Thiết kế hệ thống sấy tháp sấy đậu xanh năng suất 1550kg/h (Đồ án)

Đồ án chi tiết thiết kế hệ thống tháp sấy đậu xanh năng suất 1550kg/h. Bao gồm quy trình công nghệ, tính toán cân bằng vật chất và năng lượng.

• Tác giả: Lương Văn Nam
• Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Lê Huy Cường
• Trường học: Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm
• Đề tài: Thiết kế hệ thống sấy tháp sấy đậu xanh năng suất sản phẩm 1550kg/h
• Loại tài liệu: Đồ án kỹ thuật thực phẩm
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đồ Án Thiết Kế Tháp Sấy Đậu Xanh

Đồ án thiết kế tháp sấy đậu xanh là một công trình kỹ thuật quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm, được thực hiện tại Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP. Hồ Chí Minh. Đồ án này nhằm mục đích thiết kế một hệ thống sấy hiệu quả với năng suất sản phẩm đạt 1550kg/h, giúp cải thiện chất lượng đậu xanh sau khi sấy. Quy trình sấy là bước xử lý quan trọng giúp giảm độ ẩm, bảo quản sản phẩm lâu dài và tăng giá trị thương mại. Hệ thống tháp sấy được lựa chọn vì khả năng xử lý công suất cao, tiết kiệm năng lượng và duy trì chất lượng nguyên liệu tốt. Đồ án bao gồm các phần tính toán chi tiết từ cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng đến thiết kế thiết bị chính và phụ, tạo nên một giải pháp công nghệ hoàn chỉnh cho ngành sản xuất thực phẩm.

1.1. Mục Tiêu Và Ý Nghĩa Của Đồ Án

Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế tháp sấy đậu xanh có năng suất 1550kg/h với độ ẩm ban đầu 35% giảm xuống 17%. Điều này giúp tối ưu hóa quy trình sấy, cải thiện hiệu suất năng lượng và chất lượng sản phẩm. Ý nghĩa thực tiễn là cung cấp giải pháp kỹ thuật áp dụng được trong các nhà máy xử lý thực phẩm, giúp nâng cao năng lực sản xuất và cạnh tranh trên thị trường.

1.2. Các Thông Số Kỹ Thuật Chính

Thông số thiết kế chủ yếu bao gồm: năng suất 1550kg/h, độ ẩm ban đầu 35%, độ ẩm cuối 17%. Các thông số khác được sinh viên tự chọn dựa trên tính toán kỹ thuật và điều kiện thực tế. Thiết kế tháp sấy cần đảm bảo luồng khí nóng đều đặn, thời gian lưu ở vùng sấy phù hợp, và sử dụng hiệu quả nguồn nhiệt để đạt hiệu suất tối đa.

II. Nguyên Liệu Và Quá Trình Sấy Đậu Xanh

Đậu xanh (Vigna radiata) là loài cây đậu dỗ quan trọng, đứng thứ ba sau đậu nành và đậu phộng, có nguồn gốc từ Ấn Độ và Trung Á. Nguyên liệu này phong phú ở Việt Nam nhờ khí hậu nhiệt đới thích hợp. Hạt đậu xanh chứa nhiều chất dinh dưỡng quý giá như protein, carbohydrate, vitamin B và khoáng chất. Quá trình sấy là bước xử lý sau thu hoạch, giúp giảm độ ẩm từ 35% xuống 17%, bảo vệ sản phẩm khỏi mục nấm, tăng thời gian bảo quản và giữ nguyên chất lượng dinh dưỡng. Phương pháp sấy tháp được chọn vì có khả năng xử lý công suất cao, cải thiện hiệu suất năng lượng và đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

2.1. Đặc Điểm Và Thành Phần Dinh Dưỡng Đậu Xanh

Đậu xanh là cây thân thảo mọc đứng, sinh trưởng trong 67-70 ngày, thuộc loại cây ngắn ngày. Hạt chứa protein cao (20-24%), carbohydrate (55-60%), chất béo (1-2%), và nhiều vitamin B, C, khoáng chất. Thành phần dinh dưỡng phong phú làm cho đậu xanh trở thành nguyên liệu quý cho công nghiệp thực phẩm, ngoài ra còn được sử dụng trong y tế cổ truyền.

2.2. Yêu Cầu Sấy Và Bảo Quản Sản Phẩm

Yêu cầu sấy là giảm độ ẩm từ 35% xuống 17% để đảm bảo bảo quản dài lâu mà không bị mục nấm hay kỳ sinh vật. Sấy tháp hiệu quả giúp duy trì chất lượng dinh dưỡng, tránh biến dạng màu sắc và giảm tổn hao sản phẩm. Sản phẩm sấy tốt có thể bảo quản 6-12 tháng trong điều kiện thích hợp.

III. Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Sấy

Tính toán thiết kế là phần cốt lõi của đồ án tháp sấy đậu xanh, bao gồm nhiều bước tính toán chi tiết để đảm bảo hiệu suất và an toàn. Cân bằng vật chất xác định lượng vật liệu vào ra, nước bị loại bỏ từ 35% xuống 17% độ ẩm. Cân bằng năng lượng tính toán lượng nhiệt cần thiết, công suất hơi nước cần cung cấp, và hiệu suất tổng thể của hệ thống. Thiết kế thiết bị chính như buồng sấy, hệ thống tuần hoàn khí nóng, các quạt thổi được bố trí và tính toán kỹ lưỡng. Thiết bị phụ như máy bơm nước, điều khiển nhiệt độ, hệ thống đo đạc cũng được tích hợp để tối ưu hóa quá trình sấy và đạt năng suất 1550kg/h với hiệu suất năng lượng cao.

3.1. Cân Bằng Vật Chất Và Năng Lượng

Cân bằng vật chất tính toán: Đầu vào = Đậu xanh ẩm (độ ẩm 35%), Đầu ra = Sản phẩm sấy (độ ẩm 17%) + Nước bay hơi. Cân bằng năng lượng xác định: Nhiệt vào = Nhiệt để bay hơi nước + Nhiệt tăng nhiệt độ sản phẩm + Hao phí. Công thức cơ bản sử dụng lý thuyết truyền nhiệt và tính chất ẩm không khí.

3.2. Thiết Kế Thiết Bị Chính Và Phụ

Thiết bị chính bao gồm: buồng sấy kích thước được tính dựa trên thời gian lưu và tốc độ xử lý, hệ thống tuần hoàn khí nóng với tổng công suất phù hợp. Thiết bị phụ: máy bơm cung cấp nước, máy sấy không khí, hệ thống cảm biến độ ẩm và nhiệt độ. Toàn bộ hệ thống được tối ưu để đảm bảo hoạt động ổn định và tiết kiệm năng lượng.

IV. Đánh Giá Kinh Tế Và Kết Luận Đồ Án

Đánh giá kinh tế là phần quan trọng để xác định khả năng ứng dụng thực tiễn của thiết kế tháp sấy đậu xanh này. Chi phí đầu tư bao gồm chi phí thiết bị chính, thiết bị phụ, chi phí xây dựng và lắp đặt. Chi phí vận hành tính toán từ tiêu hao năng lượng điện, hơi nước, nhân công. Doanh thu được tính từ sản phẩm đầu ra với giá bán hiện tại. Thời gian hoàn vốn và tỉ suất lợi nhuận được xác định để đánh giá tính khả thi kinh tế của dự án. Kết luận khẳng định rằng hệ thống tháp sấy này có thể đáp ứng nhu cầu công nghiệp thực phẩm hiện đại, với năng suất 1550kg/h là mức hợp lý, hiệu suất năng lượng tốt và khả năng sinh lợi cao, từ đó có giá trị ứng dụng thực tiễn đáng kể trong lĩnh vực xử lý hạt cốc.

4.1. Phân Tích Chi Phí Và Lợi Nhuận

Chi phí đầu tư ước tính dựa trên giá thị trường thiết bị, xây dựng. Chi phí vận hành hàng năm bao gồm điện, hơi nước, bảo trì, nhân công. Doanh thu từ 1550kg/h × 8000 giờ/năm × giá bán/kg. Tính toán chi tiết cho phép xác định điểm hòa vốn và lợi nhuận ròng hàng năm.

4.2. Ý Nghĩa Và Khuyến Nghị Ứng Dụng

Đồ án cung cấp giải pháp kỹ thuật hoàn chỉnh cho các nhà máy sấy thực phẩm, đặc biệt là sấy đậu xanh. Khuyến nghị bao gồm kiểm tra thực tế, tối ưu hóa thêm dựa trên điều kiện địa phương, và bảo trì định kỳ để đảm bảo hiệu suất dài hạn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 1. Sơ lược về cây và hạt đậu xanh  Giới thiệu về cây đậu xanh Cây đậu xanh có tên khoa học là Vigna radiata. Đây là loài cây đậu dỗ quan trọng, đứng thứ ba sau đậu nành và đậu phộng, thuộc cây thân thảo mọc đứng. Cây đậu xanh có nguồn gốc từ Ấn Độ và Trung Á nhưng nay được phân bố khá nhiều ở Châu Á nói chung và Việt Nam nói riêng vì khí hậu nhiệt đới, cận nhiệt đới thích hợp cho sự phát triển của loài cây này.

Cây đậu xanh thuộc giống cây ngắn ngày (sinh trưởng trong khoảng 67-70 ngày) nên đạt hiệu quả kinh tế cao và cung cấp một nguồn thực phẩm đáng kể vô cùng quan trọng cho con người, đặc biệt là những người ăn chay, đó là đậu xanh.  Giới thiệu về hạt đậu xanh Đậu xanh thuộc bộ Fables, họ Đậu – Fabaceae, chi Vigna, là loại hạt hai lá mầm gồm có vỏ hạt, phôi và các chất dinh dưỡng nằm trong lá mầm. Nó có hình trụ thuôn, tròn đều, màu xanh lục, vỏ có thể bóng láng (đậu xanh mỡ) hay mốc nhám (đậu xanh mốc). Thành phần dinh dưỡng của hạt đậu xanh: 8 Trong đậu xanh chứa hầu như đầy đủ các dưỡng chất cần thiết cho con người gồm protein, glucid, lipid, vitamin và các khoáng chất quan trọng.

Khi đậu kết hợp với các loại hạt ngũ cốc khác, nó có thể thay thế đạm động vật, điều này là cần thiết cho những người ăn chay.  Về protein có trong hạt đậu xanh: chiếm hơn 90% các hợp chất chứa nito của hạt, gồm có:  Protein hòa tan trong nước: chiếm 71-79% protein tổng số.  Protein hòa tan trong dung dịch muối: chiếm 5-10% protein tổng số.  Protein hòa tan trong dung dịch kiềm: chiếm 4-8% protein tổng số.

9 Bên cạnh đó, protein ở đậu xanh chứa các axit amin không thay thế như leucine, isoleucine, lysine, valine nhưng lại chứa ít cystein và methionine. Tuy nhiên, protein đậu xanh có chứa inhibitor, là tác nhân gây ức chế enzyme Trypsin, gây trở ngại cho quá trình phân giải protein thành các cơ chất và hấp thụ vào máu thông qua ruột non.  Về glucid trong đậu xanh: chứa chủ yếu tinh bột gồm amylose và amylopectin, trong đó amylose chiếm lượng đáng kể, khoảng 45-50%, được ứng dụng làm miến đậu xanh, bột đậu xanh,….Ngoài ra, trong thành phần glucid có chứa hai nhóm đường là Raffinose và Stachynose không thể tiêu hóa bởi enzyme, gây đầy bụng, cần được loại bỏ bằng cách ngâm đậu trong nước.  Về lipid có trong đậu xanh: hàm lượng khá thấp nhưng có ảnh hưởng đến chất lượng hạt hay các sản phẩm từ hạt, chứa nhiều axit béo chưa no không thay 10 thế như axit linoleic, axit linolenic.

Tuy nhiên vì chứa nhiều axit béo chưa no nên hạt dễ bị oxy hóa gây mùi hôi khó chịu.  Về vitamin và khoáng chất trong đậu xanh: chứa rất nhiều loại vitamin cần thiết cho cơ thể nhưng có nhược điểm là dễ bị mất đi trong quá trình chế biến (20-35%) và trong quá trình bảo quản (10-15%). Còn với chất khoáng thì tập trung nhiều ở vỏ hạt, chứa các enzyme hỗ trợ như lipase, transferase, hydrolase, lipoxygenase,… 3. Ưu nhược điểm của hạt đậu xanh  Ưu điểm: Đậu xanh vị ngọt, hơi tanh, tính hàn, không độc, bổ nguyên khí, thanh nhiệt mát gan, giải được trăm thứ độc, có thể làm sạch mát nước tiểu, chữa lở loét, làm sáng mắt, nhuận họng, hạ huyết áp, mát buồng mật, bổ dạ dày, hết đi tả, thích hợp với các bệnh nhân say nắng, miệng khát, người nóng, thấp nhiệt, ung nhọt, viêm tuyến má, đậu mùa, nhìn mọi vật không rõ.

Đậu xanh là loại thức ăn nhiều kali, ít natri. Người thường xuyên ăn đậu xanh và chế phẩm của nó huyết áp của họ sẽ thấp. Trong đậu xanh còn có thành phần hạ huyết mỡ hữu hiệu, nó còn giúp cho cơ thể phòng chống chứng xơ cứng động mạch và bệnh cao huyết áp, đồng thời có công hiệu bảo vệ gan và giải độc. Trong đời sống hàng ngày, đậu xanh được dùng làm rất nhiều món như nấu canh, chè, làm bánh, xay thành bột làm miến, rang vàng tán bột làm thực phẩm 11 ngũ cốc dinh dưỡng.

Lá đậu xanh được tận dụng làm dưa nhưng không phổ biến. Vỏ đậu xanh có tính nóng, giúp giảm bớt mờ mắt, vì vậy nhiều người thường nấu cả vỏ, không bỏ đi. Theo đông y ăn nhiều đậu xanh còn hỗ trợ điều trị một số bệnh như:  Chữa tiêu chảy nôn mửa  Giải say rượu  Trị trúng nắng  Hỗ trợ tiêu hoá, giảm cân  Hỗ trợ huyết áp, phòng ngừa tìm mach.  Nhược điểm: Hạt đậu xanh dễ bị hư hỏng nếu không bảo quản kỹ.

Các hiện tượng thường gặp như bị nhiễm men mốc, sâu mọt, bốc nóng bên trong hạt,…  Bị nhiễm men, mốc: sự phát triển mạnh mẽ của mốc, vi sinh vật làm cho hạt đậu bị lên men, đồng thời với khí hậu nóng ẩm, hiện tượng trên càng diễn ra mạnh mẽ. Điều này làm cho hạt bị mất giá trị dinh dưỡng, không thể sử dụng làm thực phẩm, ngay cả khi gia súc sử dụng cũng khiến chúng chậm lớn, dễ nhiễm bệnh,… Loài mốc điển hình như A.pasaiticus sinh độc tố aflatoxin B gây ung thư gan hay các bệnh về đường tiêu hóa.  Bị nhiễm sâu mọt: đây là hiện tượng xảy ra ngay khi còn trên cây vì loài mọt sinh sản rất nhanh trong điều kiện khí hậu nóng ẩm. Loài mọt điển hình là Bruchus chinensis Linn, làm cho hạt có mùi hôi và bị hao hụt khối lượng (ba tháng hao hụt trên 50% trọng lượng).

 Tự bốc nóng: do hạt hô hấp mạnh khi độ ẩm trên 18%, điều này tạo ra nhiều hơi nước, kích thích sự phát triển của vi sinh vật gây hại, làm hạt chuyển sang màu sẫm đen, kết thành mảng, mất giá trị kinh tế và không thể nảy mầm. => Chính vì vậy, việc bảo quản hạt đúng cách là điều vô cùng quan trọng. Một trong những biện pháp ngăn chặn, giảm thiểu tổn thất hiệu quả nhất là sấy hạt. 12 CHƯƠNG 2 - TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SẤY 1.

Khái niệm về sấy Sấy là sự bốc hơi nước của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ thích hợp, là quá trình khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác do chênh lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh. Sấy là một khâu quan trọng trong dây truyền công nghệ, được sử dụng phổ biến ở nhiều ngành công nghiệp chế biến nông – lâm – hải sản. Sấy không chỉ đơn thuần là tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu mà là một quá trình công nghệ phức tạp, đòi hỏi vật liệu sau khi sấy phải đảm bảo chất lượng theo một chỉ tiêu nào đó với mức chi phí năng lượng(điện năng, nhiệt năng) tối thiểu. Khối lượng nguyên liệu giảm sau khi sấy đồng thời tăng liên kết bề mặt giúp hạt bảo quản được lâu hơn.

Phương pháp sấy Có hai phương pháp sấy: sấy tự nhiên và sấy nhân tạo.  Sấy tự nhiên Tiến hành bay hơi bằng năng lượng tự nhiên như mặt trời, năng lượng gió…còn gọi là phơi sấy tự nhiên. Phương pháp này đỡ tốn nhiệt năng, nhưng không chủ động điều chỉnh được vận tốc quá trình theo yêu cầu kỹ thuật, năng suất thấp,…  Sấy nhân tạo Thường được tiến hành trong các loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm. Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹ thuật sấy có thể được phân loại như sau:  Phân loại theo cách cấp nhiệt: Phương pháp sấy đối lưu: là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với tác nhân sấy là không khí nóng, khói lò 13 Phương pháp sấy tiếp xúc: Trong phương pháp sấy này, việc cấp nhiệt cho vật liệu sấy thực hiện bằng dẫn nhiệt do vật sấy tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao hơn.

Phương pháp sấy dùng điện trường cao tần: Trong phương pháp này, người ta để vật ẩm trong điện trường tần số cao. Vật ẩm sẽ được nóng lên. Trường hợp này môi chất sấy không làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật. Phương pháp sấy bằng tia hông ngoại: là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn nhiệt phát ra truyền cho vật liệu sấy.

Phương pháp sấy lạnh: là phương pháp sấy trong điều kiện nhiệt độ và ẩm của tác nhân sấy thấp hơn nhiều so với môi trường Nhiệt độ thấp để đảm bảo đặc tính cảm quan của sản phẩm, còn ẩm thấp để tạo ra chênh lệch ẩm, do đó ẩm trong vật liệu sẽ thoát ra ngoài dễ dàng. Ở đây, ta có sấy lạnh nhiệt độ từ 0oC trở lên và sấy lạnh đông sâu hay còn gọi là sấy thăng hoa. Phương pháp sấy chân không: Là phương pháp sấy được vật liệu không chịu được nhiệt độ cao hay dễ bị oxy hoá, vật liệu dễ bị bụi hay vật liệu thoát ra dung môi quý cần thu hồi và vật liệu dễ nổ.  Phân loại theo chế độ thải ẩm: Phương pháp sấy bằng áp suất khí quyển: Trong phương pháp này, áp suất buồng sấy bằng áp suất khí quyển.

Việc thoát ẩm do môi chất sấy đảm nhiệm hoặc sấy ở nhiệt độ cao hơn 100oC thì ẩm tự thoát vào môi trường. Phương pháp sấy chân không: Trong phương pháp này, áp suất buồng sấy nhỏ hơn áp suất môi trường. Vì vậy, không thể dùng môi chất sấy đảm nhiệm việc thải ẩm. Việc thải ẩm phải dùng máy hút chân không hoặc kết hợp với thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm.

 Phân loại theo cách xử lý không khí Phương pháp sấy dùng nhiệt: người ta gia nhiệt cho không khí để làm giảm độ chứa hơi, sau đó đưa vào buồng sấy, tùy vào yêu cầu của vật liệu sấy ta có hai dạng là sấy nóng và sấy lạnh. 14 Phương pháp sấy dùng xử lý ẩm (hút ẩm): Trong phương pháp này, người ta dùng vật liệu hút ẩm như silicagen hay thiết bị hút ẩm. Phương pháp kết hợp gia nhiệt và hút ẩm 3. Thiết bị sấy  Thiết bị sấy hầm Cấu tạo Trong đó : 1.

Cửa hầm Nguyên lý hoạt động: - Vật liệu sấy được đặt trên các giá của xe goòng, xe goong di chuyển vào và ra liên tục nhờ hệ thống băng chuyền. - Không khí được quạt 4 thổi qua buồng đốt đun nóng lên nhiệt độ sấy và vào dọc theo hàm sấy (cùng chiều hay ngược chiều). Vận tốc tác nhân sấy đi trong hầm thường 2-5ms. 15 => Năng suất thường nhỏ, vật liệu sấy được đặt cố định trong quá trình sấy nên quá trình sấy không đông đều.