Đồ án Kỹ thuật thực phẩm: Thiết kế hệ thống sấy hầm sấy củ sen 1000kg/mẻ

Đồ án kỹ thuật thực phẩm thiết kế hệ thống sấy hầm củ sen 1000kg/mẻ. Bao gồm thuyết minh quy trình, tính toán công nghệ và chi tiết thiết bị.

• Tác giả: Nguyễn Thành Vũ
• Người hướng dẫn: Trần Lưu Dũng
• Trường học: Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Sấy Hầm Sấy Củ Sen Năng Suất 1000kg/mẻ
• Loại tài liệu: Đồ án
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế hệ thống sấy hầm củ sen 1000kg mẻ

Hệ thống sấy hầm là một trong những công nghệ quan trọng nhất trong ngành chế biến nông sản hiện đại. Đặc biệt, thiết kế hệ thống sấy hầm sấy củ sen với năng suất 1000kg/mẻ đáp ứng nhu cầu sản xuất quy mô công nghiệp tại các vùng trồng sen truyền thống như Sa Đéc, Đồng Tháp. Quá trình sấy nông sản không chỉ giúp bảo quản lâu dài mà còn nâng cao giá trị thương mại của sản phẩm. Công nghệ sấy đối lưu cưỡng bức được áp dụng trong hầm sấy cho phép kiểm soát chính xác các thông số như nhiệt độ, độ ẩm và vận tốc không khí. Hệ thống này bao gồm nhiều thiết bị phụ trợ như calorifer, quạt thông gió, và các thiết bị điều khiển hiện đại. Việc thiết kế hệ thống sấy phù hợp với điều kiện khí hậu địa phương (nhiệt độ 25,4°C, độ ẩm 81%) là yếu tố then chốt để đạt hiệu quả cao nhất.

1.1. Nguyên liệu và hoạt tính sinh học của củ sen

Củ sen là loại nông sản quý giá chứa nhiều dưỡng chất thiết yếu bao gồm vitamin, khoáng chất và chất chống oxy hóa. Hoạt tính sinh học của củ sen giúp phòng ngừa nhiều bệnh mãn tính. Quá trình sấy được thực hiện để bảo quản tính chất dinh dưỡng này. Độ ẩm ban đầu của củ sen tươi là khoảng 75-85%, cần giảm xuống 10-12% để đạt độ ẩm an toàn bảo quản.

1.2. Vai trò của công nghệ sấy trong chế biến nông sản

Công nghệ sấy đóng vai trò then chốt trong chuỗi giá trị nông sản sau thu hoạch. Hệ thống sấy hiệu quả giúp giảm chi phí năng lượng, tăng năng suất lao động và nâng cao chất lượng sản phẩm. Phương pháp sấy đối lưu được lựa chọn vì tính linh hoạt cao, dễ điều chỉnh thông số và chi phí đầu tư vừa phải so với các phương pháp sấy khác.

II. Quy trình công nghệ thiết kế hệ thống sấy

Quy trình thiết kế hệ thống sấy hầm bao gồm nhiều giai đoạn liên tiếp từ phân tích nguyên liệu đến xác định các thông số kỹ thuật cuối cùng. Lựa chọn quy trình công nghệ phù hợp là bước đầu tiên, dựa trên các yếu tố như: đặc tính của nguyên liệu, chế độ sấy tối ưu, điều kiện khí hậu địa phương và yêu cầu chất lượng sản phẩm. Phân loại độ chín, kiểm tra độ ẩm, và đóng gói bảo quản là các khâu bổ sung quan trọng. Mỗi bước trong quy trình công nghệ được thiết kế nhằm tối đa hóa năng suất 1000kg/mẻ, đồng thời đảm bảo sản phẩm cuối cùng đạt tiêu chuẩn chất lượng cao nhất. Thiết kế quy trình chi tiết giúp giảm thiểu tổn thất trong quá trình sấy và tăng hiệu suất năng lượng.

2.1. Các bước chuẩn bị và xử lý ban đầu

Tiền xử lý là khâu chuẩn bị quan trọng trước khi đưa vào hầm sấy. Bao gồm: lựa chọn những trái sen đạt tiêu chuẩn, kiểm tra độ chín để đảm bảo nguyên liệu đồng đều, rửa sạch bề mặt và cắt lát theo kích thước chuẩn. Hình dạng và kích thước của từng lát ảnh hưởng lớn đến động học sấy và thời gian sấy tổng cộng.

2.2. Kiểm tra và đóng gói sản phẩm hoàn thành

Sau quá trình sấy hoàn tất, cần kiểm tra độ ẩm cuối cùng để đảm bảo đạt tiêu chuẩn 10-12%. Độ ẩm tuyệt đối phải đồng đều giữa các lô sản phẩm. Đóng gói sử dụng vật liệu chống ẩm, bảo quản trong điều kiện nhiệt độ thường phòng (15-25°C) và độ ẩm tương đối dưới 65%.

III. Tính toán công nghệ và thiết kế thiết bị chính

Tính toán công nghệ là phần then chốt của đồ án thiết kế, bao gồm xác định các thông số tác nhân sấy, cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng và thiết lập bảng cân bằng nhiệt chi tiết. Các thông số tác nhân sấy như nhiệt độ không khí, độ ẩm tuyệt đối, và vận tốc không khí được tính toán dựa trên điều kiện khí hậu ngoài (25,4°C, 81% độ ẩm). Thiết kế kích thước hầm sấy bao gồm: chiều rộng, chiều cao, chiều dài và kích thước phủ bì, được xác định dựa trên công suất 1000kg/mẻ và yêu cầu về thời gian sấy. Tính toán tổn thất nhiệt từ hầm sấy và các thiết bị đi kèm là cơ sở để xác định công suất calorifer cần thiết.

3.1. Xác định kích thước khay sấy và xe gòong

Kích thước khay sấy được thiết kế dựa trên hình dạng của lát sen để tối ưu hóa diện tích và thông gió. Xe gòong chứa nhiều khay sấy được thiết kế với khoảng cách giữa các tầng từ 5-8cm để đảm bảo lưu thông khí đều. Tổng dung tích của xe gòong phải chứa đủ 1000kg nguyên liệu tươi (tương đương khoảng 200kg sản phẩm khô).

3.2. Thiết kế calorifer và quạt thông gió

IV. Ứng dụng thực tiễn và tối ưu hóa hệ thống

Hệ thống sấy hầm được lắp đặt tại Sa Đéc phải thích ứng với điều kiện khí hậu nhiệt đới có độ ẩm cao và nhiệt độ ổn định. Tối ưu hóa hệ thống bao gồm: điều chỉnh chế độ sấy theo mùa, kiểm soát vận tốc không khí để tránh giãn nở hoặc co rút quá mạnh, và quản lý tiêu thụ năng lượng. Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí và vận tốc không khí được quan sát trong quá trình sấy thực để so sánh với lý thuyết. Phương pháp sấy đối lưu cưỡng bức cho phép điều chỉnh linh hoạt các thông số để đạt chất lượng tốt nhất. Hiệu suất năng lượng của hệ thống có thể được cải thiện bằng cách tái sử dụng khí thải nóng hoặc lắp đặt các thiết bị tiết kiệm năng lượng bổ sung.

4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng

Chất lượng sản phẩm sấy phụ thuộc vào: chế độ sấy được chọn (nhiệt độ và thời gian), tiền xử lý nguyên liệu, độ ẩm cuối cùng, và điều kiện bảo quản sau sấy. Ảnh hưởng của hình dạng và kích thước lát sen ảnh hưởng trực tiếp đến động học sấy. Các lát nhỏ sấy nhanh nhưng dễ bị nứt, trong khi lát to sấy chậm và không đều.

4.2. Kế hoạch bảo dưỡng và vận hành hệ thống

Vận hành hệ thống sấy hiệu quả yêu cầu kiểm tra định kỳ calorifer, quạt, và các ống dẫn khí. Làm sạch calorifer giúp duy trì hiệu suất trao đổi nhiệt. Bảo dưỡng quạt bao gồm kiểm tra cân bằng và bôi trơn. Theo dõi thông số liên tục (nhiệt độ, độ ẩm) giúp phát hiện sự cố sớm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ CHỌN PHƯƠNG PHÁP SẤY 1.1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ SEN 1.1 Nguồn gốc cây sen Cây sen (N.) là loại cây thủy sinh đa niên có nguồn gốc từ các nước châu Á nhiệt đới, xuất phát từ Ấn Độ, sau đó được đưa đến Trung Quốc, Nhật Bản, vùng Bắc châu Úc và nhiều nước khác .Ngày nay, cây sen được trồng phổ biến tại Ấn Độ, Nhật Bản, Trung Quốc. Đồng thời, các sản phẩm từ cây sen cũng được tiêu thụ mạnh khắp châu Á. Cây sen là một trong những loại cây xuất hiện sớm nhất được trồng cách đây 1000 năm bởi người Ai Cập cổ đại qua việc trồng hoa sen trắng (lily nước) trong ao và đầm lầy Đầu tiên, hoa sen được biết đến bởi hóa thạch đã tồn tại trong khoảng 65,5 triệu năm đến 145,5 triệu năm tại thời điểm Trái Đất lạnh và khô dần. Về sau, cây sen được tìm thấy ngày càng nhiều từ Iran ở phía Tây sang Nhật Bản ở phía Đông và ở Kashmir, Ấn Độ, Queensland, Úc về phía Bắc và phía Nam.

Năm 1972, các nhà khảo cổ của Trung Quốc đã tìm thấy hóa thạch của hạt sen 5.000 tuổi ở tỉnh Vân Nam.000 tuổi khác được tìm thấy ở tỉnh Chekiang. Một lượng lớn hạt sen được tìm thấy ở tỉnh Shan-tung, Liaoning và ngoại thành phía Tây Bắc Kinh trong suốt giai đoạn 1923-1951 có niên đại trên 1.Shen Miller và cs (1995) phát hiện hạt sen N. với 1228 tuổi trong các hồ cổ đại của tỉnh Putatien, Liaoning vẫn còn khả năng nẩy mầm, một kỷ lục về sức sống bền lâu nhất được ghi nhận từ trước tới nay. Hạt sen tìm thấy ở Đông Bắc Trung Quốc nằm trong vùng nhiệt độ thấp được phủ một lớp bùn, hạt vẫn duy trì được sức sống sau hơn 600 năm .Các nhà khảo cổ Nhật Bản cũng tìm thấy những hạt sen đã bị đốt cháy trong hồ cổ sâu 6 m tại Chiba có niên đại 1.

Điều này khiến người ta tin rằng một số giống sen có nguồn gốc từ Nhật Bản nhưng các giống sen lấy củ thì xuất phát từ Trung Quốc. Nhiều giống sen của Trung Quốc khi du nhập sang Nhật Bản một thời gian thì mang tên Nhật như Taihakubasu, Benitenjo, Kunshikobasu, Sakurabasu và Tenjinkubasu .Ngày nay, các quẩn thể sen dạng hoang dại vẫn được tìm thấy dễ dàng tại các nước châu Á và châu Mỹ 1.2 Phân loại và phân bố cây sen - Bộ Sen (Nelumbonales) chỉ có 1 họ Sen (Nelumbonaceace) với chi Sen (Nelumbo) và có 2 loài gần nhau là N. lutea Willd và N. Hai loài sen này khác biệt nhau bởi một số đặc điểm hình thái như kích cỡ cây, hình dạng lá, hình dạng và màu sắc cánh hoa.

phân bố ở châu Á và châu Đại Dương, từ Nga đến Úc. Bởi vì nó được trồng rộng khắp ở Trung Quốc, nên Trung Quốc trở thành nơi phân bố tự nhiên của loài N. nucifera có nhiều tên gọi khác nhau. Bên cạnh tên sen, sen thiêng nó còn được gọi là sen Đông Ấn Độ, sen Ai Cập, sen Ấn Độ, hoa sen Phương Đông, Lily nước.

Có khoảng 60 tên gọi khác nhau dành cho loài này ở Trung Quốc. nucifera có hoa màu hồng, đỏ hay trắng, thân dày, cao và nhiều gai, củ phát triển ở đáy ruộng hoặc ao, lá gần tròn có đường kính lớn. Cây non có khả năng thích nghi trong nước sâu rất nhanh. Một chu kỳ sống của cây sen thường chưa tới 12 tháng, thông thường cây sen cần phải mất từ 4-6 tháng để hình thành lá, nụ, hoa, 1 hạt, củ, trưởng thành trước khi bước sang giai đoạn ngừng sinh trưởng của cây và được trồng làm sen cảnh, sen lấy củ và sen lấy hạt.

lutea Willd phân bố ở Bắc và Nam Mỹ, mở rộng ra phía Nam Columbia. Loài này có hoa màu vàng, còn gọi là sen Mỹ hay sen vàng. lutea Willd hình thành ở tầng nước nông rồi phát triển ra vùng nước sâu hơn, mực nước thích hợp từ 0,6-2,0 m. Thời gian nở hoa từ tháng 6-9, hoa có đường kính từ 7,6-20,0 cm, kéo dài 3-4 ngày.

Ở châu Mỹ, môi trường sống của cây sen trong tự nhiên đã và đang bị phá hủy nên những quần thể sen của loài N. lutea Willd đã giảm đáng kể về diện tích, chúng đã được đưa vào danh sách loài có nguy cơ tuyệt chủng ở New Jersey, Pennsylvania và bị đe dọa ở Michigan, Delawar.Ngoài hai loài nói trên, các loại sen khác ngày nay đều là những loài sen lai ghép nhân tạo. -Ngoài ra, tùy vào mục đích sử dụng của từng giống sen, các nhà khoa học Trung Quốc đã phân loại cây sen thành 3 nhóm: nhóm sen lấy củ, nhóm sen lấy hạt, nhóm sen lấy hoa. -Ở Việt Nam, cây sen được phân bố rộng suốt từ Bắc vào Nam như Bắc Ninh, Bắc Giang, Hà Nội, Thanh Hóa, Nghệ An, Thừa Thiên Huế và khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (như Đồng Tháp, An Giang, Sóc Trăng, Long An…).

Trước đây, cây sen chủ yếu mọc hoang dại ở điều kiện tự nhiên, nhưng hiện nay nhiều nơi sen là cây trồng mang lại nhiều giá trị về mặt vật chất và tinh thần .3 Đặc điểm thực vật học cơ bản của cây sen Cây sen thuộc họ Nelumbonaceae, lớp hai lá mầm, số nhiễm sắc thể 2n=16. Cây sen gồm thân rễ, lá, hoa, gương và hạt. Rễ: mỗi đốt của than rễ sen có khoảng 20-50 rễ. Khi còn non, rễ thường có màu trắng kem và có một ít lông hút.

Khi trưởng thành rễ có chiều dài 15 cm và chuyển sang màu nâu. Thân rễ (còn gọi là củ): Thân rễ sen có hình dạng giống như cái xúc xích, có màu trắng kem xen lẫn màu nâu. Thân rễ được hình thành từ một đoạn rễ, thường có 3-4 lóng, dài 60-90 cm, lóng cuối có đường kính 4-6 cm, dài 10-15 cm. Lóng thứ hai to nhất, đường kính 5-10 cm, dài 10-12 cm.

Lóng thứ nhất ngắn khoảng 5-10 cm và mang thân mới. Cấu tạo của thân rễ thường xốp để không khí thông suốt chiều dài của củ sen. Lá: lá sen thường lớn, hơi tròn có đường kính 20-100 cm màu xanh xám, xanh đậm. Gân lá xuất phát từ tâm nơi cuống lá tỏa đều ra mép lá.

Lá đầu tiên nảy mầm từ hạt có màu xanh hơi ửng đỏ, nhỏ yếu ớt và phiến lá cuốn vào trong (lá bút), sau đó lá này bung ra trong nước (lá trãi). Lá thứ hai nổi trên mặt nước nhưng thân vẫn yếu, những lá tiếp theo vươn khỏi mặt nước (lá dù). Dưới kính hiển vi điện tử quan sát thấy trên bề mặt lá sen có cấu trúc đặc biệt đẩy nước và đẩy bụi làm cho lá sen luôn luôn sạch sẽ. Người ta đã có những ứng dụng dựa trên đặc điểm cấu trúc của bề mặt lá sen trong thực tiễn được gọi lá “Hiệu ứng lá sen”.

Hiệu ứng này được ứng dụng trong chế tạo vật liệu tự làm sạch và không dính nước thường để ngoài trời. Cuống lá: còn được gọi là cọng sen thường xốp, đường kính và chiều cao thay đổi tùy tuổi cây. Khi còn non, cuống lá nhỏ, mềm và xốp và khi lớn thì cứng lại và cónhiều gai. Những giống sen có cọng láng thường không thích hợp để cho củ.

Ngoài ra, phần non nhất của cọng lá sen mới mọc, lá vẫn còn cuốn lại thành một vòng, nằm sát 2 gốc của cây sen còn được gọi là ngó sen. Ngó sen có màu trắng sữa, xốp, giòn, bên trong có nhiều ống dọc nhỏ, nhựa dính sờ vào cảm giác mát lạnh Hoa: mầm hoa vươn ra vào mùa xuân, đối xứng hoàn toàn và có đường kính 8-20 cm. Hoa thường có 4-6 đài hoa màu xanh hay đỏ. Cánh hoa có màu biến thiên từ trắng, tím, cam, đỏ; cánh hoa hình elip, mỗi bông có khoảng 12-20 cánh hoa, càng vào phía trong kích thước cánh hoa càng nhỏ dần và sắp xếp theo đường xoắn ốc hay xếp tỏa tròn.

Có những giống cánh mang 2 màu, trắng với hồng hoặc hồng với tím. Bên trong cánh hoa có nhiều nhị màu vàng, có hơn 200 nhị. Mỗi nhị hoa có 2 bao phấn hai ô, nứt theo một kẻ dọc. Trung đới mọc dài ra thành một phần phụ màu trắng gọi là gạo sen có hương thơm; bộ nhụy gồm nhiều lá noãn rời nằm xếp vòng trên một đế hoa hình nón ngược gọi là gương sen.

Gương sen: Gương sen được đính vào phần cuối cùng của cuống hoa nằm phía trong cánh sen. Gương sen có những lỗ nhỏ chứa các lá noãn. Mỗi lá noãn có 1-2 noãn nhưng sau chỉ có 1 noãn phát triển thành quả - chính là hạt sen. Hạt sen: Hạt sen nằm hoàn toàn bên trong gương sen.

Hạt sen trưởng thành có dạng quả bế với núm nhọn, phần trước mỏng và cứng, có màu lục, phần giữa chứa tinh bột màu trắng ngà và trong cùng là tâm (tim) sen, hạt sen lép chỉ chứa nước và không khí, chính hai yếu tố này quyết định đến sức sống của hạt sen. Khi còn non và trưởng thành vỏ hạt sen có màu xanh, khi già vỏ hạt chuyển màu nâu rồi sang màu đen, vỏ hạt khô cứng lại gọi là sen lão. Hạt sen có hình ô van hoặc hình cầu, có chiều dài từ 1,2- 1,8 cm, đường kính khoảng 0,8-1,4 cm và trọng lượng khoảng 1,1-1,4 g. Tâm sen chứa 2 chồi mầm màu xanh do có chứa chlorophyll, giúp cây có thể quang hợp ngay khi vừa mới nảy mầm .4 Giá trị của cây sen 1.

Giá trị dinh dưỡng Các bộ phận của cây sen như hạt, ngó, củ được sử dụng nhiều trong lĩnh vực thực phẩm do chứa nhiều chất dinh dưỡng bổ ích, chúng bao gồm protein, lipid, glucid, các chất khoáng (Ca, Fe, P, Na, K, Mg, Zn), tro, cellulose, vitamin (B1, B2, C) và nhiều amino acid không thay thế, rất cần thiết cho con người. Thành phần dinh dưỡng trong 100g củ sen Thành phần Củ sen tươi/100g Nước (g) 81,0 Năng lượng (Kcal) 68,0 Năng lượng (Kj) 285,0 Protein (g) 1,8 Chất béo (g) 0,0 Đường (g) 15,8 Chất xơ dễ tiêu (g) 0,6 Calcium (Ca) (mg) 17,6 Phosphorus (P) (mg) 55,0 Iron (Fe) (mg) 0,5 Sodium (Na) (mg) 19,0 Potassium (K) (mg) 350,0 Vitamin B1 (mg) 0,07 3 Vitamin B2 (mg) 0,01 Niacin (mg) 0,2 Vitamin C (mg) 37,0 Giá trị y học -Tất cả các bộ phận của cây sen đều được sử dụng làm thuốc thảo dược thuộc nhóm an thần theo danh mục vị thuốc ban hành kèm quyết định số 03/2005/QĐ-BYT ngày 24 tháng 1 năm 2005 của Bộ Y tế -Cây sen đều được sử dụng làm các bài thuốc cổ truyền rất hiệu nghiệm - Lá sen : có tính hàn, lợi tiểu và cầm máu. Lá được sử dụng để điều trị các bệnh như tiêu chảy, say nắng, sốt cao, trĩ, tiểu gắt và bệnh phong.