................. 1

2.

Mục tiêu..................................................................................................... 2

3.

Đối tượng và giới hạn nghiên cứu............................................................. 2

4.

Nội dung đồ án .......................................................................................... 2

5.

Ý nghĩa khoa học....................................................................................... 2

6.

Ý nghĩa thực tiễn ....................................................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ......................................................................... 4

1.1 . Nguyên liệu............................................................................................ 4
1.1.1. Giới thiệu chung về xoài .....................................................................4
1.1.2. Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng .........................................9
1.1.3. Các phương pháp chế biến và bảo quản xoài ......................................9
1.1.5. Tiêu chuẩn chất lượng của xoài sấy khô ...........................................11
1.2. Cơ sở khoa học về sấy.............................................................................. 11
1.2.1. Một số khái niệm cơ bản ...................................................................11

1.2.2. Quá trình sấy .....................................................................................13
1.2.3. Lý thuyết về khử trùng bằng tia cực tím ...........................................27

GVHD: PGS-TS. NGUYỄN TẤN DŨNG

iii


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1.3. Công nghệ sấy .......................................................................................... 28
1.3.1. Sấy tự nhiên .......................................................................................28
1.3.2. Sấy bằng thiết bị. ...............................................................................29
1.4. Công nghệ sấy đối lưu kiểu buồng sấy .................................................... 38
1.4.1. Nguyên lý phương pháp sấy đối lưu kiểu buồng sấy ........................38
1.4.2. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp sấy buồng......................39
1.4.3. Quy trình công nghệ sấy đối lưu xoài ...............................................40
1.5. Hệ thống thiết bị sấy đối lưu .................................................................... 42
1.6. Hệ thống tự động điều khiển .................................................................... 46
1.6.1. Thiết kế hệ thống tự động và nguyên lý hoạt động...........................46
1.6.2. Yêu cầu công nghệ và tự động điều khiển ........................................47
1.6.3. Các thiết bị được sử dụng trong hệ thống .........................................48
1.6.4. Các loại khí cụ điện được dùng trong hệ thống tự động điều khiển .51
1.7. Kêt luận phần tổng quan .......................................................................... 53
2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ THIẾT
KẾ, CHẾ TẠO .................................................................................................... 54
2.1. Phương pháp tiếp cận ............................................................................... 54
2.2. Đối tượng nghiên cứu và tính toán........................................................... 54
2.3. Sơ đồ nghiên cứu và tính toán, xác lập chế độ công nghệ ....................... 55
2.4. Phương pháp nghiên cứu tài liệu, phân tích, tổng hợp ............................ 56

2.5. Phương pháp tính toán và thiết kế............................................................ 56
2.6. Phương pháp chế tạo ................................................................................ 57
2.6.1. Phương pháp hàn ...............................................................................57
2.6.2. Phương pháp uốn ống .......................................................................58
2.6.3. Các phương pháp tiện và phay ..........................................................59
2.7. Phương pháp tự động điều khiển ............................................................. 60
GVHD: PGS-TS. NGUYỄN TẤN DŨNG

iv


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

2.8. Phương pháp đánh giá chất lượng máy và hiệu chỉnh các thông số của
máy bằng thực nghiệm. ................................................................................... 61
2.8.1 Phương pháp xác định hàm mục tiêu độ ẩm cuối của sản phẩm sấy .61

3.

2.8.2.

Phương pháp xác định hàm mục tiêu chi phí năng lượng.............62

2.8.3.

Phương pháp cổ điển tối ưu hóa....................................................62

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ................................. 66
3.1. Xác định các thông số tối ưu cần thiết cho tính toán, thiết kế. ................ 66
3.2. Tính toán kích thước buồng sấy ............................................................... 67

3.2.1. Tính toán thể tích chứa sản phẩm .....................................................67
3.2.2.

Tính toán thể tích và kích thước buồng sấy ..................................67

3.2.3.

Các thông số cần xác định cho các phép tính nhiệt lượng sấy .....68

3.2.4.

Tính nhiệt tải cho hệ thống sấy .....................................................69

3.2.5.

Tính toán chọn điện trờ đốt nóng calorife.....................................79

3.2.6.

Chọn quạt cấp gió..........................................................................79

3.2. Xây dựng bản vẽ ...................................................................................... 80
3.3. Quy trình chế tạo hệ thống sấy đối lưu .................................................... 89
3.3.1. Các bước xây dựng mô hình hệ thống sấy đối lưu ...........................89
3.3.2. Kết quả chế tạo lắp đặt hệ thống sấy đối lưu ....................................93
3.4. Gia công hệ thống tự động điều khiển ..................................................... 93
3.5. Tính toán chi phí sản xuất. ....................................................................... 95
4. CHƯƠNG 4: KHẢO NGHIỆM THỰC TẾ, HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG
VÀ THẢO LUẬN ............................................................................................... 98
4.1. Mục đích. .................................................................................................. 98

4.2. Bố trí thí nghiệm. ..................................................................................... 98
4.3. Kết quả và bàn luận .................................................................................. 98
4.4. Hiệu chỉnh thiết bị. ................................................................................. 102

GVHD: PGS-TS. NGUYỄN TẤN DŨNG

v


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................... 104
KẾT LUẬN ................................................................................................... 104
KIẾN NGHỊ .................................................................................................. 104
PHỤ LỤC .......................................................................................................... 106
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 109

GVHD: PGS-TS. NGUYỄN TẤN DŨNG

vi


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Quả xoài ........................................................................................................... 4
Hình 1.2. Cấu tạo quả xoài .............................................................................................. 5
Hình 1.3. Xoài cát Hòa Lộc ............................................................................................. 7
Hình 1.4. Xoài cát chu ..................................................................................................... 7
Hình 1.5. Xoài bưởi ......................................................................................................... 8

Hình 1.6. Xoài thanh ca ................................................................................................... 8
Hình 1.7. Xoài lát sấy .................................................................................................... 11
Hình 1.8. Đường cong sấy W = f(τ).............................................................................. 15
Hình 1.9. Đường cong tốc độ sấy u = f(W) ................................................................... 16
Hình 1.10. Sơ đồ sấy bằng không khí............................................................................ 17
Hình 1.11. Mô tả quá trình sấy lý thuyết. ...................................................................... 18
Hình 1.12. Mô tả quá trình sấy thực tế. ......................................................................... 20
Hình 1.13. Sấy có bổ sung nhiệt trong phòng sấy. ........................................................ 20
Hình 1.14. Đồ thị sấy có bổ sung nhiệt trong phòng sấy. ............................................. 21
Hình 1.15. Sơ đồ sấy có gia nhiệt giữa chừng. .............................................................. 23
Hình 1.16. Đồ thị sấy có gia nhiệt giữa chừng .............................................................. 23
Hình 1.17. Sấy có không khí hoàn lưu .......................................................................... 24
Hình 1.18. Đồ thị sấy có không khí hoàn lưu. ............................................................... 25
Hình 1.19. AND trước và sau khi chiếu tia cực tím. ..................................................... 28
Hình 1.20. Thiết bị sấy hầm .......................................................................................... 30
Hình 1.21. Thiết bị sấy băng tải .................................................................................... 31
Hình 1.22. Thiết bị sấy buồng ....................................................................................... 31
Hình 1.23. Thiết bị sấy thùng quay ............................................................................... 32
Hình 1.24. Thiết bị sấy phun ......................................................................................... 33
Hình 1.25. Hệ thống sấy hông ngoại ............................................................................. 34
Hình 1.26. Sơ đồ hệ thống sấy chân không ................................................................... 35
Hình 1.27. . Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa tự cấp đông DS – 7 [7]. ............................. 37
Hình 1.28. Nguyên lý phương pháp sấy đối lưu kiểu buồng sấy .................................. 38

GVHD: PGS-TS. NGUYỄN TẤN DŨNG

vii


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Hình 1.29. Sơ đồ quy trình công nghệ ........................................................................... 40
Hình 1.30. Cấu tạo quạt ly tâm điển hình ...................................................................... 43
Hình 1.31. Buồng sấy .................................................................................................... 43
Hình 1.32. Điện trở cánh tản nhiệt ................................................................................ 44
Hình 1.33. Đèn cực tím ................................................................................................. 45
Hình 1.34. Sơ đồ khối hệ thống tự động điều khiển máy sấy đối lưu. .......................... 46
Hình 1.35. Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động trong máy sấy đối lưu.......................... 47
Hình 1.36. Nguồn xung ................................................................................................. 48
Hình 1.37. Màn hình HMI kinco ................................................................................... 49
Hình 1.38. Cảm biến nhiệt độ ........................................................................................ 49
Hình 1.39. Nguyên lý hoạt đọng của biến tần ............................................................... 50
Hình 1.40. Biến tần Toshiba. ......................................................................................... 51
Hình 1.41. Circuit breaker ............................................................................................. 52
Hình 1.42. Công tắc tơ................................................................................................... 52
Hình 1.43. Rờ le trung gian ........................................................................................... 53
Hình 2.1. Sơ đồ nghiên cứu công nghệ ......................................................................... 55
Hình 2.2. Máy tiện ......................................................................................................... 59
Hình 2.3. Máy phay ....................................................................................................... 60
Hình 2.4. Đối tượng công nghệ cần nghiên cứu ............................................................ 63
Hình 3.1. Quá trình chế tạo và lắp ráp hệ thống sấy đối lưu ......................................... 91
Hình 3.2. Thiết bị hệ thống sấy đối lưu tiệt trùng bằng tia cực tím .............................. 93
Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý lắp đặt hệ thống điện cho thiết bị sấy đối lưu .................... 94
Hình 3.4. . Mạch điều khiển động lực của hệ thống sấy đối lưu DSDL - 04 ................ 94
Hình 4.1 Quan hệ giữa y1 = f (x1) và y2 = f(x1) khi x2 = 6 giờ ...................................... 99
Hình 4.2. Quan hệ giữa y1 = f(x2) và y2 = f(x2) khi x1 = 64oC .................................. 99
Hình 4.3. Quan hệ giữa y1 = f(x2) và y2 = f(x2) khi x2 = 5 giờ ...................................101
Hình 4.4. Quan hệ giữa y1 = f(x2) và y2 = f(x2) khi x1 = 64oC ................................ 101
Hình 4.5. Màn hình điều khiển hệ thống sấy đối lưu DSDL - 04 ...............................102

GVHD: PGS-TS. NGUYỄN TẤN DŨNG

viii


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Diện tích và sản lượng xoài một số tỉnh ở nước ta ......................................... 6
Bảng 1.2.Thành phần hóa học của một số giống xoài ..................................................... 9
Bảng 2.1. Thực nghiệm với x2, …, xn = const ............................................................... 63
Bảng 2.2 . Thực nghiệm với x11opt, …, xn = const ......................................................... 64
Bảng 2.3. Thực nghiệm với x11opt, …, xn-1(n-1)opt = const .............................................. 64
Bảng 2.4. Thực nghiệm với x2, …, xn = const ............................................................... 64
Bảng 2.5. Thực nghiệm với x11opt, …, xn = const .......................................................... 65
Bảng 3.1. Thông số có bản cần cho thiết kế .................................................................. 66
Bảng 3.2. Thông số vật lý .............................................................................................. 66
Bảng 3.3. Nhiệt dung riêng của thành phần thực phẩm theo nhiệt độ .......................... 73
Bảng 3.4. Thành phần hóa học của xoài trong 100g ..................................................... 74
Bảng 3.5. Kích thước lớp vỏ trong ................................................................................ 76
Bảng 3.6. Kích thước hai vách buồng cấp gió............................................................... 77
Bảng 3.7. Thông số hệ thống khung .............................................................................. 77
Bảng 3.8. Kích thước bên ngoài buồng sấy hình hộp chữ nhật ..................................... 78
Bảng 3.9. Thống kê chi phí gia công cơ khí .................................................................. 95
Bảng 3.10. Chi phí điện và điều khiển tự động hóa ...................................................... 96
Bảng 4.1.Thí nghiệm với x2 = 6 giờ .............................................................................. 98
Bảng 4.2. Thí nghiệm với x1 = 64oC ............................................................................. 99
Bảng 4.3. Thí nghiệm với x2 = 5 giờ ..........................................................................100
Bảng 4.4. Thí nghiệm với x2 = 6 giờ ...........................................................................100
Bảng 4.5Thông số hoạt động của thiết bị sấy đối lưu .................................................102

GVHD: PGS-TS. NGUYỄN TẤN DŨNG

ix


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC KÝ HIỆU
Ý nghĩa

Thứ nguyên

Thời gian sấy

H

P

Áp suất

bar

φ

Độ ẩm tương đối

%

t

Nhiệt độ

o

W

Lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy

kg

Độ ẩm trong vật liệu sấy trước khi sấy

%

Độ ẩm trong vật liệu sấy sau khi sấy

%

Khối lượng riêng

kg/m3

G1

Lượng vật liệu ẩm trước khi vào máy sấy

kg/h

G2

Lượng vật liệu ẩm trước khi ra máy sấy

kg/h

Gk

Lượng vật liệu khô tuyệt đối

kg/h

Bề dày

mm

Sk

Diện tích đáy mỗi khay sấy

m2

Fng

Diện tích mặt bên ngoài buồng sấy

m2

m

Khối lượng

kg

c

Nhiệt dung riêng

kJ/(kg.K)

Thể tích nguyên liệu tối đa trong buồng sấy

m3

Ký hiệu

GVHD: PGS-TS. NGUYỄN TẤN DŨNG

C

x


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Φ

Độ rỗng của nguyên liệu chứa trên 1 khay

%

Q

Nhiệt lượng

kJ

q

Lượng nhiệt bốc hơi 1 kg ẩm

kJ

λ

Hệ số dẫn nhiệt

W/m.độ

l

Lượng không khí khô cần để bay hơi 1 kg ẩm

kgkkk/kg ẩm

h1, h2

Entalpy

kJ/kgkkk

d

Lượng chứa ẩm

kg ẩm/kgkkk

L

Lượng không khí khô tiêu tốn làm bốc hơi ẩm

kg

N

Công suất nhiệt

W

η

Hiệu suất

-

GVHD: PGS-TS. NGUYỄN TẤN DŨNG

xi


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÓM TẮT KHÓA LUẬN
Đề án tốt nghiệp lần này, chúng tôi đã tập trung nghiên cứu chế tạo hệ thống
sấy đối lưu, tiệt trùng bằng tia cực tím năng suất 12 kg/mẻ và tự động điều khiển
được lập trình trên máy tính. Tham khảo các tài liệu tổng quan và phân tích tổng
hợp các công trình nghiên cứu đã được công bố, chúng tôi có được các thông số
ban đầu được sử dụng cho quá trình tính toán: độ ẩm ban đầu và độ ẩm cuối của
nguyên liệu xoài tươi lần lượt là 85,1% và 10%, nhiệt độ sấy: 65 oC, thời gian
sấy giả định: 10 giờ, thông số của không khí tại TP.HCM tmt = 30oC; φ = 74%; d
≈ 0,0202 kg/kgkkk.
Hệ thống sấy đối lưu được chế tạo bao gồm: buồng sấy dạng hình hộp chữ
nhật có kích thước 700mm x 600mm x 800mm, 12 khay sấy, vách buồng sấy là
inox SUS304 dày 1mm, ở giữa là lớp cách nhiệt bông thủy tinh dày 40 mm; bộ
phận cấp nhiệt là 4 điện trở cánh tản nhiệt, công suất mỗi điện trở là 700W; Quạt
li tâm 3 pha có công suất 1 HP, được điều khiển tốc độ bởi biến tần. Đèn cực tím
UV diệt khuẩn.
Chúng tôi tiến hành xây dựng hệ thống tự động điều khiển bằng chương trình
lập trình trên máy tính và xây quá trình công nghệ cho hệ thống sấy đối lưu. Bên
cạnh đó, thiết kế quy trình hướng dẫn quá trình vận hình thiết bị cho hệ thống sấy
đối lưu và tính toán giá thành thiết bị sấy.

GVHD: PGS-TS. NGUYỄN TẤN DŨNG

xii


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

MỞ ĐẦU
1. Dặt vấn đề

Thực phẩm đối với con người chúng ta là vô cùng quan trọng, con người cần có
thực phẩm để sống, tồn tại và phát triển. Trong nền công nghiệp thực phẩm thế giới
nói chung và ở Việt Nam nói riêng đã và đang phát triển để ngày càng hoàn thiện về
chất lượng cũng như mẫu mã. Để cho thực phẩm, sản phẩm nông sản… đạt được chất
lượng tốt, an toàn cho sức khỏe con người thì một trong những biện pháp đó là chế
biến và bảo quản như gia nhiệt, đông lạnh… Trong đó sấy là một trong các quá trình
bảo quản mà sử dụng nhiệt độ cao để làm giảm lượng nước trong sản phẩm, giảm sự
phát triển của vi sinh vật, điển hình là nấm mốc.
Ví dụ: sản phẩm nông sản là lúa, gạo cần phải được sấy, làm giảm độ ẩm để tránh
nấm mốc phát triển cũng như hạt lúa nảy mầm. Hiện nay, có rất nhiều loại nông sản
bảo quản được trong thời gian dài nhờ phương pháp sấy như chuối, vải, khoai tây, cà
rốt, xoài, mít,…
Việt Nam là một trong những quốc gia có sản lượng xoài lớn trên thế giới, tuy
nhiên xoài chủ yếu được dùng để ăn tươi và một ít xuất khẩu nên thường bị ứ đọng
vào lúc chính vụ. Với sản lượng lớn do thu hoạch đồng loạt nên vấn đề đặt ra là cần
phải xử lý như thế nào để giải quyết tình trạng ứ đọng trên, đồng thời đảm bảo giá trị
kinh tế, chất lượng dinh dưỡng, cung cấp thường xuyên cho người tiêu dùng và giải
quyết tình trạng giá cả bấp bênh cho người trồng xoài.
Do điều kiện công nghệ bảo quản còn nhiều hạn chế nên để giữ được sản phẩm
tươi trong thời gian dài rất khó khăn. Chính vì vậy xoài cần được chế biến, đặc biệt
đối với một số giống xoài có phẩm tốt như Xoài cát Hòa Lộc. Xoài cát Hoà Lộc là
một trong những giống xoài nổi tiếng nhất ở đồng bằng Sông Cửu Long - Việt Nam
và là một trong những loại quả được ưa chuộng bởi màu sắc hấp dẫn, mùi vị thơm
ngon và có giá trị dinh dưỡng cao. Những năm gần đây xoài cát Hòa Lộc đem lại giá
trị kinh tế cao cho bà con nhân dân. Ngày nay, đời sống kinh tế có nhiều cải thiện nên
xu hướng sử dụng các sản phẩm trái cây ngày càng tăng. Ngoài mục đích thưởng

GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng

1

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

thức, xoài sấy còn cung cấp chất dinh dưỡng và Vitamin cho sự phát triển của cơ thể.
Nhằm góp phần giải quyết tình trạng trên và đáp ứng nhu cầu thị trường chúng tôi
thực hiện đề tài “ Tính toán thiết kế hệ thống sấy đối lưu thông minh tiệt trùng bằng
tia cực tím để sấy xoài lát năng suất 12 Kg/mẻ”.

2. Mục tiêu
Nguyên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy đối lưu thông minh tiệt
trùng bằng tia cực tím cho nguyên liệu xoài lát năng suất 12kg/mẻ.

3. Đối tượng và giới hạn nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: hệ thống sấy đối lưu xoài lát năng suất 12 kg/mẻ.
- Phạm vi nghiên cứu:
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động.
- Tính toán cân bằng vật chất, năng lượng.
- Thiết kế hệ thống sấy theo số liệu tính toán.
- Chế tạo hệ thống sấy đối lưu.
- Sấy thử nghiệm và hiệu chỉnh các thông số.

4. Nội dung đồ án
- Tìm hiểu tổng quan về nguyên liệu xoài, công nghệ sấy và lựa chọn công nghệ sấy.
- Tìm hiểu công nghệ sấy đối lưu và thiết bị trong hệ thống sấy đối lưu thông minh.
- Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng trong quá trình sấy.
- Tính toán các thông số, kích thước cho hệ thống sấy đối lưu thông minh.
- Thiết kế và chế tạo hệ thống sấy đối lưu thông minh sấy xoài năng suất 12kg/mẻ.
- Thiết kế và lắp đặt hệ thống điều khiển tự động thông minh.
- Sấy thử nghiệm, hiệu chỉnh thông số của hệ thống.

- Đánh giá hệ thống sấy đối lưu thông minh và sản phẩm thu được.

5. Ý nghĩa khoa học
- Đề tài nhằm tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống sấy đối lưu thông minh, tạo điều kiện
cho việc khảo sát tính chất của các loại nguyên liệu sấy khác nhau.
- Giúp kiểm chứng lại các cơ sở lý thuyết khoa học

GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng

2


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

- Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình sấy.
- Đặc biệt giúp tạo tiền đề cho việc đưa các hệ thống điều khiển tự động thông minh
vào trong đời sống. Thúc đẩy sự phát triển của khoa học kỹ thuật.

6. Ý nghĩa thực tiễn
- Ứng dụng trong ngành chế biến thực phẩm, tạo nên sản phẩm có chất lượng tốt, đạt
hiệu quả kinh tế cao.
- Ứng dụng, sử dụng cho công tác nghiên cứu, giảng dạy ở các trường đại học và viện
nghiên cứu.
- Hệ thống sấy đối lưu thông minh làm cơ sở cho việc thiết kế các hệ thống có công
suất lớn hơn, hiện đại hơn phục vụ cho nhu cầu sản xuất quy mô lớn hơn.
- Tạo tiền đề cho việc ứng dụng hệ thống sấy đối lưu thông minh để sấy các loại vật
liệu ẩm khác, không chỉ là nông sản mà là cả lâm sản và thủy sản.

GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng

3


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.

1.1 . Nguyên liệu
1.1.1. Giới thiệu chung về xoài
1.1.1.1. Nguồn gốc
Xoài thuộc họ đào lộn
hột Anacardiaceae có tên
khoa học là Mangifera
indica. Đây là loại quả nhiệt
đới rất thơm ngon, có hương
vị tổng hợp của đu đủ, dứa,
cam.
Theo tài liệu của FAO,
hiện có 87 quốc gia đang
canh tác cây xoài với tổng
diện tích khoảng 1,8 - 2,3
triệu hécta,
tổng sản lượng hàng năm
khoảng 15 triệu tấn; riêng
"vương quốc xoài" Ấn Độ

Hình 1.1. Quả xoài

có trên 1.100 loại giống,
diện tích trồng xoài với quy mô lớn trên 1 triệu hécta và sản lượng chiếm 70% của
toàn thế giới. Việt Nam hiện có khoảng gần 70.000ha xoài, ngoài ĐBSCL, Khánh
Hòa là vựa xoài thứ hai của cả nước.
Xoài thường được thu hoạch vào khoảng tháng 7 đến tháng 9, thời gian ra hoa tới
khi thu hoạch kéo dài 5 – 7 tháng. Số lượng quả, phẩm chất, tỷ lệ phần ăn được tùy
thuộc vào từng giống xoài.

GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng

4


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1.1.1.2. Cấu tạo quả xoài

Hình 1.2. Cấu tạo quả xoài
1.1.1.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ xoài trên thế giới.
Trên thế giới hiện nay có trên 87 nước trồng xoài với diện tích khoảng 1,8 – 2,2
triệu ha. Vùng Châu Á chiếm khoảng 2/3 diện tích trồng xoài trên thế giới, trong đó
đứng đầu là Ấn Độ ( chiếm 70% sản lượng xoài thế giới với 9,3 triệu tấn). Sau Ấn Độ
là Thái Lan, Pakistan, Philiphin, Banglades, Myanma, Indonesia, Việt Nam, Lào,
Campuchia, miền Nam Trung Quốc. Cũng theo FAO, sản lượng xoài hàng năm trên
thế giới tăng khoảng 2%, trong đó các nước có sản lượng xoài tăng nhanh là Ấn Độ,
Trung Quốc Mêhicô, Pakistan (Trần Thế Tục, 2000).

1.1.1.4. Tình hình sản xuất và tiêu thụ xoài ở Việt Nam
Ở Viêt Nam, xoài là một trong những loại cây ăn quả được trồng phổ biến từ Bắc
vào Nam. Diện tích trồng xoài hiện nay khoảng 70.000 ngàn ha, trong đó có khoảng

42.000 ha đang cho trái với sản lượng ước 250.000 T. Các tỉnh đồng bằng Bắc Bộ và
Đông Bắc trồng ít do khả năng đậu quả kém, hiệu quả kinh tế không cao. Vùng trồng
xoài tập trung từ Bình Định trở vào, nhất là các vùng đồng bằng sông Cửu Long như

GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng

5


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Tiềng Giang, Đồng Tháp, Vĩnh Long;Bến Tre; huyện Cam Ranh tỉnh Khánh Hòa và
một số khu vực khác .
Xoài Việt Nam hiện có tính cạnh tranh thấp vì giống xoài ngon nhất của Việt
Nam hiện nay là Cát Hoà Lộc (xuất xứ từ huyện Cái Bè - Tiền Giang) thì sản lượng
quá ít, không đủ cung cấp cho thị trường nội địa, giá bán lẻ lại lên tới 23.00025.000đ/kg. Xoài cát Chu được người tiêu dùng Nga ưa thích nhưng vỏ quá mỏng,
không thể vận chuyển xa. Thị trường Trung Quốc hút xoài Thanh Ca, xoài Bưởi
nhưng khi Trung Quốc và Thái Lan ký hiệp định thương mại song phương thì không
còn ăn hàng Việt Nam nữa. Xoài Cát Hoà Lộc được coi là tốt nhất để làm nước ép
nhưng sản lượng không đủ qui mô công nghiệp, giá lại quá cao.
Theo đánh giá của các chuyên gia, các nước sản xuất trái cây chủ yếu có khoảng
61% sản lượng được tiêu thụ nội địa ở dạng trái tươi, còn 30% là để chế biến. Như
vậy, ở Việt Nam nếu không chế biến các sản phẩm từ trái cây là một lãng phí lớn.

Bảng 1.1. Diện tích và sản lượng xoài một số tỉnh ở nước ta
Diện tích (ha)

Sản lượng (tấn)

Khánh Hòa

2.025

17.688

Tiền Giang

4.662

36.000

Đồng Tháp

2.898

5.154

Vĩnh Long

1.765

16.486

Cần Thơ

1.645

6.630

An Giang

1.076

24.534

Tỉnh

GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng

6


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1.1.1.5. Một số giống xoài được trồng ở Việt Nam
 Xoài Cát Hòa Lộc :
-

Hình dạng: hình trái xoan, đỉnh nhọn, sắc nét.

-

Trọng lượng: 400 – 500g/trái.

-

Màu sắc: khi chín vỏ vàng nhạt, thịt màu vàng tươi.

-

Vị: ngọt và có mùi thơm.

Hình 1.3. Xoài cát Hòa Lộc
 Xoài Cát Chu:
-

Hình dạng: hình trái xoan, đỉnh tròn

-

Trọng lượng: 300 – 400g/trái

-

Màu sắc: khi chín vỏ vàng xẩm, thịt màu vàng.

-

Vị: ngọt và chua dịu

Hình 1.4. Xoài cát chu

GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng

7


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

 Xoài Bưởi:

-

Hình dạng: quả hơi hơi dài, vỏ bong và dày.

-

Trọng lượng: 300 – 400g/trái

-

Màu sắc: khi chín vỏ và thịt có màu vàng xẩm.

-

Vị: ngọt nồng

Hình 1.5. Xoài bưởi
 Xoài Thanh Ca:
-

Hình dạng: hình trái xoan và nhẵn.

-

Trọng lượng: 250 – 300g/trái

-

Màu sắc: khi chín vỏ và thịt có màu vàng xẩm.

-

Vị: ngọt

Hình 1.6. Xoài thanh ca
GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng

8


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1.1.2. Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng
Thành phần hóa học của một số giống xoài được trình bày ở bảng 1.2

Bảng 1.2.Thành phần hóa học của một số giống xoài
Giống

Chất

Đường

khô

khử (%)

(%)

Lipid

Xơ

Acid

Tro

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

Surose Protein

(%)
Xoài Cát

18,8

3,72

8,81

-

-

-

1,41

0,32

Xoài Thanh

22,3

3,72

12,6

0,73

-

-

0,27

0,86

Xoài Thơm

16,7

3,56

10,06

0,43

-

-

0,27

0,47

Xoài Tượng

12,67

-

-

0,69

0,08

0,93

-

0,83

Xoài Ghép

20,07

3,16

3,16

0,71

0,59

0,59

0,42

0,39

Ca

( Nguồn : Quách Đỉnh và ctv, 1996)

1.1.3. Các phương pháp chế biến và bảo quản xoài
Xoài sau khi thu hoạch được bảo quản hay rấm chín liền tùy theo mục đích sử
dụng. Chế độ bảo quản xoài tùy thuộc vào giống, độ chín, có thể bảo quản ở nhiệt độ
5 – 100C, độ ẩm khoảng 85 – 95 %, thời gian bảo quản được từ 7 ngày đến 4 tuần, có
thể rấm chín trong vòng 2 – 3 ngày ở phòng thoáng, có độ ẩm 85 – 95%, hoặc có thể
rấm bằng đất đèn, etylen để rút ngắn thời gian rấm chín ( Hà Văn Thuyết – Trần
Quang Bình, 2000).

Quả xoài có thể sử dụng dài suốt theo quá trình trưởng thành. Quả thô có thể
dùng làm các sản phẩm như tương ớt – xoài, xoài dầm dưa, các thức uống từ quả xoài
xanh hoặc chín, v.v… Xoài chín được dùng làm nước xoài, mật xoài, mứt xoài dẻo,

GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng

9


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

bánh xoài, xoài xắt lát sấy khô,… Xoài sống có thể làm bột xoài tan liền, xoài dầm
giấm, v.v…
Xoài dạt còn sống có thể làm giấm xoài, bột xoài tan liền, xoài dầm giấm. Phần
ăn được của quả xoài chín cao trên 80%, độ đường trong thịt quả trên 19%. Do đó sẽ
rất kinh tế khi chế biến xoài thành các sản phẩm tiêu dùng.
Vấn đề là chọn dạng sản phẩm chế biến nào thích hợp đối với người tiêu dùng,
dễ sử dụng, tồn trữ lâu, dạng bao bì gọn nhẹ và giá cả phù hợp. Đây là một quá trình
thử nghiệm, giới thiệu và tập xu hướng tiêu dùng. Do đó chúng ta phải khởi đầu bằng
việc giới thiệu ra thị trường, trước hết là thị trường nội địa.
 Một số sản phẩm chế biến từ xoài quả:
 Sản phẩm chế biến từ xoài xanh:
- Xoài dầm giấm : xoài được cắt thành lát mỏng, trộn với muối, đường và một ít giấm.
- Salad xoài : xoài cắt lát mỏng kết hợp với một số loại rau gia vị khá và một ít dầu
thực phẩm.
- Xoài xí muội: xoài được ngâm trong dung dịch nước muối 2 – 3 tháng, sau đó vớt ra
cắt lát nhỏ, ngâm xả bớt muối và ngâm vào dung dịch đường, bổ xung thêm acid citric.
Sản phẩm xoài xí muội có vị chua ngọt, cấu trúc dòn.
- Bột xoài sống, xoài xắt lát, thức uống từ xoài xanh,…
 Sản phẩm chế biến từ xoài chín:

- Xoài sấy: xoài trái cắt thành miếng, ngâm đường, rửa, sấy khô, đóng gói.
- Mứt thịt quả, các thức uống (Xirô, Nectar), xoài nhão, bánh xoài,…
- Xoài sau khi thu hoạch được bảo quản hay rấm chín liền tùy theo mục đích sử dụng.
Chế độ bảo quản xoài tùy thuộc vào giống, độ chín, có thể bảo quản ở nhiệt độ 5 –
100C, độ ẩm khoảng 85 – 95 %, thời gian bảo quản được từ 7 ngày đến 4 tuần, có thể
rấm chín trong vòng 2 – 3 ngày ở phòng thoáng, có độ ẩm 85 – 95%, hoặc có thể rấm
bằng đất đèn, etylen để rút ngắn thời gian rấm chín ( Hà Văn Thuyết – Trần Quang
Bình, 2000).

GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng

10


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1.1.5. Tiêu chuẩn chất lượng của xoài sấy khô
Xoài lát sấy có dạng lát mỏng, màu vàng nhạt, vị ngọt, hương vị đặc trưng của
sản phẩm. Độ ẩm trong khoảng 14 – 16%. Sản phẩm được chế biến nhiều ở Thái Lan,
và một số nước ở Châu Á.

Hình 1.7. Xoài lát sấy
1.2. Cơ sở khoa học về sấy
1.2.1. Một số khái niệm cơ bản
1.2.1.1. Vật liệu ẩm
Vật ẩm là những vật thể có chứa một lượng chất lỏng nhất định. Vật ẩm bao gồm
vật khô tuyệt đối và ẩm. Ẩm trong vật thường là nước, trường hợp đặc biệt là dung
môi hữu cơ. Tỷ lệ ẩm dạng hơi rất nhỏ nên có thể bỏ qua.
Trạng thái của vật liệu ẩm được xác định bởi nhiệt độ và độ ẩm của nó. Độ ẩm
của vật có thể được biểu thị qua độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm toàn phần, độ chứa ẩm và

nồng độ ẩm.

GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng

11


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

 Độ ẩm tuyệt đối (
Độ ẩm tuyệt đối là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng vật
khô tuyệt đối.
Ta có:

.

(1.1)

Trong đó: Gn – khối lượng ẩm chứa trong vật liệu (kg)
Gk – khối lượng vật khô tuyệt đối (kg)
Độ ẩm tuyệt đối có giá trị từ 0 % đến
tuyệt đối và vật có độ ẩm

. Vật có độ ẩm tuyệt đối 0 % là vật khô

là nước.

 Độ ẩm toàn phần (ω)
Độ ẩm toàn phần là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng của
vật ẩm G.

Ta có:
.

(1.2)

Trong đó: G – khối lượng vật ẩm: G = Gn + Gk (kg)
Độ ẩm toàn phần có giá trị từ 0 đến 100%. Vật có độ ẩm toàn phần 0% là vật khô
tuyệt đối và 100% là vật toàn nước. Như vậy độ ẩm toàn phần luôn nhỏ hơn 100%.
Từ độ ẩm tương đối và độ ẩm toàn phần ta có mối quan hệ giữa chúng như sau:
.

(1.3)

Suy ra:
(1.4)
Độ chứa ẩm (u)
Độ chứa ẩm (kg ẩm/ kg vật liệu khô) là tỷ số lượng chứa ẩm trong vật với khối
lượng vật khô tuyệt đối.
Ta có:
(1.5)

GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng

12


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

 Nồng độ ẩm (N)
Nồng độ ẩm (kg/m3) là khối lượng ẩm chứa trong 1m3 vật thể. [1]

Ta có:
(1.6)
Trong đó: V – thể tích vật (m3)

1.2.1.2. Tác nhân sấy
Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật sấy. Các
tác nhân sấy thường là các chất khí như: không khí, khói, hơi quá nhiệt. Chất lỏng
cũng được sử dụng làm tác nhân sấy như các loại dầu, một số loại muối nóng chảy,…
 Không khí ẩm
Không khí ẩm là loại tác nhân sấy thông dụng nhất. Dùng không khí ẩm có nhiều
ưu điểm: không khí có sẵn trong tự nhiên, không độc và không làm ô nhiễm sản
phẩm.
 Khói lò
Sủ dụng khói lò làm môi chất sấy có ưu điểm là không cần dùng calorife, phạm vi
nhiệt độ rộng nhưng dùng khói lò có nhược điểm là khói có thể gây ô nhiễm sản
phẩm do bụi và các chất có hại như CO2, SO2.
 Hơi quá nhiệt
Hơi quá nhiệt dùng làm môi chất sấy trong trường hợp nhiệt độ cao và sản phẩm
sấy là chất dễ cháy, nổ.

1.2.2. Quá trình sấy
1.2.2.1. Định nghĩa quá trình sấy
Sấy là quá trình tách một phần hay phần lớn lượng ẩm có trong vật ẩm. Quá trình
sấy rất phức tạp và không ổn định, trong đó đồng thời xảy ra nhiều quá trình như quá
trình truyền nhiệt từ tác nhân sấy cho vật liệu sấy, dẫn nhiệt trong vật liệu sấy, bay
hơi của ẩm, dẫn ẩm từ trong ra bề mặt của vật sấy, truyền ẩm từ bề mặt vậy sấy vào

GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng

13