Tài liệu đồ án thiết kế tủ sấy chuối

Thiết kế đồ án môn học GVHD: PGs.Ts Võ Tấn Thành MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................iii CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU QUẢ CHUỐI.............................1 I. NGUỒN GỐC.....................................................................................................1 II. PHÂN LOẠI CHUỐI Ở VIỆT NAM................................................................1 III. ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CHUỐI..............................................................1 IV. GIÁ TRỊ DINH DƯỠNG CỦA CHUỐI........................................................2 1. Công dụng của chuối.......................................................................................2 2. Tính chất vật lí cơ bản của chuối...................................................................3 CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ VẤN ĐỀ SẤY.............................................................4 I. ĐỊNH NGHĨA.....................................................................................................4 II. MỤC ĐÍCH......................................................................................................4 III. CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY............................................................................4 1. HTS buồng.......................................................................................................4 2. HTS hầm..........................................................................................................4 3. HTS phun.........................................................................................................4 4. HTS tháp..........................................................................................................4 5. HTS thùng quay..............................................................................................4 6. HTS tầng sôi....................................................................................................5 7.Nguyên tắc sấy........................................................................................................5 V. ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH SẤY............................5 1. Ưu điểm............................................................................................................ 5 2. Khuyết điểm....................................................................................................6 CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY CHUỐI..........................7 I. BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY...............................................................7 II. PHÂN LOẠI QUÁ TRÌNH SẤY....................................................................7 III. NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH SẤY....................................7 IV. CÔNG NGHỆ SẤY CHUỐI...........................................................................8 1. Độ chín của chuối nguyên liệu........................................................................8 2. Hỗ trợ việc rưa bột chuối bằng hoá chất.......................................................8 3. Hiệu quả diệt khuẩn của tia cực tím..............................................................9 Thiết kế đồ án môn học PGs.Ts Võ Tấn Thành 4. Xác định độ ẩm cân bằng của chuối sấy........................................................9 5. Các chỉ tiêu chất lượng của chuối sấy xuất khẩu..........................................9 V. CÔNG NGHỆ SẤY CHUỐI QUẢ....................................................................9 VI. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẤY CHUỐI.................................................11 CHƯƠNG IV: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ.....................13 I. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ......................................................................................13 II. THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ.....................................................13 CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH CỦA THIẾT BỊ SẤY HẦM.....14 I. TÍNH THỜI GIAN SẤY..................................................................................14 II. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG CHO THIẾT BỊ SẤY:.......14 1. Cân bằng vật chất..........................................................................................14 2. Cân bằng năng lượng....................................................................................15 III. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC BUỒNG SẤY.................................................19 1. Tính toán thiết bị vận chuyển chuối.............................................................19 2. Xác định kích thước buồng sấy....................................................................20 CHƯƠNG VI. TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤTÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ TRAO NHIỆT CÓ CÁNH ( Theo phương pháp Kern)...........................................21 I. CÁC THÔNG SỐ PHẢI CÓ...........................................................................21 II. TÍNH TOÁN LƯỢNG HƠI ĐỐT CẦN THIẾT.........................................21 III. CHỌN CÁC THÔNG SỐ CẦN THIẾT CỦA QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT CÓ CÁNH..................................................................................................22 IV. TÍNH TOÁN CÁC NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH.........................................22 V. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH TƯƠNG ĐƯƠNG......................................................22 VI. DIỆN TÍCH CẮT NGANG KHÔNG KHÍ CÓ THỂ THỔI QUA............23 VII. TRA BẢNG TÌM CÁC THÔNG SỐ CỦA KHÔNG KHÍ TẠI NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH (Tavg = 61,5oC):...............................................................................23 VIII. IX. TÍNH TOÁN CHO HƠI TRONG ỐNG...................................................24 SỐ VỈ ỐNG....................................................................................................25 KẾT LUẬN.................................................................................................................26 TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................27 MỘT SỐ BẢNG ĐÍNH KÈM....................................................................................28 ii Thiết kế đồ án môn học PGs.Ts Võ Tấn Thành LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây nền nông nghiệp nước ta đã đạt nhiều thành tựu to lớn.Ngoài việc đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nội địa, nước ta đã bắt đầu xuất khẩu nông sản cùng với các chế phẩm của nó. Do đó việc ứng dụng các công nghệ mới đóng một vai trò hết sức quan trọng.Trong đó, công nghiệp sấy là khâu quan trọng trong công nghệ sau thu hoạch, chế biến và bảo quản nông sản. Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công nông nghiệp. Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu một cách đơn thuần mà là quá trình công nghệ. Nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp. Để thực hện quá trình sấy người ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết bị như thiết bị sấy ( hầm sấy, tháp sấy, thùng sấy….), thiết bị đốt nóng tác nhân( calorifer) hoặc thiết bị làm lạnh để làm khô tác nhân, quạt, bơm và một số thiết bị phụ như hầm đốt, cyclone… Chúng ta gọi hệ thống các thiết bị thực hiện một quá trình sấy cụ thể nào đó là một hệ thống sấy. Hầm sấy là một trong những hệ thống sấy đối lưu thông dụng nhất. Nếu hệ thống sấy hầm là hệ thống sấy từng mẻ, năng suất sấy không lớn và có thể tổ chức cho tác nhân sấy đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức thì hệ thống sấy hầm có năng suất lớn hơn, có thể sấy liên tục hoặc bán liên tục và luôn luôn là hệ thống sấy đối lưu cưỡng bức. Sấy nông sản là một qui trình công nghệ phức tạp.Nó có thể thực hiện trên những thiết bị sấy khấc nhau. Ứng với một loại nông sản ta cần chọn chế đọ sấy thích hợp nhằm đạt năng suất cao,chất lượng sản phẩm sấy tốt và tiết kiệm năng lượng. Trong đồ án này em được giao nhiệm vụ thiết kế một hệ thống sấy dùng cho việc sấy sản phẩm là chuối. Với nhiệm vụ đó, công nghệ sấy được yêu cầu là sấy tủ với tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt và nhờ quạt thổi vào. Hệ thống này được lăp đặt tại Cần Thơ với nhiệt độ không khí với độ ẩm trung bỉnh trong năm là t=25 0C; φ=80%. Đây là lần đầu tiên thiết kế hệ thống sấy nên trong quá trình tính toán có nhiều sai sót do kiến thức còn hạn chế, kính mong Thầy Cô thông cảm và tận tình giúp đỡ. Nhân tiện đây em xin chân thành cám ơn Thầy Võ Tấn Thành đã tận tình hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án này. Sinh viên thiết kế Nguyễn Thị Ngọt iii Thiết kế đồ án môn học PGs.Ts Võ Tấn Thành CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU QUẢ CHUỐI I. NGUỒN GỐC Hình I. Nguyên liệu chuối − Chuối là tên gọi các loài cây thuộc chi Musa; trái của nó là trái cây được ăn rộng rãi nhất. Những cây này có gốc từ vùng nhiệt đới ở Đông Nam Á và Úc. Ngày nay, nó được trồng khắp vùng nhiệt đới. − Chuối được trồng ở ít nhất 107 quốc gia. Ở nhiều vùng trên thế giới và trong thương mại, "chuối" là từ thường được dùng để chỉ các loại quả chuối mềm và ngọt. Những giống cây trồng có quả chắc hơn được gọi chuối lá. Cũng có thể cắt chuối mỏng, sau đó đem chiên hay nướng để ăn giống như khoai tây. Chuối khô cũng được nghiền thành bột chuối. − Quả của những cây chuối dại (ở Việt Nam còn gọi là chuối rừng) có nhiều hột lớn và cứng. Nhưng hầu hết loại chuối được buôn bán để ăn thiếu hột (xem Trái cây không có hột) vì đã được thuần hóa lâu đời nên có bộ nhiễm sắc thể tam bội. Có hai loại chuối cơ bản: các dạng chuối tráng miệng có màu vàng và được ăn khi chín, còn các loại chuối nấu được nấu khi còn màu xanh. Hầu hết chuối được xuất khẩu thuộc về loại đầu tiên; tuy nhiên, chỉ khoảng 10–15% tổng sản lượng chuối được xuất khẩu. Hoa Kỳ và các nước trong Liên minh châu Âu nhập khẩu chuối nhiều nhất. II. PHÂN LOẠI CHUỐI Ở VIỆT NAM Chuối có nhiều loại nhưng có 3 loại chính: − Chuối tiêu( hay còn gọi là chuối già). − Chuối gòong( hay còn gọi là chuối Tây, chuối sứ, chuối Xiêm). − Chuối bom. III. ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CHUỐI − Chuối là một loại quả dài, vỏ nhẵn và hầu như có quanh năm. Chúng được trồng chủ yếu phục vụ cho ẩm thực, cho việc sản xuất sợi bông, dùng trong ngành công nghiệp dệt và chế tạo giấy. Chúng ta có thể thưởng thức loại quả này bằng cách ăn trực tiếp khi quả chín, hoặc có thể chế biến thành nhiều món ăn hấp dẫn khác nhau từ chuối, 1 Thiết kế đồ án môn học PGs.Ts Võ Tấn Thành chẳng hạn như các loại bánh chuối, món salad hoa quả, bánh nướng, các món tráng miệng… − Chuối có nhiều màu sắc và kích cỡ khác nhau. Khi chín, quả chuối có thể có màu vàng, màu đỏ sẫm hoặc màu tía( hay màu trứng quốc). Có tất cả hơn 50 loại chuối khác nhau trên thế giới. Đặc điểm chung về hình dạng của chuối là quả chuối được gắn kết với nhau thành buồng, mỗi buồng được chia thành nhiểu nãi, và trên mỗi nãi có khoảng từ 10-20 quả. Chuối là một quả rất tốt và có nhiều công dụng, đặc biệt là chuối chín cây. Khi chín, tinh bột chuyển hoá thành đườngtự nhiên, và vì thế chuối chín thường có vị ngọt dịu và thơm. IV. GIÁ TRỊ DINH DƯỠNG CỦA CHUỐI Bảng 1:Thành phần hoá học cơ bản của quả chuối Nước Đường khử Sacharose Acid hữu cơ Tinh bột Protit Acid amin Lipid Tanin Vitamin (mg%) Tro 76,38 14,18 2,35 0,326 3,298 0,92 0,083 1,13 0,068 0,565 0,7 − Chuối chứa một lượng lớn protein và hydrat cacbon. Trong chuối còn bao gồm một số loại đường khác nhau như glucose, lactose, maltose, galatose, sucrose, fructose, tinh bột. Chuối cũng rất giàu các loại vitamin như: Vitamin A,C,E,B2, sinh tố R,dưỡng chất niacin,vitamin b12 và một số khoáng chất như sắt, canxi, magie, photpho, kẽm, florua… − Ngoài ra còn có acid amin thiết yếu như chất tryptophan, lizin, Leucin, glyxin, khoáng chất agrinin…cũng có trong thành phần của chuối.trong một quả chuối có thể chứa trung bình một lượng calo là 100-125 calo. Có thể nói chuối là một loại quả rất tốt cho sức khoẻ và là một loại thực phẩm rất giàu năng lượng. 1. Công dụng của chuối − Chuối được dùng như một phương thuốc chữa bệnh rất hiệu quả. Hơn nữa, do chúng có chứa lượng đường khá cao nên cũng được xem như một thực phẩm giàu năng lượng. Với những giá trị dinh dưỡng thiết yếu, loại hoa quả này mang lại một số lợi ích cho sức khoẻ. − Chuối rất tốt trong việc cải thiện hệ tiêu hoá và khôi phục chức năng hoạt động của ruột, chuối cũng giúp giảm thiểu bị táo bón. Trong trường hợp bị tiêu chảy, cơ thể chúng ta sẽ mất một lượng chất điện giải quan trọng, nếu ăn chuối sẽ giúp cơ thể khôi phục lại chất điện giải vì trong chuối có lượng kali cao. − Acid béo có trong chuối xanh giúp nuôi dưỡng tế bào niêm mạc dạ dày. Những tế bào này rất có ích trong việc hấp thụ canxi một cách hiệu quả, rất cần thiết cho sự phát triển khoẻ mạnh của hệ xương. 2 Thiết kế đồ án môn học PGs.Ts Võ Tấn Thành − Chất amino acid tryptophan có trong chuối sẽ được chuyển hoá thành serotonin, giúp giảm thiểu triệu chứng trẩm cảm và cải thiện tâm trạng. Như vậy, chuối là một phương thức rất tốt nhằm giảm căng thẳng và tâm trạng stress. − Ăn chuối thường xuyên giúp giảm nguy cơ thoái hoá điiểm vàng, một trong những nguyên nhân gây giảm thị lực ở người cao tuổi. − Do chứa hàm lượng kali cao và natri thấp, nên chuối chính là sự lựa chọn thích hợp đẻ giảm thiểu nguy cơ bị huyết áp cao và đọt quỵ. − Chuối cũng rất giàu hợp chất phenolic giúp chống lão hoá,vì thế ăn chuối thường xuyên còn giúp ngăn ngừa nguy cơ ung thư thận. − Do hàm lượng sắt cao nên chuối giúp tăng thành phần hemoglobintrong máu và giảm thiểu bệnh máu. 2. Tính chất vật lí cơ bản của chuối − Khối lượng riêng: ρ=977 kg/m3 − Nhiệt dung riêng: c=1,0269 kJ/kg.độ − Hệ số dẫn nhiệt:λ=0,52 W/m.độ − Kích thước của quả chuối: đường kính 2 -5 cm − Dài 8-20 cm − Khối lượng: 50-200 gr − Độ ẩm vật liệu sấy:  Độ ẩm của chuối trước khi đem vào sấy:ω1=80%  Độ ẩm của chuối sau khi sấy: ω2=12% − Nhiệt độ sấy cho phép: t=( 60-90) 0C. 3 Thiết kế đồ án môn học PGs.Ts Võ Tấn Thành CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ VẤN ĐỀ SẤY I. ĐỊNH NGHĨA Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu nhằm tránh hư hỏng trong quá trình bảo quản, tăng độ bền cho sản phẩm.Dưới thời đại công nghiệp, sấy được xem là một quá trình công nghệ được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp, nông nghiệp. II. MỤC ĐÍCH − Giảm trọng lượng − Giảm chi phí chuyên chở và đồng thời nó cũng làm tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm. − Vi sinh vật( vi khuẩn, nấm mốc và nấm men) cần nước trong thực phẩm để phát triển. Sấy hiệu quả ngăn cản chúng sống sót trong thực phẩm. − Loại bỏ phần nước tự do trong sản phẩm, làm giảm hoạt độ của nước a w , làm chậm bớt quá trình sinh học => bảo quản sản phẩm thực phẩm. III. CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY Hệ thống sấy (HTS) đối lưu gồm các dạng: HTS buồng, HTS hầm, HTS tháp, HTS thùng quay, HTS khí động, HTS tầng sôi, HTS phun…. 1. HTS buồng Năng suất thường nhỏ, Vật liệu sấy (VLS) được đặt cố định trên quá trình sấy hoặc xe gòong nên cố định trong suốt quá trình sấy. Do đó quá trình sấy không được đồng đều. Để khắc phục thì người ta bố trí cách đưa tác nhân sấy(TNS) theo đường dích dắc tạo nên sự đồng đều cho sàn phẩm sấy. Hệ thống này chỉ phù hợp các vật liệu sấy mà ta khó làm cho nó bị xáo trộn được trong quá trình sấy, đó là những VLS; tấm gỗ, gạch, ngói…. Trong khi đó thóc rất dễ xáo trộn nên không dùng thiết bị này. 2. HTS hầm Có năng suất lớn hơn HTS buồng, quá trình sấy(QTS) không theo chu kì như HTS buồng mà lien tục. Nhưng HTS này vẫn có nhược điểm giồng HTS buồng là không dùng để sấy thóc. 3. HTS phun Chỉ dùng để sấy các dung dịch huyền phù nên không dùng để sấy thóc. 4. HTS tháp Có thể sấy lien tục với năng suất cao, rất phù hợp cho sấy hạt.VLS chảy lien tục từ trên xuống dưới tác dụng của trọng lực bản than. Do đó quá trình sấy VLS được xáo trộn đều cùng TNS nên sản phẩm sấy đồng đều. Hơn nữa, việc phân vùng TNS nóng- lạnh cũng dễ dàng nên áp dụng được hiệu ứng A.V.Luikov. 5. HTS thùng quay 4 Thiết kế đồ án môn học PGs.Ts Võ Tấn Thành Cũng như HTS tháp, HTS này rất phù hợp đẻ sấy hạt, VLS đượcxáo trộn nhờ cánh xaó trộn khi thùng quay. TNS vào đầu này và ra khỏi đầu kia của thùng sấy. Do đó QTS được lien tục. HTS này có ưu điểm xáo trộn đồng đều hơn nhiều so với HTS tháp do có cánh xáo trộn được dẫn động nhờ động cơ quay. Nhưng cũng điều này mà nó chỉ có hiệu quả khi sấy với năng suất trung bình còn khi sấy với năng suất lớn thì việc dẫn động cho thùng quay cũng đòi hỏi tốn kém và phức tạp. 6. HTS tầng sôi Ngay tên gọi của HTS tầng sôi ta đã hình dung được VLS luôn xáo trộn trong quá trình sấy. VLS phù hợp vẫn là dạng hật, dưới tác dụng của TNS với thông số thích hợp→ VLS luôn bồng bềnh. QTS liên tục do hạt khô nhẹ sẽ ở phần trên của lớp sôi→lấy ra khỏi TBS. Trong HTS tầng sôi, truyền nhiệt và ẩm giữa TNS và VLS là rất tốt nên trong các HTS hạt hiện có thì sấy tầng sôi có năng suất lớn, thời gian sấy nhanh và VLS được rất đều.  Như vậy: 3 HTS tháp- thùng quay- tầng sôi đều phù hợp cho sấy thóc. Nhưng xét về chi phí đầu tư và chất lượng sản phẩm thì sấy tháp phù hợp hơn cả cho sấy thóc. HTS này có chi phí thấp hơn cả, việc xáo trộn VLS là do chính trọng lực của nó gây ra, không cần phải tác động bên ngoài như: − Quay: HTS thùng quay cần có động cơ để làm quay thùng→tốn công suất cho động cơ. − Bồng bềnh: HTS tấng sôi, TNS phải có áp lực nhất định thì mới thổi lớp VLS thành màng bồng bềnh.  Và hơn cả là VLS vẫn đảm bảo yêu cầu,độ ẩm tương đối đồng đều. còn nếu sản phẩm sấy đòi hỏi yêu cầu cao hơn thì việc chọn HTS thùng quay và tấng sôi là rất phù hợp. 7. Nguyên tắc sấy Đa số máy sấy trực tiếp hoặc đối lưu không khí nóng được sử dụng để cung cấp nhiệt cho sự bốc hơi và mang đi hơi ẩm bốc ra từ sản phẩm.trường hợp ngoại lệ đáng chú ý là máy sấy chân không hầu như chỉ được sử dụng dể sấy khô sản phẩm nhạy cảm bởi nhiệt nhưng sấy chân không đắt hơn máy sấy hoạt động gần áp suất khí quyển. Trong trường hợp nhất định, chẳng hạn như trong sấy các loại thực phẩm nhão, một số hoặc tất cả nhiệt được cung cấp gián tiếp. V. ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH SẤY 1. − − − − − Ưu điểm Hàm lượng nước còn lại trong sản phẩm còn rất ít (2-4%). Không làm thay đổi tính chất tự nhiên của sản phẩm. Bảo quản thực phẩm sấy khô lâu. Ứng dụng rộng rãi, rẻ tiền. Quá trình sấy diễn ra nhanh. 5 Thiết kế đồ án môn học PGs.Ts Võ Tấn Thành − Có thể điều khiển được tỷ trọng sản phẩm. − Thiết bị có năng suất cao, làm việc liên tục và có thể tự động hóa hoàn toàn. − Vật liệu hầu như không tiếp xúc bề mặt kim loại của thiết bị trong quá sấy nên tránh ăn mòn. − Bột sau khi sấy có độ hòa tan cao (90- 100%), độ ẩm thấp (3- 4%). − Vận hành và bảo dưỡng đơn giản. 2. Khuyết điểm − Yêu cầu kĩ thuật chế tạo máy, công nghệ sấy khắc khe − Kĩ thuật đóng gói phải đảm bảo môi trường đóng gói có độ ẩm thấp(<30%) và nhiệt độ thấp(<200C). − Bao bì phải dùng PE, bao lớp nhôm và có chứa nitơ. 6 Thiết kế đồ án môn học PGs.Ts Võ Tấn Thành CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY CHUỐI I. BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH 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 là do chênh lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh. II. PHÂN LOẠI QUÁ TRÌNH SẤY Người ta phân biệt ra 2 loại: − Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng và gió… Phương pháp này thời gian sấy dài, tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh và độ ẩm cuối cùng của vật liệu còn khá lớn, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu. − Sấy nhân tạo: quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng đến tác nhân sấy như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt… và nó được hút ra khỏi thiết bị khi sấy xong. Quá trình sấy nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên. Phân loại theo tính chất xử lí vật liệu ẩm qua buồng sấy: − Sấy mẻ: vật liệu đứng yên hoặc chuyển động qua buồng sấy nhiều lần, đến khi hoàn tất sẽ được tháo ra. − Sấy liên tục: vật liệu được cung cấp liên tục và sự chuyển động của vật liệu ẩm qua buồng sấy cũng xảy ra liên tục. Phân loại theo sự chuyển động tương đối giữa dòng khí và vật liệu ẩm: − Loại thổi qua bề mặt. − Loại thổi xuyên vuông góc với vật liệu. III. NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH SẤY − Trong quá trình sấy chuối quả xảy ra một loạt biến đổi sinh hoá, hoá lí, cấu trúc cơ học và các biến đổi bất lợi khác, làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm. Những biến đổi cơ học bao gồm sự biến dạng, nứt, cong queo, biến đổi độ xốp… sự thay đổi hệ keo do pha rắn( protein, tinh bột, đường…)bị biến tính thuộc về những biến đổi hoá lí. Những biến đổi sinh hoá trong quá trình sấy là những phản ứng tạo thành melanoidin, caramen, những phản ứng oxy hoá và polymer hoá các hợp chất polyphenol, phân huỷ vitamin và các biến đổi màu. − Hàm lượng vitamin trong chuối quả sấy thường thấp hơn trong chuối quả tươi vì chúng bị phá huỷ một phần trong quá trình sấy và xử lí trước khi sấy. Trong các vitamin thì acid ascorbic và carotene bị tổn thương là do quá trình oxy hoá. Riboflavin nhạy cảm với ánh sáng còn thiamin bị phá huỷ bởi nhiệt và sự sulfit hoá. 7 Thiết kế đồ án môn học PGs.Ts Võ Tấn Thành − Để tránh hoặc làm chậm các biến đổi không thuận nghịch ấy, cũng như tạo điều kiện để ẩm thoát ra khỏi chuối quả một cách đễ dàng, cần có chế độ sấy thích hợp cho từng loại sản phẩm. − Nhiệt độ sấy: nhiệt độ sấy càng cao thì tốc độ sấy càng nhanh, quá trình càng có hiệu quả cao. Nhưng không thể sử dụng nhiệt độ sấy cao cho loại chuối quả vì chuối quả là sản phẩm chịu nhiệt kém. Trong môi trường ẩm, nếu nhiệt độ cao hơn 60 0C thì protein đã bị biến tính, trên 900C thì fructose bắt đầu bị caramen hoá, các phản ứng tạo ra melanoidin, polymer hoá các hợp chất cao phân tử xảy ra mạnh. Còn ở nhiệt độ cao hơn nữa, chuối quả có thể bị cháy.vì vậy, để sấy chuối quả thường dùng chế độ sấy ôn hoà, nhiệt độ sấy không quá cao. − Ngoải ra, độ ẩm tương đối củ chuối, độ ẩm cân bằng… ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sấy. IV. CÔNG NGHỆ SẤY CHUỐI 1. Độ chín của chuối nguyên liệu Chuối khi thu hái phải đủ già nghĩa là có thể tự chin. Tuy nhiên để chuối tự chin thì chuối chín chậm và không đồng loạt. Dấm dú là cách để chuối chín đều và nhanh. Độ chín của chuối nguyên liệu là một yếu tố quyết định đến chất lượng chuối sấy. Có nhiều cách xác định độ chín, trong đó cách xác định theo màu vỏ là phổ biến nhất. Trong chế biến hoặc ăn tráng miệng chuối thường được dùng theo 3 độ chin sau đây: − Vỏ vàng hai đầu xanh, vịn ngọt đậm đà, hơi chat, hơi cứng, chưa thật thơm, vỏ còn chắc, chuối có hàm lượng đường acid cực đại, còn có tinh bột và tannin. − Vỏ vàng, hoàn toàn vị ngọt, độ chát giảm, thơm, dễ bóc vỏ. Đường và acid bắt đầu giảm, tinh bột và tannin có ít. − Vỏ vàng, có màu chấm nâu, vị ngọt, không chát, mềm vỏ dễ gãy. Đường acid hữu cơ giảm, tinh bột hầu như không còn, tannin có rất thấp. 2. Hỗ trợ việc rưa bột chuối bằng hoá chất Trên bề mặt chuối có một lớp bột bao quanh nếu không được loại bỏ sẽ làm chuối có màu trắng loang lỗ và xù xì. Để loại bỏ lớp bột này người ta xoa chuối bằng tay trong chậu nước có chứa khoảng 3kg chuối/3 lít nước, mỗi mẻ cần 2-3 phút. Việc lựa chọn hoá chất để rửa nhằm 2 mục đích: − Giảm thời gian thao tác. − Cải thiện màu sản phẩm. Hoá chất được chọn phải rẻ, không độc, không gây mùi vị cho sản phẩm, không ảnh hưởng tới người thao tác và dụng cụ, làm bong nhanh lớp bột,có tính khử. Thông thường chọn một số hoá chất phổ bến sau: hỗn hợp dung dịch( NaHSO 3 và HCl) và hỗn hợp dung dịch( NaHSO3 và Al2(SO4)3)… Tổ hợp dung dịch hiệu quả nhất là (HCl 0,05% và Al2(SO4)3 0,5%). HCl ở nồng độ trên không làm ảnh hưởng xấu đến người sản xuất và phương tiện bảo hộ lao động, dễ mua, dễ xử lí, chi phí thấp. Có tác dụng thay đổi môi 8 Thiết kế đồ án môn học PGs.Ts Võ Tấn Thành trường các phản ứng sinh hoá không có lợi và sát trùng nhẹ. Phèn chua ở nồng độ trên cũng có tác dụng sát trùng nhẹ, tăng cường bề mặt cấu trúc cho chuối, không gấy vị chát, giá rẻ, dễ sử dụng. 3. Hiệu quả diệt khuẩn của tia cực tím Sau khi sấy khô chuối được làm nguội và phục hồi trạng thái do hút ẩm trở lại để có độ mềm dẻo nhất định( do sấy đến độ ẩm dưới 20%) rồi mới đóng gói. Thời gian này từ vài giờ đến vài ngày. Trong môi trường khí quyển thông thường và không thực hiện nghiêm chỉnh vệ sinh công nghiệp, sản phẩm dễ bị nhiễm vi sinh vật. Nhiều cơ sở đã sử dụng đèn tia cực tím để diệt khuẩn coi đó là biện pháp an toàn cần thiết cho vệ sinh thực phẩm. 4. Xác định độ ẩm cân bằng của chuối sấy Độ ẩm cân bằng của chuối sấy là hàm lượng nước của nó trong môi trường xác định (t và φ xác định của không khí) mà không xảy ra quá trình nhã nước( bốc hơi) hay hút ẩm( hấp thụ) giữa nó và môi trường. Chuối sau khi sấy đến độ ẩm dưới độ ẩm cân bằng thường là 15-20% sau vài giờ đến vài ngày để ngoài không khí sẽ tăng hàm lượng ẩm tới độ ẩm cân bằng. Xác định độ ẩm cân bằng của chuối sấy nhằm chọn đọ ẩm có lợi khi kết thúc sấy và đề ra cách xử lí, đóng gói, bảo quản phù hợp. Muốn bảo quản chuối sấy tốt cần giữ độ ẩm của nó dưới 25% tốt nhất là 20-22%. Do vậy sau khi sấy khô nên quạt nguội và lựa chọn đóng gói ngay, không nên để ngoài không khí lâu sẽ làm cho độ ẩm của chuối sấy thấp hơn độ ẩm cân bằng. Nếu chưa lựa chọn bao gói ngay thì trữ trong bao kín để nơi thoáng mát để hôm sau xữ lí.Bao bì cần làm từ vật liệu chống không khí ẩm đi qua và dán kín. 5. Các chỉ tiêu chất lượng của chuối sấy xuất khẩu 5.1 Chỉ tiêu cảm quan − Trạng thái: mềm dẻo, đàn hồi, không được quách, chắc cứng sượng. − Màu sắc: từ nâu đến vàng, tương đối đồng đều trong một túi, không được thâm đen, nâu xỉn, nâu đỏ, không được loang lổ. − Mùi vị: vị ngọt và mùi vị đặc trưng cho chuối sấy, không được chát hay chua do lên men. 5.2 Chỉ tiêu hoá lí − Kích thước: loại nguyên quả dài không quá 7 cm. − Độ ẩm: 20-25%. 5.3 Chỉ tiêu vi sinh vật- côn trùng Lượng vi sinh vật tính bằng số tế bào/ g sản phẩm 9 Thiết kế đồ án môn học V. PGs.Ts Võ Tấn Thành CÔNG NGHỆ SẤY CHUỐI QUẢ Ta lựa chọn công nghệ sấy là công nghệ sấy tủ vì phù hợp với tính chất của vật liệu sấy và yêu cầu về năng suất không quá lớn nên lựa chọn công nghệ sấy tủ là hợp lí và về yêu cầu công nghệ và hiệu quả kinh tế, với tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt nhờ đi qua Calorifer dạng khí- hơi không khí có nhiệt độ vào khoảng 80-95 0C, được thổi cưỡng bức vào tủ sấy. Vận tốc của dòng không khí nóng phụ thuộc vào lượng ẩm thoát ra trong một đơn vị thời gian. Yêu cầu đối với chuối nguyên liệu: chuối quả phát triển đầy đủ, tươi tốt, nguyên vẹn, sạch sẽ. Vỏ chuối mỏng, dễ bóc, có màu từ vàng toàn trái đén vàng có chấm nâu. Ruột chín mềm nhưng chưa nhũ, hương thơm, vị ngọt, không chát. Hình III. Sản phẩm chuối sấy 10 Thiết kế đồ án môn học VI. PGs.Ts Võ Tấn Thành QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẤY CHUỐI Chuối nguyên liệu Phân loại Bóc vỏ Rửa hoá chất (lần 1) Cắt lát Rửa lần 2 Sấy Phân loại Xử lí đèn, tia tử ngoại (nếu có) Đóng gói Bảo quản Sản phẩm 11 Thiết kế đồ án môn học PGs.Ts Võ Tấn Thành Thuyết minh quy trình Chuối nguyên liệu đem rửa sạch, bóc vỏ, cắt đầu rồi rửa lại và lao nhẹ để làm sạch các lớp trong vỏ quả còn dính lại và lớp ngoài ruột quả. Sau đó đem xử lí hoá chất như ngâm vào dung dịch Canxi Clorua(2-4%), natri cacbonat(5%) nhưng hiệu quả nhất là sunfit hoá bằng phương pháp khô hoặc bằng phương pháp ướt. Khi sunfit hoá người ta nhúng ruột chuối vào dung dịch có hàm lượng SO 2 tự do là( 0,2-1%) trong (5-20 phút). Sau khi xử lí bằng hoá chất chuối được cho vào máy cắt lát rồi xếp vào các khay tre hoặc nhôm và đưa vào thiết bị sấy hầm.Sấy ở nhiệt độ 80-95 0C cho đến khi độ ẩm của chuối giảm xuống còn 10-12%. Sau khi sấy xong, cần tiến hành phân loại để loại bỏ những cá thể không đạt chất lượng( do cháy hoặc chưa đạt độ ẩm yêu cầu). Dạng vật liệu thường dùng để bảo quản rau quả khô là giấy carton và chất dẻo( PE,PVC, xenlophan….). Bao giấy và hộp carton có đặc tính nhẹ,rẻ, có thể tái sinh, nhưng hơi thấm khí, không đều dưới tác dụng của nước và cơ học. Bao túi chất dẻo có đặc tính trong suốt, đàn hồi, dễ dàng kín bằng nhiệt, chi phí thấp nhưng có một số bị thấm nước, thấm khí(PE), chịu nhiệt kém (PVC, PET). Bao túi chất dẻo dùng để bảo quản hoa quả khô có thể chỉ gồm một mảng chất dẻo hoặc kết hợp nhiều mảng. 12 Thiết kế đồ án môn học PGs.Ts Võ Tấn Thành CHƯƠNG IV: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ I. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ Không khí tự nhiên Ống thoát hơi Không khí ngoài trời t=250C φ=80% Lưới lọc bụi t=980C Hi=0,01605 Quạt Calorifer Sấy t=800C H0=0,0025 Vật liệu khô t=36,50C φ =12% Vật liệu ẩm t=250C φ=80% II. THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ Nguyên liệu chuối trước khi đem vào sấy có nhiệt độ là 25 0C và độ ẩm tương đối là 80%. Không khí ngoài trời có nhiệt độ 250C và độ ẩm tương đối là 80% sẽ được quạt sấy hút vào qua tấm lưới lọc bụi có tác dụng làm sạch không khí sấy, tiếp đó không khí được dẫn đến calorifer để gia nhiệt không khí lên 980C. Calorifer là thiết bị gia nhiệt dạng ống chùm có cánh giúp tăng diện tích tiếp xúc để quá trình làm nóng không khí có hiệu quả, ở thiết bị này thì bên trong ống truyền nhiệt là nước nóng có nhiệt độ 1050C khi không khí đi qua các ống sẽ được gia nhiệt lên 98 0C và độ ẩm tuyệt đối của không khí lúc này là 0,01605kg ẩm/ kg không khí khô. Ta bố trí thêm một ống dẫn không khí tự nhiên ngoài môi trường vào để giúp ổn định nhiệt độ sấy tránh qua calorifer rồi nhiệt độ tăng quá cao làm cháy chuối, khi đó không khí ra khỏi tủ sấy là 800C và độ ẩm tuyệt đối là 0,0025kg ẩm/ kg không khí khô. Sau quá 13 Thiết kế đồ án môn học PGs.Ts Võ Tấn Thành trình sấy thì ta thu được sản phẩm có nhiệt độ là 36,5 0C và độ ẩm tương đối của sản phẩm là 12%. CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH CỦA THIẾT BỊ TỦ SẤY I. TÍNH THỜI GIAN SẤY Tính toán trên Mathcad có: − Độ ẩm ban đầu của chuối: x0=80% − Độ ẩm cuối: x=12% − Độ ẩm cân bằng: xs=10% − Độ ẩm tại thời điểm t( tính theo căn bản khô): x 12 = = X= 100−x 100-12 =0,136 − Độ ẩm ban đầu( theo căn bản khô): x0 = 80 100-80 X0= 100−x 0 =4 − Độ ẩm cân bằng( theo căn bản khô): xs = 10 100-10 X= 100−x s =0,111 − Chiều dày của vật liệu: L=0.0025m − Hệ số khuếch tán ẩm: Dff=2,1.10-10 Từ công thức tính toán: X −X s 100 [ [ 8 1 = 2 .∑ .e X 0 −X s π n=1 (2 n−1 )2 −( 2n−1)2 . π 2 . Dff . t 4 L2 ] ] Ta được thời gian sấy là: 16,173 giờ II. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG CHO THIẾT BỊ SẤY: 1. Cân bằng vật chất Nước bay hơi W Nhập liệu F,xF Sản phẩm P,xP Thiết bị tủ sấy 14 Thiết kế đồ án môn học PGs.Ts Võ Tấn Thành Cân bằng vật chất cho tiến trình Chọn căn bản tính là 1 giờ  Cân bằng vật chất theo cấu tử chất khô : F.xF=P.xP(1) Với: F = 500kg /mẻ =30,9157kg/ mẻ/h xF = 1 – 0,8 = 0,2 chất khô xp = 1 – 0,12 = 0,88 chất khô Từ (1) suy ra được: P= F . x F 500. 0,2 113,64 = = xP 0,88 =113,64 (kg/mẻ)= 16,173 7,063kg/mẻ/h Cân bằng vâ ̣t chất tổng quát: F = W + P (2) Từ (2) tính được lượng nước bay hơi là: 386,36 = W = F – P =500-113,64=386,36 (kg/mẻ)= 16,173 23,8894kg/mẻ/h 2. Cân bằng năng lượng  Cân bằng năng lượng cho hệ thống được thể hiện ở hình vẽ sau: 15 Thiết kế đồ án môn học PGs.Ts Võ Tấn Thành Ethalpy bay hơi, Eevp Ethalpy sản phẩm, EP Tổn thất năng lượng, Eloss Thiếết bị tủ sấếy Ethalpy không khí ra, Eaout Ethalpy nhập liệu, EF Ethalpy không khí vào, Eain  Phương trình cân bằng năng lượng cho hệ thống: EF + Eain = EP + Eaout + Eloss + Eevp − Enthalpy của nhập liệu: EF=F. CF.TF Trong đó: CF: Nhiệt dung riêng của nhập liệutại nhiệt độ TF(kJ/kgoC) TF: Nhiệt độ nhập liệu(oC) F: Năng suất nhập liệu (kg/h) Ta có:F = 30,9157 kg/giờ và TF = 25oC Ta có thành phần của chuốisau khi cô đăc̣ trước khi đem vào thiết bị sấy: Carbohydrate Nước 20% 80% Tra nhiệt dung riêng ở TF=250C, được: CF=3,661(kJ/kg0C) (http://rpaulsingh.com/problems/what_if/specheat.html)  Enthalpy của nhập liệu: EF = F.CF.TF= 30,9157.3,661.25= 2829,5594 − Enthalpy của sản phẩm Ep = P.Cp.Tp 16 Thiết kế đồ án môn học Cp: PGs.Ts Võ Tấn Thành Nhiệt dung riêng của sản phẩm tại nhiệt độ Tp (kJ/kgoC) Tp: Nhiệt độ sản phẩm ra khỏi thiết bị (oC) bằng nhiệt độ bầu ướt tại nhiệt độ không khí ra khỏi thiết bị (Taout) và độ ẩm tuyệt đối của không khí ra khỏi thiết bị(Ho) Thành phần sản phẩm chuối sau khi sấy: Carbohydrate Nước 98% 2% Chọn nhiệt độ không khí ra khỏi thiết bị : Taout = 800C Giả sử chọn độ ẩm tuyệt đối của không khí ra khỏi thiết bị: H0 = 0,0225 kgH20/kgKKK (Tra giảng đồ không khí ẩm với Taout = 800C và H0 = 0,0225 kgH20/kgKKK) Ta được: TP = 36,50C Nhiệt dung riêng của sản phẩm: CP = 1,921 (kJ/kgoC) (http://rpaulsingh.com/problems/what_if/specheat.html)  Enthalpy của sản phẩm: Ep = P.Cp.Tp = 7,0263.1,921.36,5= 429,6596 − Enthalpy không khí vào: ¿ ¿ ¿ ¿ Ea = C a. M a.T a C ¿a = 1,005 + 1,88.Hi Hi : Độ ẩm tuyệt đối của không khí vào máy sấy được xác định bằng cách tra dãn đồ với nhiệt độ không khí ngoài trời và độ ẩm không khí tương ứng (kgH 2O/kg Không khí khô). M ¿a Khối lượng khí vào máy sấy (kg/h) T ¿a Nhiệt độ không khí vào máy sấy (oC) Nhiệt độ không khí ngoài trời: 250C Độ ẩm không khí tương ứng: 80%  Độ ẩm tuyệt đối của không khí vào máy sấy: Hi = 0,01605(kgH2O/kg không khí khô) (Tra dãn đồ với nhiệt độ không khí ngoài trời là 25oC và độ ẩm không khí tương ứng là 80%). 17