Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại thông minh với năng suất 12kg nguyên liệu chuối mẻ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ
THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM

NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ
TẠO HỆ THỐNG SẤY HỒNG NGOẠI THÔNG
MINH VỚI NĂNG SUẤT 12KG NGUYÊN LIỆU
CHUỐI/MẺ
GVHD: NGUYỄN TẤN DŨNG
LÊ TẤN CƯỜNG
LÊ VĂN HOÀNG
SVTH: HOÀNG KHÁNH DƯƠNG
MSSV: 15116011
SVTH: NGUYỄN PHÚC QUANG BẢO
MSSV: 15116005

SKL006163

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8/2019


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA
ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
MÃ SỐ: 2019 - 15116005
NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN, THIẾT KẾ
VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY HỒNG NGOẠI THÔNG MINH VỚI NĂNG SUẤT
12KG NGUYÊN LIỆU CHUỐI/MẺ

GVHD: TS. NGUYỄN TẤN DŨNG
ThS. LÊ TẤN CƯỜNG
KS. LÊ VĂN HOÀNG
SVTH:
HOÀNG KHÁNH DƯƠNG
NGUYỄN PHÚC QUANG BẢO

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 08/2019


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA
ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:
NGUYỄN PHÚC QUANG BẢO
HỒNG KHÁNH DƯƠNG
Ngành: Cơng nghệ Thực phẩm
1. Tên khóa luận: Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại

thông minh với năng suất 12 kg nguyên liệu chuối/mẻ.
2. Nhiệm vụ của khóa luận:
+ Tổng quan nguyên vật liệu sấy, hệ thống sấy hồng ngoại
+ Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy hồng ngoại. Xác định các

hàm mục tiêu, thơng số cần thiết cho q trình sấy hồng ngoại.
+ Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy hồng ngoại.
+ Chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại bằng phương pháp gia cơng cơ khí.
+ Tính tốn, thiết kế, lắp đặt hệ thống tự động điều khiển.
+ Vận hành thử nghiệm, xác lập chế độ cơng nghệ thích hợp, đánh giá chất

lượng máy móc cũng như thiết bị được chế tạo.
+ Xây dựng quy trình cơng nghệ chuối sấy hồng ngoại.
+ Kết luận và kiến nghị.
3. Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: 01/02/2019
4. Ngày hồn thành khóa luận: 01/08/2019

5. Họ tên người hướng dẫn :

TS. NGUYỄN TẤN DŨNG
ThS. LÊ TẤN CƯỜNG
KS. LÊ VĂN HỒNG

Nội dung và u cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bởi
Trưởng Bộ môn Công nghệ Thực phẩm
Tp.HCM, ngày

tháng

năm 2019

Trưởng Bộ môn
(Ký và ghi rõ họ tên)

Người hướng dẫn chính
(Ký và ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, chúng tôi gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến tất cả quý thầy cô trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM nói chung và trong Khoa Cơng nghệ Hóa học và

Thực phẩm nói riêng. Trong quá trình học tập suốt 4 năm tại trường, chúng tôi đã được
truyền dạy rất nhiều kiến thức, cả về các kiến thức nền tảng đại cương, kiến thức nghề
nghiệp mà cịn về các kỹ năng chun mơn cũng như kỹ năng sống. Đây là kho tàng
kiến thức vô cùng q báu, giúp chúng tơi có thể tiếp cận nhanh chóng để ứng dụng vào
cơng việc và cuộc sống trong tương lai sau này.
Chúng tôi gửi lời cảm ơn trân trọng nhất đền thầy, TS. Nguyễn Tấn Dũng –
Giảng viên Bộ mơn Cơng nghệ Thực phẩm, Khoa Cơng nghệ Hóa học và Thực phẩm,
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Thầy đã ln hỗ trợ và chỉ dạy
chúng tơi rất tận tình từ thời điểm chỉ mới hình thành ý tưởng đến khi hồn thành khóa
luận tốt nghiệp. Bên cạnh sự hỗ trợ về chuyên môn, thầy cịn hướng dẫn, định hướng cho
chúng tơi về cơng việc sau này. Chúng tôi thật sự rất biết ơn vì điều đó và chúng tơi sẽ
ghi nhớ tất cả những lời dạy bảo của thầy.
Chúng tôi muốn gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô phụ trách xưởng thực tập, phịng
thí nghiệm đã tạo điều kiện tốt nhất để chúng tơi có thể hồn thành khóa luận tốt nghiệp
này. Quý thầy cô đã hỗ trợ, giúp đỡ chúng tôi rất nhiều về dụng cụ, máy móc, thiết bị
trong quá trình nghiên cứu. Cuối cùng, chúng tơi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã quan
tâm, giúp đỡ, ln kề vai sát cánh và tạo điều kiện tốt nhất để chúng tơi có thể hồn
thành tốt khóa luận tốt nghiệp này. Chúng tôi sẽ vận dụng tốt những kiến thức và kỹ
năng học được để phục vụ cho mục tiêu nghề nghiệp tương lai. Một lần nữa chúng tôi
chân thành cảm ơn tất cả, chúc mọi người nhiều sức khỏe và thành cơng. Trong q trình
thực hiện đề tài, khó tránh khỏi những sai sót nên chúng tơi rất mong nhận được sự góp
ý của q thầy cơ, những ý kiến đó sẽ là kinh nghiệm rất quý báu giúp chúng tơi có thể
hồn thiện thêm một phần kiến thức của mình, chuẩn bị hành trang bước vào mơi trường
làm việc mới.
Xin chân thành cảm ơn!
Nhóm sinh viên thực hiện


LỜI CAM ĐOAN

Chúng tơi xin cam đoan tồn 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 25 tháng 7 năm 2019


TĨM TẮT KHĨA LUẬN
Trong nghiên cứu này, nhóm đã nghiên cứu, tính tốn, thiết kế và chế tạo hệ thống
sấy hồng ngoại kết hợp điều khiển tự động hóa, hệ thống có năng suất 12 kg ngun liệu
chuối/mẻ. Các thơng số ban đầu của quá trình sấy là độ ẩm đầu 77%, độ ẩm cuối 15%, khối
3

0

lượng riêng của chuối là 977 kg/m , nhiệt độ sấy 65 C, thời gian sấy 7 giờ, tốc độ gió đối
lưu 5 m/s. Hệ thống sấy bao gồm: buồng sấy ở dạng hình hộp chữ nhật kích thước
DxRxC=710 mm x 605 mm x 800mm, chứa 12 khay hình chữ nhật kích thước 575mm x
300 mm x 20mm, được chia làm hai bên, mỗi bên 6 khay tạo thành 6 tầng khây; đèn hồng

ngoại gồm 12 bóng cơng suất 250W, được gắn mỗi tầng 2 bóng; quạt thổi đối lưu khơng

khí có cơng suất 1 HP; hệ thống tự động điều khiển và bảng mạch các thiết bị điện; các
thiết bị cảm biến và các thiết bị đo cung cấp thông tin về bộ điều khiển. Khi hoàn thiện
chế tạo, máy sẽ được điều khiển chạy tự động từ những thiết lập ban đầu. Sau khi chế
tạo xong, nhóm cho thiết bị chạy thử, và khảo sát sấy với nguyên liệu chuối để tạo ra sản
phẩm chuối sấy dẻo, sản phẩm sau sấy bước đầu đạt được các yêu cầu về độ ẩm và cảm
quan như màu sắc, hương vị và hình dạng.

i


NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
LỜI CẢM ƠN 3

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đê
3.
4.
5.
6.
7.

1.1.1. Vật liệu
ẩm……………………………………………………………………………………..3
1.1.2. Các đặc trưng trạng thái ẩm của vật liệu
sấy………………………………………………..3
1.1.3. Trạng thái liên kết của nước trong vật liệu

ẩm……………………………………………...6
1.2. Các phương pháp sấy ..................................................................................................................
1.2.1. Sấy tự
nhiên……………………………………………………………………………………8
1.2.2. Sấy bằng thiết bị nhân
tạo…………………………………………………………………….8
1.3.

Nguyên lý của quá trình sấy .....................................................

1.4.

Tĩnh học của quá trình sấy .......................................................

1.4.1.

Sấy lý thuyết……………………………………

1.4.2.

Sấy thực tế……………………………………

1.6.

Cơ sở vê sấy bằng tia hồng ngoại...................

1.6.1.

Cơ sở lý thuyết vê truyên nhiệt bức xạ hồng

1.6.2.

Bản chất của bức xạ nhiệt……………………

1.6.3.

Sự truyên bức xạ hồng ngoại…………………

1.7.

Ưu – nhược điểm của phương pháp sấy hồn

1.8.

Các yếu tố ảnh hướng đến q trình sấy hồn

1.9.

Các thiết bị chính của hệ thống .....................

1.10.

Tổng quan vê nguyên liệu chuối ....................

1.10.1.

Giới thiệu………………………………………

1.10.2.

Thành phần hóa học…………………………


ii


1.10.3.

Một số lợi ích từ chuối……………………………………………………………………35

1.10.4.

Sản phẩm chuối sấy………………………………………………………………………36

1.10.5.

Xây dựng quy trình cơng nghệ chuối sấy hồng ngoại…………………………………37

1.11.

Kết luận tổng quan ...........................................

CHƯƠNG 2...................................................................................................................................
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THIẾT KẾ CHẾ TẠO..........................................
2.1.

Sơ đồ ngun lý tính tốn, thiết kế và chế tạo

2.2. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................................................
2.2.1. Phương pháp tiếp cận hệ thống……………………………………………………………..41

2.2.2. Phương pháp nghiên cứu tài liệu phân tích – tổng hợp……………………………………42
2.2.3. Phương pháp đánh giá chất lượng máy……………………………………………………42
2.3. Phương pháp tính tốn và thiết kế ... …………………………………………………………….46

2.3.1. Các thơng số cần thiết .......................
2.3.2. Tính tốn cân bằng vật chất ...........................................................................................
2.3.3. Tính tốn cân bằng năng lượng......................................................................................
2.4.

Phương pháp chế tạo mặt cơ khí ...........................................................

2.4.1. Các phương pháp tiện ....................................................................................................
2.4.2. Phương pháp phay ..........................................................................................................
2.4.3. Hàn

...........

2.4.4. Phương pháp uốn............................................................................................................
2.4.5. Phương pháp đánh bóng ................................................................................................
2.5.

Thiết bị điện, điện tử hỡ trợ tự động điêu khiển: ..................................

CHƯƠNG 3
TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO...........................................................................................
3.1.

Tính tốn kích thước buồng sấy.............................................................

3.2.

Tính tốn nhiệt lượng cho hệ thống sấy hồng ngoại .............................

3.2.1. Tính tốn cân bằng vật chất ...........................................................................................
3.2.2. Tính tốn cân bằng nhiệt lượng ...................................................................................
3.3.

Xây dựng bản vẽ .....................................................................................

3.4.

Chế tạo hệ thống sấy ...............................................................................

3.5.

Gia công phần điện và hệ thống tự động điêu khiển .............................

CHƯƠNG 4
KHẢO NGHIỆM THỰC TẾ, HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG SẤY, THẢO LUẬN.............................
Phụ lục

...........

Tài liệu tham khảo ...............................................................................................................................

iii


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Đường cong hấp thụ và thải ẩm đẳng nhiệt.....................................................................5
Hình 1.2. Trạng thái tương tác giữa ẩm và mơi trường...................................................................6
Hình 1. 3 Thiết bị sấy năng lượng mặt trời.....................................................................................8
Hình 1.4. Thang sóng điện từ..........................................................................................................9
Hình 1. 5. Giảng đồ trạng thái của nước....................................................................................... 10
Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thăng hoa.......................................................................11
Hình 1.7. Hệ thống sấy chân khơng..............................................................................................12
Hình 1.8. Sơ đồ ngun lý sấy bơm nhiệt.....................................................................................13
Hình 1.9. Sơ đồ sấy đối lưu...........................................................................................................14
Hình 1.10. Sơ đồ thiết bị sấy tang trống trục kép..........................................................................15
Hình 1.11. Mơ tả q trình sấy lý thuyết.................................................................................................... 17
Hình 1.12. Mơ tả q trình sấy thực tế..........................................................................................18
Hình 1.13. Sơ đồ sấy có bổ sung nhiệt trong phịng sấy...............................................................18
Hình 1.14. Q trình sấy có gia nhiệt giữa chừng.........................................................................19
Hình 1.15. . Sơ đồ sấy có khơng khí hồn lưu..............................................................................19
Hình 1.16. Đồ thị biểu diễn bản chất của quá trình sấy................................................................ 21
Hình 1.17. Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy.................................................................21
Hình 1.18. Đường cong nhiệt độ vật liệu sấy................................................................................22
Hình 1.19. Hấp thụ, phản xạ và truyền qua một mơi trường hữu hạn...........................................25
Hình 1.20. Mối quan hệ giữa năng suất phát xạ của vật đen và bước sóng.................................. 27
Hình 1.21. Quạt ly tâm.................................................................................................................................... 30
Hình 1.22. Sơ đồ tổng quát hệ thống tự động điều khiển tự động........................................................ 31
Hình 1.23. Sơ đồ hệ thống tự động điều khiển máy sấy hồng ngoại thơng minh............................. 32
Hình 1.24. Cấu tạo trái chuối........................................................................................................ 34
Hình 1.25. Cây chuối.....................................................................................................................34
Hình 1.26. Quy trình chuối sấy dẻo.............................................................................................. 37
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý.............................................................................................................40
Hình 2.2. Sơ đồ nghiên cứu hệ thống sấy hồng ngoại...................................................................41
Hình 2.3.Sơ đồ cân bằng vật chất và năng lượng..........................................................................46
Hình 2.4. . Đường đi của tia hồng ngoại................................................................................................... 49

Hình 2.5. Các cơng việc chủ yếu thực hiện trên máy tiện [18]............................................................. 51

Hình 3.1. Bản vẽ vỏ máy............................................................................................................... 59
Hình 3.2. Bản vẽ bơm ly tâm......................................................................................................................... 60
iv


Hình 3.3. Bản vẽ tấm vách ngăn buồng sấy............................................................................................... 61
Hình 3.4. Bản vẽ lưng buồng sấy.................................................................................................. 62
Hình 3.5. Bản vẽ lợi cửa và cánh cửa máy....................................................................................63
Hình 3.6. Bản vẽ bẫy thơng gió.....................................................................................................64
Hình 3.7. Bản vẽ khay..................................................................................................................................... 65
Hình 3.8. Bản vẽ tủ điện................................................................................................................................. 66
Hình 3.9. Bản vẽ cánh quạt ly tâm............................................................................................................... 67
Hình 3.10. Gia cơng buồng sấy..................................................................................................................... 68
Hình 3.11. Gắn quạt ly tâm............................................................................................................................ 69
Hình 3.12. Hồn thiện buồng sấy và đánh bóng....................................................................................... 69
Hình 3.13. Gia cơng tủ điện và bảng mạch điện....................................................................................... 70
Hình 3.14. Sơ đồ mơ phỏng bảng điện........................................................................................................ 71
Hình 3.15. Lắp đặt và hồn thiện bảng điện.............................................................................................. 71
Hình 3.16. Bảng vẽ card giao tiếp của hệ thống....................................................................................... 82
Hình 3.17. Thiết bị hồn thiện........................................................................................................................... 83

0

Hình 4.1 Sơ đồ sấy thí nghiệm với 70 C.......................................................................................85
Hình 4.2. Sơ đồ sấy thí nghiệm với 8h..........................................................................................86
0
Hình 4.3. Sơ đồ sấy thí nghiệm với 62.5 C..................................................................................87
Hình 4.4. Sản phẩm hồn thiện chuối sấy theo chế độ sấy tối ưu…………………………..……88

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Phân loại tia hồng ngoại theo DIN 5031.....................................................................25
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của 100g thịt chuối [10]....................................................................... 38
Bảng 3. 1. Nhiệt dung riêng của thành phần thực phẩm theo nhiệt độ (-40℃ ≤t≤ 150℃)............................................... 59
Bảng 3.2. Thành phần hóa học của chuối trong 100g chuối nguyên liệu.......................................... 60
0

Bảng 4.1. Thí nghiệm với 70 C..................................................................................................84
Bảng 4.2. Thí nghiệm với thời gian sấy 8 giờ..............................................................................85
0
Bảng 4.3. Thí nghiệm với nhiệt độ sấy 62.5 C...........................................................................86

vi


DANH MỤC KÝ HIỆU
Ký hiệu

P
φ
t
W
1

2

G1
G2
Gk

Sk
Fng
m
c

Φ
Q
q
λ
l
h1, h2
d
L
N
η