i
MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC HÌNH iii
LỜI CẢM ƠN vi
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP SẤY
BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 2
1.1. Tổng quan về nguyên liệu cá 2
1.1.1. Cá cơm săn (Stolephorus tri): 2
1.1.2. Cá cơm thường (Stolephorus commersonii) 3
1.1.3. Cá cơm trổng 5
1.1.4. Sơ chế nguyên liệu trước khi sấy 7
1.2. Phương pháp sấy bằng năng lượng mặt trời 7
1.2.1.Khái niệm quá trình sấy 7
1.2.2. Đặc điểm quá trình sấy. 8
1.2.3. Sự khuếch tán của nước trong nguyên liệu. 9
1.2.4. Sấy năng lượng mặt trời 11
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY 16
2.1. Nhiệm vụ và phương án thiết kế 16
2.1.1. Nhiệm vụ thiết kế 16
2.1.2. Chọn phương án thiết kế 16
2.2. Chọn tác nhân sấy, sơ đồ hệ thống sấy 16
2.3. Tính toán nhiệt cho hệ thống sấy và chọn thiết bị 17
2.3.1. Tính toán nhiệt cho hệ thống sấy 17
2.3.1.1. Chọn chế độ sấy 17
2.3.1.2. Tính toán khối lượng vật liệu vào và ra khỏi thiết bị sấy 17
2.3.1.3. Tính lượng ẩm cần bốc hơi 17
2.3.1.4. Xây dựng quá trình sấy lý thuyết 18
4.2. So sánh sơ bộ giá thành sản xuất 51
KẾT LUẬN 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO 54
iii
DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1: Sơ đồ thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời trực tiếp. 13
Hình 1.2: Thiết bị sấy dùng năng lượng mặt trời gián tiếp. 14
Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống sấy 16
Hình 2.2: Biểu diễn quá trình sấy trên đồ thị I -d 18
Hình 2.3: Sơ đồ mặt bằng hệ thống sây 23
Hình 2.4: Cấu tạo bộ nung không khí có kênh dẫn: 28
Hình 2.5: Mặt cắt collector nung nóng không khí 31
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy điện trở 39
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy kết hợp 40
Hình 2.8: Sơ đồ chu trình quá lạnh và quá nhiệt 41
Hình 2.9 : Quá trình trao đổi nhiệt ở dàn ngưng 43
Hình 2.10 : Kích thước dàn ngưng 44
Hình 2.11: Quá trình trao đổi nhiệt ở dàn bay hơi 45
Hình 2.12 : Kích thước dàn lạnh 46
Hình 3.1: Mạch điện động lực 47
Hình 3.2: Trang bị điện điều khiển hệ thống 47
iv
1LỜI NÓI ĐẦU
Biến đổi khí hậu đang diễn biến rất phức tạp, nhiệt độ trái đất sắp chạm
đến ngưỡng có thể xảy ra những biến đổi to lớn và không thể đảo ngược khiếm
việc sử dụng năng lượng tái tạo ngày càng trở nên bức thiết.Với sự phát triển
vượt bậc của khoa học kĩ thuật hiện đại, con người đã có thể khai thác nguồn
năng lượng sach như gió, mặt trời, địa nhiệt, thủy triều và sinh khối.
Trong những năm gần đây năng lượng mặt trời dần khẳng định là một
nguồn năng lượng tái tạo lý tưởng, sạch, vô tận và hoàn toàn miễn phí.Việt Nam
với lợi thế là một trong những nước nằm trong dải phân bố ánh mặt trời nhiều
nhất trong năm trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới nên nước ta có thể khai
thác nguồn năng lượng này để dần thay thế các nguồn năng lượng truyền thống
khác. Với bờ biển dài hơn 3000 km Việt Nam có tiềm năng lớn về thủy sản,
trong đó mặt hàng khô cũng chiếm tỉ trọng tương đối lớn. Yêu cầu đặt ra ở đây là
thiết kế hệ thống sấy, sử dụng năng lượng mặt trời với mục đích tiết kiệm nhiên
liệu mà vẫn đảm bảo chất lượng các sản phẩm.
Định, cá cơm đỏ-Stolephorus zollingeri Bleeker và cá cơm săn-Stlephorus tri
bleeker ở Nha Trang. Ở Việt Nam giống cá cơm có khoảng 140 loài, các loài
thường gặp :
1.1.1. Cá cơm săn (Stolephorus tri):
- Bộ
Cá Trích (tên Việt Nam)
Clupeiformes (tên khoa học)
- Họ
Cá Trổng (tên Việt Nam)
Engraulidae (tên khoa học)
- Loài
Cá cơm săn(tên Việt Nam)
Stolephorus tri(tên khoa học)
Spined anchovy (tên tiếng anh)
- Môi trường sống
Ở các vùng ven biển và các cửa sông.
3- Đặc điểm sinh học
Cá cơm thường thường kết thành đàn lớn, ở trên các tầng giữa và trên bề
mặt, thích ánh sáng đèn. Thức ăn chủ yếu là tảo silic và chân mái chèo
Copepoda. Hằng năm cá thường đẻ vào tháng 2 đến tháng 6 ở gần ven biển và
cửa sông.
- Đặc điểm hình thái
Cá cơm thường có thân hình dài thon, hơi dẹp bên, màu trắng đục,dọc hai
bên đều có dọc trắng bạc. Chúng có xương hàm trên dài, mút sau vượt quá rìa
sau của xương nắp mang trước, ở phía sau đỉnh trán rộng, rìa bên cong lồi ra,
giữa mút cuối xương hàm trên và rìa sau của xương nắp mang trước phẳng hơn,
bên ngoài lồi lên. Đầu tương đối to, trên đầu có hai chấm màu xanh lục, mõm
sông,vụng,vịnh nước lợ.
Đặc điểm sinh học
Cá cơm thường thường kết thành đàn lớn, ở trên các tầng giữa và trên bề
mặt, thích ánh sáng đèn. Thức ăn chủ yếu à tảo silic và chân mái chèo
Copepoda. Hằng năm cá thường đẻ vào tháng 2 đến tháng 6 ở gần ven biển và
cửa sông.
Đặc điểm hình thái
Cá cơm thường có thân hình dài thon, hơi dẹp bên, màu trắng đục,dọc hai
bên đều có dọc trắng bạc. Chúng có xương hàm trên dài, mút sau vượt quá rìa
sau của xương nắp mang trước, ở phía sau đỉnh trán rộng, rìa bên cong lồi ra,
giữa mút cuối xương hàm trên và rìa sau của xương nắp mang trước phẳng hơn,
bên ngoài lồi lên. Đầu tương đối to, trên đầu có hai chấm màu xanh lục, mõm
nhọn, mắt to, không có màng mắt, miệng rộng hơi xiên răng rất nhỏ. Có một vây
lưng tương đối to,vây ngực to vừa ở thấp, vây bụng nhỏ, vây hậu môn tách biệt
với vây đuôi rộng dạng đuôi én, khởi điểm ở dưới gốc vây lưng. Các tia phần
trên vây ngực không kéo dài thành sợi, cơ trên phần má kéo dài về phía trước
che lấp xương gốc nắp mang. Ở gốc vây lưng và vây hậu môn đều có một số
chấm nhỏ.
Cá cơm thường có chiều dài thân gấp 4,4-5,2 lần chiều cao thân, gấp 4,2-
4,5 lần chiều dài đầu, chiều dài đầu gấp 4-6 lần chiều dài mõm. Kích thước thông
thường của cá cơm thường là 50-70 mm, lớn nhất là 100 mm.
Đặc điểm phân bố
Trên Thế Giới cá cơm thường chủ yếu ở các ước nhiệt đới như:
Indonesia,Malaysia, Thái Lan, Philippin, Trung Quốc, Nam Triều Tiên, Ấn Độ,
5các nước Đông Phi, biển Ả Rập, Vịnh Aden, Madagasca, Mauritius…
Ở Việt Nam cá cơm thường phân bố chủ yếu ở các vùng biển như: Quảng
Cá cơm trổng thường sống ở các vùng biển ven bờ và các cửa sông có độ
muối thấp.
- Đặc điểm sinh học
Cá cơm trổng thường kết thành đàn lớn, bơi lội ở các tầng giữa và trên mặt
của các vùng biển ven bờ hay cửa sông có độ muối thấp,có thể ngược dòng nước
thủy triều vào sông ở vùng nước lợ, thích ánh sáng đèn.
Cá cơm trổng có thân hình to hơn so với các loại cá cơm khác, thường đẻ
trứng vào tháng 2 đến tháng 6, thức ăn chủ yếu là thực vật nổi.
- Đặc điểm hình thái
Cá cơm trổng có thân dài hình trụ, màu trắng, hơi dẹp bên, bên thân có
dọc dài màu trắng bạc.Đầu tương đối dài, trên đầu có chấm màu xanh lục.Mõm
tù nhưng hơi lồi ra phía trước. Mắt cá to, khoảng cách mắt rộng hơi gồ lên. Cá có
một vây lưng to, vây hậu môn rộng tương đối dài, vây đuôi dài dạng đuôi én, có
màu xanh lục nhạt.
Cá cơm trổng có chiều dài thân gấp 4,9-5,3 lần chiều cao thân, gấp 4,0-4,9
lần chiều dài đầu.
- Đặc điểm phân bố
Trên Thế Giới cá cơm trổng chủ yếu ở các nước nhiệt đới như: Ấn
Độ,
Malaysia, Indonesia, Singapo, Thái Lan, Campuchia, Trung Quốc và Nhật
Bản, bờ biển Đông Phi…
Ở Việt Nam cá cơm trổng thường gặp ở vịnh Bắc Bộ, vùng bieent Trung
Bộ và vịnh Thái Lan…
- Đặc điểm khai thác
Cá cơm trổng có mùa vụ khai thác từ tháng 6 đến tháng 8.
Dụng cụ khai thác thường là các loại lưới vây, vó, xăm đáy, rùng, mành
Người ta thường khai thác cá có chiều dài từ 90 - 100 mm, kích thước dài nhất là
hưởng đến chất lượng và màu sắc của cá, tiến hành ngâm trong 15 phút sau đó
vớt ra rửa sạch trước khi đem đi luộc muối.
- Luộc muối:
Một lít nước được đun sôi có pha muối nồng độ 10% được chuẩn bị để luộc
cá, cá sau khi ngâm axit được rửa sạch tiến hành luộc muối từ lúc nước sôi 100
0
C là
3 phút, chỉnh lửa nhỏ để nước sôi vừa, không quá lửa để tránh làm cá nát, rụng đầu,
tróc mất màu trắng bạc trên thân cá.
Quá trình luộc không đảo cá tránh làm dập nát cá. Luộc muối có tác dụng
làm giảm lượng vi sinh vật có trên thân cá, làm giảm lượng ẩm của cá, thúc đẩy
nhanh quá trình sấy, tạo vị của sản phẩm và có tác dụng bảo quản.
1.2. Phương pháp sấy bằng năng lượng mặt trời
1.2.1. Khái niệm quá trình sấy.
Quá trình sấy là quá trình làm khô vật thể bằng phương pháp bay hơi. Đối
tượng của quá trình sấy là các vật ẩm, các vật thể có chứa một lượng lỏng nhất
định, chất lỏng chứa trong vật thể thường là nước. Một số ít vật ẩm khác chứa
8chất lỏng khác là dung môi hữu cơ. Qua định nghĩa ta thấy quá trình sấy yêu cầu
các tác động cơ bản đến vật ẩm là:
-
Cấp nhiệt cho vật ẩm trong vật hóa hơi.
-
Lấy hơi ẩm ra khỏi vật và thải vào môi trường.
1.2.2. Đặc điểm quá trình sấy.
Đặc điểm của quá trình sấy đối với vật thể có độ ẩm tương đối cao, nhiệt
độ sấy và tốc độ chuyển động của không khí không quá lớn xảy ra theo ba giai
đoạn đó là giai đoạn làm nóng vật, giai đoạn sấy tốc độ không đổi, giai đoạn tốc
thì giai đoạn sấy tốc độ không đổi chấm dứt. Đồng
thời cũng là chấm dứt giai đoạn thoát ẩm tự do chuyển sang giai đoạn sấy tốc độ giảm.
Giai đoạn sấy với tốc độ giảm dần.
Kết thúc giai đoạn sấy tốc độ không đổi ẩm tự do đã bay hơi hết, còn lại
trong vật là ẩm liên kết. Năng lượng để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn ẩm tự do và
càng tăng lên khi độ ẩm của vật càng nhỏ. Do vậy tốc độ bay hơi ẩm trong giai
đoạn này nhỏ hơn giai đoạn sấy tốc độ không đổi có nghĩa là tốc độ sấy trong
giai đoạn này nhỏ hơn và càng giảm đi theo thời gian sấy. Quá trình sấy càng tiếp
diễn, độ ẩm của vật càng giảm, tốc độ sấy cũng giảm cho đến khi độ ẩm của vật
giảm đến bằng độ ẩm cân bằng với điều kiện môi trường không khí ẩm trong
buồng sấy thì quá trình thoát ẩm của vật ngưng lại, có nghĩa tốc độ sấy bằng không.
1.2.3. Sự khuếch tán của nước trong nguyên liệu.
Sự khuếch tán của nước trong nguyên liệu.
Dưới sự ảnh hưởng của các nhân tố lý học như: hấp thụ nhiệt, khuếch tán,
bay hơi làm nước trong vật liệu tách ra ngoài, đây là một quá trình rất phức tạp
gọi là làm khô. Nếu quá trình cung cấp nhiệt ngừng lại mà vẫn muốn duy trì quá
trình sấy thì quá trình làm khô vật liệu phải được cung cấp một lượng nhiệt nhất
định để vật liệu có nhiệt độ cần thiết.
Nhiệt cung cấp cho vật liệu Q được đưa tới bằng ba phương thức: bức xạ,
truyền dẫn và đối lưu. Sự cân bằng nhiệt khi làm khô được biểu thị:
Q = Q
1
+ Q
2
+ Q
3
Trong đó:
Q : là nhiệt lượng cung cấp cho nguyên liệu.
Q
mặt. Qua nghiên cứu ta thấy rằng ẩm dịch chuyển từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi
có nhiệt độ thấp. Vì vậy, tùy thuộc vào phương pháp sấy và thiết bị sấy mà dòng
ẩm dịch chuyển dưới tác dụng của nồng độ ẩm và dòng ẩm dịch chuyển dưới tác
dụng của nhiệt độ có thể cùng chiều hoặc ngược chiều với nhau.
Ta có thể biểu thị tốc độ khuếch tán nội bằng phương trình sau :
Trong đó:
W: lượng nước khuếch tán, (kg).
dt: Thời gian khuếch tán, (giờ)
F: Diện tích bề mặt khuếch tán, (m
2
).
K: Hệ số khuếch tán.
: Gradien độ ẩm.
Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển cùng chiều với nhau sẽ làm thúc đẩy quá
trình thoát ẩm, rút ngắn thời gian sấy. Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển ngược chiều
nhau sẽ kìm hãm sự thoát ẩm, kéo dài thời gian sấy. dx
dc
Fk
dt
dW
=
dx
dc
11
(m/s) qua chân không bao bọc quanh trái đất đến bề mặt trái đất,
sau 8 phút đã đạt tới quỹ đạo của trái đất ở cách mặt trời 1,5.10
8
(km). Cường độ
ban đầu của nó lớn đến mức ngay ở một khoảng cách lớn như vậy giá trị của
cường độ còn tới 1353(W/m
2
). Tuy rằng trái đất chỉ nhận được một phần nhỏ,
nhưng phần năng lượng đi tới các lớp trên của khí quyển cũng đã lớn gấp hàng
chục lần nhu cầu năng lượng hiện nay của trái đất.
Do những tương tác phức tạp khác nhau trong khí quyển nên chỉ một phần
năng lượng đó tới được mặt đất. Ở những lớp trên bầu khí quyển cách trên bề
mặt trái đất khoảng 25 km ta có sự hấp thụ và sự tán xạ của bức xạ tử ngoại.
Bức xạ mặt trời khi đi qua khí quyển còn gặp một trở ngại đáng kể nữa là
các phân tử hơi nước, khí cacbonic và các hợp chất khác. Các phân tử này hấp
thụ bức xạ, mức độ của hấp thụ phụ thuộc vào bước sóng, mạnh nhất ở khoảng
12giữa của vùng hồng ngoại có bước sóng 0,76
÷
1,5
µ
m. Tất cả các dạng bức xạ
điện đều lan truyền với cùng tốc độ.
Do các tương tác với khí quyển, cường độ bức xạ ở bề mặt trái đất giảm đi
hơn 2 lần so với giá trị của nó ở những lớp trên của khí quyển.
b. Hiệu ứng nhà kính.
Theo cách hiểu thông thường, hiệu ứng nhà kính được xem như bẫy nhiệt,
nhiệt lượng có thể được cho đi vào dễ dàng nhưng khi đi ra thì bị ngăn chặn đáng
Có thể sấy lượng lớn vụ mùa với chi phí thấp.
•
Nhược điểm:
-
Kiểm soát điều kiện sấy rất kém
-
Tốc độ sấy chậm hơn so với sấy bằng thiết bị, do đó chất lượng sản
phẩm cũng kém và giao động hơn.
-
Quá trình sấy phụ thuộc vào thời tiết và thời gian trong ngày.
-
Đòi hỏi nhiều nhân công.
Sấy bằng năng lượng mặt trời sử dụng thiết bị
o
Thiết bị sấy năng lượng mặt trời trực tiếp:
Tia bức xạ mặt trời được chiếu thẳng trên bề mặt sản phẩm làm nóng vật
liệu sấy. Ngoài ra còn sử dụng hiệu ứng nhà kính làm bẫy nhiệt bao vây bên
trong làm tăng nhiệt độ không khí.
Hình 1.1
:
Sơ đồ thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời trực tiếp
.
•
Ưu điểm:
+ Thiết bị đơn giản
+ Giá thành rẻ
•
Nhược điểm:
+ Sự bức xạ của tia tử ngoại có thể gây hỏng sản phẩm sấy
•
Ưu điểm:
+ Thế sấy của quá trình sấy được tăng lên
+ Quá trình sấy nhanh hơn
+ Dải nhiệt độ sấy lớn hơn
•
Nhược điểm:
+ Tia cực tím có thể gây nguy hại cho sản phẩm
+ Thiết bị phức tạp và giá thành đắt.
Từ những ưu và nhược điểm nêu trên cho thấy việc sử dụng phương pháp
sấy sử dụng năng lượng mặt trời gián tiếp có ưu điểm hơn về mặt chất lượng sản
phẩm nên ta chọn phương pháp sấy này là tối ưu nhất.
Trong quá trình hoạt động, trời mưa thất thường hoặc phải làm việc vào
ban đêm, các hệ thống sấy trên hoàn toàn không thể đáp ứng được yêu cầu,
chính vì vậy việc kết hợp các phương pháp sấy khác vào là rất cần thiết để đảm
bảo hệ thống luôn hoạt động đáp ứng đủ yêu cầu.
172.3. Tính toán nhiệt cho hệ thống sấy và chọn thiết bị
2.3.1. Tính toán nhiệt cho hệ thống sấy
2.3.1.1. Chọn chế độ sấy
Ta chọn hệ thống sấy hầm không hồi lưu, không khí nóng đi ngược chiều
với vật liệu sấy với các thông số như sau:
Nguyên liệu sấy là cá cơm đã qua sơ chế có độ ẩm ω
1
= 72%
Sấy cá ở nhiệt độ: t
1
= 65 năng suất G
1
=400kg/mẻ trong 6h
Độ ẩn đến cuối ω
2
=20÷22%
Độ ẩm tác nhân sấy
ϕ
0
=80%
2.3.1.2. Tính toán khối lượng vật liệu vào và ra khỏi thiết bị sấy
Năng suất ban đầu của hệ thống sấy là 400kg/mẻ
Gọi G
1
, ω
1
−
−
Thay số vào ta được
G
1
=400.
2,01
72,01
−
−
=140 [kg]
Khối lượng vật liệu vào TBS là G
1
=400 kg/mẻ
Khối lượng vật liệu ra TBS là G
2
=140 kg/mẻ
2.3.1.3. Tính lượng ẩm cần bốc hơi
- Lượng ẩm cần bốc hơi trong cả quá trình sấy:
Ta có:
W=G
1
– G
2
Thay số vào ta được
W= 400 – 140 = 260 [kg/mẻ]
Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1h:
18
0
=d
1
Điểm 2: Điểm TNS sau khi ra khỏi buồng sấy, đây là quá trình đẳng
entanpy I
1
=I
2
•
Các thông số được chọn trước:
-
Nhiệt độ TNS ta chọn t
1
=65
o
C
-
Chọn sơ bộ nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi buồng sấy t
2
= 35
o
C
192. Xác định thông số tại các điểm
•
pp
p
.
.
0
0
ϕ
ϕ
−
, kg/kgk
3
(1.10,[1])
Trong đó:
ϕ
0
=80%, là độ ẩm tương đối của không khí tại điểm 0
p
b
: Áp suất hơi bão hòa
p= 1at= 0,98bar: Áp suất khí quyển
với p
b
được xác định như sau:
Theo công thức (1.8)[1]:
P
b
=exp
= 0.622.
0345,0.8,098,0
0345,0.8,0
−
=0,018 , kg/kgk
3
Tính entanpy ở điển 0:
Theo công thức:
I
0
=C
pk
.t
0
+ d
0
.(r + C
ph
.t
0
) (1.13,[1])
Copyright: Tài liệu đại học ©