Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, nhu cầu đối với các dòng sản phẩm ăn liền đóng gói tiện dụng, bảo quản được lâu nhưng vẫn giữ được giá trị dinh dưỡng tự nhiên đang không ngừng gia tăng. Khoai lang tím (Ipomoea batatas (L.) Lamk) là loại nông sản giàu dinh dưỡng, đặc biệt có hàm lượng hợp chất màu tự nhiên anthocyanin nhóm flavonoid vượt trội, mang lại hoạt tính chống oxy hóa cao và nhiều lợi ích cho sức khỏe. Tuy nhiên, nông sản tươi sau thu hoạch có độ ẩm cao (khoảng 72%), dễ bị hư hỏng và khó lưu trữ, vận chuyển dài ngày.

Để giải quyết vấn đề bảo quản và đa dạng hóa sản phẩm chế biến, đồ án môn học Kỹ thuật Thực phẩm tại Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP. Hồ Chí Minh thực hiện đề tài: "Thiết Kế Thiết Bị Sấy Hầm Khoai Lang Tím Năng Suất 25 KG/Giờ" (Mã số môn học: 0101100213). Đồ án do sinh viên Lưu Hoàng Diệu và Phương Thảo Vy (Lớp 11DHTPTD) thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Trịnh Hoài Thanh, hoàn thành vào tháng 01 năm 2023.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu cụ thể được xác định bao gồm:

  1. Thiết kế hệ thống thiết bị sấy hầm sấy khoai lang tím thái lát với năng suất thành phẩm khô đạt $25\text{ kg/h}$.
  2. Giảm độ ẩm của vật liệu sấy từ độ ẩm ban đầu $w_1 = 72%$ xuống độ ẩm an toàn bảo quản $w_2 = 4%$.
  3. Sử dụng không khí nóng làm tác nhân sấy đối lưu, gia nhiệt bằng thiết bị calorifer cấp nhiệt gián tiếp từ hơi nước bão hòa.
  4. Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng và tính toán kích thước hình học của thiết bị sấy chính (hầm sấy, xe goòng, khay sấy).
  5. Tính toán thiết kế các thiết bị phụ trợ (calorifer chùm ống có cánh, quạt thổi, quạt hút, cyclon thu hồi bụi, đường ống dẫn khí).
  6. Thiết lập các bản vẽ kỹ thuật: bản vẽ sơ đồ hệ thống và bản vẽ cấu tạo thiết bị chính theo khổ A1, A3.

Đối tượng nghiên cứu là củ khoai lang tím giống HL491 (Nhật tím) có nguồn gốc xuất xứ tại trang trại Đà Lạt, được chế biến và tính toán thiết kế tại khu vực TP. Hồ Chí Minh trong mốc thời gian từ tháng 10/2022 đến tháng 12/2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và nguyên lý kỹ thuật

  • Bản chất quá trình sấy: Quá trình sấy là quá trình công nghệ tách ẩm (chủ yếu là nước tự do và nước liên kết) ra khỏi vật liệu bằng phương pháp bay hơi nhiệt. Quá trình bao gồm sự dịch chuyển ẩm từ bên trong lòng vật liệu ra bề mặt và sự truyền khối hơi nước từ bề mặt vật liệu vào môi trường tác nhân sấy.
  • Động lực quá trình sấy: Động lực tổng quát ($L$) tỷ lệ thuận với hiệu số phân áp suất hơi nước trong lòng vật liệu ($p_v$) và phân áp suất hơi nước trong môi trường không khí xung quanh ($p_h$): $L \sim (p_v - p_h)$.
  • Diễn biến các giai đoạn sấy đối lưu:
    • Giai đoạn làm nóng vật: Nhiệt độ vật liệu tăng dần từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ nhiệt kế ướt ($t_ư$), lượng ẩm tách ra không đáng kể.
    • Giai đoạn tốc độ sấy không đổi (đẳng tốc): Nhiệt lượng cung cấp dùng để bay hơi ẩm tự do ở bề mặt; nhiệt độ vật liệu không đổi.
    • Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần: Ẩm tự do cạn kiệt, năng lượng chuyển sang bốc hơi ẩm liên kết với tốc độ giảm dần cho đến khi đạt độ ẩm cân bằng.
  • Hệ thống sấy hầm (Tunnel Dryer): Là hệ thống sấy đối lưu liên tục. Vật liệu được xếp trên khay của xe goòng di chuyển dọc theo chiều dài hầm sấy, cho năng suất cao và chất lượng sản phẩm đồng đều hơn hệ thống sấy buồng chu kỳ.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán

  • Phương pháp cân bằng vật chất: Xác định lượng ẩm bốc hơi ($W$), khối lượng nguyên liệu vào ($G_1$), tiêu hao không khí khô riêng ($l$) và tổng lưu lượng không khí khô ($L$).
  • Phương pháp nhiệt động lực học và đồ thị $I-d$ (Ramzin): Xác định các thông số trạng thái của không khí ẩm (nhiệt độ, độ chứa hơi $d$, enthalpy $I$, độ ẩm tương đối $\varphi$, áp suất bão hòa $p_{bh}$) tại các điểm nút công nghệ: trước calorifer (A), sau calorifer (B) và sau hầm sấy (C).
  • Phương pháp truyền nhiệt và tính toán thiết bị nhiệt: Tính toán truyền nhiệt qua vách hầm nhiều lớp (gạch đỏ, bông thủy tinh cách nhiệt), tính hệ số tỏa nhiệt đối lưu, hệ số truyền nhiệt tổng quát ($k$) và diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị calorifer chùm ống có cánh.
  • Phương pháp thủy lực đường ống: Ứng dụng chuẩn số Reynolds ($Re$), hệ số ma sát ($\lambda$) và các hệ số trở lực cục bộ ($\xi$) để tính tổn thất áp suất trên toàn tuyến đường ống, từ đó tính chọn công suất quạt ly tâm.
  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thành phần dinh dưỡng khoai lang theo USDA (2009); các công thức tính toán và bảng tra số liệu nhiệt vật lý từ các tài liệu chuyên ngành Kỹ thuật sấy và Quá trình - Thiết bị truyền nhiệt, truyền khối.

Quy trình công nghệ sản xuất khoai lang sấy

Quy trình công nghệ chế biến khoai lang tím sấy lát trong đồ án được thiết lập qua các công đoạn liên hoàn:

  1. Nguyên liệu: Chọn khoai lang tím giống HL491 (thu hoạch tại Đà Lạt), dạng củ thon dài, tròn đều, ít trầy xước, không sâu bệnh, hà, sùng và không mọc mầm.
  2. Rửa: Dùng nước sạch loại bỏ đất cát bám dính bên ngoài vỏ, hạn chế vi sinh vật và tránh làm bẩn thịt khoai khi gọt.
  3. Phân loại: Lựa chọn các củ đồng đều về kích cỡ để tạo sự đồng nhất cho các công đoạn cắt lát tiếp theo.
  4. Gọt vỏ: Loại bỏ lớp vỏ ngoài, thao tác nhanh để tránh hiện tượng sẫm màu do oxy hóa tannin.
  5. Cắt miếng, tạo hình: Cắt khoanh tròn với độ dày lát cắt tiêu chuẩn từ $5\text{ mm}$ đến $7\text{ mm}$ để đảm bảo thoát ẩm thuận lợi.
  6. Ngâm hóa chất: Ngâm khoai lát trong dung dịch chứa $\text{K}_2\text{S}_2\text{O}_3$ ($3\text{ g/L}$) kết hợp Acid ascorbic $0{,}15%$ trong thời gian 30 phút ở nhiệt độ phòng. Hóa chất giúp ức chế enzyme polyphenol oxidase, chống oxy hóa, ngăn chặn phản ứng tạo phức màu sậm (melanoidin), duy trì màu tím tự nhiên của anthocyanin.
  7. Để ráo: Vớt nguyên liệu ra khỏi bể ngâm, để ráo tự nhiên trước khi xếp khay.
  8. Sấy: Xếp lát khoai đều lên các khay nhôm (mỗi khay chứa khoảng $10\text{ kg}$, không xếp chồng khít lên nhau). Tác nhân sấy là không khí nóng ở $70^\circ\text{C}$, thổi qua các tầng khay trên xe goòng trong hầm sấy. Quá trình làm giảm ẩm từ $72%$ xuống $4%$.
  9. Làm nguội: Sản phẩm ra khỏi hầm được làm nguội về nhiệt độ phòng nhằm tránh hiện tượng hấp hơi gây đọng ẩm bên trong bao bì.
  10. Đóng gói: Sử dụng máy hút chân không với bao bì màng PE kích thước $18 \times 26\text{ cm}$, khối lượng tịnh $50 - 60\text{ g/gói}$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Giới thiệu về khoai lang tím

Chương này giới thiệu tổng quan về đối tượng nguyên liệu khoai lang tím (Ipomoea batatas (L.) Lamk) thuộc giống HL491 (Nhật tím), có thời gian sinh trưởng 90 – 120 ngày, năng suất củ tươi đạt 15 – 27 tấn/ha với tỷ lệ chất khô chiếm 27 – 31%.

Về mặt hóa sinh và dinh dưỡng, trong $100\text{ g}$ khoai lang tím tươi chứa $77{,}30\text{ g}$ nước. Củ khoai có hàm lượng anthocyanin và tổng hợp chất phenol cao vượt trội, mang lại khả năng chống oxy hóa mạnh gấp 3,2 lần so với quả việt quất. Các hợp chất dinh dưỡng và chất xơ trong khoai lang tím có vai trò lớn trong y học và thực phẩm chức năng như hỗ trợ tiêu hóa, ngăn ngừa xơ vữa động mạch và giảm nguy cơ ung thư đường ruột.

Chương 2. Tổng quan về kỹ thuật sấy

Chương 2 trình bày có hệ thống các nguyên lý cơ bản của kỹ thuật sấy:

  • Định nghĩa, bản chất truyền nhiệt và truyền khối của quá trình sấy nông sản thực phẩm.
  • Động lực bay hơi ẩm dựa trên độ chênh lệch áp suất hơi riêng phần giữa vật liệu và môi trường.
  • Phân tích 5 phương pháp sấy phổ biến: sấy tiếp xúc, sấy bức xạ, sấy điện trường cao tần, sấy thăng hoa và sấy đối lưu.
  • Khảo sát các dạng thiết bị sấy đối lưu công nghiệp: buồng sấy, hầm sấy, tháp sấy, thùng quay, tầng sôi, sấy khí động và sấy phun.
  • Trình bày sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy hầm: bao gồm hầm sấy xây gạch, tời kéo xe goòng, calorifer cấp nhiệt hơi nước, quạt thổi không khí ngoài trời ($27^\circ\text{C}$), quạt hút khí thải ($35^\circ\text{C}$) và cyclon thu hồi bụi khoai bằng lực ly tâm.

Chương 3. Quy trình sản xuất khoai lang sấy

Tác giả thuyết minh chi tiết từng bước công nghệ từ khâu tiếp nhận củ tươi Đà Lạt, các bước xử lý cơ học (rửa, phân loại, gọt vỏ, thái lát $5 - 7\text{ mm}$), xử lý hóa học (ngâm $\text{K}_2\text{S}_2\text{O}_3$ $3\text{ g/L}$ và Acid ascorbic $0{,}15%$) đến chế độ sấy hầm ở nhiệt độ $70^\circ\text{C}$. Chương này cũng phân tích sâu các biến đổi vật lý, hóa học (Maillard, phân hủy), hóa lý (chuyển pha nước), sinh học và hóa sinh (vô hoạt enzyme) diễn ra trong cấu trúc lát khoai dưới tác động của nhiệt độ và dòng khí.

Chương 4. Tính toán công nghệ

Nội dung chương 4 tập trung vào việc tính toán các thông số nhiệt động của tác nhân sấy và thiết lập cân bằng vật chất:

  • Xác định 3 trạng thái không khí:
    • Điểm A (ngoài trời): $t_0 = 27^\circ\text{C}$, $\varphi_0 = 77%$, $d_0 = 0{,}0178\text{ kg ẩm/kg kkk}$, $I_0 = 72{,}493\text{ kJ/kg kkk}$.
    • Điểm B (sau calorifer): $t_1 = 70^\circ\text{C}$, $\varphi_1 = 9%$, $d_1 = 0{,}0178\text{ kg ẩm/kg kkk}$, $I_1 = 117{,}075\text{ kJ/kg kkk}$.
    • Điểm C (khí thải sau sấy): $t_2 = 35^\circ\text{C}$, $\varphi_2 = 86%$, $d_2 = 0{,}0320\text{ kg ẩm/kg kkk}$.
  • Cân bằng vật chất: Với năng suất $G_2 = 25\text{ kg/h}$ sản phẩm khô ($w_2 = 4%$), lượng nguyên liệu vào cần thiết là $G_1 = 85{,}7\text{ kg/h}$ ($w_1 = 72%$), lượng ẩm bốc hơi $W = 60{,}7\text{ kg/h}$.
  • Lưu lượng thể tích tác nhân sấy lý thuyết $V_0 = 4361\text{ m}^3\text{/h}$. Thời gian sấy thực tế được chọn là $15\text{ giờ}$ (tăng 1,5 lần so với thời gian lý thuyết $10\text{ giờ}$ do sự phân bố khí không đồng đều).

Chương 5. Tính toán thiết kế thiết bị chính

Tác giả xác định kích thước kết cấu và lập bảng cân bằng nhiệt cho hầm sấy:

  • Khay sấy: Vật liệu nhôm dập dày $1\text{ mm}$, kích thước $800 \times 800\text{ mm}$, gờ mép $30\text{ mm}$, tải trọng $10\text{ kg/khay}$.
  • Xe goòng: Khung thép hộp $25 \times 25 \times 1{,}5\text{ mm}$, bánh xe đường kính $100\text{ mm}$, cao sàn $150\text{ mm}$. Xe chứa 15 tầng khay (tổng tải $150\text{ kg/xe}$), khoảng cách giữa các tầng khay là $100\text{ mm}$.
  • Kích thước hầm sấy: Chiều rộng hầm $900\text{ mm}$ (khe hở hai bên $50\text{ mm}$); chiều cao hầm $1250\text{ mm}$; tường xây gạch đỏ dày $250\text{ mm}$; trần bê tông dày $70\text{ mm}$ lót bông thủy tinh cách nhiệt dày $150\text{ mm}$; cửa thép dày $4\text{ mm}$.
  • Cân bằng nhiệt quá trình sấy thực: Tính toán chi tiết các tổn thất nhiệt:
    • Tổn thất do vật liệu mang đi: $q_v = 54{,}934\text{ kJ/kg ẩm}$.
    • Tổn thất do thiết bị chuyển tải (xe, khay): $q_{ct} = 20{,}529\text{ kJ/kg ẩm}$.
    • Tổn thất truyền nhiệt qua tường, trần, nền, cửa: $q_{mt} = 98{,}26\text{ kJ/kg ẩm}$.
    • Nhiệt lượng tiêu hao thực tế $q = 3230\text{ kJ/kg ẩm}$, nhiệt lượng có ích $q_1 = 2451{,}61\text{ kJ/kg ẩm}$, sai số tính toán đạt $0{,}11%$.

Chương 6. Tính toán thiết kế thiết bị phụ

Chương 6 giải quyết bài toán thiết kế calorifer khí - hơi và tính toán thủy lực chọn quạt:

  • Calorifer: Gia nhiệt không khí từ $27^\circ\text{C}$ lên $70^\circ\text{C}$ bằng hơi bão hòa $151{,}84^\circ\text{C}$ ($p = 5\text{ bar}$). Công suất nhiệt calorifer đạt $Q_c = 194664{,}9\text{ kJ/h} = 54{,}07\text{ kW}$. Lượng hơi tiêu hao $D = 116\text{ kg/h}$. Thiết bị cấu tạo dạng chùm ống thép đường kính ngoài $24\text{ mm}$ gắn cánh đồng tròn đường kính cánh $d_c = 40\text{ mm}$, dày $0{,}5\text{ mm}$, bước cánh $3\text{ mm}$. Tổng số ống trao đổi nhiệt $N = 36\text{ ống}$ (bố trí so le, 12 hàng dọc theo dòng khí).
  • Tính toán trở lực và quạt: Hệ thống sử dụng 2 quạt (1 quạt thổi đầu hầm và 1 quạt hút đầu ra nối cyclon). Đường ống dẫn khí có đường kính $d = 0{,}9\text{ m}$ (tiêu chuẩn SCH 40 dày $19{,}1\text{ mm}$). Tính toán chi tiết trở lực ma sát trên ống thẳng, trở lực qua chùm ống calorifer, trở lực co ngoặt $90^\circ$ ($\xi = 1{,}1$), trở lực đột mở và trở lực qua hầm sấy có xe goòng.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Tổng hợp các số liệu tính toán chính

Hạng mục thông số Ký hiệu / Đơn vị Giá trị tính toán
Năng suất thành phẩm khô $G_2$ ($\text{kg/h}$) $25{,}0$
Khối lượng nguyên liệu tươi vào $G_1$ ($\text{kg/h}$) $85{,}7$
Lượng ẩm cần bốc hơi $W$ ($\text{kg/h}$) $60{,}7$
Độ ẩm ban đầu / sau sấy $w_1$ / $w_2$ ($%$) $72{,}0$ / $4{,}0$
Nhiệt độ không khí vào / sấy / thải $t_0$ / $t_1$ / $t_2$ ($^\circ\text{C}$) $27{,}0$ / $70{,}0$ / $35{,}0$
Lưu lượng thể tích tác nhân sấy $V$ ($\text{m}^3\text{/h}$) $4403$
Thời gian sấy thực tế $\tau$ ($\text{h}$) $15{,}0$
Công suất nhiệt calorifer $Q_c$ ($\text{kW}$) $54{,}07$
Số lượng ống trao đổi nhiệt calorifer $N$ ($\text{ống}$) $36$ (12 hàng)
Đường kính ống dẫn khí $d$ ($\text{m}$) $0{,}9$

Cơ cấu cân bằng nhiệt lượng của hầm sấy

Thành phần nhiệt lượng Ký hiệu Giá trị ($\text{kJ/kg ẩm}$) Tỷ trọng ($%$)
Nhiệt lượng có ích để bay hơi ẩm $q_1$ $2451{,}61$ $75{,}98$
Tổn thất do tác nhân sấy mang đi $q_2$ $601{,}13$ $18{,}63$
Tổn thất do vật liệu sấy mang ra $q_v$ $54{,}93$ $1{,}70$
Tổn thất do thiết bị chuyển tải (xe, khay) $q_{ct}$ $20{,}53$ $0{,}64$
Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh $q_{mt}$ $98{,}26$ $3{,}05$
Tổng nhiệt lượng tiêu hao tính toán $q$ $3230{,}00$ $100{,}00$

Đóng góp kỹ thuật của đề tài

  • Hoàn thiện trọn vẹn quy trình công nghệ chế biến khoai lang tím sấy lát, làm rõ thông số xử lý hóa chất chống biến màu ($\text{K}_2\text{S}_2\text{O}_3$ $3\text{ g/L}$ và Vitamin C $0{,}15%$) phù hợp với tính chất củ khoai tím giàu anthocyanin.
  • Cung cấp bộ hồ sơ tính toán nhiệt học và cơ khí chi tiết cho hệ thống sấy hầm năng suất nhỏ ($25\text{ kg/h}$), từ việc chọn kích thước xe goòng, lớp cách nhiệt hầm sấy đến thiết kế chùm ống có cánh đồng của calorifer hơi nước.
  • Thiết lập đầy đủ các bước tính toán thủy lực trở lực trên đường ống và phân tích thông số quạt thổi - quạt hút kết hợp cyclon xử lý bụi khí thải.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Toàn bộ các thông số nhiệt - ẩm và trở lực thủy lực được tính toán trên cơ sở lý thuyết chuẩn và công thức kinh nghiệm, chưa có điều kiện vận hành thực nghiệm trên mô hình thực tế để hiệu chỉnh các hệ số phân bố dòng khí không đều trong hầm sấy.
  • Hướng mở rộng:
    • Nghiên cứu lắp đặt hệ thống van tiết lưu tự động và cảm biến điều khiển nhiệt độ, độ ẩm hồi lưu tác nhân sấy nhằm tiết kiệm năng lượng.
    • Khảo sát tối ưu hóa bề mặt truyền nhiệt calorifer và thiết kế hệ thống tận dụng nhiệt thừa từ dòng khí thải $35^\circ\text{C}$.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tư liệu học thuật và kỹ thuật hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm, Kỹ thuật Thực phẩm: Tham khảo phương pháp thực hiện đồ án môn học, cách xây dựng quy trình công nghệ chế biến snack nông sản thái lát và tính toán cân bằng vật chất - năng lượng.
  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Nhiệt - Năng lượng, Máy và Thiết bị Hóa chất: Tham khảo quy trình thiết kế chi tiết thiết bị truyền nhiệt calorifer chùm ống có cánh và phương pháp tính toán thủy lực mạng lưới đường ống khí.
  • Kỹ sư và cán bộ kỹ thuật: Ứng dụng các thông số tính toán kích thước hầm sấy, xe goòng và chế độ nhiệt để triển khai các xưởng sấy thực phẩm quy mô vừa và nhỏ.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao trong quy trình sấy khoai lang tím cần ngâm qua dung dịch $\text{K}_2\text{S}_2\text{O}_3$ và Acid ascorbic?

Khoai lang tím chứa hàm lượng anthocyanin và polyphenol cao. Khi cắt lát tiếp xúc với oxy không khí, enzyme polyphenol oxidase sẽ xúc tác phản ứng oxy hóa gây thâm nâu, mất màu tím tự nhiên và biến đổi mùi. Ngâm trong dung dịch $\text{K}_2\text{S}_2\text{O}_3$ ($3\text{ g/L}$) kết hợp Acid ascorbic ($0{,}15%$) trong 30 phút có tác dụng khử oxy hóa, ức chế enzyme tạo màu nâu, ngăn chặn phản ứng tạo phức melanoidin và bảo vệ cấu trúc lát khoai sau sấy.

2. Các thông số nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy tại 3 trạng thái công nghệ được xác định như thế nào?

  • Trạng thái A (khí ngoài trời): Nhiệt độ $t_0 = 27^\circ\text{C}$, độ ẩm $\varphi_0 = 77%$, độ chứa hơi $d_0 = 0{,}0178\text{ kg ẩm/kg kkk}$.
  • Trạng thái B (sau calorifer): Nhiệt độ nâng lên $t_1 = 70^\circ\text{C}$, độ ẩm tương đối giảm xuống $\varphi_1 = 9%$, độ chứa hơi giữ nguyên $d_1 = 0{,}0178\text{ kg ẩm/kg kkk}$.
  • Trạng thái C (sau hầm sấy): Nhiệt độ khí thải chọn ở $t_2 = 35^\circ\text{C}$ (chọn lại từ $50^\circ\text{C}$ để tránh đọng sương trên bề mặt sản phẩm và giảm tổn thất nhiệt), độ ẩm $\varphi_2 = 86%$, độ chứa hơi tăng lên $d_2 = 0{,}0320\text{ kg ẩm/kg kkk}$.

3. Cân bằng vật chất của hệ thống sấy với năng suất $25\text{ kg/h}$ thành phẩm khô cho kết quả ra sao?

Để thu được $G_2 = 25\text{ kg/h}$ khoai lang tím khô ở độ ẩm $4%$ từ nguyên liệu tươi có độ ẩm $72%$, hệ thống cần cung cấp lượng nguyên liệu đầu vào $G_1 = 85{,}7\text{ kg/h}$. Lượng ẩm cần bốc hơi khỏi nguyên liệu là $W = 60{,}7\text{ kg/h}$. Lưu lượng không khí khô cần thiết tương ứng với lưu lượng thể tích là $4361\text{ m}^3\text{/h}$ (lý thuyết) và $4403\text{ m}^3\text{/h}$ (quá trình thực).

4. Kết cấu của thiết bị truyền nhiệt Calorifer được thiết kế với các thông số kỹ thuật nào?

Calorifer sử dụng nguồn nhiệt là hơi nước bão hòa ở áp suất $5\text{ bar}$ ($151{,}84^\circ\text{C}$) để gia nhiệt không khí từ $27^\circ\text{C}$ lên $70^\circ\text{C}$. Thiết bị có công suất nhiệt $54{,}07\text{ kW}$, gồm $36\text{ ống}$ thép dài $1{,}2\text{ m}$ bố trí so le thành 12 hàng. Bên ngoài ống gắn các cánh đồng tròn đường kính $d_c = 40\text{ mm}$, chiều dày cánh $0{,}5\text{ mm}$ và bước cánh $3\text{ mm}$ để tăng cường diện tích trao đổi nhiệt phía không khí.

5. Hiệu suất nhiệt và các thành phần tổn thất nhiệt của hầm sấy phân bố như thế nào?

Hiệu suất nhiệt hữu ích của hầm sấy đạt $75{,}98%$ ($2451{,}61\text{ kJ/kg ẩm}$). Phần nhiệt lượng tổn thất gồm: tổn thất do tác nhân sấy mang ra môi trường chiếm $18{,}63%$ ($601{,}13\text{ kJ/kg ẩm}$), tổn thất truyền nhiệt qua kết cấu bao che hầm sấy chiếm $3{,}05%$ ($98{,}26\text{ kJ/kg ẩm}$), tổn thất do sản phẩm khô mang ra chiếm $1{,}70%$ ($54{,}93\text{ kJ/kg ẩm}$) và tổn thất do xe goòng, khay sấy mang ra chiếm $0{,}64%$ ($20{,}53\text{ kJ/kg ẩm}$).

Kết luận

Đồ án đã hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ tính toán thiết kế hệ thống thiết bị sấy hầm khoai lang tím năng suất $25\text{ kg/h}$ sản phẩm khô đạt độ ẩm tiêu chuẩn $4%$. Các tính toán công nghệ, cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng và thiết kế chi tiết thiết bị chính (hầm sấy, xe goòng, khay sấy) cùng các thiết bị phụ (calorifer chùm ống có cánh, quạt, đường ống, cyclon) đều được thực hiện logic, chuẩn xác theo phương pháp kỹ thuật thực phẩm. Bản thuyết minh cung cấp cơ sở kỹ thuật hoàn chỉnh, đáp ứng đầy đủ yêu cầu của đồ án môn học và có tính ứng dụng cao cho việc thiết kế các hệ thống sấy nông sản quy mô công nghiệp vừa và nhỏ.