Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong ngành nông nghiệp và chế biến thực phẩm tại Việt Nam, chuối là một trong những loại cây ăn quả nhiệt đới phổ biến với sản lượng thu hoạch lớn quanh năm. Tuy nhiên, do hàm lượng nước tự nhiên cao (chiếm khoảng 74,91% khối lượng quả tươi), chuối sau thu hoạch rất nhanh bị hư hỏng, dập nát và suy giảm chất lượng nếu không được tiêu thụ hoặc xử lý kịp thời. Việc ứng dụng kỹ thuật sấy trong công nghệ sau thu hoạch đóng vai trò then chốt nhằm tách bớt ẩm, giảm hoạt độ của nước, ức chế vi sinh vật gây hại và phản ứng sinh hóa bất lợi, từ đó kéo dài thời gian bảo quản, giảm khối lượng vận chuyển và nâng cao giá trị thương phẩm cho nông sản.
Đề tài "Tính toán thiết kế hệ thống sấy hầm dùng để sấy chuối" được thực hiện với các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể sau:
- Tính toán và thiết kế hoàn chỉnh hệ thống sấy hầm sử dụng tác nhân không khí nóng, đáp ứng năng suất chế biến $350\text{ kg/mẻ}$.
- Thiết lập quy trình công nghệ chế biến chuối sấy lát từ khâu tiếp nhận nguyên liệu đến hoàn thiện sản phẩm.
- Nắm vững nguyên lý hoạt động, chu trình trao đổi nhiệt - ẩm của hệ thống sấy đối lưu cưỡng bức có hồi lưu một phần tác nhân sấy.
- Xác định kích thước hình học chi tiết của thiết bị chính (hầm sấy, khay sấy, xe goòng) và tính toán thiết kế thiết bị phụ trợ (calorifer khí - hơi, quạt cấp khí).
Đối tượng nghiên cứu của đồ án là quả chuối tươi được sơ chế và cắt lát để sấy khô. Phạm vi thiết kế được xác lập dựa trên điều kiện khí hậu thực tế tại TP. Hồ Chí Minh với nhiệt độ môi trường trung bình $t_0 = 27^\circ\text{C}$, độ ẩm tương đối $\varphi_0 = 79%$. Chu kỳ sấy được ấn định là $10\text{ giờ/mẻ}$, đưa độ ẩm nguyên liệu từ $\omega_1 = 50%$ xuống độ ẩm an toàn $\omega_2 = 10%$.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Cơ sở lý thuyết của đồ án dựa trên các nguyên lý nhiệt động lực học, quá trình và thiết bị truyền nhiệt - truyền khối trong công nghệ thực phẩm. Tác giả vận dụng phương pháp phân tích chu trình sấy trên đồ thị Entanpi - độ chứa hơi ($I-d$) của không khí ẩm để xác định các thông số trạng thái của tác nhân sấy qua từng giai đoạn: không khí ngoài trời (điểm A), hòa trộn với khí thải hồi lưu (điểm M), gia nhiệt qua thiết bị trao đổi nhiệt (điểm B/1t) và sau khi thoát khỏi buồng sấy (điểm C/2t).
Phương pháp nghiên cứu thực hiện bao gồm:
- Phương pháp tính toán cân bằng vật chất: Xác định lượng ẩm cần bốc hơi, lượng sản phẩm thu được và lưu lượng không khí khô cần thiết để vận chuyển ẩm.
- Phương pháp tính toán cân bằng năng lượng: Xác định nhiệt lượng có ích dùng để bốc hơi ẩm và các thành phần tổn thất nhiệt (tổn thất do sản phẩm mang ra, tổn thất do khay và xe goòng, tổn thất truyền nhiệt qua kết cấu bao che hầm sấy ra môi trường).
- Phương pháp tính toán thiết kế nhiệt - khí động: Xác định kích thước thiết bị sấy, diện tích trao đổi nhiệt của calorifer ống có cánh tản nhiệt và trở lực khí động để lựa chọn quạt thổi.
Nguồn dữ liệu tra cứu và công thức tính toán được trích xuất từ các tài liệu chuyên ngành về kỹ thuật sấy, sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất - thực phẩm, cùng số liệu khí tượng thủy văn khu vực TP. Hồ Chí Minh do cơ quan quản lý nhà nước công bố.
Thiết kế và triển khai
Hệ thống sấy được thiết kế theo dạng hầm sấy đối lưu cưỡng bức bán liên tục, vận chuyển nguyên liệu bằng xe goòng trượt trên ray. Tác nhân sấy là không khí nóng được gia nhiệt gián tiếp qua calorifer sử dụng nguồn nhiệt từ hơi nước bão hòa áp suất $1\text{ at}$ ($0,98\text{ bar}$), nhiệt độ ngưng tụ $t_N = 100^\circ\text{C}$.
Sơ đồ nguyên lý vận hành: Không khí ngoài trời ($t_0 = 27^\circ\text{C}, \varphi_0 = 79%$) được hút qua bộ lọc sơ bộ, đi vào buồng hòa trộn với dòng khí thải hồi lưu theo tỷ lệ $n = 1$ để tận dụng nhiệt vật lý. Hỗn hợp khí sau trộn đạt nhiệt độ $t_M = 38,7^\circ\text{C}$ ($\varphi_M = 60,8%$) được đưa qua calorifer gia nhiệt lên $t_1 = 80^\circ\text{C}$ ($\varphi_1 = 9,5%$). Quạt thổi đưa dòng khí nóng chuyển động cưỡng bức dọc theo chiều dài hầm sấy, đi qua bề mặt các khay chuối xếp trên xe goòng để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt - ẩm. Không khí sau sấy thoát ra ở đầu hầm với nhiệt độ $t_2 = 50^\circ\text{C}$ ($\varphi_2 = 50,4%$), trong đó một nửa được thải ra môi trường và một nửa được quạt hút hồi lưu về buồng trộn.
| Bộ phận thiết bị | Vật liệu chế tạo | Quy cách / Kích thước thiết kế | Số lượng / Thông số kỹ thuật |
|---|---|---|---|
| Khay sấy | Nhôm tấm dập định hình | $1200 \times 800 \times 20\text{ mm}$, dày $1\text{ mm}$, gờ viền $30\text{ mm}$ | 56 khay (diện tích hiệu dụng $\approx 0,9\text{ m}^2/\text{khay}$, tải $6,25\text{ kg/khay}$) |
| Xe goòng | Khung hộp Inox chống gỉ | $1250 \times 850 \times 1560\text{ mm}$, thanh rỗng $25 \times 25\text{ mm}$, dày $1,5\text{ mm}$ | 5 xe (12 tầng khay/xe, khoảng cách tầng $100\text{ mm}$, tải $120\text{ kg/xe}$) |
| Hầm sấy | Tường gạch đỏ + lớp cách nhiệt | Phủ bì: Dài $7330\text{ mm}$, Rộng $2090\text{ mm}$, Cao $1800\text{ mm}$ (Lọt lòng: $6050 \times 1450 \times 1800\text{ mm}$) | Tường gạch dày $250\text{ mm}$, lớp cách nhiệt dày $70\text{ mm}$ |
| Calorifer | Ống thép truyền nhiệt, cánh tản nhiệt bằng đồng | Ống dẫn hơi $d_2/d_1 = 28/26\text{ mm}$, cánh đồng $d_c = 49\text{ mm}$, dày $\delta_c = 1\text{ mm}$, bước cánh $S_c = 3,5\text{ mm}$ | Bố trí so le, bước ống $S_1 = 45\text{ mm}$, công suất truyền nhiệt yêu cầu $Q_c = 172,7\text{ kW}$ |
| Dòng khí qua hầm | Không khí nóng có hồi lưu | Lưu lượng thể tích thực tế $V = 12392,5\text{ m}^3\text{/h}$ ($3,44\text{ m}^3\text{/s}$) | Vận tốc gió trong hầm $\omega_t = 1,195\text{ m/s}$ (tiết diện tự do $F_{td} = 2,8803\text{ m}^2$) |
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan
Chương 1 trình bày tổng quan về nguồn gốc thực vật học, giá trị dinh dưỡng, tính chất vật lý của nguyên liệu chuối (chi Musa), các phương pháp sấy thông dụng và nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy hầm. Chuối thương phẩm chủ yếu gồm ba nhóm chính: chuối tiêu (chuối già), chuối gòn (chuối tây, chuối sứ, chuối Xiêm) và chuối bơm. Về thành phần hóa học, 100g chuối cung cấp $371\text{ kJ}$ năng lượng, chứa $22,84\text{ g}$ carbohydrate, $1,09\text{ g}$ protein, $0,33\text{ g}$ chất béo, $74,91\text{ g}$ nước cùng các vitamin (A, C, E, B2, B12, niacin) và khoáng chất (sắt, canxi, magie, photpho, kali).
Về tính chất vật lý, quả chuối có khối lượng riêng $\rho = 977\text{ kg/m}^3$, nhiệt dung riêng $c = 1,0269\text{ kJ/kg}\cdot\text{K}$, hệ số dẫn nhiệt $\lambda = 0,52\text{ W/m}\cdot\text{K}$. Nhiệt độ sấy giới hạn của chuối dao động trong khoảng $60 - 90^\circ\text{C}$. Nếu nhiệt độ vượt quá $60^\circ\text{C}$ trong môi trường ẩm cao, protein bắt đầu bị biến tính; nếu vượt quá $90^\circ\text{C}$, đường fructose bắt đầu bị caramel hóa kết hợp với phản ứng tạo hợp chất melanoidin làm sẫm màu và gây cháy khét sản phẩm. Do đó, chế độ sấy với tác nhân không khí nóng ở $80^\circ\text{C}$ được lựa chọn để đảm bảo tốc độ thoát ẩm nhanh nhưng không làm phân hủy các hoạt chất dinh dưỡng và màu sắc tự nhiên.
Chương 2: Thiết kế quy trình công nghệ
Chương này xây dựng quy trình công nghệ sản xuất chuối sấy lát gồm 11 công đoạn liên hoàn:
- Lựa chọn, phân loại: Loại bỏ quả dập nát, sâu thối, chọn quả chín đồng đều, vỏ vàng cuống xanh nhẹ để đảm bảo hàm lượng đường và độ chắc thịt quả.
- Rửa: Kết hợp ngâm thổi khí và rửa xối bằng vòi phun áp suất $2 - 3\text{ at}$ nhằm loại sạch đất cát, tạp chất và giảm mật độ vi sinh vật bám trên vỏ.
- Bóc vỏ: Thao tác thủ công bằng dao chuyên dụng trên băng chuyền để loại bỏ vỏ và cuống.
- Rửa bột: Xử lý bề mặt thịt quả trong chậu dung dịch theo tỷ lệ $3\text{ kg chuối / 3 lít nước}$ trong $2 - 3\text{ phút}$. Dung dịch xử lý chứa tổ hợp hóa chất gồm $\text{HCl } 0,05%$ và $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3\text{ } 0,5%$ nhằm tẩy sạch lớp tinh bột bám ngoài bề mặt, ngăn chặn phản ứng oxy hóa gây biến màu xù xì.
- Cắt lát: Sử dụng máy cắt chuyên dụng tạo các lát chuối tròn hoặc dọc có chiều dày đồng đều $5 - 7\text{ mm}$ để rút ngắn thời gian sấy.
- Rửa lần 2: Tráng nhanh bề mặt lát cắt bằng nước sạch để loại bỏ dịch bào thừa.
- Sấy: Xếp lát chuối lên khay nhôm đặt trên xe goòng, đưa vào hầm sấy đối lưu cưỡng bức ở $80^\circ\text{C}$ trong 10 giờ.
- Phân loại sau sấy: Loại bỏ các lát chuối bị cháy xém hoặc chưa đạt độ ẩm tiêu chuẩn.
- Xử lý tia tử ngoại: Chiếu đèn UV diệt khuẩn bề mặt trong giai đoạn làm nguội và ổn định cấu trúc sản phẩm.
- Đóng gói: Đóng gói chuối sấy lát trong bao bì plastic chuyên dụng để ngăn ngừa hút ẩm.
- Bảo quản: Lưu trữ trong kho mát, độ ẩm thấp, chuẩn bị phân phối.
Chương 3: Tính toán công nghệ
Tác giả thiết lập các phương trình cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng cho toàn bộ quá trình sấy. Với năng suất $350\text{ kg/mẻ}$ chuối tươi độ ẩm $W_1 = 50%$, thời gian sấy 10 giờ ($35\text{ kg/h}$), sấy về độ ẩm cuối $W_2 = 10%$ (tương ứng độ ẩm trên căn bản khô $W'_2 = 11,11%$):
- Lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ: $W = 35 \times \frac{50 - 10}{100 - 10} = 15,55\text{ kg/h}$ (tổng lượng ẩm bốc hơi mỗi mẻ là $145,55\text{ kg/mẻ}$).
- Năng suất sản phẩm chuối khô thu được: $G_2 = 19,44\text{ kg/h}$ ($194,4\text{ kg/mẻ}$).
Trong tính toán cân bằng năng lượng lý thuyết và tổn thất:
- Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi: $Q_{VL} = 2579,74\text{ kJ/h}$ ($q_{vl} = 17,74\text{ kJ/kg ẩm}$).
- Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải (khay nhôm và xe goòng inox): $Q_{TBTT} = Q_{kh} + Q_x = 3646,4 + 779,1 = 4425,5\text{ kJ/h}$ ($q_{TBTT} = 30,43\text{ kJ/kg ẩm}$).
- Tổn thất truyền nhiệt qua kết cấu bao che hầm sấy ra môi trường: $q_{MT} = 148,26\text{ kJ/kg ẩm}$.
- Quá trình sấy lý thuyết xác định lưu lượng thể tích không khí khô lưu chuyển qua hầm sấy là $V_{lt} = 11380,5\text{ m}^3\text{/h}$ ($3,16\text{ m}^3\text{/s}$), vận tốc gió lý thuyết tối thiểu qua tiết diện tự do $F_{td} = 2,8803\text{ m}^2$ đạt $1,1\text{ m/s}$.
Chương 4: Tính toán thiết kế thiết bị chính
Chương 4 tập trung tính toán các thông số của chu trình sấy thực có hồi lưu ($n = 1$) và xác lập kích thước không gian lắp đặt thiết bị.
Bảng thông số trạng thái tác nhân sấy trong chu trình thực:
| Điểm trạng thái không khí | Nhiệt độ $t$ ($^\circ\text{C}$) | Độ ẩm tương đối $\varphi$ ($%$) | Độ chứa hơi $d$ ($\text{kg ẩm/kg kkk}$) | Entanpi $I$ ($\text{kJ/kg kkk}$) |
|---|---|---|---|---|
| Không khí ngoài trời (A) | 27,0 | 79,0 | 0,0180 | 73,000 |
| Sau buồng hòa trộn ($M_t$) | 38,7 | 60,8 | 0,02975 | 115,373 |
| Sau Calorifer vào hầm ($1_t$) | 80,0 | 9,5 | 0,02975 | 159,080 |
| Thoát ra khỏi hầm sấy ($2_t$) | 50,0 | 50,4 | 0,0410 | 156,476 |
Lưu lượng không khí khô thực tế lưu chuyển trong buồng sấy đạt $L = 12937,78\text{ kg kkk/h}$, tương ứng lưu lượng thể tích $V = 12392,5\text{ m}^3\text{/h}$ ($3,44\text{ m}^3\text{/s}$). Vận tốc dòng khí thực tế qua hầm là $\omega_t = 1,195\text{ m/s}$ (chênh lệch $1%$ so với giả thiết $1,2\text{ m/s}$). Lượng không khí tươi cấp bổ sung từ môi trường là $L_0 = 6468,89\text{ kg kkk/h}$ ($V_0 = 5500,76\text{ m}^3\text{/h}$).
Bảng cân bằng nhiệt của hệ thống sấy:
| STT | Thành phần nhiệt lượng | Ký hiệu | Giá trị ($\text{kJ/kg ẩm}$) | Tỷ lệ ($%$) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Nhiệt lượng có ích bốc hơi ẩm | $q_1$ | 2479,24 | 66,64 |
| 2 | Tổn thất do tác nhân sấy mang đi | $q_2$ | 1043,27 | 28,04 |
| 3 | Tổn thất do vật liệu sấy mang ra | $q_{vl}$ | 18,81 | 0,50 |
| 4 | Tổn thất do thiết bị truyền tải (khay, xe) | $q_{TBTT}$ | 30,43 | 0,82 |
| 5 | Tổn thất qua kết cấu bao che ra môi trường | $q_{MT}$ | 148,26 | 3,98 |
| Tổng | Tổng nhiệt lượng tính toán | $q'$ | 3720,01 | 100,00 |
| Cấp | Nhiệt lượng tiêu hao từ Calorifer | $q$ | 3885,07 | — |
Sai số tuyệt đối giữa nhiệt lượng tiêu hao và tổng nhiệt lượng tính toán là $\Delta q = 165,06\text{ kJ/kg ẩm}$, tương ứng sai số tương đối $\varepsilon = 4,2%$ (nằm trong giới hạn kỹ thuật cho phép $< 5%$). Công suất nhiệt tiêu hao cần cấp cho hệ thống là $Q = 565471,45\text{ kJ/h} \approx 157\text{ kW}$.
Về kích thước hầm và phương tiện chứa: Mỗi khay nhôm tải $6,25\text{ kg}$ chuối lát, tổng số khay là 56 khay. Mỗi xe goòng xếp 12 tầng khay, sử dụng tổng cộng 5 xe goòng. Kích thước hầm sấy phủ bì: Dài $7,33\text{ m}$, Rộng $2,09\text{ m}$, Cao $1,80\text{ m}$ (chiều dài không gian chứa xe bên trong là $6,05\text{ m}$, chiều rộng lọt lòng $1,45\text{ m}$).
Chương 5: Tính toán thiết kế thiết bị phụ
Tác giả thực hiện tính toán thiết kế chi tiết bộ trao đổi nhiệt calorifer khí - hơi bão hòa dạng chùm ống có cánh tản nhiệt. Môi chất ngưng tụ bên trong ống là hơi nước bão hòa ở áp suất $1\text{ at}$ ($0,98\text{ bar}$), nhiệt độ ngưng $t_N = 100^\circ\text{C}$, ẩn nhiệt ngưng tụ $r = 2257\text{ kJ/kg}$.
Với hiệu suất nhiệt giả định của thiết bị là $90%$, công suất trao đổi nhiệt danh định của calorifer là $Q_c = 1,1 \times 157 = 172,7\text{ kW}$. Lượng hơi nước bão hòa cần tiêu thụ là $G_h = 275,463\text{ kg/h}$ ($0,07765\text{ kg/s}$).
Các thông số kết cấu của calorifer:
- Sử dụng ống thép truyền nhiệt có đường kính ngoài $d_2 = 28\text{ mm}$, đường kính trong $d_1 = 26\text{ mm}$, bố trí so le với bước ống ngang $S_1 = 45\text{ mm}$.
- Cánh tản nhiệt làm bằng đồng nhằm tăng cường truyền nhiệt ($\lambda_c = 110\text{ W/m}\cdot\text{K}$), đường kính cánh $d_c = 49\text{ mm}$, chiều dày cánh $\delta_c = 1\text{ mm}$, bước cánh $S_c = 3,5\text{ mm}$. Hệ số làm cánh đạt $\varepsilon_c = 9,885$.
- Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit giữa dòng hơi ngưng và dòng không khí là $\Delta t = 36,8\text{ K}$.
- Tính toán trở lực dòng khí qua calorifer và buồng sấy làm cơ sở tính chọn công suất động cơ quạt thổi khí đối lưu.
Kết quả và đóng góp
Đồ án đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế kỹ thuật cho một hệ thống sấy hầm chuối sấy lát quy mô bán công nghiệp, thể hiện qua các kết quả định lượng:
- Thông số công nghệ đồng bộ: Thiết lập chu trình sấy với nhiệt độ tác nhân vào hầm $t_1 = 80^\circ\text{C}$, nhiệt độ khí thoát $t_2 = 50^\circ\text{C}$, thời gian sấy $10\text{ giờ/mẻ}$, đạt năng suất sản phẩm $194,4\text{ kg chuối khô/mẻ}$ từ $350\text{ kg nguyên liệu tươi/mẻ}$, đưa độ ẩm từ $50%$ về $10%$.
- Tối ưu hóa nhiệt năng: Áp dụng chế độ hồi lưu $50%$ khí thải ($n = 1$), tận dụng nhiệt vật lý của dòng khí $50^\circ\text{C}$ để nâng nhiệt độ hỗn hợp khí hòa trộn lên $38,7^\circ\text{C}$, giúp tiết kiệm năng lượng cấp qua calorifer và hạn chế tổn thất hương thơm tự nhiên của chuối chín.
- Hoàn thiện kết cấu thiết bị: Xác lập kích thước hình học chính xác của hầm sấy ($6050 \times 1450 \times 1800\text{ mm}$ bên trong), 5 cụm xe goòng inox ($1250 \times 850 \times 1560\text{ mm}$), 56 khay nhôm dập ($1200 \times 800 \times 20\text{ mm}$), bộ calorifer khí - hơi công suất $172,7\text{ kW}$ tiêu thụ $275,463\text{ kg hơi/h}$ và hệ thống quạt thổi duy trì vận tốc gió $1,195\text{ m/s}$.
- Giải pháp xử lý nguyên liệu: Đề xuất quy trình tiền xử lý rửa tinh bột nhớt bằng dung dịch $\text{HCl } 0,05% + \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3\text{ } 0,5%$ và công đoạn chiếu xạ tia UV sau sấy để đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Toàn bộ số liệu trong đề tài được xây dựng trên cơ sở tính toán lý thuyết và phương trình truyền nhiệt - truyền ẩm quy chuẩn, chưa được kiểm chứng qua mô hình thực nghiệm thực tế để đánh giá sự phân bố trường nhiệt độ và độ đồng đều ẩm giữa các vị trí khay trên xe goòng; chưa tích hợp hệ thống đo lường tự động điều chỉnh lưu lượng hơi cấp vào calorifer theo diễn biến giảm ẩm của mẻ sấy.
- Hướng nghiên cứu tiếp: Nghiên cứu lắp đặt hệ thống cảm biến độ ẩm, nhiệt độ đa điểm dọc chiều dài hầm và thiết lập thuật toán điều khiển tự động biến tần quạt gió; khảo sát áp dụng chế độ sấy phân đoạn hạ nhiệt theo thời gian (từ $80^\circ\text{C}$ xuống $60^\circ\text{C}$) nhằm tối ưu hóa hàm lượng vitamin và độ dẻo cảm quan của chuối sấy thành phẩm.
Giá trị tham khảo
Tài liệu là nguồn tham khảo chuyên môn cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành:
- Công nghệ Thực phẩm: Tham khảo quy trình công nghệ chế biến chuối sấy lát, chế độ xử lý hóa chất chống biến màu và phương pháp bảo quản nông sản sau thu hoạch.
- Kỹ thuật Nhiệt - Năng lượng / Máy và Thiết bị Thực phẩm: Tham khảo phương pháp tính toán cân bằng nhiệt - vật chất cho hệ thống sấy đối lưu có hồi lưu, phương pháp xác định kích thước buồng sấy, xe goòng và các bước thiết kế chi tiết thiết bị trao đổi nhiệt calorifer ống chùm có cánh tản nhiệt.
Câu hỏi thường gặp
1. Năng suất thiết kế và thông số độ ẩm đầu vào, đầu ra của hệ thống sấy là bao nhiêu?
Hệ thống được thiết kế với năng suất nhập liệu $350\text{ kg chuối tươi/mẻ}$ (thời gian sấy 10 giờ, tương ứng $35\text{ kg/h}$). Độ ẩm ban đầu của chuối sau sơ chế là $\omega_1 = 50%$, độ ẩm sản phẩm sau sấy đạt $\omega_2 = 10%$ (tương ứng độ ẩm trên căn bản khô $W'_2 = 11,11%$). Năng suất sản phẩm chuối sấy khô thu được là $194,4\text{ kg/mẻ}$ ($19,44\text{ kg/h}$), tổng lượng ẩm bốc hơi là $145,55\text{ kg/mẻ}$ ($15,55\text{ kg/h}$).
2. Tại sao tác giả chọn nhiệt độ tác nhân sấy vào buồng sấy là $80^\circ\text{C}$ và nhiệt độ khí ra là $50^\circ\text{C}$?
Nhiệt độ $t_1 = 80^\circ\text{C}$ được lựa chọn vì chuối là sản phẩm nhạy cảm nhiệt; nếu sấy ở nhiệt độ trên $90^\circ\text{C}$, đường fructose sẽ bị caramel hóa và phản ứng tạo melanoidin xảy ra mạnh làm cháy khét quả chuối. Nhiệt độ khí thải ra khỏi hầm được khống chế ở $t_2 = 50^\circ\text{C}$ (với độ ẩm tương đối $\varphi_2 = 50,4%$) để vừa giảm thiểu tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi, vừa đảm bảo cao hơn nhiệt độ điểm sương ($\approx 34,3^\circ\text{C}$) nhằm tránh hiện tượng đọng sương làm ướt trở lại bề mặt vật liệu sấy ở cuối hầm.
3. Quy cách khay sấy, xe goòng và kích thước hầm sấy được xác định như thế nào?
Hệ thống sử dụng 56 khay nhôm kích thước $1200 \times 800 \times 20\text{ mm}$ (mỗi khay chứa $6,25\text{ kg}$ chuối lát). Các khay được xếp trên 5 xe goòng inox kích thước $1250 \times 850 \times 1560\text{ mm}$ (mỗi xe chứa 12 tầng khay cách nhau $100\text{ mm}$, tải trọng $120\text{ kg/xe}$). Hầm sấy có kích thước lọt lòng: Dài $6,05\text{ m}$, Rộng $1,45\text{ m}$, Cao $1,80\text{ m}$; kích thước phủ bì gồm tường gạch dày $250\text{ mm}$ và lớp cách nhiệt dày $70\text{ mm}$ là Dài $7,33\text{ m}$, Rộng $2,09\text{ m}$, Cao $1,80\text{ m}$.
4. Tổng nhiệt lượng cung cấp cho hệ thống từ Calorifer là bao nhiêu và thành phần nào chiếm tỷ trọng lớn nhất?
Nhiệt lượng tiêu hao cung cấp cho hệ thống qua calorifer là $q = 3885,07\text{ kJ/kg ẩm}$, tương đương công suất nhiệt $Q = 565471,45\text{ kJ/h} \approx 157\text{ kW}$. Trong cơ cấu cân bằng nhiệt, nhiệt lượng có ích dùng để bốc hơi ẩm ($q_1 = 2479,24\text{ kJ/kg ẩm}$) chiếm tỷ trọng lớn nhất với $66,64%$; tổn thất do tác nhân sấy mang đi ($q_2 = 1043,27\text{ kJ/kg ẩm}$) chiếm $28,04%$; các tổn thất ra môi trường ($3,98%$), thiết bị truyền tải ($0,82%$) và vật liệu sấy mang ra ($0,50%$) chiếm tỷ lệ không đáng kể.
5. Trong công đoạn rửa bột trước khi sấy, dung dịch hóa chất nào được sử dụng và với mục đích gì?
Quả chuối sau khi bóc vỏ được ngâm rửa trong chậu nước tỷ lệ $3\text{ kg chuối / 3 lít nước}$ trong thời gian $2 - 3\text{ phút}$ với tổ hợp dung dịch hóa chất gồm $\text{HCl } 0,05%$ và $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3\text{ } 0,5%$. Mục đích là làm bong nhanh lớp tinh bột nhớt bao bọc bề mặt thịt quả, ngăn chặn hiện tượng tạo màng trắng loang lổ, xù xì và tăng tính khử nhằm giữ màu sắc tự nhiên cho chuối sấy.
Kết luận
Đồ án "Tính toán thiết kế hệ thống sấy hầm dùng để sấy chuối" đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán công nghệ, tính toán nhiệt động lực học và thiết kế kết cấu cơ khí cho hệ thống sấy chuối lát năng suất $350\text{ kg/mẻ}$. Việc áp dụng chu trình sấy đối lưu cưỡng bức có hồi lưu một phần tác nhân sấy kết hợp giải pháp tiền xử lý bề mặt bằng hóa chất nồng độ thấp đem lại hiệu quả cao về mặt truyền nhiệt và bảo toàn chất lượng sản phẩm. Công trình cung cấp hệ thống số liệu kỹ thuật hoàn chỉnh, đáp ứng tốt yêu cầu thực tiễn trong chế biến nông sản và phục vụ hiệu quả cho công tác học tập, nghiên cứu chuyên ngành Kỹ thuật Thực phẩm.