Đồ Án Tính Toán và Thiết Kế Hệ Thống Sấy Mít Năng Suất 100kg/h
Trường đại học
Đại Học Bách Khoa Hà NộiNgười đăng
Ẩn danh
60
0
0
Phí lưu trữ
30.000 VNĐMục lục chi tiết
Tóm tắt
I. Toàn cảnh dự án thiết kế hệ thống sấy mít 100kg h Bách Khoa
Dự án thiết kế hệ thống sấy mít năng suất 100kg/h là một đề tài nghiên cứu khoa học tiêu biểu, được thực hiện tại Viện Công nghệ Sinh học & Công nghệ Thực phẩm, Đại học Bách Khoa Hà Nội. Nghiên cứu này ra đời nhằm giải quyết bài toán cấp thiết trong chế biến nông sản sau thu hoạch, đặc biệt là với mít - một loại quả nhiệt đới có giá trị kinh tế cao nhưng dễ hư hỏng. Mục tiêu chính của dự án không chỉ dừng lại ở việc tạo ra một bản thiết kế hoàn chỉnh, mà còn hướng tới việc tối ưu hóa hiệu suất năng lượng và đảm bảo chất lượng mít sấy đạt tiêu chuẩn cao. Bằng cách áp dụng các kiến thức chuyên sâu về quá trình và thiết bị, đề tài đã tính toán và lựa chọn công nghệ sấy phù hợp, cụ thể là công nghệ sấy mít bằng phương pháp đối lưu không khí nóng. Mô hình này được kỳ vọng sẽ trở thành một giải pháp hiệu quả, có khả năng nhân rộng, góp phần nâng cao giá trị cho nông sản Việt Nam và mở ra cơ hội chuyển giao công nghệ sấy từ môi trường học thuật ra thực tiễn sản xuất. Toàn bộ quá trình từ phân tích nguyên liệu, lựa chọn công nghệ, đến tính toán chi tiết đều được thực hiện một cách khoa học, dựa trên các tài liệu tham khảo uy tín và sự hướng dẫn của các chuyên gia đầu ngành.
1.1. Bối cảnh và mục tiêu của đề tài nghiên cứu khoa học
Trong bối cảnh thị trường thực phẩm chế biến sẵn ngày càng phát triển, nhu cầu bảo quản nông sản thô sau thu hoạch trở thành vấn đề then chốt. Sấy là một trong những phương pháp bảo quản hiệu quả nhất, giúp giảm độ ẩm, ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật, kéo dài thời gian sử dụng và nâng cao giá trị sản phẩm. Tuy nhiên, nhiều sản phẩm mít sấy trên thị trường có chất lượng kém do công nghệ chưa phù hợp. Đề tài “Tính toán, thiết kế hệ thống hầm sấy mít năng suất sản phẩm 100kg/h” do sinh viên Hà Thị Quý thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Phạm Ngọc Hưng tại Đại học Bách Khoa Hà Nội đã được triển khai để giải quyết vấn đề này. Mục tiêu của đồ án tốt nghiệp máy sấy này là: (1) Tính toán và thiết kế một hệ thống sấy mít công nghiệp hoàn chỉnh, có khả năng hoạt động ổn định với năng suất 100kg sản phẩm/giờ. (2) Tạo ra sản phẩm mít sấy có chất lượng cao, giữ được màu sắc, hương vị tự nhiên. (3) Tối ưu hóa chi phí chế tạo và vận hành, đảm bảo hiệu quả kinh tế. Đây là một nghiên cứu khoa học ĐH Bách Khoa mang tính thực tiễn cao.
1.2. Phân tích nguyên liệu Đặc điểm mít nghệ cho công nghệ sấy
Việc lựa chọn nguyên liệu đầu vào đóng vai trò quyết định đến chất lượng mít sấy cuối cùng. Đề tài đã lựa chọn giống Mít Nghệ cao sản làm nguyên liệu chính. Giống mít này có nhiều ưu điểm vượt trội cho công nghệ sấy mít, bao gồm: tỉ lệ cơm cao (40-48%), múi to, giòn, ngọt, và có màu vàng tươi hấp dẫn. Mít nghệ cũng là giống cây chịu khô hạn tốt, phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam. Về thành phần dinh dưỡng, 100g mít chứa khoảng 50 Kcal, giàu vitamin C, vitamin A, kali và chất xơ, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe. Để chuẩn bị cho quá trình sấy, mít được lựa chọn ở độ chín kỹ thuật, sau đó được tách múi, bỏ hạt và xử lý sơ bộ. Độ ẩm ban đầu của nguyên liệu được xác định là W1 = 78%, một thông số quan trọng cho việc tính toán thiết kế máy sấy. Việc hiểu rõ đặc tính của nguyên liệu giúp lựa chọn chế độ sấy tối ưu, tránh làm biến đổi cấu trúc và màu sắc của sản phẩm.
II. Thách thức khi chế biến và lựa chọn công nghệ sấy mít phù hợp
Quá trình thiết kế hệ thống sấy mít phải đối mặt với nhiều thách thức, trong đó lớn nhất là lựa chọn được phương pháp sấy tối ưu. Mỗi công nghệ sấy đều có ưu và nhược điểm riêng, ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí đầu tư, hiệu suất năng lượng, và chất lượng sản phẩm. Các phương pháp phổ biến bao gồm sấy tự nhiên (phơi nắng), sấy đối lưu, sấy thăng hoa mít, sấy tiếp xúc, và sấy bằng tia hồng ngoại. Sấy tự nhiên tuy chi phí thấp nhưng phụ thuộc vào thời tiết, năng suất thấp và khó kiểm soát vệ sinh. Sấy thăng hoa cho chất lượng sản phẩm tốt nhất nhưng chi phí đầu tư và vận hành rất cao, không phù hợp với sản xuất quy mô lớn. Do đó, việc phân tích kỹ lưỡng đặc tính của quả mít (dễ bị caramen hóa ở nhiệt độ cao, cần giữ được độ dẻo) và mục tiêu năng suất 100kg/h là cực kỳ quan trọng. Dựa trên các phân tích này, nghiên cứu đã chỉ ra công nghệ sấy mít bằng phương pháp đối lưu sử dụng không khí nóng là lựa chọn cân bằng và hiệu quả nhất cho bài toán được đặt ra.
2.1. So sánh các phương pháp sấy công nghiệp phổ biến hiện nay
Để đưa ra lựa chọn tối ưu, đề tài đã tiến hành so sánh các phương pháp sấy nhân tạo. Sấy đối lưu là phương pháp cho tác nhân sấy (không khí nóng) tiếp xúc trực tiếp với vật liệu, có ưu điểm là chi phí hợp lý, dễ vận hành và phù hợp với nhiều loại nông sản. Sấy tiếp xúc truyền nhiệt gián tiếp qua vách ngăn, thường dùng cho vật liệu dạng bột nhão. Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm trong môi trường chân không ở nhiệt độ thấp, giúp giữ nguyên cấu trúc và dinh dưỡng nhưng chi phí cực kỳ đắt đỏ. Các phương pháp khác như sấy bức xạ hay sấy bằng điện trường cao tần cũng được xem xét nhưng ít phổ biến hơn cho mít. Qua so sánh, sấy đối lưu nổi bật với khả năng đáp ứng năng suất cao, chi phí đầu tư ban đầu và vận hành ở mức chấp nhận được, đồng thời cho phép kiểm soát tốt nhiệt độ để tạo ra sản phẩm sấy mít dẻo chất lượng.
2.2. Lý do chọn sấy đối lưu cho hệ thống sấy mít công nghiệp
Phương pháp sấy đối lưu được lựa chọn làm nền tảng cho thiết kế hệ thống sấy mít 100kg/h vì những lý do thuyết phục sau: (1) Hiệu quả kinh tế: So với hệ thống sấy bơm nhiệt (heat pump) hay sấy thăng hoa, sấy đối lưu có chi phí đầu tư và bảo trì thấp hơn đáng kể. (2) Khả năng kiểm soát: Hệ thống cho phép điều chỉnh linh hoạt nhiệt độ và tốc độ dòng không khí, giúp tối ưu hóa quy trình sấy mít để đạt được độ ẩm mong muốn (W2 = 20%) mà không làm cháy hay biến đổi màu sắc sản phẩm. (3) Năng suất cao: Thiết kế dạng hầm sấy (tunnel dryer) cho phép vận hành liên tục hoặc theo mẻ lớn, dễ dàng cơ giới hóa, phù hợp với năng suất 100kg/h. Tác nhân sấy được lựa chọn là không khí nóng sạch, được gia nhiệt qua calorife hơi nước, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, không làm sản phẩm bị nhiễm mùi lạ như khi dùng khói lò.
III. Hướng dẫn tính toán thiết kế máy sấy mít năng suất 100kg h
Quá trình tính toán thiết kế máy sấy là phần cốt lõi của dự án, quyết định toàn bộ thông số kỹ thuật và hiệu quả hoạt động của hệ thống. Quá trình này được chia thành các bước chặt chẽ, bắt đầu từ việc xác định cân bằng vật liệu để tính toán lượng ẩm cần bốc hơi. Từ đó, các thông số của quá trình sấy lý thuyết được thiết lập trên đồ thị không khí ẩm (I-d), bao gồm các điểm trạng thái của không khí trước khi vào calorife, sau khi ra khỏi calorife (vào hầm sấy) và sau khi ra khỏi hầm sấy. Tuy nhiên, quá trình thực tế luôn có tổn thất nhiệt. Do đó, bước tiếp theo là tính toán các tổn thất nhiệt chính: tổn thất do vật liệu sấy mang đi, tổn thất do thiết bị vận chuyển (xe goòng, khay) và tổn thất nhiệt ra môi trường qua tường, trần, nền của buồng sấy đối lưu. Dựa trên các tổn thất này, quá trình sấy thực tế được hiệu chỉnh, từ đó xác định chính xác lượng không khí khô cần thiết, lưu lượng và công suất của các thiết bị phụ trợ như quạt và calorife, đảm bảo hiệu suất năng lượng cao nhất.
3.1. Thiết lập cân bằng vật liệu và quá trình sấy lý thuyết
Bước đầu tiên trong tính toán thiết kế máy sấy là cân bằng vật liệu. Với năng suất sản phẩm đầu ra G2 = 100 kg/h và độ ẩm cuối W2 = 20%, cùng độ ẩm nguyên liệu đầu vào W1 = 78%, lượng nguyên liệu cần đưa vào được tính toán là G1 = 363,63 kg/h. Từ đó, lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ là W = 263,63 kg/h. Dựa trên các thông số không khí bên ngoài (t₀=25°C, φ₀=85%) và nhiệt độ sấy lựa chọn (vào t₁=70°C, ra t₂=36°C), quá trình sấy lý thuyết được xác định. Quá trình này giả định không có tổn thất nhiệt (I₁ = I₂), giúp tính toán sơ bộ lượng không khí khô lý thuyết cần thiết là L₀ = 19211,8 kg/h. Đây là cơ sở ban đầu để mô phỏng quá trình sấy và lựa chọn các thiết bị chính, trước khi đi vào tính toán các yếu tố thực tế.
3.2. Tính toán tổn thất nhiệt và hiệu chỉnh quá trình sấy thực tế
Quá trình sấy thực tế luôn bị ảnh hưởng bởi tổn thất nhiệt, làm giảm hiệu suất năng lượng. Đề tài đã tính toán chi tiết ba nguồn tổn thất chính: (1) Tổn thất do vật liệu sấy mang đi (qvls = 32,14 kJ/kg ẩm). (2) Tổn thất do thiết bị vận chuyển (khay, xe goòng) mang đi (qtb = 26,37 kJ/kg ẩm). (3) Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh qua kết cấu hầm sấy (qm = 67,25 kJ/kg ẩm). Tổng tổn thất nhiệt riêng của hầm được tính toán, từ đó hiệu chỉnh lại các thông số trạng thái của không khí ra khỏi hầm sấy (điểm C'). Dựa trên quá trình sấy thực, lượng không khí khô thực tế cần thiết được xác định lại là Ltt = 19289,3 kg/h. Việc tính toán chính xác tổn thất giúp thiết kế hệ thống gia nhiệt và quạt có công suất phù hợp, tránh lãng phí năng lượng và đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định đúng với yêu cầu thiết kế hệ thống sấy mít.
IV. Bí quyết thiết kế chi tiết hầm sấy và các thiết bị phụ trợ
Từ những kết quả tính toán lý thuyết và thực tế, việc thiết kế chi tiết các bộ phận của hệ thống sấy mít công nghiệp được tiến hành. Phần quan trọng nhất là hầm sấy, được thiết kế với kích thước phủ bì (dài x rộng x cao) là 17,12m x 1,68m x 2m, xây bằng gạch đỏ và có lớp cách nhiệt bông thủy tinh để giảm thiểu tổn thất nhiệt. Bên trong hầm là hệ thống xe goòng và khay sấy được tiêu chuẩn hóa. Các thiết bị phụ trợ đóng vai trò sống còn trong việc đảm bảo hệ thống vận hành trơn tru và hiệu quả. Calorife (bộ gia nhiệt) được lựa chọn là loại khí-hơi, sử dụng hơi nước bão hòa ở áp suất 5 bar để gia nhiệt cho không khí từ 25°C lên 70°C. Quạt được tính toán và lựa chọn dựa trên tổng trở lực của toàn hệ thống (từ đường ống, calorife đến hầm sấy) và lưu lượng không khí thực tế cần cung cấp. Một bản vẽ kỹ thuật hệ thống sấy chi tiết sẽ mô tả rõ ràng cách lắp đặt và kết nối các bộ phận này thành một thể thống nhất.
4.1. Xác định kích thước buồng sấy đối lưu khay và xe goòng
Kích thước của buồng sấy đối lưu được xác định dựa trên số lượng xe goòng cần thiết cho một chu trình sấy (9 giờ), ước tính là 14 xe. Mỗi xe goòng có kích thước (1,08m x 1,08m x 1,7m) và chở được 30 khay sấy. Khay sấy được làm bằng nhôm, có kích thước (1m x 0,5m x 0,02m), được đục lỗ để tăng hiệu quả thoát ẩm. Vật liệu chế tạo máy sấy được lựa chọn cẩn thận: khung xe goòng làm bằng thép CT3 để đảm bảo độ cứng vững, còn khay làm bằng nhôm để tối ưu hóa truyền nhiệt và giảm khối lượng. Kích thước hầm được tính toán để đảm bảo có đủ không gian cho xe di chuyển và luồng không khí lưu thông đều khắp, tránh các vùng chết không được sấy khô. Toàn bộ thiết kế này đảm bảo năng suất 240kg nguyên liệu mỗi xe, đáp ứng yêu cầu của thiết kế hệ thống sấy mít 100kg/h.
4.2. Lựa chọn Calorife và quạt cho hiệu suất năng lượng tối ưu
Việc lựa chọn thiết bị phụ trợ phải dựa trên các thông số đã tính toán. Lượng nhiệt mà calorife cần cung cấp là Qcal = 249,7 kW. Dựa trên thông số này và độ chênh lệch nhiệt độ trung bình, bề mặt trao đổi nhiệt của calorife được xác định là 98,8 m², từ đó chọn được model calorife ống cánh KФ14 phù hợp. Đối với quạt, tổng trở lực của hệ thống được tính toán là ΔP = 431,8 N/m², bao gồm trở lực đường ống, trở lực qua calorife và trở lực trong hầm sấy. Với lưu lượng không khí yêu cầu là 17343,8 m³/h, công suất quạt cần thiết được tính toán là N = 4,62 kW. Việc lựa chọn chính xác công suất quạt và calorife không chỉ đảm bảo hiệu suất năng lượng mà còn giúp hệ thống điều khiển tự động hoạt động chính xác, duy trì ổn định các thông số sấy, từ đó đảm bảo tiêu chuẩn sản phẩm đầu ra.
V. Kết quả thiết kế hệ thống sấy mít và tiềm năng ứng dụng lớn
Dự án thiết kế hệ thống sấy mít năng suất 100kg/h tại Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu đề ra. Kết quả cuối cùng là một bộ hồ sơ thiết kế hoàn chỉnh, bao gồm các tính toán chi tiết, thông số kỹ thuật cụ thể cho từng bộ phận, và bản vẽ kỹ thuật hệ thống sấy. Hệ thống được thiết kế có hiệu suất sấy ước tính đạt 72,18%, một con số khả quan cho thấy việc tính toán tổn thất và tối ưu hóa đã được thực hiện tốt. Sản phẩm mít sấy dẻo từ hệ thống này được kỳ vọng sẽ đạt tiêu chuẩn sản phẩm cao về màu sắc, độ ẩm và hương vị. Quan trọng hơn, thành công của đồ án này không chỉ là một bài tập học thuật mà còn mở ra tiềm năng ứng dụng thực tiễn to lớn. Đây là cơ sở vững chắc cho việc chế tạo và triển khai các máy sấy mít công nghiệp tại các cơ sở chế biến nông sản, đồng thời khẳng định năng lực nghiên cứu và chuyển giao công nghệ sấy của phòng thí nghiệm cơ khí chế tạo tại các trường đại học kỹ thuật hàng đầu.
5.1. Tổng hợp thông số kỹ thuật cuối cùng của hệ thống sấy
Hệ thống sấy mít hoàn chỉnh sau khi tính toán có các thông số kỹ thuật chính như sau: Năng suất sản phẩm: 100 kg/h. Kích thước hầm sấy (D x R x C): 17,12m x 1,68m x 2m. Nhiệt độ tác nhân sấy vào/ra: 70°C / 36°C. Lượng không khí khô thực tế: 19289,3 kg/h. Vận tốc trung bình của không khí trong hầm: 3,08 m/s. Calorife gia nhiệt: Loại KФ14, bề mặt trao đổi nhiệt 98,8 m². Công suất quạt: 4,62 kW. Thời gian sấy một mẻ: 9 giờ. Hiệu suất nhiệt của quá trình sấy: η = 72,18%. Những thông số này là kim chỉ nam cho quá trình chế tạo, lắp đặt và vận hành thử nghiệm hệ thống trong thực tế, đảm bảo hệ thống điều khiển tự động và các thiết bị hoạt động đồng bộ, hiệu quả.
5.2. Đánh giá hiệu suất và tiềm năng chuyển giao công nghệ sấy
Với hiệu suất nhiệt đạt 72,18%, hệ thống cho thấy khả năng tận dụng tốt năng lượng cung cấp để làm bay hơi ẩm. Đây là một con số cạnh tranh đối với các hệ thống sấy đối lưu công nghiệp. Mô hình thiết kế này có tính thực tiễn cao, có thể được chế tạo hoàn toàn trong nước với vật liệu chế tạo máy sấy phổ biến, giúp giảm giá thành đầu tư. Thành công của dự án khẳng định năng lực của sinh viên và giảng viên Đại học Bách Khoa Hà Nội trong việc giải quyết các bài toán kỹ thuật thực tế. Tiềm năng chuyển giao công nghệ sấy từ đề tài này cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ trong lĩnh vực chế biến nông sản sau thu hoạch là rất lớn, góp phần hiện đại hóa quy trình sản xuất và nâng cao giá trị cho nông sản Việt Nam trên thị trường trong nước và quốc tế.
10/07/2025
TÀI LIỆU LIÊN QUAN
Bạn đang xem trước tài liệu:
Đồ án i quá trình và thiết bị cntp đề tài tính toán thiết kế hệ thống hầm sấy mít năng suất sản phẩm 100kg h