Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong cơ cấu ngành nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm tại Việt Nam, công nghệ sau thu hoạch đóng vai trò then chốt nhằm nâng cao giá trị gia tăng, giảm tổn thất nông sản và mở rộng thị trường tiêu thụ nội địa cũng như xuất khẩu. Mít (Artocarpus heterophyllus Lam) là loại quả nhiệt đới phổ biến, có giá trị dinh dưỡng cao, giàu carbohydrate, protein, khoáng chất và các vitamin. Tuy nhiên, do đặc thù hàm lượng ẩm cao và tính mùa vụ, việc chế biến mít tươi thành các sản phẩm sấy khô giúp kéo dài thời gian bảo quản, giữ gìn hương vị tự nhiên và đáp ứng nhu cầu thị trường.

Đề tài đồ án môn học "Tính toán thiết kế hệ thống sấy hầm dùng để sấy mít, năng suất 220kg/mẻ" do sinh viên Trương Hoài Nam và Lê Thị Nga thực hiện dưới sự hướng dẫn của GV Phan Thế Duy tại Khoa Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM (năm 2022). Nhiệm vụ của đề tài được xác định cụ thể qua các mục tiêu kỹ thuật sau:

  1. Thiết lập quy trình công nghệ sấy mít quy mô bán công nghiệp, xác định các thông số kỹ thuật cho từng công đoạn chế biến từ nguyên liệu tươi đến thành phẩm đóng gói.
  2. Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng cho hệ thống sấy đối lưu hầm làm việc theo mẻ.
  3. Xác định kích thước hình học của thiết bị sấy chính (hầm sấy), thiết bị truyền tải (xe goòng, khay sấy).
  4. Tính toán nhiệt quá trình sấy thực, xác định các tổn thất nhiệt và công suất nhiệt yêu cầu.
  5. Thiết kế và tính chọn thiết bị phụ trợ bao gồm bộ trao đổi nhiệt calorifer khí - hơi nước bão hòa và quạt đối lưu.

Đối tượng nghiên cứu là nguyên liệu mít nghệ tươi và hệ thống sấy hầm đối lưu cưỡng bức sử dụng tác nhân sấy là không khí nóng gia nhiệt bằng calorifer hơi nước. Phạm vi tính toán được xác lập tại địa bàn TP. Hồ Chí Minh với điều kiện khí hậu trung bình năm ($t_0 = 27,2^\circ\text{C}$, $\varphi_0 = 77%$), năng suất thành phẩm đạt 220 kg mít khô/mẻ trong chu kỳ thời gian sấy 12 giờ/mẻ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án được xây dựng dựa trên các nguyên lý cơ bản của kỹ thuật sấy nông sản và truyền nhiệt - truyền khối trong công nghệ hóa chất và thực phẩm:

  • Cơ sở lý thuyết quá trình sấy: Áp dụng lý thuyết sấy đối lưu không khí ẩm, giản đồ pha của nước, các trạng thái liên kết của ẩm trong tế bào thực vật (ẩm tự do và ẩm liên kết), động học quá trình sấy (giai đoạn đẳng tốc và giảm tốc), cùng việc ứng dụng đồ thị nhiệt ẩm $I-d$ (Ramzin) để biểu diễn và xác định trạng thái không khí trước khi vào hầm, trong hầm và sau khi thải ẩm.
  • Phương pháp tính toán cân bằng vật chất: Xác định lượng ẩm cần bốc hơi, lượng vật liệu khô tuyệt đối, khối lượng nguyên liệu đầu vào và tiêu hao không khí khô dựa trên định luật bảo toàn khối lượng.
  • Phương pháp cân bằng nhiệt: Tính toán nhiệt lượng lý thuyết và nhiệt lượng thực tế thông qua việc xác định từng thành phần tổn thất nhiệt: tổn thất do vật liệu sấy mang ra ngoài ($q_{VL}$), tổn thất qua thiết bị truyền tải ($q_{TBTT}$ gồm xe goòng và khay sấy), và tổn thất truyền nhiệt qua kết cấu bao che ($q_{BC}$ gồm tường gạch, trần bê tông xốp và nền phân xưởng).
  • Phương pháp tính toán thiết kế thiết bị: Ứng dụng công thức truyền nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp, truyền nhiệt đối lưu qua chùm ống có cánh của calorifer và tính toán thủy lực để lựa chọn quạt gió.
  • Nguồn dữ liệu tham khảo: Số liệu khí tượng thủy văn khu vực TP. Hồ Chí Minh (Bộ Kế hoạch và Đầu tư); các công thức tính toán và bảng tra cứu thông số nhiệt vật lý từ giáo trình "Kỹ thuật sấy" và "Tính toán và thiết kế hệ thống sấy" của tác giả Trần Văn Phú, cùng tài liệu hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh của tác giả Nguyễn Đức Lợi.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống sấy hầm được lựa chọn với phương thức sấy đối lưu cưỡng bức, bố trí dòng tác nhân sấy cắt ngang vật liệu và có chế độ hồi lưu một phần khí thải nhằm tận dụng nhiệt vật lý của tác nhân sấy ở nhiệt độ $t_2 = 35^\circ\text{C}$, giảm tiêu hao năng lượng và duy trì hương vị sản phẩm.

Hạng mục thiết bị / Thông số Quy cách / Giá trị thiết kế Vật liệu / Ghi chú
Năng suất thành phẩm ($G_2$) 220 kg/mẻ Độ ẩm cuối $\omega_2 = 10%$
Khối lượng nguyên liệu vào ($G_1$) 330 kg/mẻ Độ ẩm ban đầu $\omega_1 = 40%$
Lượng ẩm tách ra ($W$) 110 kg/mẻ Thời gian sấy 12 giờ
Kích thước lọt lòng hầm sấy ($B_h \times H_h \times L_h$) $1,2,\text{m} \times 1,94,\text{m} \times 4,4,\text{m}$ Tiết diện tự do $F_{td} = 2,094,\text{m}^2$
Kết cấu bao che hầm sấy Tường gạch đỏ dày $0,25,\text{m}$, vữa 2 mặt $0,025,\text{m}$ Trần bê tông xốp nhẹ dày $0,07,\text{m}$
Số lượng xe goòng ($N_x$) 3 xe ($1000 \times 1000 \times 1700,\text{mm}$) Khung thép CT3, khối lượng 45 kg/xe
Khay sấy 39 khay ($900 \times 900 \times 20,\text{mm}$) Hợp kim nhôm đục lỗ $\varnothing 5,\text{mm}$, 2 kg/khay
Tải trọng mỗi khay 8,48 kg mít tươi/khay 13 khay/xe (khoảng cách tầng 100 mm)
Thiết bị gia nhiệt (Calorifer) Calorifer khí - hơi chùm ống có cánh Cánh đồng dày 1 mm, ống thép $\varnothing 28/26,\text{mm}$
Tác nhân gia nhiệt Hơi nước bão hòa $t_N = 100^\circ\text{C}$, $P_N = 1,\text{at}$ Tiêu hao hơi $G_h = 17,47,\text{kg/h}$
Công suất nhiệt calorifer ($Q_C$) 10,95 kW Hiệu suất calorifer $\eta = 90%$

Nguyên lý hoạt động: Không khí tươi từ ngoài trời ($t_0 = 27,2^\circ\text{C}$, $\varphi_0 = 77%$) được lọc sơ bộ, hòa trộn với dòng khí hồi lưu và đi qua calorifer khí - hơi để nâng nhiệt độ lên $t_1 = 65^\circ\text{C}$ ($\varphi_1 = 12,7%$). Quạt thổi đưa tác nhân sấy vào hầm, dòng khí nóng di chuyển với vận tốc trung bình $w = 0,115,\text{m/s}$ đi xuyên qua các lỗ khay sấy và lớp múi mít để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt - ẩm. Sau khi sấy, tác nhân sấy đạt nhiệt độ $t_2 = 35^\circ\text{C}$ ($\varphi_2 = 75%$), một phần được thải ra môi trường mang theo ẩm thoát ra và phần còn lại được tuần hoàn về trước calorifer.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày tổng quan về nguyên liệu mít, phương pháp sấy và hệ thống sấy hầm:

  • Nguyên liệu mít: Giới thiệu nguồn gốc (Artocarpus heterophyllus Lam), phân loại các giống mít (mít Mã Lai, mít Tố Nữ, mít nghệ M99-1, MDN06). Trong đó, mít nghệ được lựa chọn làm nguyên liệu chính nhờ đặc tính múi giòn, ngọt, cơm dày (40 - 48%), màu vàng tự nhiên và khả năng chịu nhiệt tốt. Giá trị dinh dưỡng trong 100g múi mít chín bao gồm: nước 72,0 - 94,0g, năng lượng 88 - 410 kJ, protein 1,2 - 1,9g, carbohydrate 16,0 - 25,4g, $\beta$-caroten 71,3 - 84,8 $\mu\text{g}$, vitamin C 7,0 - 13,7 mg. Các thông số nhiệt vật lý của mít được xác định: khối lượng riêng $\rho = 1172,78,\text{kg/m}^3$, nhiệt dung riêng $c = 1,3606,\text{kJ/kg}\cdot\text{K}$, nhiệt độ sấy cho phép từ 60 đến $90^\circ\text{C}$.
  • Phương pháp sấy: Phân tích bản chất của quá trình tách ẩm và so sánh các phương pháp sấy: sấy bức xạ hồng ngoại, sấy tiếp xúc, sấy đối lưu, sấy vi sóng/cao tần và sấy thăng hoa (kèm giản đồ pha của nước tại điểm 610,5 Pa). Đánh giá các nhân tố ảnh hưởng như nhiệt độ, độ ẩm tương đối, tốc độ tác nhân sấy, áp suất và cấu trúc mô tế bào thực phẩm.
  • Hệ thống sấy hầm: Phân tích đặc điểm hầm sấy đối lưu cưỡng bức, lựa chọn chế độ sấy với thông số không khí ngoài trời tại TP.HCM ($t_0 = 27,2^\circ\text{C}$, $\varphi_0 = 77%$), nhiệt độ vào hầm $t_1 = 65^\circ\text{C}$, nhiệt độ ra $t_2 = 35^\circ\text{C}$ và giải pháp hồi lưu tác nhân sấy để tiết kiệm nhiệt năng.

Chương 2: Thiết kế quy trình công nghệ

Chương 2 xây dựng và thuyết minh chi tiết quy trình công nghệ chế biến mít sấy khô gồm 8 công đoạn liên hoàn:

  1. Lựa chọn, phân loại: Loại bỏ quả dập nát, sâu bệnh, chọn múi đạt độ chín kỹ thuật, đồng đều về kích thước và màu sắc.
  2. Xử lý hạt: Tách đôi múi mít bằng dao chuyên dụng hợp vệ sinh, loại bỏ hạt và lớp màng bao để thu nhận thịt múi.
  3. Rửa, ngâm: Ngâm nguyên liệu trong nước clo (thời gian khoảng 10 phút, nồng độ clo dư 3 - 5 mg/l, độ cứng nước không quá 2 mg đương lượng/lít) để tẩy sạch mủ nhựa và ức chế vi sinh vật bề mặt; sau đó rửa xối bằng tia nước áp lực 2 - 3 atm ở $50^\circ\text{C}$.
  4. Cắt đôi: Cắt định hình múi mít tạo kích thước đồng đều nhằm tăng diện tích tiếp xúc truyền nhiệt và thoát ẩm.
  5. Chần (hấp): Xử lý nhiệt bằng hơi nước nhằm đình chỉ hoạt tính của enzyme polyphenoloxydase và peroxidase gây hiện tượng thâm đen do oxy hóa; đuổi bớt khí gian bào; làm mềm cấu trúc sợi; bổ sung muối canxi (1 - 2% $\text{CaCl}_2$) để tạo liên kết canxi pectat củng cố độ bền vững của mô tế bào.
  6. Sấy: Xếp múi mít lên khay sấy hợp kim nhôm, đưa vào hầm sấy bằng xe goòng, thực hiện sấy bán liên tục ở $65^\circ\text{C}$ trong 12 giờ đến khi độ ẩm đạt 10%.
  7. Phân loại: Kiểm tra cảm quan, loại bỏ các miếng mít sấy bị biến màu, cháy sém hoặc chưa đạt độ ẩm tiêu chuẩn.
  8. Đóng gói: Đóng gói sản phẩm trong bao bì màng nhôm phức hợp có bọc lớp plastic bảo vệ bên ngoài nhằm ngăn cản sự thẩm thấu oxy, ánh sáng và hơi ẩm từ môi trường.

Chương 3: Tính toán quá trình sấy lý thuyết

Chương 3 giải quyết bài toán cân bằng vật liệu và cân bằng năng lượng lý thuyết:

  • Cân bằng vật liệu:
    • Khối lượng sản phẩm sau sấy: $G_2 = 220,\text{kg/mẻ}$ với $\omega_2 = 10%$.
    • Khối lượng vật liệu trước sấy: $G_1 = G_2 \cdot \frac{1 - \omega_2}{1 - \omega_1} = 220 \cdot \frac{1 - 0,1}{1 - 0,4} = 330,\text{kg/mẻ}$.
    • Lượng ẩm cần bay hơi: $W = G_1 - G_2 = 330 - 220 = 110,\text{kg ẩm/mẻ}$.
    • Lượng chất khô tuyệt đối: $G_k = G_1(1 - \omega_1) = 330 \cdot 0,6 = 198,\text{kg/mẻ}$.
  • Trạng thái không khí lý thuyết:
    • Không khí ngoài trời (Điểm 0): $t_0 = 27,2^\circ\text{C}$, $\varphi_0 = 77%$, $P_{b0} = 0,0371,\text{at} \rightarrow d_0 = 0,0183,\text{kg ẩm/kg kkk}$, $I_0 = 73,866,\text{kJ/kg kkk}$.
    • Không khí vào hầm (Điểm 1): $t_1 = 65^\circ\text{C}$, $d_1 = d_0 = 0,0183,\text{kg ẩm/kg kkk}$, $I_1 = 112,939,\text{kJ/kg kkk}$, $\varphi_1 = 12,7%$, $P_{bh1} = 0,255,\text{at}$.
    • Không khí ra khỏi hầm (Điểm 2): $t_2 = 35^\circ\text{C}$, $I_{20} = I_1 = 112,939,\text{kJ/kg kkk} \rightarrow d_{20} = 0,0304,\text{kg ẩm/kg kkk}$, $\varphi_{20} = 81,3%$, $P_{bh2} = 0,0573,\text{at}$.
  • Tiêu hao không khí và nhiệt lý thuyết:
    • Lượng không khí khô cần thiết: $l_0 = \frac{1}{d_{20} - d_1} = \frac{1}{0,0304 - 0,0183} = 82,64,\text{kg kkk/kg ẩm}$; tổng lượng không khí $L = 9090,91,\text{kg kkk/mẻ}$.
    • Nhiệt lượng tiêu hao lý thuyết: $q = \frac{I_{20} - I_0}{d_{20} - d_1} = 3236,59,\text{kJ/kg ẩm}$; tổng nhiệt lượng $Q = 355209,13,\text{kJ/mẻ} = 8,14,\text{kW}$.
  • Tính chọn xe goòng và kích thước hầm:
    • Thiết kế khay sấy nhôm kích thước $900 \times 900 \times 20,\text{mm}$, đục 7396 lỗ ($\varnothing 5,\text{mm}$), diện tích hữu ích $0,7396,\text{m}^2$, sức chứa $8,48,\text{kg/khay}$. Tổng số khay cần thiết là 39 khay.
    • Chọn 3 xe goòng bằng thép CT3 ($1000 \times 1000 \times 1700,\text{mm}$), mỗi xe xếp 13 tầng khay, khoảng cách tầng khay 100 mm, khối lượng bản thân xe 45 kg.
    • Kích thước phủ bì hầm sấy xác định: chiều rộng $B_h = 1,2,\text{m}$, chiều cao $H_h = 1,94,\text{m}$, chiều dài $L_h = 4,4,\text{m}$. Tường xây gạch đỏ dày $0,25,\text{m}$, trần bê tông xốp dày $0,07,\text{m}$.

Chương 4: Tính toán nhiệt quá trình sấy

Chương 4 thực hiện tính toán nhiệt cho quá trình sấy thực có xét đến các nguồn tổn thất năng lượng:

  • Tổn thất nhiệt thực tế:
    • Tổn thất do vật liệu sấy mang đi ($t_{v1} = 27,2^\circ\text{C}$, $t_{v2} = 30^\circ\text{C}$, $C_{v2} = 1,6425,\text{kJ/kg}\cdot\text{K}$): $q_{VL} = 110,208,\text{kJ/kg ẩm}$ ($Q_{VL} = 1010,24,\text{kJ/mẻ}$).
    • Tổn thất do thiết bị truyền tải mang đi ($t_{kh1} = t_{x1} = 27,2^\circ\text{C}$; $t_{kh2} = t_{x2} = 35^\circ\text{C}$): do xe goòng $q_x = 57,436,\text{kJ/kg ẩm}$; do khay nhôm $q_{kh} = 57,079,\text{kJ/kg ẩm} \rightarrow q_{TBTT} = 114,515,\text{kJ/kg ẩm}$.
    • Tổn thất nhiệt truyền qua kết cấu bao che: tổn thất qua tường bao $Q_{tb} = 1581,552,\text{kJ/h}$; qua trần $Q_{tr} = 936,43,\text{kJ/h}$; qua nền $Q_n = 974,92,\text{kJ/h}$. Tổng tổn thất bao che $Q_{bc} = 3490,90,\text{kJ/h} = 0,97,\text{kW} \rightarrow q_{bc} = 380,83,\text{kJ/kg ẩm}$.
    • Tổng tổn thất bổ sung: $\Delta = C_{pa}\cdot t_{vl} - q_{VL} - q_{TBTT} - q_{bc} = -555,45,\text{kJ/kg ẩm}$.
  • Thông số quá trình sấy thực:
    • Lượng chứa ẩm sau sấy thực: $d_2 = 0,0283,\text{kg ẩm/kg kkk}$.
    • Entanpi không khí ẩm sau sấy: $I_2 = 107,71,\text{kJ/kg kkk}$.
    • Độ ẩm tương đối sau sấy: $\varphi_2 = 75%$ (nằm trong giới hạn tối ưu $80 \pm 5%$, không bị đọng sương).
    • Tiêu hao tác nhân sấy thực tế: $l = 100,\text{kg kk/kg ẩm}$; lưu lượng khối lượng $L_0 = 11000,\text{kg kk/mẻ} = 916,667,\text{kg kk/h}$; lưu lượng thể tích trung bình $V = 0,246,\text{m}^3\text{/s}$.
    • Vận tốc dòng khí qua hầm sấy đạt $w = 0,115,\text{m/s}$ (sai số so với giả thiết $0,11,\text{m/s}$ là 5%).
    • Tổng nhiệt lượng tiêu hao thực tế $q = 3907,3,\text{kJ/kg ẩm}$, công suất nhiệt sấy yêu cầu $Q = 35817,\text{kJ/h} \rightarrow Q_{\text{Calorifer}} = 9,95,\text{kW}$.

Chương 5: Tính chọn thiết bị phụ

Chương 5 tính toán chi tiết thiết bị trao đổi nhiệt calorifer và định hướng tính chọn quạt:

  • Thiết kế Calorifer:
    • Sử dụng calorifer dạng chùm ống có cánh kiểu khí - hơi; môi chất đốt nóng là hơi nước bão hòa ở $t_N = 100^\circ\text{C}$, áp suất ngưng tụ $P_N = 1,\text{at} = 1,0132,\text{bar}$, ẩn nhiệt hóa hơi $r = 2257,\text{kJ/kg}$.
    • Công suất nhiệt yêu cầu của calorifer (tính với hiệu suất truyền nhiệt $\eta = 90%$): $Q_C = 1,1 \cdot Q_{\text{Calorifer}} = 1,1 \cdot 9,95 = 10,95,\text{kW}$.
    • Lưu lượng hơi bão hòa cấp vào calorifer: $G_h = \frac{Q_C}{r} = 0,00485,\text{kg/s} = 17,47,\text{kg/h}$.
    • Kết cấu hình học: Ống thép dẫn hơi đường kính ngoài/trong $\varnothing 28/26,\text{mm}$, bố trí so le với bước ngang $s_1 = 51,\text{mm}$, bước dọc $s_2 = 45,\text{mm}$, chiều dài ống $l = 600,\text{mm}$. Cánh tản nhiệt làm bằng đồng có hệ số dẫn nhiệt $\lambda_c = 110,\text{W/m}\cdot\text{K}$, chiều dày cánh $\delta_c = 1,\text{mm}$, đường kính ngoài cánh $d_c = 49,\text{mm}$, bước cánh $s_c = 3,5,\text{mm}$.
  • Tính chọn quạt và trở lực: Đồ án thiết lập phương pháp tính tổn thất áp suất của dòng không khí cắt ngang chùm ống calorifer, trở lực qua lớp vật liệu sấy và đường ống dẫn để lựa chọn quạt ly tâm có lưu lượng và cột áp phù hợp.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán công nghệ và thiết kế cơ khí cho hệ thống sấy hầm năng suất 220 kg mít khô/mẻ. Bảng cân bằng nhiệt lượng của quá trình sấy thực tế được tổng hợp cụ thể như sau:

STT Đại lượng nhiệt Ký hiệu Giá trị ($\text{kJ/kg ẩm}$) Tỷ lệ (%)
1 Nhiệt lượng có ích để làm bay hơi ẩm $q_1$ 2450,774 62,72
2 Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi $q_2$ 809,640 20,72
3 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi $q_{VL}$ 110,208 2,82
4 Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải (xe, khay) $q_{TBTT}$ 114,515 2,93
5 Tổn thất nhiệt truyền qua kết cấu bao che $q_{bc}$ 380,830 9,75
Tổng Tổng nhiệt lượng tính toán $q'$ 3865,967 98,90
Tiêu hao Tổng nhiệt lượng cung cấp thực tế $q$ 3907,370 100,00
- Sai số tính toán cân bằng nhiệt ($\varepsilon$) - $41,333,\text{kJ/kg ẩm}$ 1,06%

Các kết quả kỹ thuật chính bao gồm:

  • Thiết lập quy trình 8 bước có kiểm soát các biến đổi hóa lý, sinh hóa (vô hoạt enzyme qua công đoạn chần hơi nước kết hợp bổ sung ion $\text{Ca}^{2+}$).
  • Xác định chính xác các kích thước hình học của hầm sấy ($1,2 \times 1,94 \times 4,4,\text{m}$), cụm 3 xe goòng chở 39 khay nhôm đục lỗ, đảm bảo phân bố dòng khí đồng đều với vận tốc $0,115,\text{m/s}$.
  • Xác định công suất nhiệt yêu cầu của calorifer hơi nước ($10,95,\text{kW}$) với mức tiêu hao hơi nước $17,47,\text{kg/h}$, đạt hiệu suất nhiệt hữu ích $62,72%$.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Các tính toán nhiệt và khí động được giả định ở trạng thái tĩnh ổn định, dựa trên thông số khí hậu trung bình năm của TP.HCM ($27,2^\circ\text{C}$, $77%$) mà chưa xét đến dao động độ ẩm theo mùa mưa - khô. Vận tốc gió trong hầm được xem là đồng nhất tại mọi vị trí mặt cắt.
  • Hướng phát triển: Nghiên cứu lắp đặt hệ thống cảm biến đo nhiệt độ - độ ẩm tự động tại đầu vào và đầu ra của hầm sấy; thiết kế van điều tiết tỷ lệ hồi lưu tác nhân sấy tự động theo độ ẩm dòng khí thải; mô phỏng động học sấy và trường vận tốc dòng khí trong không gian hầm sấy bằng phần mềm mô phỏng số.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Thực phẩm, Công nghệ Sau thu hoạch, Máy và Thiết bị Hóa chất - Thực phẩm:

  • Tham khảo phương pháp luận và trình tự các bước tính toán cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt cho hệ thống sấy đối lưu công nghiệp.
  • Cung cấp dữ liệu chi tiết về kích thước kết cấu hầm sấy, xe goòng, khay nhôm và phương pháp tính toán nhiệt - hình học calorifer hơi nước ống có cánh.
  • Ứng dụng quy trình công nghệ xử lý sơ bộ (chần hơi nước, ngâm clo, chống hóa nâu enzyme) vào thực tế sản xuất mít sấy dẻo hoặc sấy giòn quy mô vừa và nhỏ.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đồ án lựa chọn giải pháp sấy hồi lưu một phần tác nhân sấy?
Do trong hệ thống sấy đối lưu, tổn thất nhiệt theo khí thải chiếm tỷ trọng lớn (khoảng 20,72%). Việc hồi lưu một phần khí thải ở nhiệt độ $t_2 = 35^\circ\text{C}$ quay lại trước calorifer giúp tận dụng nhiệt vật lý của dòng khí, tiết kiệm năng lượng hơi đốt và hạn chế lượng không khí tươi cần lọc bụi, đồng thời giữ gìn hương vị tự nhiên của mít.

2. Nhiệt độ và thời gian sấy được xác lập trong đồ án là bao nhiêu?
Nhiệt độ tác nhân sấy cấp vào hầm được chọn là $t_1 = 65^\circ\text{C}$, nhiệt độ khí ra khỏi hầm là $t_2 = 35^\circ\text{C}$. Thời gian sấy định mức cho một mẻ 220 kg thành phẩm là 12 giờ.

3. Khối lượng nguyên liệu mít tươi ban đầu cần nạp vào mỗi mẻ là bao nhiêu?
Để thu được $G_2 = 220,\text{kg}$ mít khô độ ẩm $10%$, khối lượng mít tươi ban đầu (độ ẩm $40%$) cần đưa vào là $G_1 = 330,\text{kg/mẻ}$. Lượng ẩm cần làm bay hơi trong suốt mẻ sấy là $W = 110,\text{kg ẩm}$.

4. Thiết bị truyền tải trong hầm sấy gồm những bộ phận nào và có quy cách ra sao?
Hệ thống sử dụng 3 xe goòng bằng khung thép CT3 kích thước $1000 \times 1000 \times 1700,\text{mm}$ (khối lượng 45 kg/xe), trượt trên ray chữ L. Mỗi xe bố trí 13 tầng khay, tổng cộng 39 khay nhôm kích thước $900 \times 900 \times 20,\text{mm}$ đục lỗ $\varnothing 5,\text{mm}$, mỗi khay chứa trung bình $8,48,\text{kg}$ mít tươi.

5. Công suất nhiệt và lượng hơi tiêu thụ của bộ calorifer là bao nhiêu?
Calorifer ống cánh khí - hơi có công suất nhiệt yêu cầu là $Q_C = 10,95,\text{kW}$ (tính với hiệu suất $90%$). Lượng hơi nước bão hòa ($100^\circ\text{C}$, $1,\text{at}$) tiêu hao để cấp nhiệt cho hệ thống là $17,47,\text{kg/h}$ (tương đương $0,00485,\text{kg/s}$).

Kết luận

Đồ án "Tính toán thiết kế hệ thống sấy hầm dùng để sấy mít, năng suất 220kg/mẻ" đã hoàn thiện toàn diện các nội dung tính toán quy trình công nghệ chế biến và thiết kế kỹ thuật hệ thống sấy hầm đối lưu cưỡng bức có hồi lưu. Các kết quả tính toán cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt và thiết kế kích thước hầm, xe goòng, khay sấy cùng calorifer chùm ống có cánh đều đạt độ tin cậy khoa học cao với sai số nhiệt học chỉ 1,06%. Đề tài đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật của môn học Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm và mang lại giá trị tham khảo thực tiễn cho việc thiết kế thiết bị sấy nông sản quy mô bán công nghiệp.