KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN
Sau hơn 5 tháng nỗ lực thực hiện đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu, tính toán,
thiết kế và chế tạo hệ thống sấy đối lưu thông minh tiệt trùng bằng tia cực tím,
năng suất 12 kg nguyên liệu xoài/mẻ” đã hoàn thành. Bên cạnh những nỗ lực cố
gắng học hỏi, nghiên cứu của bản thân, chúng tôi đã nhận được nhiều sự động
viên, giúp đỡ từ phía nhà trường, thầy cô, bạn bè và gia đình.
Đầu tiên, chúng tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy giáo, cô giáo trong
khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm luôn đặt kì vọng và tâm huyết của chính
mình vào chúng tôi, vì một đất nước phát triển hơn, tiến bộ hơn.
Đặc biệt, chúng tôi xin gửi những lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo
TS. Nguyễn Tấn Dũng, ThS Lê Tấn Cường, Ks. Lê Văn Hoàng, Các thầy đã
không quản khó khăn, cực nhọc tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ chúng tôi
trong thời gian qua để có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp của mình.
Nhóm chúng tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị đi trước đã chỉ dẫn
những thiếu sót về kiến thực và kinh nghiệm thực tế để nhóm chúng tôi hoàn
thành được hệ thống thiết bị sấy đối lưu điều khiển bằng hệ thống thông minh.
Mặc dù trong thời gian qua, chúng tôi đã cố gắng để hoàn thành đồ án nhưng
khoảng thời gian và khả năng còn hạn chế. Đây cũng là lần đầu tiên chúng tôi
nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị nên không tránh khỏi
những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô để chúng tôi
hoàn thành tốt nghiên cứu này.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!
TP. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 12 năm 2019

GVHD: PGS-TS. NGUYỄN TẤN DŨNG

i



Dặt vấn đề.................................................................................................. 1

2.

Mục tiêu..................................................................................................... 2

3.

Đối tượng và giới hạn nghiên cứu............................................................. 2

4.

Nội dung đồ án .......................................................................................... 2

5.

Ý nghĩa khoa học....................................................................................... 2

6.

Ý nghĩa thực tiễn ....................................................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ......................................................................... 4

1.1 . Nguyên liệu............................................................................................ 4
1.1.1. Giới thiệu chung về xoài .....................................................................4
1.1.2. Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng .........................................9
1.1.3. Các phương pháp chế biến và bảo quản xoài ......................................9
1.1.5. Tiêu chuẩn chất lượng của xoài sấy khô ...........................................11
1.2. Cơ sở khoa học về sấy.............................................................................. 11
1.2.1. Một số khái niệm cơ bản ...................................................................11

2.5. Phương pháp tính toán và thiết kế............................................................ 56
2.6. Phương pháp chế tạo ................................................................................ 57
2.6.1. Phương pháp hàn ...............................................................................57
2.6.2. Phương pháp uốn ống .......................................................................58
2.6.3. Các phương pháp tiện và phay ..........................................................59
2.7. Phương pháp tự động điều khiển ............................................................. 60
GVHD: PGS-TS. NGUYỄN TẤN DŨNG

iv


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

2.8. Phương pháp đánh giá chất lượng máy và hiệu chỉnh các thông số của
máy bằng thực nghiệm. ................................................................................... 61
2.8.1 Phương pháp xác định hàm mục tiêu độ ẩm cuối của sản phẩm sấy .61

3.

2.8.2.

Phương pháp xác định hàm mục tiêu chi phí năng lượng.............62

2.8.3.

Phương pháp cổ điển tối ưu hóa....................................................62

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ................................. 66
3.1. Xác định các thông số tối ưu cần thiết cho tính toán, thiết kế. ................ 66
3.2. Tính toán kích thước buồng sấy ............................................................... 67

4.2. Bố trí thí nghiệm. ..................................................................................... 98
4.3. Kết quả và bàn luận .................................................................................. 98
4.4. Hiệu chỉnh thiết bị. ................................................................................. 102

GVHD: PGS-TS. NGUYỄN TẤN DŨNG

v


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................... 104
KẾT LUẬN ................................................................................................... 104
KIẾN NGHỊ .................................................................................................. 104
PHỤ LỤC .......................................................................................................... 106
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 109

GVHD: PGS-TS. NGUYỄN TẤN DŨNG

vi


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Quả xoài ........................................................................................................... 4
Hình 1.2. Cấu tạo quả xoài .............................................................................................. 5
Hình 1.3. Xoài cát Hòa Lộc ............................................................................................. 7
Hình 1.4. Xoài cát chu ..................................................................................................... 7
Hình 1.5. Xoài bưởi ......................................................................................................... 8


Hình 1.29. Sơ đồ quy trình công nghệ ........................................................................... 40
Hình 1.30. Cấu tạo quạt ly tâm điển hình ...................................................................... 43
Hình 1.31. Buồng sấy .................................................................................................... 43
Hình 1.32. Điện trở cánh tản nhiệt ................................................................................ 44
Hình 1.33. Đèn cực tím ................................................................................................. 45
Hình 1.34. Sơ đồ khối hệ thống tự động điều khiển máy sấy đối lưu. .......................... 46
Hình 1.35. Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động trong máy sấy đối lưu.......................... 47
Hình 1.36. Nguồn xung ................................................................................................. 48
Hình 1.37. Màn hình HMI kinco ................................................................................... 49
Hình 1.38. Cảm biến nhiệt độ ........................................................................................ 49
Hình 1.39. Nguyên lý hoạt đọng của biến tần ............................................................... 50
Hình 1.40. Biến tần Toshiba. ......................................................................................... 51
Hình 1.41. Circuit breaker ............................................................................................. 52
Hình 1.42. Công tắc tơ................................................................................................... 52
Hình 1.43. Rờ le trung gian ........................................................................................... 53
Hình 2.1. Sơ đồ nghiên cứu công nghệ ......................................................................... 55
Hình 2.2. Máy tiện ......................................................................................................... 59
Hình 2.3. Máy phay ....................................................................................................... 60
Hình 2.4. Đối tượng công nghệ cần nghiên cứu ............................................................ 63
Hình 3.1. Quá trình chế tạo và lắp ráp hệ thống sấy đối lưu ......................................... 91
Hình 3.2. Thiết bị hệ thống sấy đối lưu tiệt trùng bằng tia cực tím .............................. 93
Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý lắp đặt hệ thống điện cho thiết bị sấy đối lưu .................... 94
Hình 3.4. . Mạch điều khiển động lực của hệ thống sấy đối lưu DSDL - 04 ................ 94
Hình 4.1 Quan hệ giữa y1 = f (x1) và y2 = f(x1) khi x2 = 6 giờ ...................................... 99
Hình 4.2. Quan hệ giữa y1 = f(x2) và y2 = f(x2) khi x1 = 64oC .................................. 99
Hình 4.3. Quan hệ giữa y1 = f(x2) và y2 = f(x2) khi x2 = 5 giờ ...................................101
Hình 4.4. Quan hệ giữa y1 = f(x2) và y2 = f(x2) khi x1 = 64oC ................................ 101
Hình 4.5. Màn hình điều khiển hệ thống sấy đối lưu DSDL - 04 ...............................102



GVHD: PGS-TS. NGUYỄN TẤN DŨNG

ix


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC KÝ HIỆU
Ý nghĩa

Thứ nguyên

Thời gian sấy

H

P

Áp suất

bar

φ

Độ ẩm tương đối

%

t


Lượng vật liệu ẩm trước khi ra máy sấy

kg/h

Gk

Lượng vật liệu khô tuyệt đối

kg/h

Bề dày

mm

Sk

Diện tích đáy mỗi khay sấy

m2

Fng

Diện tích mặt bên ngoài buồng sấy

m2

m

Khối lượng

Q

Nhiệt lượng

kJ

q

Lượng nhiệt bốc hơi 1 kg ẩm

kJ

λ

Hệ số dẫn nhiệt

W/m.độ

l

Lượng không khí khô cần để bay hơi 1 kg ẩm

kgkkk/kg ẩm

h1, h2

Entalpy

kJ/kgkkk



TÓM TẮT KHÓA LUẬN
Đề án tốt nghiệp lần này, chúng tôi đã tập trung nghiên cứu chế tạo hệ thống
sấy đối lưu, tiệt trùng bằng tia cực tím năng suất 12 kg/mẻ và tự động điều khiển
được lập trình trên máy tính. Tham khảo các tài liệu tổng quan và phân tích tổng
hợp các công trình nghiên cứu đã được công bố, chúng tôi có được các thông số
ban đầu được sử dụng cho quá trình tính toán: độ ẩm ban đầu và độ ẩm cuối của
nguyên liệu xoài tươi lần lượt là 85,1% và 10%, nhiệt độ sấy: 65 oC, thời gian
sấy giả định: 10 giờ, thông số của không khí tại TP.HCM tmt = 30oC; φ = 74%; d
≈ 0,0202 kg/kgkkk.
Hệ thống sấy đối lưu được chế tạo bao gồm: buồng sấy dạng hình hộp chữ
nhật có kích thước 700mm x 600mm x 800mm, 12 khay sấy, vách buồng sấy là
inox SUS304 dày 1mm, ở giữa là lớp cách nhiệt bông thủy tinh dày 40 mm; bộ
phận cấp nhiệt là 4 điện trở cánh tản nhiệt, công suất mỗi điện trở là 700W; Quạt
li tâm 3 pha có công suất 1 HP, được điều khiển tốc độ bởi biến tần. Đèn cực tím
UV diệt khuẩn.
Chúng tôi tiến hành xây dựng hệ thống tự động điều khiển bằng chương trình
lập trình trên máy tính và xây quá trình công nghệ cho hệ thống sấy đối lưu. Bên
cạnh đó, thiết kế quy trình hướng dẫn quá trình vận hình thiết bị cho hệ thống sấy
đối lưu và tính toán giá thành thiết bị sấy.

GVHD: PGS-TS. NGUYỄN TẤN DŨNG

xii


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

MỞ ĐẦU
1. Dặt vấn đề



KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

thức, xoài sấy còn cung cấp chất dinh dưỡng và Vitamin cho sự phát triển của cơ thể.
Nhằm góp phần giải quyết tình trạng trên và đáp ứng nhu cầu thị trường chúng tôi
thực hiện đề tài “ Tính toán thiết kế hệ thống sấy đối lưu thông minh tiệt trùng bằng
tia cực tím để sấy xoài lát năng suất 12 Kg/mẻ”.

2. Mục tiêu
Nguyên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy đối lưu thông minh tiệt
trùng bằng tia cực tím cho nguyên liệu xoài lát năng suất 12kg/mẻ.

3. Đối tượng và giới hạn nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: hệ thống sấy đối lưu xoài lát năng suất 12 kg/mẻ.
- Phạm vi nghiên cứu:
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động.
- Tính toán cân bằng vật chất, năng lượng.
- Thiết kế hệ thống sấy theo số liệu tính toán.
- Chế tạo hệ thống sấy đối lưu.
- Sấy thử nghiệm và hiệu chỉnh các thông số.

4. Nội dung đồ án
- Tìm hiểu tổng quan về nguyên liệu xoài, công nghệ sấy và lựa chọn công nghệ sấy.
- Tìm hiểu công nghệ sấy đối lưu và thiết bị trong hệ thống sấy đối lưu thông minh.
- Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng trong quá trình sấy.
- Tính toán các thông số, kích thước cho hệ thống sấy đối lưu thông minh.
- Thiết kế và chế tạo hệ thống sấy đối lưu thông minh sấy xoài năng suất 12kg/mẻ.
- Thiết kế và lắp đặt hệ thống điều khiển tự động thông minh.
- Sấy thử nghiệm, hiệu chỉnh thông số của hệ thống.

3


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.

1.1 . Nguyên liệu
1.1.1. Giới thiệu chung về xoài
1.1.1.1. Nguồn gốc
Xoài thuộc họ đào lộn
hột Anacardiaceae có tên
khoa học là Mangifera
indica. Đây là loại quả nhiệt
đới rất thơm ngon, có hương
vị tổng hợp của đu đủ, dứa,
cam.
Theo tài liệu của FAO,
hiện có 87 quốc gia đang
canh tác cây xoài với tổng
diện tích khoảng 1,8 - 2,3
triệu hécta,
tổng sản lượng hàng năm
khoảng 15 triệu tấn; riêng
"vương quốc xoài" Ấn Độ

Hình 1.1. Quả xoài


42.000 ha đang cho trái với sản lượng ước 250.000 T. Các tỉnh đồng bằng Bắc Bộ và
Đông Bắc trồng ít do khả năng đậu quả kém, hiệu quả kinh tế không cao. Vùng trồng
xoài tập trung từ Bình Định trở vào, nhất là các vùng đồng bằng sông Cửu Long như

GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng

5


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Tiềng Giang, Đồng Tháp, Vĩnh Long;Bến Tre; huyện Cam Ranh tỉnh Khánh Hòa và
một số khu vực khác .
Xoài Việt Nam hiện có tính cạnh tranh thấp vì giống xoài ngon nhất của Việt
Nam hiện nay là Cát Hoà Lộc (xuất xứ từ huyện Cái Bè - Tiền Giang) thì sản lượng
quá ít, không đủ cung cấp cho thị trường nội địa, giá bán lẻ lại lên tới 23.00025.000đ/kg. Xoài cát Chu được người tiêu dùng Nga ưa thích nhưng vỏ quá mỏng,
không thể vận chuyển xa. Thị trường Trung Quốc hút xoài Thanh Ca, xoài Bưởi
nhưng khi Trung Quốc và Thái Lan ký hiệp định thương mại song phương thì không
còn ăn hàng Việt Nam nữa. Xoài Cát Hoà Lộc được coi là tốt nhất để làm nước ép
nhưng sản lượng không đủ qui mô công nghiệp, giá lại quá cao.
Theo đánh giá của các chuyên gia, các nước sản xuất trái cây chủ yếu có khoảng
61% sản lượng được tiêu thụ nội địa ở dạng trái tươi, còn 30% là để chế biến. Như
vậy, ở Việt Nam nếu không chế biến các sản phẩm từ trái cây là một lãng phí lớn.

Bảng 1.1. Diện tích và sản lượng xoài một số tỉnh ở nước ta
Diện tích (ha)

Sản lượng (tấn)

Khánh Hòa


1.076

24.534

Tỉnh

GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng

6


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1.1.1.5. Một số giống xoài được trồng ở Việt Nam
 Xoài Cát Hòa Lộc :
-

Hình dạng: hình trái xoan, đỉnh nhọn, sắc nét.

-

Trọng lượng: 400 – 500g/trái.

-

Màu sắc: khi chín vỏ vàng nhạt, thịt màu vàng tươi.

-


-

Hình dạng: quả hơi hơi dài, vỏ bong và dày.

-

Trọng lượng: 300 – 400g/trái

-

Màu sắc: khi chín vỏ và thịt có màu vàng xẩm.

-

Vị: ngọt nồng

Hình 1.5. Xoài bưởi
 Xoài Thanh Ca:
-

Hình dạng: hình trái xoan và nhẵn.

-

Trọng lượng: 250 – 300g/trái

-

Màu sắc: khi chín vỏ và thịt có màu vàng xẩm.


Xơ

Acid

Tro

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

Surose Protein

(%)
Xoài Cát

18,8

3,72

8,81

-

-


10,06

0,43

-

-

0,27

0,47

Xoài Tượng

12,67

-

-

0,69

0,08

0,93

-

0,83

Quả xoài có thể sử dụng dài suốt theo quá trình trưởng thành. Quả thô có thể
dùng làm các sản phẩm như tương ớt – xoài, xoài dầm dưa, các thức uống từ quả xoài
xanh hoặc chín, v.v… Xoài chín được dùng làm nước xoài, mật xoài, mứt xoài dẻo,

GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng

9


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

bánh xoài, xoài xắt lát sấy khô,… Xoài sống có thể làm bột xoài tan liền, xoài dầm
giấm, v.v…
Xoài dạt còn sống có thể làm giấm xoài, bột xoài tan liền, xoài dầm giấm. Phần
ăn được của quả xoài chín cao trên 80%, độ đường trong thịt quả trên 19%. Do đó sẽ
rất kinh tế khi chế biến xoài thành các sản phẩm tiêu dùng.
Vấn đề là chọn dạng sản phẩm chế biến nào thích hợp đối với người tiêu dùng,
dễ sử dụng, tồn trữ lâu, dạng bao bì gọn nhẹ và giá cả phù hợp. Đây là một quá trình
thử nghiệm, giới thiệu và tập xu hướng tiêu dùng. Do đó chúng ta phải khởi đầu bằng
việc giới thiệu ra thị trường, trước hết là thị trường nội địa.
 Một số sản phẩm chế biến từ xoài quả:
 Sản phẩm chế biến từ xoài xanh:
- Xoài dầm giấm : xoài được cắt thành lát mỏng, trộn với muối, đường và một ít giấm.
- Salad xoài : xoài cắt lát mỏng kết hợp với một số loại rau gia vị khá và một ít dầu
thực phẩm.
- Xoài xí muội: xoài được ngâm trong dung dịch nước muối 2 – 3 tháng, sau đó vớt ra
cắt lát nhỏ, ngâm xả bớt muối và ngâm vào dung dịch đường, bổ xung thêm acid citric.
Sản phẩm xoài xí muội có vị chua ngọt, cấu trúc dòn.
- Bột xoài sống, xoài xắt lát, thức uống từ xoài xanh,…
 Sản phẩm chế biến từ xoài chín:

nồng độ ẩm.

GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng

11


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

 Độ ẩm tuyệt đối (
Độ ẩm tuyệt đối là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng vật
khô tuyệt đối.
Ta có:

.

(1.1)

Trong đó: Gn – khối lượng ẩm chứa trong vật liệu (kg)
Gk – khối lượng vật khô tuyệt đối (kg)
Độ ẩm tuyệt đối có giá trị từ 0 % đến
tuyệt đối và vật có độ ẩm

. Vật có độ ẩm tuyệt đối 0 % là vật khô

là nước.

 Độ ẩm toàn phần (ω)
Độ ẩm toàn phần là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng của
vật ẩm G.

Ta có:
(1.6)
Trong đó: V – thể tích vật (m3)

1.2.1.2. Tác nhân sấy
Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật sấy. Các
tác nhân sấy thường là các chất khí như: không khí, khói, hơi quá nhiệt. Chất lỏng
cũng được sử dụng làm tác nhân sấy như các loại dầu, một số loại muối nóng chảy,…
 Không khí ẩm
Không khí ẩm là loại tác nhân sấy thông dụng nhất. Dùng không khí ẩm có nhiều
ưu điểm: không khí có sẵn trong tự nhiên, không độc và không làm ô nhiễm sản
phẩm.
 Khói lò
Sủ dụng khói lò làm môi chất sấy có ưu điểm là không cần dùng calorife, phạm vi
nhiệt độ rộng nhưng dùng khói lò có nhược điểm là khói có thể gây ô nhiễm sản
phẩm do bụi và các chất có hại như CO2, SO2.
 Hơi quá nhiệt
Hơi quá nhiệt dùng làm môi chất sấy trong trường hợp nhiệt độ cao và sản phẩm
sấy là chất dễ cháy, nổ.

1.2.2. Quá trình sấy
1.2.2.1. Định nghĩa quá trình sấy
Sấy là quá trình tách một phần hay phần lớn lượng ẩm có trong vật ẩm. Quá trình
sấy rất phức tạp và không ổn định, trong đó đồng thời xảy ra nhiều quá trình như quá
trình truyền nhiệt từ tác nhân sấy cho vật liệu sấy, dẫn nhiệt trong vật liệu sấy, bay
hơi của ẩm, dẫn ẩm từ trong ra bề mặt của vật sấy, truyền ẩm từ bề mặt vậy sấy vào

GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng

13