LỜI MỞ ĐẦU Trong đời sống nói chung cũng như trong ngành công nghệ thực phẩm nói riêng bảo quản sản phẩm thực phẩm sao cho được thời gian dài và hạn chế ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm là một vấn đề vô cùng quan trọng. Một trong những phương pháp để bảo quản tốt nhất đó là sấy. Bản chất của quá trình sấy chính là tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu rắn hay lỏng. Sản phẩm sau khi được sấy sẽ giảm độ ẩm nhằm hạn chế được hoạt động của các vi sinh vật đồng thời sấy giúp giảm khối lượng thuận tiện cho việc vận chuyển và bảo quản, tăng độ bền vật liệu, nâng cao chất lượng sản phẩm.
Mỗi sản phẩm khác nhau thì có những phương pháp sấy và công nghệ sấy riêng. Nó phụ thuộc vào các yếu tố liên quan đến nguyên liệu như: kích thước, cấu tạo, dạng liên kết ẩm, tính chất hóa lý, trạng thái bề mặt.Vì vậy tùy từng loại nguyên liệu mà ta chọn phương pháp sấy sao cho phù hợp. Nước ta là một nước nông nghiệp nên các nông sản là rất phong phú. Tuy nhiên mỗi loại nông sản thì có tính mùa vụ, mặt khác khí hậu lại nóng ẩm nên vi sinh vật rất dễ hoạt động, vì vậy đòi hỏi phát triển các kỹ thuật sấy nhằm bảo quản chúng trong một thời gian nhất định để phục vụ nhu cầu của người tiêu dùng.
Một trong những nông sản phổ biến và có giá trị dinh dưỡng cao, được nhiều người ưa dùng đó là đậu xanh. Để sấy đậu xanh thì có nhiều phương pháp sấy tuy nhiên tối ưu nhất vẫn là sấy thùng quay. Vì vậy trong đồ án lần này em xin chọn đề tài là “ Thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy đậu xanh nguyên hạt với năng suất 3 tấn/h”. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.
Khái niệm chung về quá trình sấy 1. Khái niệm Sấy là một hoạt động nhằm loại bỏ nước hoặc bất kỳ các chất dễ bay hơi khác chứa trong cơ thể của vật liệu khi có sự thay đổi trạng thái bốc hơi hoặc thăng hoa. Sấy là quá trình dùng nhiệt để làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu và nó xảy ra đồng thời giữa hai quá trình truyền nhiệt và ẩm trong vật liệu sấy. Mục đích - Làm giảm khối lượng vật liệu (giảm công chuyên chở).
- Tăng thời gian bảo quản. - Hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và các phản ứng sinh hóa. - Tạo hình cho sản phẩm. - Tăng độ bền cho sản phẩm như gỗ, vật liệu là gốm sứ.
- Tăng tính cảm quan cho sản phẩm 1. Phân loại quá trình sấy Gồm có hai loại là sấy tự nhiên và sấy nhân tạo. Sấy tự nhiên Dùng năng lượng có sẵn trong thiên nhiên để thực hiện quá trình sấy Ưu điểm: không tốn năng lượng, đơn giản rẻ tiền. Nhược điểm: + Thời gian sấy dài.
+ Tốn nhân công mặt bằng xây dựng. + Khó điều chỉnh các thông số trong quá trình sấy. + Phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết. + Vật liệu sau khi sấy còn lượng ẩm khá cao.
Sấy nhân tạo Dùng thiết bị để thực hiện quá trình sấy, phải cung cấp nhiệt lượng từ bên ngoài cho vật liệu ẩm. Phương pháp cung cấp nhiệt có thể bằng dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ, hoặc bằng năng lượng điện trường có tần số cao. + Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, tác nhân truyền nhiệt là không khí nóng, khói lò. + Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn.
3 + Sấy bằng tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy. + Sấy bằng dòng điện cao tần: phương pháp dùng dòng điện cao tần để đốt nóng toàn bộ chiều dày của vật liệu sấy. Ưu điểm: + Khắc phục được những nhược điểm của sấy tự nhiên. + Kiểm soát được sản phẩm ra vào, nhiệt độ cung cấp.
+ Chất lượng sản phẩm theo yêu cầu. + Tốn ít mặt bằng, nhân công. Nhược điểm: Tốn chi phí đầu tư trang thiết bị, cán bộ kỹ thuật, chi phí năng lượng. Nguyên lý của quá trình sấy Sấy là quá trình làm khô vật liệu ẩm khi được cung cấp năng lượng theo trình tự: gia nhiệt vật liệu ẩm, cấp nhiệt để làm khuếch tán ẩm trong vật liệu, đưa ẩm thoát ra khỏi vật liệu.
Quá trình sấy là quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phức tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và cả bên ngoài vật liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt. Đây là một quá trình nối tiếp, nghĩa là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu, vận tốc của toàn bộ quá trình được qui định bởi gian đoạn nào chậm nhất. Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu. Quá trình khuếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí xung quanh.
Ngoài ra tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy hoặc cản trở quá trình di chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu ra bề mặt vật liệu sấy. Trong quá trình sấy thì nhiệt độ và môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy. Do vậy khi nghiên cứu quá trình sấy thì phải nghiên cứu hai mặt của quá trình sấy: + Mặt tỉnh lực học: tức dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng ta sẽ tìm được mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy và của các tác nhân sấy để từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy. + Mặt động lực học: nghiên cứu mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm vật liệu với thời gian sấy và các thông số của quá trình như: tính chất, cấu trúc, kích thước của vật liệu sấy và các điều kiên thủy động học của tác nhân sấy để từ đó xác định chế độ sấy và thời gian sấy thích hợp.
Tác nhân sấy, các thiết bị sấy 1. Khái niệm Là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật liệu sấy. Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ vật sấy. Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấy tăng lên, đến một lúc nào đó sẽ đạt được sự cân bằng giữa vật sấy và môi trường trong buồng sấy và quá trình thoát ẩm của vật liệu sấy sẽ ngừng lại.
Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy: + Gia nhiệt cho vật sấy. + Tải ẩm mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường. + Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt. Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy có thể thực hiện một trong các nhiệm vụ trên.
Cơ chế của quá trình sấy gồm 2 giai đoạn: Gia nhiệt cho vật liệu sấy để làm ẩm hóa hơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vật vào môi trường. Nếu ẩm thoát ra khỏi vật liệu mà không mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tới quá trình bốc ẩm từ vật liệu sấy thậm chí còn làm ngừng trệ quá trình thoát ẩm. Để tải ẩm đã bay hơi từ vật sấy vào môi trường có thể dùng các biện pháp: - Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt. - Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật sấy thải ra ngoài (sấy chân không).
Trong sấy đối lưu vai trò của tác nhân sấy đặt biệt quan trọng vì nó đóng vai trò vừa tải nhiệt vừa tải ẩm. Các tác nhân sấy thường dùng là không khí nóng và khói lò, hơi quá nhiệt, chất lỏng… 1. Các tác nhân sấy thường dùng - Không khí ẩm: là không khí có chứa hơi nước, trạng thái của không khí ẩm ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sấy và bảo quản sản phẩm sấy. Khi để một vật liệu ẩm trong môi trường không khí khô thì nước ở trong nguyên liệu sẽ bay hơi.
Quá trình bay hơi sẽ dừng lại khi nào áp suất hơi trong không khí có trị số bằng áp suất hơi nước bão hòa ở cùng nhiệt độ đó, lúc đó ta có hỗn hợp không khí bão hòa hơi nước. - Khói lò: là sản phẩm khí của quá trình đốt cháy một chất nào đó. Khối lượng, thành phần và các thông số trạng thái của khói lò phụ thuộc vào thành phần của chất đốt và phương pháp đốt cháy. 5 + Ưu điểm: cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo, lắp ráp.
Có thể điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy trong khoảng rất rộng, đầu tư vốn ít vì không phải dùng calorife, giảm tiêu hao điện năng, nâng cao được hiệu quả sử dụng. + Nhược điểm: gây bụi bẩn, dễ gây hỏa hoạn hoặc xảy ra các phản ứng hóa học không cần thiết, ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm nên ít được sử dụng trong công nghiệp. - Hơi quá nhiệt: được dùng cho các loại sản phẩm dễ bị cháy nổ, có khả năng chịu được nhiệt cao. Vì vậy sấy bằng hơi quá nhiệt nhiệt độ thường lớn hơn 100 0C ( sấy ở áp suất khí quyển).
Thiết bị sấy Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp khác nhau nên có nhiều cách để phân loại thiết bị sấy: - Dựa vào tác nhân sấy: có thiết bị sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấy bằng khói lò, các thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa, sấy bằng dòng điện cao tần. - Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không, thiết bị sấy ở áp suất thường. - Dựa vào phương thức làm việc: có sấy liên tục và sấy gián đoạn - Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc, thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ. - Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấy phun.
- Dựa vào chiều chuyển động của vật liệu sấy và tác nhân sấy: sấy cùng chiều, ngược chiều, giao chiều. Vật liệu sấy 1. Giới thiệu chung Đậu xanh hay đỗ xanh là cây đậu có danh pháp hai phần Vigna radiata có kích thước hạt nhỏ (đường kính khoảng 2–2,5 mm). Đậu xanh thuộc loại cây thảo mọc đứng.