ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ HẦM SẤY KHOAI LANG NĂNG SUẤT 200 KG SẢN PHẨM H

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG HÓA VÀ KHOA HỌC SỰ SỐNG BỘ MÔN QUÁ TRÌNH – THIẾT BỊ CNSH&CNTP

Lớp : KTTP.01 – K65

GVHD : ThS Phạm Thanh Hương

Hà Nội, tháng 7 năm 2023

2.1 Tính toán các thông số cơ bản của vật liệu 20 2.2 Tính toán quá trình sấy lí thuyết 20

2.2.1 Trạng thái không khí bên ngoài (điểm A ) 21 2.2.2 Trạng thái không khí vào hầm sấy ( điểm B ) 21

2.2.3 Trạng thái không khí ra khỏi hầm sấy ( điểm C) 22

2.3 Xác định các kích thướng cơ bản của hầm sấy 24

3.1 Tổn thất do vật liệu sấy mang đi 27 3.2 Tổn thất do thiết bị truyền tải 27 3.3 Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh qua kết cấu bao che của hầm sấy : hai

3.3.1 Tổn thất nhiệt qua hai tường bên tính theo công thức: 28

3.3.5 Tổng tổn thất qua kết cấu rời bao che 32

Đồ thị I-d quá trình sấy thực tế 33

4.1 Thông số trạng thái của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực: 33 4.2 Tiêu hao thực tế của không khí 34

4.4 Kiểm tra lại giả thiết tốc độ tác nhân sấy 35 4.5 Kiểm tra lại giả thiết tốc độ tác nhân sấy 35

5.2.1 Tính toán trở lực 39 5.2.1.1 Trở lực đường ống từ miệng quạt đến caloriphe 39 5.2.1.2 Trở lực trên đoạn ống thẳng từ caloriphe đến cút cong 40

LỜI NÓI ĐẦU

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công nông nghiệp Để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết bị như thiết bị sấy (hầm sấy, tháp sấy, thùng sấy, v.v…), thiết bị đốt nóng tác nhân (clorifer) hoặc thiết bị làm lạnh để làm khô tác nhân, quạt, bơm và một số thiết bị phụ như hầm đốt, xyclon, v.v… 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 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

Sản phẩm sau quá trình sấy có độ ẩm thích hợp, thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm Ví dụ điển hình là khoai lang, do ứng dụng rộng rãi của nó trong sản xuất thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, xuất khẩu… mà khối lượng được sử dụng là rất lớn nên việc chế biến và bảo quản rất quan trọng Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế hệ thống sấy khoai lang phù hợp nhằm tạo ra sản phẩm sấy có chất lượng cao với giá thành chế tạo và chi phí sấy thấp là vấn đề có ý nghĩa thực tiễn rất lớn và cũng là nhu cầu cấp thiết để ổn định và phát triển cây vải trong giai đoạn hiện nay

Để có một cái nhìn trực quan và thực tế hơn, trong quá trình làm đồ án, em đã được giao đề tài cụ thể là “thiết kế hệ thống sấy hầm dùng để sấy khoai lang với năng suất 200kg/h” Đây là lần đầu tiên tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào sâu chuyên ngành, do kiến thức và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên em không thể tránh khỏi sai sót trong quá trình thiết kế Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của cô giáo ThS Phạm Thanh Hương để em có thể hoàn thành đồ án này

1.1.2 Phân loại

Phân loại theo tác nhân sấy

Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng, gió, Phương pháp này thời gian sấy dài, tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh và độ ẩm cuối cùng của vật liệu sấy còn khá lớn, phụ

thuộc vào khí hậu

Sấy nhân tạo: quá trình cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng các 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

nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên

Phân loại theo phương thức truyền nhiệt

- Phương pháp sấy đối lưu: trong hệ thống sấy này, vật liệu sấy nhận nhiệt từ một dịch thể nóng mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò Đây là loại hệ thống sấy phổ biến hơn cả Trong hệ thống này người ta lại phân ra các loại: hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm, hệ thống sấy thùng quay, hệ thống sấy tháp, hệ thống sấy khí động, - Phương pháp sấy bức xạ: trong phương pháp sấy này, vật liệu sấy nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để ẩm dịch chuyển từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và từ bề mặt khuếch tán vào môi trường Rõ ràng, trong hệ thống sấy bức xạ, người ta tạo ra độ chênh lệch phân áp suất hơi nước giữa vật liệu và môi trường chỉ bằng cách đốt nóng vật

- Phương pháp sấy tiếp xúc: vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng Trong các hệ thống sấy tiếp xúc, người ta tạo ra độ chênh lệch phân áp nhờ tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy Chúng ta thường gặp hệ thống sấy lô, hệ thống sấy tang, - Phương pháp sấy bằng điện trường dòng cao tần: nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần trong vật sấy làm vật nóng lên

- Phương pháp sấy thăng hoa: sấy trong môi trường có độ chân không rất cao, nhiệt độ rất thấp Ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn thành trạng thái hơi không qua trạng thái lỏng

- Phương pháp sấy tầng sôi: nguồn nhiệt từ không khí nóng nhờ quạt thổi vào buồng sấy đủ mạnh và làm sôi lớp hạt, sau một thời gian nhất định hạt khô được tháo ra ngoài - Phương pháp sấy phun: được dùng để sấy dạng lỏng

1.1.3 Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí: Trong các điều kiện khác nhau không đổi như độ ẩm

không khí, tốc độ gió…, việc nâng cao nhiệt độ sẽ làm tăng nhanh tốc độ sấy Nhưng nhiệt độ làm khô cao sẽ làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, dễ làm cho nguyên liệu bị chín và gây nên sự tạo màng cứng ở lớp bề ngoài cản trở tới sự chuyển động của nước từ lớp bên trong ra bề mặt ngoài Nhưng với nhiệt độ làm khô quá thấp, dưới giới hạn cho phép thì quá trình làm khô sẽ chậm lại dẫn đến sự thối rữa, hủy hoại nguyên liệu Khi sấy ở những nhiệt độ khác nhau thì nguyên liệu có những biến đổi khác nhau Nếu nhiệt độ cao hơn nữa thì nguyên liệu có thể bị cháy làm mất giá trị dinh dưỡng và mất giá trị cảm quan của sản phẩm

Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động không khí: Tốc độ chuyển động của không khí có

ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy, tốc độ gió quá lớn hoặc quá nhỏ đều không có lợi cho quá trình sấy Vì tốc độ chuyển động của không khí quá lớn khó giữ nhiệt lượng trên nguyên liệu để cân bằng quá tŕnh sấy, còn tốc độ quá nhỏ sẽ làm cho quá trình sấy chậm lại Hướng gió cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình làm khô, khi hướng gió song song với bề mặt nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất nhanh

Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí: Độ ẩm tương đối của không khí cũng

là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến quá trình làm khô, độ ẩm của không khí càng lớn thì quá trình làm khô sẽ chậm lại

Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu: Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu Kích

thước nguyên liệu cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy Nguyên liệu càng bé, càng mỏng thì tốc độ sấy càng nhanh, nhưng nếu nguyên liệu có kích thước quá bé và quá mỏng sẽ làm cho nguyên liệu bị cong, dễ gãy vỡ

Ảnh hưởng của bản thân nguyên liệu: Tùy vào bản thân nguyên liệu mà người ta chọn

chế độ làm khô cho phù hợp, cần phải xét đến thành phần hóa học của nguyên liệu như: nước, lipit, protein, chất khoáng, Vitamin, kết cấu tổ chức chắc hay lỏng lẻo

1.1.4 Nguyên lý của quá trình sấy

Quá trình sấy là một 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 vậy liệu ban đầu Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu Quá trình khuếch tan chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp xuất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí xung quanh Vận tốc của toàn bộ quá trình được quy định bởi giai đoạn nào là chậm nhất 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 vật liệu sấy ra ngoài bề mặt vật liệu sấy

Trong quá trình sấy thì môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy Do vậy cần nghiên cứu tính chất là thông số cơ bản của quá trình sấy Sơ đồ nguyên lý sấy của hệ thống sấy:

1.1.5 Các loại tác nhân sấy

Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tach ra từ vật liệu sấy Trong quá trình sấy, môi trường hầm sấy luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ vật liệu sấy Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong hầm sấy tăng lên đến một lúc nào đó sẽ đạt được sự cân bằng giữa vật liệu sấy và môi trường tromg hầm sấy, quá trình thoát ẩm của vật liệu sấy sẽ ngừng lại

Vì vậy nhiêm vụ của tác nhân sấy : - Gia nhiệt cho vật liệu sấy

- Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường

- Bảo vệ vật liệu sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt

Tùy theo phương pháp sấy mà các tác nhân sấy có thể thực hiện một hay nhiều các nhiệm vụ trên Các loại tác nhân sấy:

- Không khí ẩm: là loại tác nhâm sấy thông dụng nhất, có thể dùng cho hầu hết các loại sản phẩm Dùng không khí ẩm sẽ có nhiều ưu điểm: không khí có sẵn trong tự nhiên, không độc, không làm sản phẩm sau khi sây ô nhiễm và thay đổi mùi vị Tuy nhiên, dùng không khí ẩm làm tác nhân sấy cần trang bị thêm bộ gia nhiệt không khí (caloripher điện, khí-hơi hay khí-khói ), nhiệt độ sấy không quá cao Thường nhỏ hơn 500o C vì nếu nhiệt độ cao quá, thiết bị trao đổi nhiệt phải được chế tạo bằng thép hợp kim hay gốm sứ với chi phí đắt

- Khói lò: sử dụng khói lò làm môi chất sấy có ưu điểm là không cần dùng calorife, phạm vi nhiệt độ rộng ( có thể sấy ở nhiệt đọ rất cao 900-1000oC và ở nhiệt độ thấp 70-90oC hoặc thậm trí 40-50oC ) , tuy nhiên dùng khói là có nhược điểm là khói có thể ô nhiễm do bụi và các chất có hại như CO2 , SO2

- Hỗn hợp không khí hơi và hơi nước: tác nhân sấy loại này dùng khi cần có độ ẩm tương đối cao

- Hơi quá nhiệt: được dùng trong trườn hợp sản phẩm sấy là chất dễ cháy nổ và sản phẩm chịu được nhiệt độ cao, vì sấy bằng hơi quá nhiệt nhiệt độ thường lớn hơn 100oC ( sấy ở áp suất khí quyển )

1.1.6 Tổng quan về thiết bị 1 Thiết bị sấy đối lưu

• Buồng sấy

Buồng sấy có hình dạng khối lập phương, khối hộp chữ nhật đứng hay nằm, hình trụ đứng hoặc nằm Thành buồng sấy được bọc cách nhiệt và cách ẩm, có cửa để nạp và lấy sản phẩm Vật sấy được rải đều thành lớp trên các tầng khay đặt gác lên khung giá trong buồng sấy Bộ phận gia nhiệt cho tác nhân sấy có thể đặt trong hoặc ngoài buồng sấy Tác nhân sấy được đối lưu tự nhiên hay cưỡng bức nhờ hệ thống quạt Quá trình sấy là gián đoạn hoặc theo chu kì Nạp và tháo sản phẩm bằng thủ công hay cơ giới hóa

Buồng sấy được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến các nông, lâm, thủy hải sản và các chế biến thực phẩm, dược phẩm, thức ăn chăn nuôi Nó có thể sấy các vật liệu các

vật liệu ở bất cứ dạng nào: hạt, miếng mảnh nhỏ xếp lớp, dạng bột nhão,…Buồng sấy có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, lắp đặt, dễ vận hành, vốn đầu tư ít

Do quá trình sấy là gián đoạn và có chu kì nên lượn nhiệt tiêu tốn để nung nóng thành và giá đỡ trong buồng sấy giữa các lần sấy là rất đáng kể

Vật liệu sấy được đặt cố định trong suốt quá trình sấy Do đó quá trình sấy không đồng đều Để khắc phục thì người ta bố trí cách đưa tác nhân sấy theo đường dích dắc tạo nên sự đồng đều cho sản phẩm sấy Hệ thống sấy này chỉ phù hợp với các vật liệu sấy mà ta khó làm cho nó bị xáo trộn được trong quá trình sấy

• Tủ sấy

Tủ sấy là thiết bị buồng sấy có kích thước nhỏ Cũng như hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy tủ là một trong những hệ thống sấy đối lưu phổ biến nhất Nhưng khác với hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy tủ làm việc gián đoạn với năng suất trung bình và phương pháp tổ chức trao đổi nhiệt chỉ có thể đối lưu cưỡng bức, nghĩa là bắt buộc phải dùng quạt

Cấu tạo hệ thống sấy tủ bao gồm ba phần chính: tủ sấy, calorife và quạt Tùy thuộc vào mục đích thiết kế mà tủ sấy có thể hồi lưu hoặc không hồi lưu

• Hầm sấy

Hầm sấy có cấu tạo khác buồng sấy là chiều dài có kích thước lớn hơn gấp nhiều lần chiều rộng và chiều cao Hầm sấy được dùng để sấy các vật liệu kém chịu nhiệt và khó khô Vật sấy thường ở dạng rời xếp lớp như các loại hạt, củ, quả cắt lát, rau, chè,…Các khay được xếp trên xe goong, xe treo, trên băng tải Vật sấy cúng phương tiện vận chuyển đi vào đầu hầm và đi ra ở cuối hầm Để kéo các xe goong, xe treo ta dùng xích tải Tác nhân sấy chuyển động ngược chiều hoặc cùng chiều với vật sấy Để tác nhân sấy không tràn ra ngoài, hay không khí ở ngoài không bị hút vào hầm thì ở đầu và cuối hầm sấy có khoang xép để nạp và lấy từng xe một Hệ thống quạt vận chuyển tác nhân và bộ phận gia nhiệt được lắp đặt bên ngoài hoặc ngay trên nóc hầm, calorife cũng có thể lắp trong hầm

- Hầm có xe goong

Chiều dài hầm bằng tổng chiều dài của các xe goong xếp trong hầm, cộng với chiều dài nới nắp cửa hút, đẩy tác nhân sấy, cộng với chiều dài khoang xép ở hai đầu nếu có để nạp và lấy xe ra

Nếu hầm ngắn thì nạp và lấy xe ra có thể dùng sức người đẩy và kéo, khi hầm dài thì phải có hệ thống cơ giới như xích tải, cơ cấu thủy lực để nạp và lấy xe

- Hầm sấy có xe treo

Được dùng để sáy các loại vật liệu rời xếp lớp như hạt, mảnh cắt nhỏ Cấu tạo của loại hầm sấy này gồm: hầm sấy có kết cấu ngắn và rộng, cao, bên trong chia thành nhiều khoang phù hợp với hệ thống xích vận chuyển các xe và chuyển động của tác nhân sấy Chiều dài của xích nằm trong hầm sấy phụ thuộc vào thời gian sấy, tốc độ của xích Chiều dài tổng cộng của xích bằng chiều dài phần nằm trong hầm sấy cộng với phần để tháo sản phẩm sấy và nạp mới sản phẩm

Nếu mỗi xe chỉ có 1 khay thì việc nạp và tháo sản phẩm sấy dễ tự động hóa, quá trình sấy liên tục Nếu mỗi xe có nhiều khay thì theo nguyên tắc sấy liên tục nhưng các xe được treo lên xích hay lấy ra lần lượt từng chiếc một Các móc treo xe phải có bánh trên ray treo - Máy sấy băng tải

Nguyên tắc cấu tạo của máy sấy băng tải gồm có hầm hoặc buồng sấy, băng tải liên tục chuyển động trong buồng Vật liệu sấy được rải đều trên băng tải nhờ cơ cấu nạp liệu Sản phẩm được liên tục lấy ra ở cuối băng tải Tác nhân sấy là không khí nóng hay khói lò chuyển động cắt ngang qua chiều chuyển động của băng tải Chiều dài và tốc độ của băng tải phụ thuộc vào thời gian sấy Chiều rộng bằng chiều dày lớp vật liệu và tốc độ băng phụ thuộc vào năng suất của máy

• Sấy tháp

Sấy tháp là quá trình sấy diễn ra trong buồng sấy có chiều cao lớn Quá trình sấy diễn ra trong tháp cũng là quá trình sấy đối lưu Vật sấy được gầu tải đưa lên và rót vào đỉnh tháp rồi cháy xuống đáy tháp dưới tác dụng của trọng lực, tác nhân sấy được quạt thổi vào tháp từ dưới theo kênh dẫn đi lên Tác nhân sấy tiếp xúc với các vật sấy và làm bay hơi ẩm từ vật sấy

Quá trình sấy trong tháp có thể là sấy không hồi lưu khí thải, sấy có hồi lưu một phần hay toàn bộ khí thải, sấy có đốt nóng bổ sung cho tác nhân sấy Hệ thống sấy tháp bao gồm các bộ phận : tháp sấy, hệ thống vận chuyển hạt ( gàu tải, băng tải, vít tải ), hệ thống đốt nóng (calorife) và vận chuyển ( hệ thống quạt ) tác nhân sấy Vật sấy chuyển động từ đỉnh xuống đáy tháp có thể đi qua các vùng sấy khác nhau, mỗi vùng có hệ thống quạt và đót nóng tác nhân sấy riêng phù hợp với chế độ sấy của mỗi vùng Vùng đáy tháp là vùng làm nguội

• Máy sấy thùng quay

Quá trình sấy trong máy sấy thùng quay cũng là sấy đối lưu Sấy thùng quay được áp dụng rộng rãi để sấy các vật ẩm dạng hạt, mảnh vụn có kích thước nhỏ như đậu đỗ, cà phê, ngô hạt, đường kính, muối ăn, củ cắt nhỏ, gỗ mảnh, cát,…Máy sấy thùng quay có những ưu điểm lớn như làm việc ổn định, năng suất cao, rất kinh tế

Bên trong máy sấy thùng có các cánh đảo trộn Vật liệu ẩm được nạp vào đầu cao, sản phẩm lấy ra ở đầu thấp của thùng Tác nhân sấy có thể là không khí được đốt nóng nhờ calorife, khói lò Chiều chuyển động của tác nhân sấy có thể cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang dồng vật sấy

• Thiết bị sấy tầng sôi

Trong hệ thống sấy tầng sôi thiết bị sấy là một buồng sấy, trong đó người ta bố trí ghi đỡ vật liệu sấy Tác nhân sấy có thông số thích hợp được đưa vào dưới ghi và làm cho vật liệu sấy chuyển động bập bùng trên ghi như các bọt nước sôi Vì vậy, người ta gọi là hệ thống sấy tầng sôi Đây cũng là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt Hạt nhẹ hơn sẽ ở phần trên của lớp sôi và được lấy ra khỏi thiết bị sấy một cách liên tục Trong hệ thống sấy tầng sôi, truyền nhiệt và truyền ẩm giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy rất tốt nên trong các hệ thống sấy hạt hiện có thì hệ thống sấy tầng sôi có năng suất lớn, thời gian sấy nhanh và vật liệu sấy được sấy rất đều

• Hệ thống sấy phun

Hệ thống sấy phun là một hệ thống sấy chuyên dùng để sáy các dung dịch huyền phù như trong dây chuyền sản xuất sữa bột, sữa đậu nành,…Thiết bị sấy trong hệ thống sấy này thường là một hình chóp trụ, phần chóp hướng xuống dưới Dung dịch huyền phù được bơm cao áp đưa vào các vòi phun hoặc trên đĩa quay ở đỉnh tháp tạo thành những hạt dung dịch bay lwo lửng trong thiết bị sấy Tác nhân sấy có thể được đưa vào cùng chiều hay ngược chiều thực hiện quá trình truyền nhiệt ẩm với các hạt dung dịch và thoát ra ngoài qua xyclon Vật liệu khô được thu ở đáy chóp và được lấy ra ngoài liên tục hoặc định kỳ

2 Thiết bị sấy bức xạ

Thiết bị sấy này sử dụng phương pháp sấu bức xạ, dùng thích hợp với một số loại sản phẩm

3 Thiết bị sấy tiếp xúc ( sấy rang )

Thiết bị sấy tiếp xúc với bề mặt nóng kiểu tang quay hay lô quay Thiết bị sấy tiếp xúc trong chất lỏng

4 Thiết bị sấy dùng điện trường cao tần

Thiết bị sấy này dùng phương pháp sấy bằng điện trường cao tần

5 Thiết bị sấy thăng hoa

Thiết bị sấy này sử dụng phương pháp hóa hơi ẩm là thăng hoa Việc thải ẩm dùng máy hút chân không kết hợp bình ngưng kết ẩm

1.2 Tổng quan về nguyên liệu

1.2.1 Đặc điểm cơ bản của khoai lang

Khoai lang là một loài cây nông nghiệp với các rễ củ lớn, chứa nhiều tinh bột, có vị ngọt, và nó là một nguồn cung cấp rau ăn củ quan trọng, được sử dụng trong vai trò của cả rau lẫn lương thực Các lá non và thân non cũng được sử dụng như một loại rau Khoai lang có quan hệ họ hàng xa với khoai tây (Solanum tuberosum) có nguồn gốc Nam Mỹ và quan hệ họ hàng rất xa với khoai mỡ (một số loài trong chi Dioscorea) là các loài có nguồn gốc từ châu Phi và châu Á

Là cây màu ưa ẩm nên được trồng phổ biến ở các nước nhiệt ôn đới Ở nước ta khoai lang giữ vị trí sau lúa và ngô Từ đồng bằng đến trung du đều trồng khoai lang đặc biệt ở các vùng đất cát và phù sa

Khoai lang dễ trồng Mỗi năm trồng được nhiều vụ, trong đó vụ đông xuân và thu đông là hai vụ chính

Khoai lang cũng có nhiều loại, thường dựa vào màu sắc, vỏ mà có tên riêng như khoai nghệ, lửa, bột, …

1.2.2 Cấu tạo và thành phần hóa học

Cấu tạo củ khoai lang gồm ba phần: vỏ lụa, vỏ cùi và thịt củ Khác với sắn là lớp vỏ cùi không rõ rệt va sau khi luộc khó bốc Vỏ lụa chiếm khoảng 1% còn vỏ cùi 5-10% trọng lượng toàn củ Vỏ lụa gồm những tế bào xít thành dày chứa sắc tố khác nhau Cấu tạo thành tế bào chủ yếu là xenluloza có tác dụng giữ cho khoai khỏi tắc động từ bên ngoài và chậm mất nước

Lớp vỏ cùi: chiếm 5-12% gồm những tế bào thành mỏng chứa tính bột, nguyên sinh chất và dịch thể(mủ) Trong dịch thể có chứa nhiều chất khác nhau như tanin, sắc tố, enzyme, … Hàm lượng tinh bột trong các bộ phận này ít hơn so với các tế bào thịt củ Thịt củ gồm những tế bào nhu mô chưa tinh bột, các chất nitơ và một số các chất vi lượng khác Tùy theo từng củ mà giữa các lớp tế bào nhu mô đôi khi còn có các lớp tế bào thành dày cấu tạo chủ yếu là cellulose Các lớp này thường chạy dọc theo củ Tinh bột của khoai lang chủ yếu ở phần thịt củ Khác với sắn là mủ khoai không những nhiều ở lớp vỏ cùi mà trong lòng thịt cũng nhiều

Thành phần hóa học của khoai lang dao động trong khoảng rộng tùy thuộc giống, đất nơi trồng, điều kiện chăm bón và mức độ già Khi khoai già hàm lượng nước khoảng 60 – 75%, tùy theo loại, còn tinh bột 15 – 31% Khác với sắn và khoai tây, khoai lang có khá nhiều đường (5 – 10%) chủ yếu là glucoza Trong khoai cũng có cả hệ enzim phức tạp, sau khi đào các enzim đều hoạt động mạnh nhưng mạnh hơn cả là amylaza Do amylaza phân hủy tinh bột thành đường nên sau khi đào lượng tinh bột trong củ giảm, độ ngọt của khoai tăng

Thành phần hóa học trung bình của khoai lang như sau:

bảo quản, chế biến, …

Tinh bột

- Củ khoai lang có nhiều tinh bột, chiếm khoảng 60-70% chất khô Tinh bột trong khoai lang là những hạt có hình đa diện

- Tinh bột: Tinh bột thường được chia thành 3 loại khác nhau dựa trên đặc điểm quá trình tiêu hóa

- Tỷ lệ tinh bột trong khoai lang là như sau:

⮚ Tinh bột tiêu hóa nhanh (80%) nhanh chóng bị phá vỡ và hấp thụ, tăng giá trị chỉ số đường huyết

⮚ Tinh bột tiêu hóa chậm (9%), trong đó phân hủy chậm hơn và gây ra sự tăng nhỏ hơn lượng đường trong máu

⮚ Tinh bột (12%) khi thoát tiêu hóa và hoạt động như chất xơ, ăn các vi khuẩn ruột thân thiện Lượng tinh bột có thể làm tăng nhẹ bằng cách làm nguội khoai lang sau chế biến nấu nướng

⮚ Ngoài ra khoai lang còn nhiều thành phần khác như đã kể trên, nhưng trong quá trình sấy ta quan tâm tới tinh bột trong khoai lang Do tinh bột có thể bị hồ hóa ở nhiệt độ cao Nếu chúng ta chọn sai phương pháp, nhiệt độ thì chất lượng của sản phẩm sẽ giảm sút rõ rệt

Đường

- Đường trong khoai lang chủ yếu là glucose, fructose, saccharose và maltose Chúng biến động từ 5 - 10% trọng lượng khoai lang Giống là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến hàm lượng đường của khoai lang, ngoài ra còn có thời gian bảo quản, thu hoạch, …

Thành phần Hàm lượng (%/Tổng lượng đường)

Saccharose 5,16 - 10,95 Glucose 2,11 - 4,61 Maltose 1,59 - 6,85 Fructose 1,16 - 3,56

Thành phần đường có trong củ khoai lang

Chất xơ

- Trong 100g khoai lang tím thì chất xơ chiếm khoảng 1,3g

- Xơ ăn được gồm các hợp chất pectin, cellulose, hemicelluloses

- Pectin trong khoai chiếm 0,23 - 0,37% so với trọng lượng củ Trong quá trình bảo quản thì lượng pectin sẽ giảm dần

Protid

- Trong khoai lang hàm lượng protid không cao, trung bình khoảng 5% chất khô Tuy nhiên, thành phần các acid amin trong khoai khá cân đối, nhất là các acid amin không thay thế

- Khám phá gần đây cho thấy trong khoai lang có chứa nhiều chất chống OXH ngăn chặn sự phát triển của tế bào ung thư, chống lão hóa và làm sạch các chất bẩn trong mạch máu Bao gồm các hợp chất phenol, anthocyanin (có nhiều trong khoai lang tím), carotenoid, …

1.2.3 Công dụng

- Khoai lang có vị ngọt nhưng không làm tăng lượng đường huyết, mệt mỏi hay tăng cân Đường tự nhiên trong khoai lang sẽ từ từ thẩm thấu vào máu, giúp cân bằng nguồn năng lượng cho cơ thể

- Khoai lang là nguồn cung cấp chất xơ rất tốt, giúp duy trì đường huyết ở mức cân bằng - Cứ 100 g khoai lang nghiền cung cấp 86 calo, thấp hơn nhiều so với mức 118 calo trong 10 0g củ từ

- Khoai lang là thực phẩm giàu protein Protein trong khoai lang rất đặc biệt do khả năng ức chế ung thư ruột kết và trực tràng ở người Hàm lượng protein trong khoai lang càng cao thì khả năng ức chế hoạt động của tế bào ung thư càng lớn

- Hàm lượng vitamin B6 cao chứa trong khoai lang làm giảm homocysteine trong cơ thể Homocysteine có liên quan đến các bệnh lý thoái hóa và tim mạch Nồng độ homocysteine

trong máu cao làm tăng nguy cơ xơ vữa động mạch, nhồi máu cơ tim và tai biến mạch máu não

- Khoai lang là nguồn cung cấp vitamin C dồi dào, giúp ngăn ngừa cảm lạnh và virus cúm Đồng thời, vitamin C cũng rất cần thiết cho xương và răng, tốt cho hệ tiêu hóa và quá trình hình thành các tế bào máu Ngoài ra, vitamin C còn góp phần chữa lành vết thương, tạo ra collagen giữ cho làn da luôn tươi trẻ, giảm stress và bảo vệ cơ thể khỏi những độc tố có nguy cơ gây ung thư cao

- Vitamin D trong khoai lang có tác dụng hỗ trợ hệ miễn dịch và tăng cường sức khoẻ tổng quát Vitamin D góp phần giữ cho hệ xương, tim mạch, thần kinh, răng, da và tuyến giáp khỏe mạnh

- Vi chất sắt trong khoai lang cung cấp năng lượng cho cơ thể, giảm stress, thúc đẩy sản xuất hồng cầu, bạch cầu, tăng cường miễn dịch và chuyển hoá protein

- Khoai lang cũng là nguồn cung cấp magie rất tốt Magie không những là khoáng chất quan trọng chống căng thẳng mà còn có ý nghĩa then chốt cho sự phát triển khỏe mạnh của cơ xương, tim mạch và các chức năng thần kinh

- Kali là chất điện ly quan trọng giúp kiểm soát nhịp tim và các tín hiệu thần kinh Cũng như các chất điện ly khác, kali đảm nhiệm nhiều chức năng thiết yếu trong đó có thư giãn co thắt cơ, giảm sưng, bảo vệ và kiểm soát hoạt động của thận Khoai lang chính là nguồn cung cấp kali tuyệt vời mà bạn không thể bỏ qua

- Màu cam trên vỏ khoai lang là dấu hiệu cho thấy mức carotene rất cao của loại củ này Nhóm chất carotene giúp tăng thị lực, thúc đẩy hệ miễn dịch, chống oxy hóa và ngăn ngừa lão hóa Một nghiên cứu do ĐH Harvard (Mỹ) thực hiện trên 124.000 người cho thấy, những người tiêu thụ thức ăn giàu carotene trong chế độ ăn uống thường xuyên của mình giảm tới hơn 32% nguy cơ ung thư phổi

- Ngoài ra, những phụ nữ có nồng độ carotene cao nhất có nguy cơ tái phát ung thư vú thấp nhất Đây là kết luận được các nhà khoa học từ WHEL (Women’s Healthy Eating and Living) đưa ra sau khi tiến hành nghiên cứu trên những phụ nữ hoàn tất giai đoạn đầu điều trị căn bệnh này

- Beta carotene là tiền chất của vitamin A trong cơ thể người Vitamin A duy trì đôi mắt sáng và làn da khỏe mạnh Đồng thời, beta caroten được chứng minh là có khả năng bảo vệ cơ thể khỏi những tác nhân gây ung thư Đây cũng là một dưỡng chất dồi dào trong khoai lang

- Mới đây, các nhà khoa học đã khám phá ra nhóm chất dinh dưỡng trong khoai lang có tên là batatoside có khả năng chống lại các đặc tính của vi khuẩn và nấm

- Một nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng, chất cyanidins và peonidins trong khoai lang có khả năng giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực của kim loại nặng tới sức khỏe con người

Có hai phương pháp để đánh giá chất lượng của củ khoai lang

1.2.4 Bảo quản

- Vấn đề bảo quản khoai lang cũng như các loại rau củ khác tương đối khó vì đây là thực phẩm tươi, rất dễ bị thối rữa, hư hỏng, nấm mốc, vi khuẩn dễ phát triển (do nước chiếm gần 70%) Trong công nghiệp chế biến thực phẩm hiện nay, người ta đòi hỏi càng cao về việc bảo quản

- Có rất nhiều cách để bảo quản thực phẩm, ở đây đối với khoai lang ta dùng phương pháp sấy Với phương pháp này sẽ bảo quản được khoai lang lâu hơn, dễ dàng trong quá trình vận chuyển, ứng dụng nhiều trong quá trình chế biến các sản phẩm ăn liền

1.2.5 Tình hình tiêu thụ

Các sản phẩm nông sản nói chung và khoai lang nói riêng là loại nguyên liệu chứa nhiều nước và giàu chất dinh dưỡng do vậy dễ bị hư hỏng trong quá trình chế biến và bảo quản Thực trạng hiện nay khoai lang được trồng rất nhiều ở rộng khắp các tỉnh trong cả nước, nhưng nguồn ra của khoai lang đang phụ thuộc hoàn toàn vào thị trường Trung Quốc Với những tiêu chí khắc khe trong việc phân loại khoai lang và tự quyết về giá cả, đang khiến những nông dân trồng khoai lang điêu đứng với mức giá trên lệch giữa khoai lang vụng và khoai lang thành phẩm khoảng 30 lần (khoai lang thành phẩm 8000 - 12000 đồng/kg, khoai lang phế phẩm 300 đồng/kg) Khoai lang vụn thường được các buôn lái mua lại rồi phân phát lại cho các đầu mối thành phố, chợ Khoai lang là loại nông sản thu hoạch theo thời vụ, nên khi thu hoạch tập trung và ồ ạt sẽ dẫn đến việc ép giá và tồn đọng chờ đợi thương lái đến mua Vì vậy khoai lang sau khi thu hoạch muốn được bảo quản tốt thì điều kiện đầu tiên là phải có độ ẩm nhỏ Vấn đề đặt ra là phải làm thế nào tiêu thụ được hết lượng khoai lang và đảm bảo tính kinh tế, lợi nhuận cao cho người dân Đồng thời giải quyết vấn đề khoai lang vụn nhằm tạo nguồn nguyên liệu bột cho các quy trình chế biến tiếp theo Đây cũng là yêu cầu của người dân sản xuất khoai lang hiện nay Nhận thức được vấn đề trên, nhằm tăng chuỗi giá trị cho nông sản nói chung và cho khoai lang nói riêng, phương pháp sấy là phương pháp hợp lý có thể xử lý được những củ khoai lang vụn, phụ phẩm cũng như thành phẩm để tạo ra sản phẩm khoai lang sấy khô có chất lượng, đáp ứng nhu cầu thực tế xã hội đang đặt ra

Khoai lang là loại cây lương thực đứng hàng thứ năm trên thế giới sau cây lúa, lúa mì, bắp và khoai mỳ (sắn) Khoai lang được canh tác ở trên 100 nước trên thế giới thế giới ở châu Á (31 nước), châu Phi (39 nước), và châu Mỹ Latin (31 nước), tập trung ở những

nước có thu nhập thấp, bản thân các nước này được canh tác ở vùng đói nghèo như tỉnh Sichuan Trung Quốc hay tây Kenya, trên đất đồi, dốc manh mún phân tán nên năng suất và thu nhập không đáng kể Sản lượng khoai lang trên thế giới hàng năm ước khoảng 133 triệu tấn, tập trung ở Trung Quốc 100 triệu tấn, chiếm 82% sản lượng khoai lang trên toàn thế giới, còn lại là Nigeria (3,2 triệu tấn, 3% sản lượng), Uranda (2,6 triệu tấn), Indonesia (1,8 triệu tấn), Việt Nam (1,5 triệu tấn) và Nhật Bản (1,1 triệu tấn)

1.3 Chọn Và Thuyết Minh Quy Trình Công Nghệ 1.3.1 Phương pháp và chế độ sấy

Lựa chọn phương pháp sấy: Trong mỗi phương pháp sấy sẽ có nhiều phương thức khác

nhau Ở đồ án sấy này phương pháp sấy được sử dụng là cấp nhiệt theo cách đối lưu (tức là việc cấp nhiệt cho vật ẩm thực hiện bằng cách trao đổi nhiệt đối lưu (tự nhiên hay cưỡng bức), môi chất sấy làm nhiệm vụ cấp nhiệt

Chọn chế độ sấy: liên tục

1.3.2 Chọn Quy Trình Công Nghệ

Hình 1.3 Sơ đồ quy trình công nghệ

1.3.3 Thuyết minh qui trình sấy

Thiết bị: Để thực hiện quá trình sấy, người ta sử dụng hệ thống gồm nhiều thiết bị chính

và thiết bị phụ Trong đồ án này ta sử dụng các loại thiết bị như sau:

Thiết Bị

Thiết bị chính Hầm sấy

Xe gòong

Thiết bị phụ

Quạt đẩy Caloriphe Quạt hút Tời kéo

Qui trình sấy: được thuyết minh như sau

- Nguyên liệu: Khoai lang được xếp lên các khay, các khay lần lượt được xếp vào xe

gòong Các xe gòong được chuyển vào trong hầm sấy (vì có bộ phận tời kéo nên việc vận chuyển xe gòong và hầm sẽ thuận tiện và dể dàng hơn), đóng cửa hầm, tác nhân sấy được đưa vào hầm và quá trình sấy bắt đầu Sau mỗi 30 phút, mở cửa vào và cửa ra của hầm sấy Dùng tời kéo xe gòong ra khỏi hầm đồng thời đẩy một xe gòong mới vào hầm Tiếp tục tiến hành như vậy sau 6 giờ ta sấy xong 1 mẻ với năng suất 200kg sản phẩm/mẻ

- Tác nhân sấy: Không khí bên ngoài được đưa vào caloriphe nhờ quạt đẩy Tại

caloriphe không khí được đốt nóng lên đến nhiệt độ cần thiết (caloriphe dùng chất tải nhiệt là hơi nước) Sau đó không khí được dẫn vào hầm sấy Nhiệt độ không khí tại đầu hầm sấy phải được sao cho phù hợp với vật liệu đem sấy (phải nhỏ hơn nhiệt độ cao nhất mà vật liệu có thể chịu được) Trong hầm sấy, không khí nóng đi xuyên qua các lỗ lưới của khay đựng vật liệu và tiếp xúc đều với vật liệu sấy Ẩm của vật liệu sẽ bốc hơi nhờ nhiệt của dòng khí nóng trên Quạt hút được đặt cuối hầm sấy để hút tác nhân sấy ra khỏi hầm và đưa ra ngoài

2 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG HẦM SẤY

- Năng suất: G2= 200 (Kg/h) - Thời gian sấy: τ = 6,5 h

- Độ ẩm của khoai lang trước khi sấy : w1 = 60% - Độ ẩm của khoai lang sau khi sấy : w2 = 12%

- Thông số không khí ngoài trời : to = 23oC, φo = 81%

- Nhiệt độ của tác nhân sấy trước và sau khi ra thiết bị là t1 = 70oC, t2 = 37oC

- Khoai lang sấy lát, coi khoai lang có kích thước tương đối đồng đều, lát khoai lang hình tròn, độ dày là 3 cm

2.1 Tính toán các thông số cơ bản của vật liệu

- Năng suất trong 1h

+ Khối lượng vật liệu đưa ra khỏi buồng sấy: G2 = 200 (Kg/h) + Khối lượng vật liệu sấy đưa vào là G1 = G2

100−𝑤1 =200 100−12

100−60 = 440(kg/h) -Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1 giờ

2.2.1 Trạng thái không khí bên ngoài (điểm A )

+ Xác đinh lượng chứa ẩm do

-Áp suất hơi nước bão hòa ở 23oC là: Pbho = exp (12 - 4026,42

235,5+𝑡𝑜 ) = exp (12 - 4026,42

235,5+23 ) = 0,028 (bar)

[ Trang 95- [6] ] -Lượng chứa ẩm do ( là lượng hơi nước chứa trong 1kg không khí khô ) do = 0,622 ∗ 𝜑𝑜∗𝑃𝑏ℎ𝑜

𝑃−𝜑𝑜∗𝑃𝑏ℎ𝑜 = 0,622 7450,81∗0,028

750−0.81∗0,028 = 0,0145 (kg/kgKKK)

[Trang 192- [6] ] P = 745

750 : Áp suất không khí ẩm φo : độ ẩm tương đối

Pbho : áp suất bão hòa của hơi nước ở to = 23oC +Xác định entanpy Io

Entanpy của không khí ẩm I là entapi của 1 kg không khí khô và của d kg ẩm Io = 𝐶𝑝𝑘∗ 𝑡𝑜+ 𝑑𝑜 ∗ ( 𝑟 + 𝐶𝑝𝑎∗ 𝑡 ) [Trang 192-[6] ]

= 1,004 ∗ 23 + 0,0145 ∗ ( 2500 + 1,842 ∗ 23 = 59,96 (kJ/kgKK) Cpk = 1,004 kJ/kgK: nhiệt dung riêng của không khí khô

Cpa = 1,842 kJ/kgK: nhiệt dung riêng của hơi nước r = 2500 kJ/kg: nhiệt ẩn hóa hơi của nước

2.2.2 Trạng thái không khí vào hầm sấy ( điểm B )

t1 = 70oC, d1 = do = 0,0145 kg/kgKK