THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY KHOAI TÂY SỬ DỤNG BƠM NHIỆT NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 250KG/MẺ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.08 MB, 79 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CƠNG NGHỆ

ĐỒ ÁN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY KHOAI TÂY
SỬ DỤNG BƠM NHIỆT
NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 250KG/MẺ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
TS. Lương Huỳnh Vủ Thanh

SV THỰC HIỆN:
Nguyễn Thị Ngọc Diệp B1506994
Ngành: CN Kỹ thuật hóa học – Khóa 41

Tháng 5/2019

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

MỤC LỤC

MỤC LỤC ............................................................................................................... i
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... v
LỜI MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 TỞNG QUAN VỀ KHOAI TÂY ........................................................ 2

1.1 Ng̀n gớc lịch sử .......................................................................................... 2
1.2 Khoai tây ở Việt Nam..................................................................................... 2
1.3 Phân bố và sản lượng...................................................................................... 3
1.4 Thành phần hóa học ....................................................................................... 5
1.5 Giá trị dinh dưỡng .......................................................................................... 7
1.6 Công dụng ...................................................................................................... 8
1.7 Thông số vật lý của khoai tây ......................................................................... 9
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY............................. 10
2.1 Khái niệm..................................................................................................... 10
2.2 Bản chất ....................................................................................................... 10
2.3 Mục đích ...................................................................................................... 10
2.4 Phân loại quá trình sấy ................................................................................. 10
2.4.1 Phương pháp sấy nóng ........................................................................... 10
2.4.2 Phương pháp sấy lạnh ............................................................................ 11
2.5 Lựa chọn phương pháp sấy ........................................................................... 13
CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ............................................................. 14
.............................................................................................................................. 16
CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỚNG SẤY KHOAI TÂY .............. 18
4.1 Các thơng sớ ban đầu.................................................................................... 18
SV:Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang i

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

4.1.1 Vật liệu sấy ............................................................................................ 18
4.1.2 Tác nhân sấy .......................................................................................... 18

4.2 Xây dựng quá trình sấy lý thuyết trên giản đồ I – d ...................................... 19
4.2.1 Đồ thị I – d ............................................................................................. 19
4.2.2 Tính toán quá trình sấy ........................................................................... 19
4.2.3 Tính toán tốc độ sấy và thời gian sấy ...................................................... 22
4.2.4 Tính toán nhiệt quá trình ........................................................................ 24
4.3 Tính tốn và chọn kích thước b̀ng sấy ....................................................... 25
4.4 Xây dựng quá trình sấy thực tế trên đồ thị I – d ............................................ 27
4.4.1 Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy thực tế ................................................ 27
4.4.2 Đồ thị I – d ............................................................................................. 32
4.4.3 Tính toán quá trình sấy thực tế ............................................................... 33
4.4.4 Tính tốn nhiệt q trình sấy thực tế....................................................... 34
CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BƠM NHIỆT ..................................... 37
5.1 Các thánh phần cơ bản của bơm nhiệt........................................................... 37
5.1.1 Môi chất và cặp môi chất ....................................................................... 37
5.1.2 Máy nén lạnh ......................................................................................... 37
5.1.3 Các thiết bị trao đổi nhiệt ....................................................................... 37
5.1.4 Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt .............................................................. 37
5.2 Chọn môi chất nạp và các thông số của môi chất .......................................... 38
5.2.1 Chọn môi chất nạp ................................................................................. 38
5.2.2 Nhiệt độ ngưng tụ .................................................................................. 38
5.2.3 Nhiệt độ bay hơi..................................................................................... 38
5.2.4 Nhiệt độ hơi hút ..................................................................................... 39
5.3 Chọn và tính chu trình bơm nhiệt máy lạnh .................................................. 39
5.3.1 Chọn chu trình ....................................................................................... 39
5.3.2 Xây dựng đồ thị và xác định giá trị tại các điểm nút ............................... 40
5.3.3 Tính tốn chu trình ................................................................................. 42
SV:Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang ii

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

5.4 Tính tốn các thiết bị trao đởi nhiệt của bơm nhiệt ....................................... 43
5.4.1 Dàn ngưng ............................................................................................. 43
5.4.2 Dàn bay hơi............................................................................................ 49
5.4.3 Chọn thiết bị hồi nhiệt ............................................................................ 55
5.4.4 Tính chọn máy nén ................................................................................. 60
5.5 Chọn đường ống dẫn môi chất ...................................................................... 65
5.5.1 Đường ống đẩy: ..................................................................................... 65
5.5.2 Đường ống hút ....................................................................................... 65
5.6 Tính toán trở lực và chọn quạt ...................................................................... 66
5.6.1 Tính toán đường ống dẫn tác nhân sấy ................................................... 66
5.6.2 Tính toán trở lực của hệ thống ................................................................ 67
5.6.3 Tổn thất qua các thiết bị của hệ thống .................................................... 68
5.6.4 Chọn quạt ............................................................................................... 69
CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH THIẾT BỊ ............................................. 71
CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN ...................................................................................... 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 73

SV:Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang iii

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

DANH MỤC HÌNH
Hình 1-1 : Củ khoai tây ........................................................................................... 2
Hình 3-1 Lát khoai tây sau sấy .............................................................................. 15
Hình 4-1 Đồ thị I-d của quá trình sấy lý thuyết ...................................................... 19
Hình 4-2: Xây dựng quá trình sấy thực tế trên đồ thị I - d ...................................... 27
Hình 4-3 Bề mặt truyền nhiệt................................................................................. 29
Hình 4-4 Đồ thị I-d trên thực tế ............................................................................. 32
Hình 5-1 Sơ đồ máy nén lạnh 1 cấp dùng thiết bị hồi nhiệt .................................... 40
Hình 5-2 Chu trình biểu diễn trên đồ thị T – s và p - i của môi chất ....................... 40
Hình 5-3 Cấu tạo của dàn ngưng............................................................................ 44
Hình 5-4 Cấu tạo dàn bay hơi ................................................................................ 50
Hình 5-5 Cấu tạo thiết bị hồi nhiệt ......................................................................... 55

SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang iv

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1-1 Sản xuất khoai tây theo vùng, 2017 .......................................................... 3
Bảng 1-2 Nhà sản suất khoai tây hàng đầu năm 2017 .............................................. 4
Bảng 1-3 Tình hình sản xuất khoai tây của Việt Nam qua các năm .......................... 4
Bảng 1-4 Sự phân bố các chất trong củ khoai tây (%) .............................................. 5
Bảng 1-5 Thành phần hóa học trung bình của củ khoai tây (%) ............................... 6
Bảng 1-6 Giá trị dinh dưỡng trên 100g khoai tây ..................................................... 7

Bảng 4-1 Các thông số tác nhân sấy ...................................................................... 22
Bảng 4-2 Thời gian sấy.......................................................................................... 24
Bảng 4-3 Thông số thiết bị .................................................................................... 27
Bảng 4-4 So sánh quá trình sấy thực tế và lý thuyết .............................................. 36
Bảng 5-1 Các thông số tại các điểm nút của đồ thị của R22 .................................. 41
Bảng 5-2 Các thông số của môi chất lạnh tại điều kiện tiêu chuẩn để chọn máy nén
.............................................................................................................................. 63
Bảng 5-3 Tổn thất khí động bên trong hệ thống sấy ............................................... 68
Bảng 5-4 Kết quả tính toán và chọn các thiết bị cho bơm nhiệt .............................. 70
Bảng 6-1 Tính toán sơ bộ giá thành thiết bị ........................................................... 71

SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang v

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

LỜI MỞ ĐẦU
Việt Nam là một nước nhiệt đới có nhiều điều kiện để phát triển ngành trờng
trọt và chế biến rau quả. Tuy nhiên, tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch là rất lớn. Nguyên
nhân chính là do công nghệ chế biến và bảo quản của chúng ta còn lạc hậu nên đã
làm cho rau quả của Việt Nam có giá trị thấp trong thị trường trong nước cũng như
xuất khẩu, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến đời sớng của người nơng dân, vì vậy
việc nghiên cứu đưa ra các quy trình công nghệ cũng như ứng dụng triển khai
chuyển giao các kết quả nghiên cứu, các quy trình cơng nghệ bảo quản, chế biến rau
quả, đóng vai trò hết sức quan trọng trong chiến lức phát triển ngành rau quả. Một
trong các phương pháp giúp bảo quản tốt các loại nông sản-thực phẩm là sấy, được

sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp và giữ vai trị quan trọng
trong đời sớng.
Khoai tây là một loại củ chứa rất nhiều dinh dưỡng, vitamin, khống chất cần
thiết cho con người. Khoai tây sấy khơ là sản phẩm được nhiều người ưa chuộng,
tuy nhiên hầu hết các sản phẩm này đều được sấy bằng phương pháp sấy nhiệt với
các thiết bị đơn giản, vì vậy chất lượng sản phẩm này khơng cịn giữ được như ban
đầu. Gần đây, các nhà khoa học đã nghiên cứu tạo ra phương pháp sấy lạnh khắc
phục được những nhược điểm của sấy nhiệt độ cao để tạo ra sản phẩm có hương vị
tự nhiên, chứa nhiều vitamin, tốt cho sức khỏe con người.
Đó cũng là lý do trong đồ án này, em sẽ thiết kế thiết bị sấy khoai tây sử dụng
bơm nhiệt ở nhiệt độ thấp. Đây là lần đầu tiên tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thớng
sấy mang tính chất đào sâu chun ngành, do kiến thức và tài liệu tham khảo còn
hạn chế nên em khơng thể tránh khỏi sai sót trong q trình thiết kế. Em xin chân
thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của Thầy Lương Huỳnh Vủ Thanh để
em có thể hồn thành tớt đờ án này.
Cần thơ, ngày….tháng….năm….
Sinh viên thiết kế
Nguyễn Thị Ngọc Diệp

SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang 1

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

CHƯƠNG 1 TỞNG QUAN VỀ KHOAI TÂY
1.1 Ng̀n gốc lịch sử

Khoai tây tên khoa học là Solanum tuberosum, thuộc họ Cà (Solanaceae), là
loại cây nông nghiệp ngắn ngày, trồng lấy củ chứa tinh bột. Chúng là loại cây trồng
lấy củ phổ biến nhất thế giới và là loại cây trồng phổ biến thứ tư về mặt sản lượng
tươi – xếp sau lúa, lúa mì và ngô. Lưu trữ khoai tây dài ngày đòi hỏi bảo quản trong
điều kiện lạnh [1].
Đến nay nhiều tài liệu cho thấy khoai tây có nguồn gốc hoang dại, từ Trung và
Tây Nam Mỹ, đặc biệt tập trung vùng Chi Lê và các đảo xung quanh vùng. Nhiều
cuộc thám hiểm của Liên Xô (cũ) trước đây đã xác nhận rằng: trung tâm thứ 2 của
khoai tây cịn có ng̀n gớc ở Mexico và hiện nay người ta còn bắt gặp rất nhiều
khoai tây dại ở đây. Xưa kia, người Inca trồng rất nhiều khoai tây và đã được coi là
nguồn lương thực chính [2].
Lịch sử cũng đã ghi chép rằng, nửa thế kỉ XI, khoai tây mới được đưa vào
châu Âu, nhưng tiếp thu rất dè dặt. Đến thế kỉ XII, khoai tây đã cứu sống hàng triệu
người dân Anh, Đức, Ailen,…thoát khỏi nạn đói khủng khiếp. Từ đó khoai tây đã
được trồng phổ biến khắp nơi, trở thành một trong những cây lương thực chủ yếu
của loài người. [2]
1.2 Khoai tây ở Việt Nam
Theo nhiều tài liệu chưa đầy đủ cho rằng khoai tây được trồng từ năm 1890 do
Pháp mang đến. Năm 1901, khoai tây được trồng ở Tú Sơn – Hải Phịng, 1907 được
trờng ở Trà Lĩnh – Cao Bằng, 1917 được trồng ở Thường Tín – Hà Tây. Hiện nay
khoai tây được trồng hầu hết ở các tỉnh khắp cả nước, đặc biệt là các tỉnh vùng châu
thổ sông Hồng, Đà Lạt, Lâm Đồng [2].

Hình 1-1 : Củ khoai tây

SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang 2

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

1.3 Phân bố và sản lượng
Hiện nay, khoai tây đã có mặt trên 100 quốc gia, hiện là cây trồng đứng thứ ba
trên thế giới với sản lượng và diện tích không ngừng gia tăng ở khắp nơi, trong đó,
Trung Quốc và Ấn Độ hiện là hai quốc gia có sản lượng khoai tây cao nhất thế giới
Bảng 1-1 Sản xuất khoai tây theo vùng, 2017

Diện tích thu
hoạch

Sản lượng

Năng suất

ha

tấn

tấn/ha

Châu Phi

1 892 633

25 011 823

13,2

Châu Á

10 209 139

195 668 682

19,2

Châu Âu

5 365 045

121 761 565

22,7

Châu Mĩ

1 797 479

44 173 458

24,6

38 345

1 575 147

41,1

19 302 642

388 190 674

20,1

Châu Đại Dương
THẾ GIỚI

Nguổn: FAOSTAT

SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang 3

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

Bảng 1-2 Nhà sản suất khoai tây hàng đầu năm 2017

Số lượng (triệu tấn)
Trung Quốc

99,2

Ấn Độ

48,6

Nga Fed

29,6

Ukraina

22,2

Hoa Kỳ

20,0

Đức

11,7

Bangladesh

10,2

Ba Lan

9,2

Netherlands

7,4

Pháp

7,3

Nguổn: FAOSTAT

Bảng 1-3 Tình hình sản xuất khoai tây của Việt Nam qua các năm

Diện tích

Sản lượng

Năng suất

ha

tấn

Tấn/ha

2011

22 611

311 604

13,8

2012

27 585

403 717

14,7

2013

23 077

313 383

13,6

2014

22 823

321 700

14,1

2015

21 767

318 321

14,7

2016

21 173

302 229

14,3

2017

20 480

303 675

14,8

Năm

Nguổn: FAOSTAT

SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang 4

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

1.4 Thành phần hóa học

Nếu phân tích các lát khoai tây dày 3mm cắt từ ngoài vào trong thấy sự phân
bố các chất trong củ như sau:
Bảng 1-4 Sự phân bố các chất trong củ khoai tây (%)

Số thứ tự lát cắt khoai từ vỏ vào trung tâm
Thành phần
1

2

3

4

5

6

7

Nước

77,4

70,4

69,7

70,4

71,3

72,9

76,3

Chất khô

22,6

29,6

30,3

29,6

28,7

27,1

23,7

Tinh bột

14,1

23,7

24,7

23,9

23

21,3

18,1

Protide

2,01

1,48

1,41

1,48

1,04

1,8

2

Nitrogen hòa tan

0,1

0,07

0,08

0,08

0,11

0,18

0,16

(Nguồn: Bùi Đức Hợi, Kỹ Thuật Chế Biến Lương Thực, tập 2, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội)

SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang 5

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

Thành phần hóa học của củ khoai tây dao động trong khoảng khá rộng tùy
thuộc giống, chất lượng giống, kĩ thuật canh tác, đất trồng, khí hậu,…
Bảng 1-5 Thành phần hóa học trung bình của củ khoai tây (%)

Thành phần

%

Nước

75

Chất khô

25

Tinh bột

18,5

Nitrogen

2,1

Chất xơ

1,1

Tro

0,9

Lipid

0,2

Các chất khác

2,2

( Nguồn: Bùi Đức Hợi, Kỹ Thuật Chế Biến Lương Thực tập 2, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội)

SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang 6

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

1.5 Giá trị dinh dưỡng
Bảng 1-6 Giá trị dinh dưỡng trên 100g khoai tây

Thành phần

Giá trị

Năng lượng

321 KJ (77 Kcal)

Carbohydrates

18,4 g

Tinh bột

15 g

Chất xơ

2,2 g

Lipid

0,1 g

Protein

2g

Nước

79,3 g

Thiamin (vitamin B1)

0,1 mg (7%)

Niacin (vitamin B3)

1,1 mg (1%)

Vitamin B6

0,3 mg

Vitamin C

19,7 mg (33%)

Calcium (Ca)

12 mg

Magnesium (Mg)

23 mg

Phosphorus (P)

57 mg

Kalium (K)

42 mg

(Nguồn: />
Các chuyên gia dinh dưỡng cho biết, khoai tây được mệnh danh là “nhân sâm
dưới lòng đất”. Khoai tây có thể cung cấp cho cơ thể những thành phần dinh dưỡng
cao nếu chúng được chế biến tốt. Theo các chuyên gia dinh dưỡng của Trung tâm Y
tế Texas (Mỹ) thì dùng khoảng 203g khoai tây/ngày có thể cung cấp được 50% số
lượng vitamin C và B6 cần thiết cho một người lớn/ngày.

SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang 7

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

Về dinh dưỡng, khoai tây được biết với carbohydrate (khoảng 26g trong một
củ khoai tây trung bình). Các hình thức chủ yếu của carbohydrate này là tinh bột.
Một phần nhỏ nhưng ý nghĩa, lợi ích như chất xơ, tinh bột là khả năng chống tiêu
hóa của các enzyme trong dạ dày, ruột non và để đạt đến ruột già cơ bản cịn
ngun vẹn.
Sớ lượng tinh bợt kháng trong khoai tây phụ thuộc nhiều vào phương pháp
chuẩn bị. Nấu ăn và sau đó làm lạnh khoai tây tăng lên đáng kể tinh bột. Ví dụ, nấu
chín tinh bột khoai tây có chứa khoảng 7% tinh bột, tăng khoảng 13% khi làm mát.
Với thành phần cao Calcium và Kalium khoai tây cịn có tác dụng củng cớ
khung xương vững chắc.
1.6 Công dụng
Những công dụng chính của khoai tây:
Trong khoai tây chứa một lượng lớn protein và các axit amin mà cơ thể không
tự tổng hợp được như lysine, methionine… đóng vai trị quan trọng cho q trình
tăng trưởng của trẻ em.
Khoai tây sẽ cung cấp 50-75% năng lượng và 80% nhu cầu nitơ trong thời
gian dài, giúp đảm bảo nhu cầu tăng trưởng ở trẻ em suy dinh dưỡng.
Khoai tây rất ít chất béo, nên rất thích hợp cho người ăn kiêng.
Các nhà nghiên cứu Mĩ vừa phát hiện ra rằng khoai tây là loại củ chứa nhiều
kali hơn bất cứ loại rau quả khác. Để đáp ứng đủ lượng kali cho cơ thể, mỗi người
nên ăn 4.700 mg/ngày. Hãy coi khoai tây là thực phẩm không thể thiếu trong chế độ
dinh dưỡng hằng ngày của bạn [1].
Giảm nguy cơ mắc bệnh tim, mạch: Cuộc nghiên cứu do các nhà khoa học
thuộc Bệnh viện Sir Ganga Ram và Đại học quốc gia Hồi giáo (Jamia Millia
Islamia) tại Delhi (Ấn Độ) thực hiện cho thấy, thực phẩm có chứa vitamin B như

khoai tây, rau xanh, đậu, cá và các chế phẩm từ đợng vật nên được ăn thường xun
vì có thể giúp giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch. Khoai tây giúp giảm căng thẳng,
stress: Hầu hết chúng ta đều làm việc như một cái máy, vậy nên cơ thể thiếu vitamin
A và C hoặc tiêu thụ quá nhiều thực phẩm có tính axit. Khoai tây sẽ giúp bạn bở
sung thêm vitamin A và C, đồng thời lấy lại sự cân bằng pH trong cơ thể do tiêu thụ
quá nhiều thịt gây ra mất cân bằng pH [1].
Hàm lượng protein và vitamin nhóm B có thể tăng cường thể chất, cải thiện trí
nhớ và suy nghĩ rõ ràng [1].
SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang 8

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

Khoai tây tốt cho những người bị bệnh dạ dày: Trung y học cho rằng khoai tây
vị ngọt, tính bình, có cơng hiệu kiện tỳ hịa vị, ích khí điều trung, có thể chữa trị
được các chứng bệnh như đau dạ dày và bí đại tiện. Y học hiện đại cho rằng chất
nightshade có trong khoai tây có thể làm giảm sự tiết ra dịch vị, có tác dụng chớng
co giật dạ dày, có hiệu quả nhất định đối với chữa bệnh đau dạ dày [1].
Khoai tây giúp giảm rới loạn tiêu hóa và táo bón.
1.7 Thơng sớ vật lý của khoai tây
Tra phụ lục 1, tài liệu [3]
 Độ ẩm đầu của khoai tây: φ = 79,7%
 Khối lượng riêng: ρ = 1034 kg/m3
 Nhiệt dung riêng: C = 3,86 kJ/kg. K
 Hệ số dẫn nhiệt:  = 0,59 W⁄m. K

SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang 9

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP
SẤY
2.1 Khái niệm
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cấp nhiệt.
Đới tượng của q trình sấy là các vật ẩm là những vật thể có khả năng chứa
nước hoặc hơi nước trong quá trình hình thành như các loại nông – lâm – hải sản:
khoai tây, cà rốt, sắn, gỗ, tôm, cá…các loại huyền phù như sữa bò, sữa đậu
nành…[4]
2.2 Bản chất
Bản chất của quá trình sấy là quá trình khuếch tán do chênh lệch độ ẩm ở mặt
ngoài và trong vật liệu, nói cách khác là do sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của
ẩm ở bề mặt vật liệu và môi trường sấy.
2.3 Mục đích
Ngày nay, người ta sử dụng phương pháp sấy để tách bớt nước mà không ảnh
hưởng đến thành phần hóa học và tính chất của sản phẩm để giảm chi phí vận tải.
Ngoài ra, cịn được chế biến và bảo quản để đảm bảo cung cấp liên tục cho thị
trường,…
2.4 Phân loại quá trình sấy
Người ta phân biệt ra 2 loại:
 Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng, gió... Phương pháp này thời
gian sấy dài, tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh và độ ẩm ći cùng của vật

liệu cịn khá lớn, phụ tḥc vào điều kiện thời tiết khí hậu.
 Sấy nhân tạo: quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng đến tác
nhân sấy như khói lị, khơng khí nóng, hơi quá nhiệt…và nó được hút ra khỏi
thiết bị khi sấy xong. Quá trình sấy nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự
nhiên [3].
Nếu phân loại phương pháp sấy nhân tạo, ta có:
2.4.1 Phương pháp sấy nóng
Trong phương pháp sấy nóng tác nhân sấy và cả vật liệu sấy được đốt nóng
hoặc chỉ đốt nóng vật liệu sấy mà hiệu số giữa phân áp suất hơi trên bề mặt vật sấy
và phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy tăng dẫn đến quá trình dịch chuyển ẩm
từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và đi vào môi trường [4].
SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang 10

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

Các phương pháp sấy nóng thường dùng:
 Sấy đối lưu: vật liệu sấy nhận nhiệt bằng đối lưu từ một dịch thể nóng
thường là khí nóng hoặc khói lò
 Sấy tiếp xúc: việc cấp nhiệt cho vật liệu sấy thực hiện bằng dẫn nhiệt
do vật sấy tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao hơn
 Sấy bức xạ: việc gia nhiệt cho vật ẩm thực hiện bằng trao đổi nhiệt
bức xạ
 Sấy dùng điện trường cao tần: vật ẩm được đặt trong điện trường tần
số cao. Vật ẩm sẽ được nóng lên do tác dụng của dòng điện xuất hiện trong
điện trường.

 Ưu điểm của phương pháp sấy nóng:
- Thời gian sấy bằng phương pháp sấy nóng ngắn hơn so với phương
pháp sấy lạnh
- Năng suất cao và chi phí ban đầu thấp
- Nguồn năng lượng sử dụng cho phương pháp sấy nóng có thể là khói
thải, hơi nước nóng, hay các nguồn nhiệt từ than đá, dầu mỏ, rác thải,… cho
đến điện năng.
- Thời gian làm việc của hệ thống khá cao
 Nhược điểm của phương pháp sấy nóng:
- Chỉ sấy được các vật sấy không cần có các yêu cầu đặc biệt về nhiệt
độ
- Sản phẩm sấy thường bị chuyển màu và chất lượng không cao
2.4.2 Phương pháp sấy lạnh
Trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước
giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy chỉ bằng cách giảm phân áp suất hơi nước trong
tác nhân sấy nhờ giảm lượng chứa ẩm. Khi đó, ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề
mặt và từ bề mặt vào môi trường có thể trên dưới nhiệt độ môi trường (t > 0℃) và
cũng có thể nhỏ hơn 0℃ [4].
Các phương pháp sấy lạnh cụ thể thường được sử dụng:
 Sấy lạnh ở nhiệt độ > 0℃
Với hệ thống sấy này, nhiệt độ vật liệu sấy cũng như nhiệt độ tác nhân sấy xấp
xỉ bằng nhiệt độ môi trường, tác nhân sấy thường là không khí.
Trước hết, không khí được khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh hoặc bằng các
máy khử ẩm hấp thụ. Sau đó được đốt nóng hoặc làm lạnh đến nhiệt độ yêu cầu rồi
SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang 11

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

cho đi qua vật liệu sấy. Khi đó, phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy bé hơn
phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy nên ẩm từ dạng lỏng sẽ bay hơi và đi
vào tác nhân sấy.
 Sấy thăng hoa
Là phương pháp sấy lạnh mà trong đó ẩm trong vật liệu sấy ở dạng rắn trực
tiếp biến thành hơi đi vào tác nhân sấy.
Trong phương pháp này người ta tạo ra môi trường trong đó nước trong vật
liệu sấy ở dưới điểm 3 thể, nghĩa là nhiệt độ của vật liệu < 273°𝐾 và áp suất tác
nhân sấy bao quanh vật P < 610 Pa. Khi đó, nếu vật liệu sấy nhận được nhiệt lượng
thì nước trong vật liệu sấy ở dạng rắn sẽ chuyển trực tiếp sang dạng hơi và đi vào
tác nhân sấy.
Như vậy, trong phương pháp sấy thăng hoa, một mặt ta là lạnh vật xuống dưới
0℃ mặt khác tạo chân không quanh vật liệu sấy.
 Sấy chân không
Nếu nhiệt độ vật liệu sấy vẫn nhỏ hơn 273°𝐾 nhưng áp suất tác nhân sấy bao
quanh vật > 610 Pa thì khi vật liệu sấy nhận nhiệt lượng, nước trong vật liệu sấy ở
dạng rắn không thể chuyển trực tiếp thành hơi để đi vào tác nhân sấy mà trước khi
biến thành hơi, nước phải chuyển từ thể rắn sang thể lỏng.
 Ưu điểm:
- Đáp ứng được các chỉ tiêu về chất lượng như màu cảm quan, mùi vị,
khả năng bảo toàn vitamin C cao
- Thích hợp để sấy các loại vật liệu sấy yêu cầu chất lượng cao, đòi hỏi
phải sấy ở nhiệt độ thấp
- Sản phẩm bảo quản lâu và ít chịu tác động của điều kiện ngoài
- Quá trình sấy kín nên không phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi
trường
 Nhược điểm:

- Giá thành thiết bị cao, tiêu hao điện năng lớn
- Vận hành phức tạp, người vận hành có trình độ kĩ thuật cao
- Cấu tạo thiết bị phức tạp, thời gian sấy lâu
- Nhiệt độ môi chất sấy thường gần nhiệt độ môi trường nên chỉ thích
hợp với một số loại vật liệu, không sấy được các loại vật liệu dễ bị vi khuẩn
làm hư hỏng ở nhiệt độ môi trường như bị ôi, thiu,mốc…
- Do cuốn bụi nên có thể bị tắc tại thiết bị làm lạnh
SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang 12

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

2.5 Lựa chọn phương pháp sấy
Với nguyên liệu là khoai tây, sản phẩm sau khi sấy đòi hỏi phải đảm bảo thành
phần dinh dưỡng, khơng bị biến tính, màu sắc không bị mất, độ co rút vừa phải,
thành phẩm phải đạt chuẩn. Vì vậy, lựa chọn phương pháp sấy phù hợp là điều rất
quan trọng. Ở đây, em chọn phương pháp sấy lạnh dùng bơm nhiệt nhiệt độ thấp
vì sản phẩm sau sấy ln đạt chất lượng tớt, chi phí đầu tư tương đối, giá thành bán
ra cao, bảo vệ môi trường,…

SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang 13

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ


Sơ đờ quy trình:

Khoai tây
(củ tươi)

Phơi

Sấy khô

Rửa

Gọt vỏ

Xử lý

Cắt lát

Thành
phẩm

 Thuyết minh sơ đồ
Nguyên liệu khoai tây thường chọn phải tươi, không mọc mầm, không thối
hỏng. Sau khi thu mua về, người ta phân loại thành các kích thước khác nhau để
đảm bảo độ đồng đều cho sản phẩm sau. Để chế biến lát mỏng, nên sử dụng những

củ có khối lượng lớn vì sẽ cho năng suất cao và tỉ lệ hao hụt nhỏ.
 Rửa
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.
Lưu ý: nước rửa phải trong, không màu, không mùi, không vị, phải đảm bảo
các chỉ tiêu quy định trong chế biến thực phẩm.
 Gọt vỏ và cắt lát
Để tạo cảm quan cho sản phẩm cũng như tăng hiệu quả cho quá trình sấy,
khoai tây sau khi gọt vỏ thường được cắt thành lát mỏng có độ dày khoảng 2 mm
bằng các máy cắt. Yêu cầu của sản phẩm sau q trình cắt phải đờng đều về kích
thước, khơng bị dập nát, gãy, nứt,…

SV: Ngũn Thị Ngọc Diệp

Trang 14

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

 Xử lý
Đối với củ tươi sau khi cắt lát ở bề mạt lát thường có nhựa chảy ra làm cho bề
mặt lát rất chóng bị sẫm màu do bị oxy hóa. Để tránh hiện tượng này, sau khi thái,
lát cần được chần bằng nước muối (NaCl) 2%.
 Phơi hoặc hong gió
Mục đích: để giảm bớt thời gian sấy, các lát sau ngâm xử lý được vớt ra rổ, rá
hoặc những mặt thoáng nhằm làm thoát bớt hơi nước và làm se bề mặt lát. Cần đảo
trộn để tăng khả năng thoát nước.
 Sấy khơ

Mục đích: quá trình sấy nhằm tách một lượng lớn nước ra khỏi vật liệu sấy
đưa về trạng thái khô. Ở trạng thái đó, khoai tây bảo quản được trong thời gian lâu
hơn, dễ dàng đóng gói và vận chuyển đi xa để phục vụ cho nhiều ngành sản xuất
khác.
 Thành phẩm
Sau khi sấy xong, cần tiến hành phân loại để loại bỏ những cá thể không đạt
chất lượng (do cháy hoặc chưa đạt độ ẩm yêu cầu). Loại khô tốt được đổ chung vào
khay hoặc chậu lớn để điều hịa đợ ẩm. Sau đó, quạt cho nguội hẳn rồi mới đóng gói
để tránh hiện tượng đổ mồ hôi.
Khoai tây khô được đóng gói trong bao PE 2 lớp để bảo quản . Thời gian bảo
quản được lâu (4-6 tháng)
Chất lượng khoai tây khô cần đạt: màu vàng lụa, thơm tự nhiên, không cháy
khét…

Hình 3-1 Lát khoai tây sau sấy
(Nguổn: />
SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang 15

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

 Quy trình công nghệ

1. Công tắc nguồn

2. Đèn báo

3. Đo độ ẩm

4. Đo thời gian

5. Đo nhiệt độ

6. Đo áp suất

7. Bảng điều khiển

8. Dàn nóng

9. Quạt

10. Dịng khí nóng 11. B̀ng sấy

12. Khay sấy

13. Dịng khí khơ
17. Máy nén
21. Dịng khí ra

14. Chân tủ
15. Thiết bị hời nhiệt
18. Nước ngưng tụ 19. Dịng khí vào

16. Van tiết lưu
20. Dàn lạnh

 Thuyết minh quy trình:
Khoai tây sau khi cạo rửa sẽ được thái thành lát và sắp đều trên khay. Đưa vào
buồng sấy. Khi hệ thống hoạt động, môi chất lạnh sẽ được máy nén bơm lên dàn lạnh.
Không khí bên ngoài mang hơi ẩm được quạt hút và thổi vào trong dàn lạnh.Tại đây,
tác nhân sấy sẽ được tách ẩm bằng cách giảm nhiệt độ xuống dưới nhiệt đợ điểm
sương để hơi nước trong khí khí ẩm ngưng tụ thành nước và lấy ra ngoài. Tác nhân
sấy sau khi ra khỏi dàn lạnh trở thành dòng không khí khô được thiết bị hồi nhiệt thu
về, được máy nén hút trở lại, nén đoạn nhiệt từ áp suất bay hơi lên áp suất bão hòa,
bơm lên dàn nóng. Tại đây, tác nhân sấy được gia nhiệt lên nhiệt độ sấy, được quạt
hút và thổi vào buồng sấy, thực hiện q trình sấy. Dịng khơng khí ra ngồi mang

SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang 16

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

hơi ẩm, một phần được đi ra ngoài, mợt phần được hoàn lưu lại, tiếp tục q trình
tách ẩm. Cứ như vậy, quá trình lại được lặp lại.

SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang 17

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY
KHOAI TÂY
4.1 Các thông số ban đầu
4.1.1 Vật liệu sấy
-

-

Độ ẩm đầu của khoai tây là 79,7% trải qua quá trình hong gió để giảm
bớt ẩm trước khi vào sấy thì đợ ẩm cịn lại khoảng w 1 = 70%
Đợ ẩm cuối của khoai tây: ω2 = 12%
Nhiệt độ khoai tây vào thiết bị sấy: tvl1 = 27℃
Đường kính lát khoai tây: d = 0,03 m
→ R = 0,015m
Khoai tây thái lát có chiều dày: 𝛿 = 2. 10−3 m
Khới lượng khoai tây đầu vào: G1 = 250 kg/mẻ
𝐺1 (100 − 𝑤1 ) 250(100 − 70)
𝐺2 =
=
= 85 𝑘𝑔/𝑚𝑒̉
100 − 𝑤2
100 − 12
Khối lượng riêng:  m = 1034 kg/m3.

4.1.2 Tác nhân sấy
Chọn tác nhân sấy là không khí ngoài trời với các thơng sớ sau:
 Thơng sớ trung bình của khơng khí ngồi trời tại Cần Thơ là :
Nhiệt độ: t0 = 27℃

; Độ ẩm:  0 = 80%

 Thơng sớ khơng khí sau dàn lạnh : nhiệt đợ chọn t1 = 8℃.
Đợ ẩm tương đới: Q trình làm lạnh trong dàn lạnh thường đạt đến trạng thái
bão hòa nên đợ ẩm khơng khí sau dàn lạnh có thể lấy 𝜑1=100%.
 Thông số nhiệt độ tác nhân sấy được gia nhiệt – trạng thái không khí
sau dàn nóng: t2 = 35℃.
 Thông số không khí sau thiết bị sấy: Từ điểm O (27℃, 80%) trên đồ thị
I – d ta dóng theo đường d = const, ta có ts = 24,5℃
 Nhiệt độ tác nhân sấy sau thiết bị sấy được chọn sao cho phải lớn hơn
nhiệt độ đọng sương => Ta chọn t3 = 26℃

SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp

Trang 18

Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH

CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh

4.2 Xây dựng quá trình sấy lý thuyết trên giản đồ I – d
4.2.1 Đồ thị I – d

Hình 4-1 Đồ thị I-d của quá trình sấy lý thút

Điểm 0: Trạng thái khơng khí ngồi trời.
Điểm 1: Trạng thái khơng khí sau dàn lạnh.
Điểm 2: Trạng thái khơng khí sau dàn nóng.

Điểm 3: Trạng thái khơng khí sau thiết bị sấy.
Điểm 4: Trạng thái khơng khí trong dàn lạnh.
1-2: Quá trình gia nhiệt đẳng dung ẩm trong dàn nóng.
2-3: Q trình sấy đẳng Entanpi trong thiết bị sấy.
3-4-1: Q trình làm lạnh khơng khí và ngưng tụ ẩm trong dàn lạnh.
4.2.2 Tính toán quá trình sấy
 Điểm O (môi trường bên ngoài)
- Nhiệt độ: t0 = 27℃.
- Độ ẩm tương đối:  0 = 80%.
- Phân áp suất bão hoà của hơi nước:
4026,42
4026,42
𝑃𝑏0 = exp (12 −
) = exp (12 −
) = 0,0355 𝑏𝑎𝑟
235,5 + 𝑡0
235,5 + 27
(2-1, trang 14, [4])
- Dung ẩm của khơng khí :

SV: Ngũn Thị Ngọc Diệp

Trang 19

THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY KHOAI TÂY SỬ DỤNG BƠM NHIỆT NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 250KG/MẺ

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về