Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy ớt. Tính toán, thiết kế máy sấy bơm nhiệt năng suất 200 kg/mẻ

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Xuân _ Trần Thị Thanh Thủy - i - NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẤY ỚT TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY SẤY BƠM NHIỆT NĂNG SUẤT 200 KG/MẺ Sinh Viên Thực Hiện Vũ Minh Tâm Nguyễn Đình Kiên Khóa luận được đệ trình để đắp ướng cắp băng kỹ sư ngành Công Nghệ Nhiệt Lạnh Giáo viên hướng dẫn : ThS. Nguyễn Văn Xuân KS. Trần Thị Thanh Thủy Tháng 06 năm 2009 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Xuân _ Trần Thị Thanh Thủy - ii - RESEARCH PROCESS TECHNOLOGY DRIED PEPPERS CALCULATION, DESIGN HEAT PUMP DRYER MODEL WITH CAPACITY 200 KG/BATCH. Student: Vu Minh Tam Nguyen Dinh Kien GRADUATE COMPOSITION Speciality: Heat and Refrigeration Engineering Supervisor: Master: Nguyen Van Xuan Engineer: Tran Thi Thanh Thuy Ho Chi Minh, city June, 2009 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Xuân _ Trần Thị Thanh Thủy - iii - LỜI CẢM TẠ - Từ những ngày đầu bước chân vào giảng đường đại học cho đến lúc hoàn thành luận văn này, chúng tôi luôn nhận được sự quan tâm chỉ dạy và sự giúp đỡ tận tình của các thầy các cô. Qua luận văn này, chúng tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến:  Ban giám hiệu Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh.  Ban chủ nhiệm Khoa Cơ Khí - Công Nghệ.  Ban Trung Tâm NL & MNN Trường Đại Học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh.  Quý thầy cô đã tận tình chỉ dạy chúng tôi trong thời gian học tập tại trường.  Thầy ThS. Nguyễn Văn Xuân và cô KS. Trần Thị Thanh Thủy - người trực tiếp theo dõi, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng tôi thực hiện đề tài này. - Cũng xin được cám ơn quý thầy, quý cô, các anh, các bạn ở Trung Tâm NL & MNN đã giúp đỡ chúng tôi trong thời gian thực hiện đề tài tại trung tâm. - Cuối cùng, chúng tôi muốn nói lời cám ơn đến ba mẹ cùng mọi người trong gia đình đã quan tâm, lo lắng, động viên chúng tôi trong những ngày học tập xa nhà. - Chúng tôi xin được gửi đến quý thầy cô, ba mẹ cùng tất cả mọi người lời chúc sức khoẻ và lời cám ơn chân thành nhất !!! Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2009. Sinh Viên Thực Hiện Vũ Minh Tâm Nguyễn Đình Kiên Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Xuân _ Trần Thị Thanh Thủy - iv - TÓM TẮT 1.Tên đề tài: “NGHIÊN CỨA QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẤY ỚT, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY SẤY BƠM NHIỆT VỚI NĂNG SUẤT 200KG/MẺ” 2. Thời gian và địa điểm thực hiện: - Thời gian: từ tháng 06/04 đến tháng 30/06 năm 2009. - Địa điểm: tại Trung Tâm Năng Lượng & MNN, trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh. 3. Mục đích: - Khảo nghiệm mô hình đã có sẵn với các chế độ sấy nhiệt độ khác nhau. - Tính toán, thiết kế máy sấy bơm nhiệt với năng suất 200 kg/mẻ dùng để sấy ớt. 4. Nội dung: Đề tài thực hiện với những nội dung sau: + Khảo nghiệm sấy ớt trên máy sấy bơm nhiệt đã có sẵn tại trung tâm NL & MNN. + Thiết kế mô hình máy sấy bơm nhiệt với năng suất 200kg/mẻ 5. Kết quả: - Đã khảo nghiệm máy sấy bơm nhiệt tại trung tâm NL & MNN của trường ĐHNL Tp,Hồ Chí Minh - Đã tìm ra quy trình công nghệ sấy ớt trên máy sấy bơm nhiệt. - Tính toán, thiết kế máy sấy bơm nhiệt với năng suất 200kg/mẻ dùng để sấy ớt. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Xuân _ Trần Thị Thanh Thủy - v - SUMMARY 1. Thesis title: “ RESEARCH PROCESS TECHNOLOGY DRIED PEPPERS CALCULATION, DESIGN HEAT PUMP DRYER MODEL WITH CAPACITY OF 200 KG/BATCH” 2. Duration and place: - Duration: from April 6st to June 30th, 2009 - Place: At Center for Agricultural Energy and Machinery, Nong Lam University. 3. Objectives: - Experiment of models available with The different dryings. - Calculation and design a heat pump dryers for drying chilli With capacity 200kg/ batch. 4. Main content: Project is implemented with main content follows. + Experiment of dried chilli on the heat pump dryers available in center for Agricultural Energy and Machinery, Nong Lam University. + Design model chilli dryer with heat pump capacity 200kg/ batch. 5. Results: - Have experience in dried chilli on the heat pump dryers in center for Agricultural Energy and Machinery, Nong Lam University. - Have found the process technology chilli drying on the heat pump dryers. - Calculation and design a heat pump dryers for drying peppers with capacity 200kg/ batch. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Xuân _ Trần Thị Thanh Thủy - vi - MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ............................................................................................................ iii TÓM TẮT ..................................................................................................................iv SUMMARY ................................................................................................................v MỤC LỤC..................................................................................................................vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT. .......................................................................ix DANH SÁCH CÁC HÌNH ..........................................................................................x DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................xi Chương 1 MỞ ĐẦU ...................................................................................................1 Chương 2 TỔNG QUAN ............................................................................................3 2.1. Tổng quan về ớt cay. .........................................................................................3 2.1.1. Đặc điểm, nguồn gốc và phân loại ớt cay. ..................................................3 2.1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ.....................................................................4 2.1.3. Tính chất vật lý, thành phần hóa học của ớt cay..........................................5 2.2. Sơ lược về công nghệ sấy rau quả. ...................................................................6 2.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy. ....................................................7 2.2.2. Giản đồ trắc ẩm. .........................................................................................9 2.2.3. Phân loại phương pháp sấy. ......................................................................11 2.3.4. Giới thiệu về máy sấy bơm nhiệt. .............................................................14 Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................20 3.1. Thời gian và địa điểm......................................................................................20 3.2. Nguyên liệu và trang thiết bị thí nghiêm..........................................................20 3.3. Phương pháp xác định các tính chất cơ lý của VLS. .......................................21 3.3.1. Xác định kích thước và khối lượng của VLS: ..........................................21 3.3.2. Xác định ẩm độ của VLS.........................................................................21 3.3.3. Xác đinh dung trọng của VLS. .................................................................21 3.3.4. Phương pháp xác định màu: .....................................................................21 3.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm. .......................................................................21 3.4.1. Lựa chọn chế độ sấy. ................................................................................21 3.4.3. Phương pháp tiến hành thí nghiệm. ..........................................................22 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Xuân _ Trần Thị Thanh Thủy - vii - 3.5. Phương pháp xác định các chỉ tiêu. ................................................................22 3.6. Phương pháp phân tích cảm quan. ...................................................................22 3.7. Phương pháp xử lý số liệu. ..............................................................................23 3.8. Tính toán chi phí sấy và hiệu quả kinh tế.........................................................23 Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................24 4.1. Thí nghiệm sấy ớt trên máy sấy bơm nhiệt. .....................................................24 4.1.1. Mục đích và yêu cầu: ...............................................................................24 4.1.2. Vật liệu khảo nghiệm. ..............................................................................24 4.1.3. Máy sấy dùng trong khảo nghiệm.............................................................25 4.1.4. Xác định quy trình công nghệ sấy ớt. .......................................................27 4.1.5. Chọn chế độ sấy thí nghiệm. ....................................................................29 4.1.6. Kết quả khảo nghiệm................................................................................29 4.1.7. Nhận xét kết quả khảo nghiệm. ................................................................34 4.2. Tính toán thiết kế máy sấy bơm nhiệt:.............................................................38 4.2.1. Các thông số tính toán. .............................................................................38 4.2.2. Lựa chọn mô hình thiết kế. .......................................................................39 4.2.2. Tính toán kích thước buồng sấy................................................................40 4.2.3. Xây dựng quá trình sấy lý thuyết trên đồ thị I-d........................................41 4.2.4. Xây dựng quá trình sấy thực tế trên đồ thị I-d..........................................44 4.2.5. Tính toán thiết kế máy sấy bơm nhiệt. ......................................................50 4.2.6.Tính toán dàn ngưng ( Thiết bị gia nhiệt bằng không khí ). .......................54 4.2.7. Tính toán dàn bay hơi (Thiết bị làm lạnh không khí). ...............................61 4.2.7. Thiết bị hồi nhiệt. .....................................................................................67 4.2.8. Tính chọn máy nén. ..................................................................................73 4.2.9. Tính toán trở lực và chọn quạt. .................................................................77 4.3. Ướt tính chi phí sấy và thời gian hoàn vốn. .....................................................81 4.3.1. Các thành phần chi phí. ............................................................................81 4.3.2.Tổng thu và thời gian hoàn vốn. ................................................................83 Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ......................................................................84 5.1. Kêt luận. .........................................................................................................84 5.2. Đề nghị. ..........................................................................................................85 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Xuân _ Trần Thị Thanh Thủy - viii - TÀI LIÊU THAM KHẢO .........................................................................................86 PHỤ LỤC..................................................................................................................88 Phụ lục 1. Bảng số liệu thí nghiệm sấy ớt ở 50 oC, ngày 07-08/05/2009.................88 Phụ lục 2. Bảng số liệu thí nghiệm sấy ớt ở 55 oC, ngày 12-13/05/2009.................89 Phụ lục 3. Bảng số liệu thí nghiệm sấy ớt ở 45 oC, ngày 14-15/05/2009.................90 Phụ lục 4. Bảng số liệu thí nghiệm sấy ớt ở 50 oC, ngày -19/05/2009.....................91 Phụ lục 5. Bảng số liệu thí nghiệm sấy ớt ở 55 oC, ngày 19-20/05/2009.................91 Phụ lục 6. Bảng số liệu thí nghiệm sấy ớt ở 45 oC, ngày 21-22/05/2009.................92 Phụ lục 7. Hình ảnh máy sấy dùng cho khảo nghiệm .............................................93 Phụ lục 8. Ớt sau khi ngâm muối và ớt khi chần.....................................................93 Phụ lục 9. Hình ảnh của ớt trước khi sấy ................................................................93 Phụ lục 10. Hình ảnh ớt sau khi sấy ở các chế độ sấy. ............................................94 Phụ lục 11. Các dụng cụ dùng trong khảo nghiệm..................................................94 Phụ lục 12. Các tính chát nhiệt động của R22. .......................................................96 Phục lục 13. Phiếu Cho Điểm. ............................................................................. 100 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Xuân _ Trần Thị Thanh Thủy - ix - DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT.  HTS : Hệ thống sấy.  TNS : Tác nhân sấy.  VLS : Vật liệu sấy.  VLÂ : Vật liệu ẩm.  HTL : Hệ thống lạnh.  TNL : Tác nhân lạnh  TBNT : Thiết bị ngưng tụ.  TBBH : Thiết bị bay hơi.  MN : Máy nén. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Xuân _ Trần Thị Thanh Thủy - x - DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Nội dung Trang Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ sấy rau quả .......................................................................7 Hình 2.2: Kết cấu giản đồ trắc ẩm t-d..........................................................................9 Hình 2.3. Các quá trình trên giản đồ t-d....................................................................10 Hình 2.4. Sơ đồ tổng quát phân loại MN lạnh............................................................15 Hình 2.5. Máy nén kín (trái) và máy nén nửa kín (phải) ............................................15 Hình 2.6. Dàn bay hơi làm lạnh không khí. ...............................................................16 Hình 2.7. Dàn bay hơi làm lạnh nước. .......................................................................16 Hình 2.8. Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí.................................................16 Hình 2.9. Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước. .......................................................17 Hình 2.10. Sơ đồ cấu tạo máy sấy bơm nhiệt.............................................................18 Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý máy sấy bơm nhiệt .......................................................18 Hình 4.1. Máy sấy khảo nghiệm. ...............................................................................26 Hình 4.2. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý máy sấy bơm nhiệt dùng để sấy thí nghiệm.....27 Hình 4.3. Quy trình công nghệ sấy ớt trên máy sấy thí nghiệm..................................28 Hình 4.4: Quá trình giảm ẩm của ớt theo thời gian ở 45oC ........................................31 Hình 4.5. Quá trình giảm ẩm của ớt theo thời gian ở 50oC ........................................32 Hình 4.6. Quá trình giảm ẩm của ớt theo thời gian ở 55oC ........................................33 Hình 4.7. Sơ đồ nguyên lý của TBS bơm nhiệt..........................................................40 Hình 4.8. Đồ thị I –d cho quá trình sáy lý thuyết. ......................................................42 Hình 4.9. Đồ thị I- d cho quá trình sấy thực...............................................................48 Hình 4.10. Sơ đồ nguyên lý của máy sấy bơm nhiệt. .................................................52 Hình 4.11. Chu trình hồi nhiệt ...................................................................................52 Hình 4.12. Cấu tạo dàn ngưng không khí đối lưu cưỡng bức. ....................................55 Hình 4.13. Cấu tạo dàn ngưng. ..................................................................................61 Hình 4.14. Cấu tạo dàn bay hơi. ...............................................................................62 Hình 4.16. Cấu tạo thiết bị hồi nhiệt. .........................................................................68 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Xuân _ Trần Thị Thanh Thủy - xi - DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Nội dung Trang Bảng 4.1: Kích thước, khối lượng của quả ớt sừng trâu. ............................................24 Bảng 4.2. Đo ẩm độ đầu của ớt sừng trâu. .................................................................25 Bảng 4.3. Dung trọng ớt. ...........................................................................................25 Bảng 4.4. Thông số tại các điểm nút của đồ thị..........................................................53 Bảng 4.5. Thông số trạng thái của các điểm nút trên đồ thị của máy nén. ..................74 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Xuân _ Trần Thị Thanh Thủy - 1 - Chương 1 MỞ ĐẦU Nước ta là nước nhiệt đới nên có nhiều điều kiện thuận lợi để phát triển và chế biến rau quả cũng như các loại cây nông sản, vì vậy diện tích gieo trồng và sản lượng khá cao. Tuy nhiên một số mặt hàng xuất khẩu còn bị hạn chế do chất lượng chưa đạt yêu cầu, muốn cải thiện được khuyết điểm đó thì công nghệ chế biến và bảo quản sau thu hoạch cần được áp dụng ngay. Để hiện đại hóa công nghệ sau thu hoạch rau quả trong ngành nông nghiệp Việt Nam thì chúng ta cần phải tiếp cận và áp dụng các công nghệ sấy nhằm tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao là việc làm rất cần thiết và cấp bách trong giai đoạn mở cửa hội nhập kinh tế như hiện nay. Trong các loại nông sản như cà chua, ớt, chuối, nấm…vv thì ớt cay là mặt hàng xuất khẩu tương đối có giá trị. Sấy ớt là phương pháp làm khô ớt bằng nhân tạo với nhiều ưu điểm: chủ động sản xuất, ít tốn thời gian và đảm bảo được chất lượng sản. Để đạt được những ưu điểm trên thì chúng ta phải chọn dạng máy sấy, chế độ sấy, các yếu tố ảnh hưởng đến như thế nào là tối ưu nhất? Với các loại rau, củ, quả, dược liệu… khi sấy ở nhiệt độ cao có thể phá huỷ các chất hoạt tính sinh học như hooc môn, màu, mùi vị, men, vitamin, protêin… và làm thay đổi chất lượng sản phẩm. Sấy lạnh bằng nguyên lý bơm nhiệt là một trong những phương pháp đáp ứng được những yêu cầu khắt khe về chất lượng sau khi sấy. Bởi vì tác nhân sấy có độ ẩm thấp, nhiệt độ sấy thấp, tác nhân sấy tuần hoàn gần như khép kín nên giữ được màu sắc, mùi vị và hạn chế được sự thay đổi bất lợi so với các phương pháp sấy thông thường. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Xuân _ Trần Thị Thanh Thủy - 2 - Như vậy, việc tìm tòi và phát triển rộng rãi các hệ thống hút ẩm và sấy lạnh thực phẩm, nông sản sau thu hoạch, lâm sản, dược liệu là một yêu cầu cấp bách khuyến khích phát triển nông nghiệp, chuyển đổi cơ cấu cây trồng, sản xuất các mặt hàng thay thế nhập khẩu và xuất khẩu ra thị trường thế giới, tiết kiệm năng lượng, giảm vốn đầu tư và giá thành sản phẩm. Bơm nhiệt là thiết bị nhiệt-lạnh được xem là có khả năng tiết kiệm năng lượng nhất hiện nay. Qua nhiều năm nghiên cứu và triển khai ứng dụng để hút ẩm và sấy lạnh thấy rằng bơm nhiệt có rất nhiều ưu điểm và rất có khả năng ứng dụng rộng rải trong điều kiện khí hậu nóng ẩm, phù hợp với thực tế Việt Nam, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật đáng kể. Bơm nhiệt sấy lạnh đặc biệt phù hợp với những sản phẩm cần giữ trạng thái, màu mùi, chất dinh dưỡng và không cho phép sấy ở nhiệt độ cao, tốc độ gió lớn. Đáp ứng những yêu cầu trên nên nhóm chúng tôi đã thực hiện luận văn “nghiên cứu quy trình công nghệ sấy ớt, tính toán và thiết kế máy sấy bơm nhiệt dùng để sấy ớt với năng suất 200kg/mẻ”. Mục đích của luận văn nhằm nghiên cứu qui trình công nghệ sây ớt và tính toán thiết kế máy sấy bơm nhiệt dùng cho việc sấy ớt với năng suất 200kg/mẻ Cụ thể luận văn sẽ giải quyết các vấn đề sau: + Khảo nghiệm sấy ớt trên máy sấy bơm nhiệt sẵn có ở Trung Tâm NL & MNN với nhiều chế độ sấy khác nhau, từ đó xác định được các thông số làm việc thích hợp của quá trình sấy và thiết bị. + Tính toán thiết kế máy sấy bơm nhiệt dùng sấy ớt với năng suất 200kg/mẻ dựa trên cơ sở các thông số cơ bản rút ra từ kết quả khảo nghiệm. + Đề tài thực hiện với sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Văn Xuân và KS. Trần Thị Thanh Thủy, bắt đầu từ ngày 06/04/09 đến 30/06/09 tai Trung Tâm NL & MNN. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Xuân _ Trần Thị Thanh Thủy - 3 - Chương 2 TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan về ớt cay. 2.1.1. Đặc điểm, nguồn gốc và phân loại ớt cay. - Ớt cay có tên khoa học là capsicum annum L họ