THIẾT kế THIẾT bị sấy TRONG dây CHUYỀN sản XUẤT CHÈ

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHÈ

Ngành sản xuất chè ở Việt Nam

Việt Nam đứng thứ 7 thế giới về sản xuất chè và thứ 5 về xuất khẩu chè, với diện tích trồng chè lên tới 130.000 ha Quốc gia này cũng sở hữu hơn 500 cơ sở chế biến chè, có công suất đạt trên 500.000 tấn chè khô mỗi năm.

Cây chè là một trong những cây trồng mang lại hiệu quả kinh tế cao, góp phần xóa đói giảm nghèo và làm giàu cho các địa phương Hiện nay, Việt Nam có khoảng 130.000 ha diện tích trồng chè, với hơn 500 cơ sở sản xuất chế biến có công suất đạt trên 500.000 tấn chè khô mỗi năm.

Cây chè được xem là cây trồng mang lại hiệu quả kinh tế cao, góp phần xóa đói giảm nghèo và làm giàu cho địa phương Trên toàn quốc, diện tích trồng chè đạt 130.000 ha với hơn 500 cơ sở sản xuất chế biến, tổng công suất vượt 500.000 tấn chè khô mỗi năm Nhiều vùng chè nổi tiếng với năng suất cao và chất lượng tốt như Tân Cương (Thái Nguyên), Mộc Châu (Sơn La) và Bảo Lộc (Lâm Đồng) Sản phẩm chè ngày càng đa dạng, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong và ngoài nước với các loại như chè sao lăn, chè Ô Long, chè Hương và chè Thảo Dược.

Ngành chè không chỉ thúc đẩy nền nông nghiệp mà còn tạo ra công ăn việc làm cho nông dân, giúp họ tăng thu nhập và nâng cao mức sống, góp phần xóa đói giảm nghèo ở các vùng nông thôn Việc trồng chè đã nâng cao hiệu quả sử dụng đất đai tại các vùng miền núi trung du, hỗ trợ người dân tộc chuyển từ du canh du cư sang định canh định cư Tốc độ phát triển của ngành chè mang lại những lợi ích kinh tế - xã hội, giảm bớt khoảng cách giữa khu vực thành thị và miền núi.

Các dạng sản phẩm chè

- Chè búp tươi: có vị đắng chát, mùi hăng.

- Chè xanh sản phẩm: nước pha màu xanh trong, vị chát đậm, mùi thơm (chè xanh Thái Nguyên, chè Tùng hạc, chè Thanh Long, chè Tân cương…)

- Chè đen sản phẩm: Nước pha màu đỏ nâu trong, vị chát dịu, mùi thơm.

- Các yếu tố tạo nên sự khác nhau giữa các loại chè là:

+ Nguyên liệu: Mỗi loại chè được làm từ các giống chè khác nhau.

Quá trình sản xuất chè có sự chuyển hóa đặc biệt của các chất hóa học trong lá chè, tạo nên sự khác biệt giữa các loại chè.

+ Công nghệ sản xuất: tùy vào từng loại chè ta áp dụng các công nghệ khác nhau.

Khái quát dây chuyền sản xuất chè

Hình 1.1 Sơ đồ dây chuyền sản xuất chè

Nguyên liệu sản xuất chè bao gồm búp chè 1 tôm và hai hoặc ba lá non, ảnh hưởng lớn đến quá trình chế biến và chất lượng sản phẩm Nghiên cứu cho thấy một số tính chất của lá chè có liên quan trực tiếp đến chất lượng của chè thành phẩm.

Độ to nhỏ và nặng nhẹ của nguyên liệu chè ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm Búp chè nhỏ, hái từ cùng một cây, thường có chất lượng tốt hơn so với búp chè to, vì búp to thường đã trưởng thành và có xu hướng chuyển thành búp chè già, với thành phần hóa học kém hơn Ngoài ra, trong cùng một búp chè, tôm nhẹ hơn lá, và lá thứ nhất nhẹ hơn lá thứ hai, cho thấy rằng búp chè nhẹ hơn sẽ có chất lượng cao hơn Do đó, để đảm bảo chất lượng, nên chọn búp chè càng nhẹ càng tốt.

Màu sắc của lá chè tươi chịu ảnh hưởng lớn từ giống chè, địa điểm trồng và điều kiện chăm sóc Thông thường, màu sắc lá chè phản ánh chất lượng chè thành phẩm; lá chè xanh thẫm thường có hàm lượng tanin thấp, trong khi hàm lượng clorofin và protein lại cao Ngược lại, lá chè có màu xanh nhạt hoặc vàng nhạt, mỏng thường chứa hàm lượng clorofin thấp và hàm lượng tanin cao.

Độ dày của búp và độ mỏng của lá chè ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của chè Chè có búp dài và lá mỏng thường có chất lượng tốt hơn, dẫn đến sản phẩm chè thành phẩm có chất lượng cao hơn khi chế biến.

1.3.2 Thu hái vận chuyển và bảo quản

Chè nguyên liệu được thu hái ở dạng 1 tôm hai hoặc ba lá, và điều kiện thu hái có ảnh hưởng lớn tới chất lượng chè thành phẩm Chè đạt chất lượng tốt nhất khi được thu hái vào buổi sáng, tuy nhiên, nếu hái quá sớm khi còn nhiều sương, sẽ ảnh hưởng xấu đến chất lượng nguyên liệu Sau khi thu hái, nguyên liệu chè sẽ được phân loại để đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng.

Bảng 1.1 Chi tiết phân loại chè nguyên liệu

Phân loại % Lá non % Lá bánh tẻ % Lá già

Nguyên liệu chè sau khi thu hái tiếp tục diễn ra quá trình hô hấp, sinh ra nhiệt độ và cần được vận chuyển và bảo quản trong điều kiện thoáng mát để tránh tự bốc nóng Việc bốc dỡ lá chè phải nhẹ nhàng để tránh làm giập nát, vì điều này sẽ làm tăng cường quá trình hô hấp và oxy hóa, giảm hàm lượng đường và tannin, ảnh hưởng đến chất lượng chè Để bảo đảm chất lượng, kho bảo quản cần sạch sẽ, thoáng mát, có mái che và thời gian bảo quản không nên kéo dài.

1.3.3 Làm héo lá chè a) Mục đích của quá trình làm héo

- Làm giảm 1 phần độ ẩm lá chè tử 75%-78% xuống 63%-65% lá chè có độ bền cao nhất.

- Làm thay đổi tính chất vật lý và hóa học của lá:

+ Tạo cho búp chè mềm dẻo, độ bền cơ học

+ Tăng cường hoạt tính của men oxi hóa khử

+ Mất mùi hăng ngái của chè tươi

+ Tạo ra một tiền chất ban đầu cho chè đen như hương, vị và màu.

- Những biến đổi khi làm héo lá chè:

 Làm lá chè mềm dẻ, độ bền cơ học cao

 Màu sắc và khối lượng chè thay đổi

 Diện tích lá chè tươi thay đổi.

Bảng 1.2 Chi tiết diện tích chè sau khi làm héo

Thời gian héo Diện tích của lá chè sau khi làm héo

 Tổng lượng tanin giảm 1-2% so ban đầu, nhưng có sự biến đổi sâu sắc về chất

 Nhóm Polyhydroxyphenols-Catechin có vị đắng chát giảm mạnh từ 2-3 lần

 Nhóm tanin riêng có vị chát dịu tăng lên 2-3 lần

 Do nhiệt độ héo tăng làm hàm lượng tanin thay đổi.

Bảng 1.3 Chi tiết sự biến đổi hóa học

Mẫu phân tích Tổng lượng tannin hòa tan Catechin Tanin riêng

Biến đổi hoạt tính của men :

 Hoạt tính men oxi hóa khử tăng

 Men β glucozidaza hoạt tính tăng từ 200-300%

 Men invertase hoạt tính tăng 50-70%

 Men peroxidase,hoạt tính tăng 12%

 Men polyphenol oxidase tăng 100%. b) Kiểm tra giai đoạn héo

- Kiểm tra nguyên liệu: Kiểm tra chất lượng và tình trạng nguyên liệu.

- Kiểm tra chất lượng chè héo:

+ Kiểm tra cảm quan: Màu, độ mềm, dẻo đồng đều, mùi

+ Kiểm tra hàm ẩm của chè sau héo

+ Kiểm tra tỉ lệ héo đúng mức (đảm bảo đạt trên 80%).

- Những yếu tố ảnh hưởng khi làm héo:

+ Nhiệt độ tác nhân héo:

Nhiệt độ không khí tự nhiên có thể lên tới 35◦C, dẫn đến tốc độ bay hơi chậm và kéo dài thời gian xảy ra quá trình, thường là 12 giờ Độ ẩm không khí thấp cũng tạo điều kiện thuận lợi cho hiện tượng héo.

Nhiệt độ không khí do con người tạo ra từ 38-42◦C Nếu cao ảnh hưởng chất lượng chè.

Tốc độ của không khí ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình héo của chè Khi tốc độ không khí mạnh, quá trình héo sẽ kết thúc sớm, dẫn đến việc biến đổi hóa chưa hoàn tất và lớp chè trên bề mặt sẽ khô Ngược lại, nếu tốc độ không khí yếu, thời gian héo sẽ kéo dài hơn.

 Phụ thuộc nguyên liệu, phương pháp làm héo…

 Thời gian làm héo chè có thể từ 8-12h tùy thuộc vào phương pháp. c) Phương pháp làm héo

+ Chè non, nhiều nước làm héo nặng

+ Chè giả, ít nước làm héo nhẹ

+ Phải làm héo riêng từng loại chè.

+ Làm héo tự nhiên: Lợi dụng nhiệt độ, độ ẩm và lưu thông không khí tự nhiên để làm héo

+ Các thông số khí héo tự nhiên:

 Độ ẩm tương đối của không khí 60-70%

 Thời gian héo phụ thuộc vào khí hậu(10-16h)

 Thường xuyên đảo chè 2-3h đảo rũ 1 lần

 Chè héo tự nhiên có chất lượng tốt Nhưng tốn diện tích, nhân công, thời gian kéo dài.

+ Làm héo nhân tạo: Dùng không khí được điều chỉnh trước để làm héo. Thường dùng máy héo và máng héo.

 Ưu điểm: Chè héo có chất lượng tốt, đồng đều, chủ động điều chỉnh thời gian héo.

 Nhược điểm: Tốn nhiều diện tích, nhân công và thu chè nguyên liệu.

Hình 1.2 Làm héo bằng máy

Máy héo chè là một hòm kim loại kín, bên trong có đặt từng băng chuyền phẳng chuyển động theo phương ngang.

Khi vận hành máy héo, cần khởi động máy trước để điều chỉnh tốc độ băng chuyền và nhiệt độ của hỗn hợp không khí nóng phù hợp với từng loại nguyên liệu.

Bảng 1.4 Chi tiết phân loại chè nguyên liệu

Nguyên liệu Tốc độ máy Nhiệt độ(◦C) Thời gian(giờ) Chè loại A,B

+ Kết hợp giữa làm héo tự nhiên và nhân tạo.

 Định kì thổi không khí nóng hoặc mát bằng quạt gió.

 Không thổi không khí quá ẩm vào khối chè.

 Tốc độ gió không vượt quá 2-3m/s.

 Nhiệt độ không khí nhỏ hơn 38◦C.

 Yêu cầu độ thủy phần chè sau khi héo là:

1.3.4Vò chè và sàng chè a) Mục đích của vò chè

Quá trình làm dập các tổ chức tế bào của lá chè giúp các thành phần trong lá chè thoát ra bề mặt, tạo điều kiện cho dịch chè tiếp xúc với không khí Điều này thúc đẩy sự oxi hóa dưới tác dụng của men, từ đó kích thích quá trình lên men và hình thành hương vị, màu nước pha độc đáo của chè đen thành phẩm.

Tạo hình vật lý cho cánh chè giúp lá chè cuộn lại theo cọng, tạo nên những cánh chè xoắn chặt và gọn gàng, từ đó giảm thể tích, thuận lợi cho việc đóng gói, bảo quản và vận chuyển Mục đích của sàng chè là đảm bảo chất lượng sản phẩm, loại bỏ tạp chất và nâng cao giá trị thương phẩm.

Trong quá trình vò chè, dịch trong lá chè làm các lá dính lại với nhau thành từng cục, gây khó khăn cho quá trình lên men Nếu không sàng để phân loại, các lá chè trong cục sẽ không tiếp xúc với không khí, giữ lại những tính chất không mong muốn như mùi hăng xanh và vị chát đắng Việc sàng chè cũng giúp đảm bảo độ nát của khối chè trở nên đồng đều.

Trong quá trình vò chè, ma sát giữa các lá chè và thành, đáy của máy vò, cùng với tác dụng lên men, làm tăng nhiệt độ của khối chè Nếu không thực hiện sàng tơi để làm nguội trong quá trình vò, chất lượng chè sẽ bị giảm sút.

Thời gian vò và lên men chè héo phụ thuộc vào độ non và già của lá chè Nếu không phân loại riêng lá chè vò non và già, sẽ dẫn đến tình trạng chè héo (lá non) bị vò hoặc lên men quá mức, ảnh hưởng đến chất lượng của chè héo (lá già).

Nếu không qua sàng chè thì vò có ngoại hình rất xấu: lẫn nhiều cục tròn, nhỏ, to và những cánh chè cong queo….

Phương pháp vò chè: vò chè thủ công và vò chè cơ giới.

1.3.5Lên men a) Mục đích lên men

Sự biến đổi sinh hóa, chủ yếu là quá trình oxi hóa tanin chè dưới tác dụng của men, tạo ra chè đen với hương vị và sắc nước pha đặc biệt.

TỔNG QUAN THIẾT BỊ SẤY

Cơ sở khoa học của phương pháp sây

Sấy là quá trình sử dụng nhiệt để loại bỏ nước khỏi nguyên liệu, thông qua hai phương pháp chính là bốc hơi và thăng hoa Cần phân biệt giữa sấy và cô đặc, vì trong sấy, nguyên liệu thường ở dạng rắn, mặc dù cũng có thể là dạng lỏng hoặc huyền phù Kết quả cuối cùng của quá trình sấy luôn là sản phẩm ở dạng rắn hoặc bột.

Có nhiều phương pháp sấy khác nhau, được thực hiện dựa trên các nguyên tắc riêng biệt Các phương pháp này có thể được phân loại thành nhiều nhóm khác nhau.

Sấy đối lưu là phương pháp sử dụng không khí nóng để làm khô nguyên liệu, trong đó mẫu nguyên liệu tiếp xúc trực tiếp với không khí nóng trong buồng sấy, giúp bốc hơi một phần ẩm Quá trình sấy diễn ra theo nguyên tắc đối lưu, với động lực chính là sự chuyển động của không khí nóng.

Sự chênh lệch áp suất hơi giữa bề mặt nguyên liệu và tác nhân sấy giúp các phân tử nước ở bề mặt nguyên liệu dễ dàng bốc hơi.

+ Sự chênh lệch ẩm tại tâm và bề mặt nguyên liệu, nhờ đó mà ẩm tại tâm nguyên liệu sẽ khuếch tán ra vùng bề mặt

Sấy tiếp xúc là phương pháp sấy trong đó mẫu nguyên liệu được đặt lên bề mặt nóng, giúp tăng nhiệt độ và làm bay hơi ẩm trong nguyên liệu Phương pháp này hoạt động dựa trên nguyên tắc dẫn nhiệt, cho phép nhiệt độ của nguyên liệu gia tăng hiệu quả.

Sấy bức xạ là phương pháp sử dụng nguồn nhiệt bức xạ, chủ yếu là tia hồng ngoại, để cung cấp năng lượng cho nguyên liệu cần sấy Nguyên liệu hấp thu năng lượng từ tia hồng ngoại, dẫn đến tăng nhiệt độ Trong quá trình này, xảy ra hiện tượng gradient nhiệt lớn, với nhiệt độ bề mặt cao hơn từ 20-50°C so với tâm mẫu, gây khó khăn cho sự khuếch tán ẩm ra ngoài Để cải thiện tình trạng này và đảm bảo chất lượng sản phẩm, quá trình sấy bức xạ cần được điều khiển theo chế độ luân phiên.

Trong giai đoạn bức xạ nguyên liệu, gradient nhiệt độ sẽ di chuyển từ bề mặt vào trung tâm mẫu, dẫn đến việc tăng nhiệt độ của nguyên liệu Quá trình này khiến cho phần ẩm trên bề mặt nguyên liệu nhanh chóng bốc hơi.

Trong giai đoạn thổi không khí nguội, nhiệt độ bề mặt mẫu nguyên liệu giảm, dẫn đến việc gradient nhiệt và gradient ẩm trong mẫu trở nên đồng chiều Hiện tượng này giúp tăng cường sự khuếch tán ẩm từ trung tâm ra bề mặt nguyên liệu, làm cho quá trình này diễn ra dễ dàng hơn.

Sấy bằng vi sóng và dòng điện cao tần là phương pháp hiệu quả trong quá trình chế biến thực phẩm Vi sóng, với tần số từ 300-3000MHz, làm cho các phân tử nước trong nguyên liệu chuyển động quay liên tục, tạo ra nhiệt và tăng nhiệt độ của nguyên liệu Điều này dẫn đến việc một số phân tử nước ở bề mặt nguyên liệu sẽ bốc hơi Trong khi đó, dòng điện cao tần sử dụng tần số thấp hơn (27-100MHz) nhưng nguyên tắc gia nhiệt vẫn tương tự, giúp tăng cường hiệu quả sấy.

Sấy thăng hoa là một phương pháp trong đó nguyên liệu được đông lạnh để chuyển phần ẩm thành trạng thái rắn Sau đó, áp suất chân không được tạo ra và nhiệt độ nhẹ nhàng được nâng lên để nước thăng hoa, tức là nước chuyển từ trạng thái rắn sang hơi mà không qua trạng thái lỏng.

Mục đích công nghệ và phạm vi thực hiện

Quá trình sấy là phương pháp hiệu quả để tách nước ra khỏi nguyên liệu, dẫn đến việc tăng hàm lượng các chất dinh dưỡng trong mỗi đơn vị khối lượng sản phẩm Do đó, mục đích công nghệ của quá trình sấy không chỉ là bảo quản mà còn là khai thác tối đa giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.

Quá trình sấy là một phương pháp chế biến quan trọng, giúp biến đổi nguyên liệu và tạo ra nhiều tính chất đặc trưng cho sản phẩm Mục đích chính của công nghệ sấy trong trường hợp này là nhằm nâng cao chất lượng và giá trị của sản phẩm.

Quá trình sấy giúp giảm giá trị hoạt độ nước trong nguyên liệu, từ đó ức chế sự phát triển của vi sinh vật và enzyme, kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm Bên cạnh đó, việc sử dụng nhiệt độ cao trong quá trình sấy còn có khả năng làm vô hoạt một số vi sinh vật và enzyme có trong nguyên liệu.

Quá trình sấy không chỉ làm khô sản phẩm mà còn cải thiện một số chỉ tiêu chất lượng, giúp nâng cao hương vị và cố định hình dạng sản phẩm.

Các thành phần chính trong một hệ thống sấy

Vật liệu ẩm là những chất liệu có chứa một lượng lớn chất lỏng, chủ yếu là nước Khi tiến hành sấy, quá trình bay hơi sẽ diễn ra, dẫn đến việc giảm độ ẩm của vật liệu.

Tác nhân sấy là những chất dùng để vận chuyển ẩm tách ra từ vật liệu sấy, giữ cho môi trường trong buồng sấy không bị bão hòa ẩm Trong quá trình sấy, nếu ẩm không được loại bỏ, độ ẩm tương đối sẽ tăng lên và quá trình thoát ẩm sẽ dừng lại khi áp suất hơi nước trong vật liệu và trong buồng sấy đạt sự cân bằng Do đó, cần cung cấp nhiệt để hóa hơi ẩm lỏng và đồng thời loại bỏ ẩm khỏi buồng sấy Các tác nhân sấy thường là khí như không khí, khói, và hơi quá nhiệt, nhưng cũng có thể sử dụng chất lỏng như dầu hoặc muối nóng chảy Ngoài việc vận chuyển ẩm, tác nhân sấy còn đóng vai trò gia nhiệt cho sản phẩm trong quá trình sấy.

Phân loại các thiết bị sấy

- Theo phương pháp nạp nhiệt: thiết bị sấy đối lưu hay tiếp xúc.

- Theo dạng chất tải nhiệt: thiết bị sấy dùng chất tải nhiệt là không khí, khí và hơi.

- Theo trị số áp suất trong phòng sấy: thiết bị sấy làm việc ở áp suất khí quyển hay chân không.

- Theo phương pháp tác động: thiết bị sấy làm việc tuần hoàn hay liên tục.

- Theo hướng chuyển động của vật liệu và chất tải nhiệt trong các thiết bị sấy đối lưu: cùng chiều, ngược chiều và với các dòng cắt nhau.

Trong ngành công nghiệp sấy, có nhiều loại thiết bị sấy khác nhau, bao gồm thiết bị sấy phòng, thiết bị sấy đường hầm, thiết bị sấy băng tải, thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị sấy phun, thiết bị sấy thùng quay, thiết bị sấy tiếp xúc, thiết bị sấy thăng hoa và thiết bị sấy bức xạ nhiệt Mỗi loại thiết bị này có cấu trúc và nguyên lý hoạt động riêng, phù hợp với các nhu cầu sấy khác nhau trong sản xuất.

Bảng 2.5 Một số đặc tính chủ yếu của thiêt bị sấy đối lưu thông dụng

Kiểu thiết bị sấy Cách làm việc Sản phẩm sấy Chế độ sấy và tiêu hao riêng nhiệt

Buồng sấy với tuần hoàn tự nhiên hay cưỡng bức

Các mảng gỗ nhỏ, rau quả, gạch, chất cách nhiệt…

Nhiệt độ môi chất sấy 60-250℃C Tiêu hao riêng nhiệt q`00÷10.000

Hầm sấy Liên tục Nhiều loại sản phẩm như kiểu buồng sấy

Nhiệt độ môi chất sấy 50÷130℃CTiêu hao riêng nhiệt q= 5000÷ 8000[ kJ/kg ẩm] Hầm sấy dùng băng tải (môi trường chất sấy đa số là dùng không khí)

Liên tục Trè, len, da, rau quả…

Nhiệt độ môi chất sấy 60÷170℃C Tiêu hao riêng nhiệt qP00÷7500[KJ/kg ẩm]

Hầm sấy dừng băng truyền

Liên tục, vật liệu sấy nằm trên băng hoặc treo

Các chi tiết kim loại , các hộp đựng…

Nhiệt độ môi chất sấy 120÷300℃C Tiêu hao riêng nhiệt qP00÷5500[KJ/kg ẩm]

Liên tục, vật liệu rời trong tháp

Nhiệt độ môi chất sấy 60÷100℃C Tiêu hao riêng nhiệt qP00÷6500[KJ/kg ẩm]

Thiết bị sấy thùng quay

Liên tực hay chu kì thùng quay và số vòng quay n0,5 ÷ 8 v/ph

Vật liệu dạng hạt, than, quặng, cát, ngũ cốc…

Nhiệt độ môi chất sấy

- Khi sấy ngũ cốc 60÷ 120℃C Năng suất bốc hơi ẩm AP÷150 [kg ẩm / m 3 Tiêu hao riêng nhiệt q500÷5000[KJ/kg ẩm]

Sấy khí động Liên tục

Vật liệu dạng hạt ( ẩm tự do ) các chất kết tinh…

Tốc độ khí 10÷40m/s Tiêu hao riêng nhiệt qB00÷6700[KJ/kg ẩm]

Thiết bị sấy băng tải

Thiết bị sấy băng tải bao gồm hầm hoặc buồng sấy với băng tải liên tục chuyển động Vật sấy được phân phối đều trên băng tải nhờ cơ cấu nạp liệu, và sản phẩm được lấy ra liên tục ở cuối băng tải Tác nhân sấy là không khí nóng hoặc khói lò di chuyển cắt ngang với chiều băng tải Chiều dài và tốc độ băng tải được xác định bởi thời gian sấy, trong khi chiều rộng băng tải, độ dày lớp vật sấy và tốc độ băng phụ thuộc vào năng suất máy Để đảm bảo không gây trở lực lớn và sản phẩm có độ khô đồng đều, lớp vật sấy nên có độ dày từ 50-250 mm Đối với vật sấy xốp như hạt hoặc mảnh nhỏ, nên chọn độ dày lớn hơn, trong khi với vật sấy dạng bột nhão, nên chọn độ dày nhỏ hơn.

Băng tải có cấu tạo đa dạng, bao gồm các loại băng từ hàng dệt, lưới thép, băng thép đục lỗ và khay đục lỗ hoặc không Các khay được lắp trên trục quay, với hai đầu trục kết nối với xích tải Khi khay di chuyển đến vị trí thanh thép gốc, chúng sẽ xoay và đổ vật liệu sấy xuống các khay phía dưới, đồng thời thực hiện quá trình trộn vật sấy Khay có thể xoay quanh trục giữa hoặc theo bản lề như cánh cửa.

Nguyên lý hoạt động của băng tải

Thiết bị sấy băng tải hoạt động theo nguyên lý sấy đối lưu

Hình 2.4 Nguyên lý sấy đối lưu

2.5.1Nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy băng tải một tầng

Nguyên liệu cần sấy được phân bố đều trên bề mặt lưới băng tải nhờ vào thiết bị tiếp liệu cơ khí chuyên dụng Trong quá trình sấy, gió nóng được thổi từ trên xuống dưới băng tải, giúp gia nhiệt đồng đều cho toàn bộ nguyên liệu Sự tiếp xúc với gió nóng làm tăng nhiệt nhanh chóng, giảm hàm ẩm trong nguyên liệu và nâng cao hiệu suất sấy Thiết bị này rất phù hợp cho việc sấy các nguyên liệu có hình dạng xác định.

Hình 2.5 Máy sấy băng tải 1 tầng

2.5.2Nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy băng tải nhiều tầng

Nguyên vật liệu được cấp vào phễu liệu và tự động trải đều lên băng tải lưới Inox 12-60 mắt, sau đó được chuyển vào hầm máy sấy Máy sấy bao gồm nhiều đơn nguyên tổ hợp, mỗi đơn nguyên có khả năng điều chỉnh nhiệt độ và khí thải, với hệ thống hút ẩm chuyên dụng Khí nóng sẽ xuyên qua lớp nguyên liệu trên băng tải, hoàn thành quá trình chuyển giao nhiệt và tách nước hiệu quả Băng tải di chuyển từ từ, với tốc độ có thể điều chỉnh dựa trên nhiệt độ của nguyên liệu Sản phẩm sau khi sấy khô sẽ rơi xuống bộ phận thu thành phẩm, và các đơn nguyên có thể được bố trí linh hoạt theo yêu cầu của khách hàng, với số lượng tùy chọn theo nhu cầu sử dụng.

Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo máy sấy băng tải nhiều tầng

2.5.3Một số dạng cấu tạo của máy sấy băng tải

Máy sấy một băng tải

Hình 2.7 Máy sấy một băng tải

+ Hình a là hình chiều đứng

+ Hình b là hình chiếu cạnh

1-xích tải 2-bánh xích 3-lớp vật liệu sấy

4-các khoang sấy 5-quạt tuần hoàn tác nhân sấy trong mỗi khoang 6-quạt hút khí thải 7-cửa tuần hoàn tác nhân sấy

8-cửa lấy không khí mới 9-calorife trong mỗi khoang

Máy sấy băng tải được thiết kế với nhiều vùng sấy, sử dụng băng tải lưới thép gắn trên hai xích tải, hoạt động nhờ vào hai cặp bánh xích và bộ truyền động từ động cơ Dọc theo chiều dài băng tải, buồng sấy được chia thành các khoang sấy riêng biệt, mỗi khoang được trang bị quạt và calorife riêng Điều này cho phép điều chỉnh chế độ sấy linh hoạt, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm sấy.

Máy sấy nhiều băng tải

Hình 2.8 Nguyên lý cấu tạo của máy sấy nhiều băng tải

1-calorife 2-các cửa gió 3-băng tải sản phẩm

4-bộ phận nạp liệu 5-băng tải 6-cửa thải

Vật sấy dạng rời được nạp vào băng tải nhờ bộ phận nạp liệu, có nhiệm vụ rải đều vật liệu lên bề mặt băng chuyển động Băng tải gồm các khay lật liên tiếp, được gắn vào hai xích tải ở hai đầu Khi khay gần đến bánh xích trái, thanh đỡ khay sẽ hẫng, khiến khay lật và đổ vật liệu xuống băng tải phía dưới Quá trình này tiếp tục diễn ra cho đến khi sản phẩm được đổ lên băng tải sản phẩm ở cuối.

Hình 2.9 Cấu tạo băng khay lật

1-thanh đỡ khay 2-các khay lật 3-xích tải

Băng tải khay lật như hình 2.6 chỉ làm việc một phía khay.

Hình 2.10 Băng tải khay lật kiểu bản lề

1-vật liệu sấy 2-xích tải 3-khay lật kiểu bản lề

Băng tải khay lật như hình 2.7 có khả năng làm việc ở cả hai phía của khay.

Máy sấy băng tải bằng vải

Máy sấy băng tải bằng vải là thiết bị lý tưởng cho việc sấy các loại vật liệu dạng nhão như bột ướt Thiết bị này bao gồm các thành phần chính như quạt hướng trục để đối lưu tác nhân sấy, calorife, băng tải, quạt ly tâm hút khí thải sau quá trình sấy, và dao bóc sản phẩm Sự kết hợp này giúp tối ưu hóa quy trình sấy, đảm bảo hiệu quả và chất lượng sản phẩm.

- Máy sấy băng tải treo gấp khúc

Hình 2.12 Máy sấy băng tải bằng lưới thép treo gấp khúc

1-phễu chứa 2-bộ phận nạp liệu 3-băng tải 4-trục ép

5-xích treo băng tải 6-búa đập vào băng tải để lấy sản phẩm

Máy sấy băng tải treo gấp khúc được sử dụng để sấy bột nhão dính, với băng tải làm từ lưới thép tương tự như dây xích Chiều dài băng tải bao gồm tổng chiều dài gấp khúc trong khoang sấy và chiều dài cần thiết để nạp liệu, tháo sản phẩm Quy trình hoạt động bắt đầu khi vật liệu được nạp từ phễu qua bộ phận nạp liệu, tạo thành lớp bột nhão dày 10-15 mm trên băng tải Sau khi đi qua hai trục ép, lớp bột đạt đúng chiều dày và băng tải nâng lên cao hơn cặp xích nằm ngang Xích chuyển động chậm hơn băng tải, và khoảng cách giữa các thanh treo cùng với tốc độ của chúng quyết định chiều cao của các đoạn băng bị treo, giúp rút ngắn chiều dài khoang sấy Khi vật liệu đi hết khoang sấy, nó sẽ khô và được búa liên tục đập để rơi xuống máng nghiêng, sau đó theo vít tải ra ngoài Nhiệt độ sấy được cung cấp bởi calorife và không khí nóng được đối lưu qua khoang sấy nhờ quạt ly tâm.

Phương pháp điều khiển nhiệt độ sấy

Để điều khiển nhiệt độ theo giá trị đặt, ta có thể điều khiển on/off hoặc sử dụng bộ điều khiển PID, bằng bộ xử lý khác nhau:

- Dùng bộ điều khiển PLC.

Bộ điều khiển PID là thiết bị sử dụng kỹ thuật điều khiển vòng kín, phổ biến trong các hệ thống tự động Nó hoạt động bằng cách điều chỉnh sai lệch giữa tín hiệu đầu ra và đầu vào, từ đó tạo ra tín hiệu điều khiển nhằm tối ưu hóa quá trình.

Hình 2.13 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển vòng kín

Bộ điều khiển PID là một cơ chế điều khiển hồi tiếp phổ biến trong công nghiệp nhờ vào tính dễ sử dụng của nó Thiết bị này hoạt động bằng cách điều chỉnh giá trị biến đo được so với giá trị mong muốn, thông qua việc tính toán và phát ra một "tín hiệu điều chỉnh" nhằm duy trì sai lệch ở mức tối thiểu.

Bộ điều khiển PID bao gồm ba thông số quan trọng: tỷ lệ (Kp), tích phân và vi phân Trong đó, thành phần tỷ lệ Kp giúp tăng tốc độ đáp ứng của hệ thống và giảm thiểu sai số xác lập (steady-state error) mà không thể triệt tiêu hoàn toàn.

Thành phần tích phân Ki có tác dụng triệt tiêu sai số xác lập nhưng có thể làm giảm tốc độ đáp ứng của hệ.

Thành phần vi phân Kd làm tăng độ ổn định hệ thống, giảm độ vọt

Bộ điều khiển PID bao gồm ba thông số chính: Tỷ lệ (Kp), Tích phân (Ki) và Vi phân (Kd) Trong đó, thành phần tỷ lệ (Kp) giúp tăng tốc độ phản hồi của hệ thống, đồng thời giảm thiểu sai số xác lập (steady-state error) mà không hoàn toàn loại bỏ nó.

Thành phần tích phân (Ki) có tác dụng triệt tiêu sai số xác lập nhưng có thể làm giảm tốc độ đáp ứng của hệ.

Thành phần vi phân (Kd) làm tăng độ ổn định hệ thống, giảm độ vọt lố và cải thiện tốc độ đáp ứng của hệ.

Khi thiết kế bộ PID cần phải theo các bước sau để có kết quả như mong muốn :

Tìm đáp ứng hệ hở và xác định thông số nào cần cải thiện

Thêm thành phần K P để cải thiện thời gian đáp ứng

Hình 2.14 Thành phần bộ điều khiển PID

Thêm thành phần K d để giảm độ vọt lố

Thêm thành phần K i để triệt tiêu sai số xác lập Điều chỉnh K P , K d , K i cho đến khi đáp ứng các thông số yêu cầu ban đầu

2.6.2Phương pháp xác định các thông số hàm PID

Xác định được mô hình toán học của đối tượng, phải phù hợp với đối tượng cũng như thỏa mãn yêu cầu của bài toán thiết kế.

Khi không thể xác định mô hình toán học của đối tượng, phương pháp Ziegler và Nichols cho phép tìm ra luật điều khiển và các tham số của bộ điều khiển thông qua thực nghiệm Phương pháp này xác định thông số tối ưu của bộ PID dựa trên đồ thị hàm quá độ của đối tượng hoặc các giá trị tới hạn thu được từ thực nghiệm.

Phương pháp sử dụng hàm quá độ của đối tượng, còn được gọi là phương pháp thứ nhất của Ziegler – Nichols, được áp dụng để xác định các thông số Kp.

TN, TV cho các bộ điều khiển P, PI và PID trên cơ sở đối tượng có thể mô tả xấp xỉ bởi hàm truyền đạt dạng :

T là hằng số thời gian quán tính

K là hệ số khuếch đại

T t là khoảng thời gian tín hiệu

Các tham số Tt (thời gian trễ), K (hệ số khuếch đại) và T (hằng số thời gian quán tính) của mô hình xấp xỉ có thể được xác định gần đúng thông qua đồ thị hàm quá độ h(t) của đối tượng.

Hình 2.15 Xác định tham số cho mô hình xấp xỉ bậc nhất có trễ

Để áp dụng phương pháp xấp xỉ mô hình bậc nhất có trễ, đối tượng cần phải ổn định, không có dao động và hàm quá độ phải có dạng chữ S Sau khi xác định các tham số cho mô hình xấp xỉ, chúng ta sẽ lựa chọn thông số của bộ điều khiển dựa trên bảng hướng dẫn.

Bảng 2.6 Tính toán thông số bộ điều khiển

Bộ điều khiển KP TN TV

Sử dụng các giá trị tới hạn thu được từ thực nghiệm:

Khi không thể xây dựng phương pháp mô hình cho đối tượng, phương pháp thiết kế thực nghiệm trở thành lựa chọn phù hợp Tuy nhiên, thực nghiệm chỉ khả thi khi hệ thống đáp ứng điều kiện: khi trạng thái làm việc đạt đến biên giới ổn định, tất cả giá trị tín hiệu trong hệ thống phải nằm trong giới hạn cho phép.

Phương pháp Ziegler – Nichols thứ hai là một kỹ thuật điều khiển đặc biệt, không dựa vào mô hình toán học của hệ thống điều khiển, kể cả các mô hình xấp xỉ gần đúng.

Các bước tiến hành như sau :

Để bắt đầu, sử dụng bộ điều khiển P trong hệ kín hoặc bộ PID với các thành phần Ki và Kd bằng 0 Khởi động quá trình với hệ số khuếch đại Kp thấp và từ từ tăng Kp đến giá trị tới hạn Kgh, khi đó hệ kín sẽ ở chế độ giới hạn ổn định với tín hiệu ra h(t) có dạng dao động điều hòa Cuối cùng, xác định chu kỳ tới hạn Tgh của dao động.

Xác định thông số của bộ điều khiển theo bảng sau :

Bảng 2.7 Xác định các thông số

Bộ điều khiển KP TN TV

2.6.3Ưu nhược điểm khi sử dụng bộ điều khiển PID Ưu điểm:

Chỉ số KP, KI, KD được xác định thông qua thực nghiệm và tính toán, đảm bảo độ chính xác cao cho giá trị đầu ra Cơ chế điều khiển vòng lặp giúp giảm thiểu độ vọt lố của giá trị đầu ra.

Bộ điều khiển nuôi tiến vòng hở và bộ điều khiển PID vòng kín giúp tạo ra hệ thống điều khiển hiệu quả hơn, mang lại độ nhạy, sự ổn định và độ tin cậy cao Tuy nhiên, cũng tồn tại một số nhược điểm cần lưu ý.

Một vấn đề thường gặp ở bộ PID lý tưởng là hiện tượng tích phân khởi động, khi có sự thay đổi lớn ở điểm đặt (thay đổi dương), dẫn đến khâu tích phân tích lũy sai số đáng kể trong quá trình khởi động Điều này gây ra hiện tượng vọt lố và duy trì tình trạng gia tăng sai số tích lũy một cách liên tục.

Một vấn đề quan trọng với các bộ điều khiển PID là tính tuyến tính và đối xứng của chúng, dẫn đến hiệu suất khác nhau trong các hệ phi tuyến Chẳng hạn, trong điều khiển nhiệt độ, một ứng dụng phổ biến là nung nóng chủ động thông qua bộ nung, trong khi quá trình làm lạnh lại diễn ra một cách thụ động, chỉ ngừng làm nóng mà không thực hiện làm lạnh Điều này dẫn đến việc quá độ chỉ có thể loại trừ một cách chậm chạp, không thể thực hiện một cách cưỡng bức.

- Một vấn đề với khâu vi phân là một lượng nhỏ đại lượng đo lường hoặc xử lý nhiễu có thể gây ra các thay đổi lớn ở đầu ra.

THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY CHÈ

Nguyên lí hoạt động của mô hình

Khi nhấn nút khởi động và chọn chế độ tự động, hai cửa sẽ đóng lại và quạt bắt đầu hoạt động sau 30 giây Hệ thống điều khiển gia nhiệt sẽ hoạt động cho đến khi đạt được nhiệt độ mong muốn nhờ vào cảm biến nhiệt độ Cảm biến đầu vào sẽ kích hoạt băng tải cấp nguyên liệu, trong khi hệ thống sấy chè cũng hoạt động đồng thời với xilanh cửa vào sản phẩm Sau khoảng 25 phút, xilanh 2 sẽ mở cửa để đưa sản phẩm ra ngoài, và khi cảm biến báo cạn, xilanh 2 sẽ đóng cửa lại Sau khi lấy sản phẩm, thanh gia nhiệt sẽ tắt, nhưng quạt vẫn hoạt động trong 10 phút nữa để đảm bảo nhiệt độ nguội.

Sơ đồ khối điều khiển quy trình sấy chè

Hình 3.17 Sơ đồ khối quy trình điều khiển sấy chè

Nguồn điện xoay chiều 3 pha cung cấp năng lượng cho hệ thống sấy, đồng thời cấp nguồn cho các động cơ Nguồn xoay chiều 3 pha được hạ áp và chuyển đổi thành điện 1 chiều 24V thông qua chỉnh lưu cầu để cấp cho bộ điều khiển và bảng điều khiển Điều khiển điện trở gia nhiệt được thực hiện bởi contactor sử dụng bộ SCR Quạt thổi có nhiệm vụ thổi khí nóng từ thanh gia nhiệt vào hầm sấy.

Bộ điều khiển sử dụng PLC S7-1500 để điều chỉnh biến tần theo điện áp mong muốn Bộ điều khiển nhận tín hiệu từ các bảng điều khiển trong quá trình sấy và các cảm biến phản hồi Sau đó, nó thực hiện chương trình điều khiển và xuất tín hiệu đến đầu ra.

Thanh gia nhiệt: Dây nhiệt điện trở(dây mayso)chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng cung cấp nhiệt độ cho hầm sấy.

Cảm biến: Cảm biến PT100 để đọc nhiệt độ của thanh gia nhiệt phản hồi về bộ điều khiển để bộ điều khiển quá trình.

Cảm biến hồng ngoại : phát hiện vật cho việc đóng mở cửa tự động.

Contactor: Thiết bị điều khiển vận hành các động cơ và đóng ngắt nguồn cung cấp cho các thiết bị.

Bảng điều khiển: có nút nhấn dừng khẩn cấp ,đồng hồ nhiệt.

Tính toán các thiết bị

Các thông số ban đầu:

- Độ ẩm vật liệu ướt vào: W 1 = 60%

- Độ ẩm vật liệu khô vào: W' 1 1 1

- Độ ẩm vật liệu ướt ra: W 2 = 5%.

- Độ ẩm vật liệu khô ra: W' 2 2 2

Trong quá trình sấy, không khí nóng di chuyển ngược chiều với băng tải để tối ưu hóa hiệu quả Vận tốc của không khí được duy trì khoảng 0,5 m/s, trong khi băng tải di chuyển với tốc độ từ 0,3 đến 0,6 m/phút.

Chọn kích thước của băng tải:

Gọi: Br: chiều rộng của lớp băng tải (m) h: chiều dày lớp chè (m), chọn h = 0,05m ω: vận tốc của băng tải (m/p), chọn ω= 0,3m/p ρ: khối lượng riêng của chè ( kg/m3), ρ = 320 kg/m3

Ta có : Năng suất của quá trình sấy: G 1 = B r

Chiều rộng thực tế của băng tải: r tt

Với η: hệ số hiệu chỉnh Chọn η=0,9

B   m Gọi L b : chiều dài băng tải (m) l s : chiều dài phụ thêm, chọn l s =1,2m

Mà g= B h tt  (kg/m): dung lượng tính theo 1m chiều dài băng tải

Chọn 3 băng tải, mỗi băng tải có chiều dài l b =5,6m, đường kính băng tải: d=0,3m

Băng tải làm bằng thép không gỉ, có ρy00 kg/m^3, bề dày δ=1mm

Tính con lăn đỡ băng

Khoảng cách giữa hai con lăn ở nhánh có tải: l t =A-0,625B

Trong đó: B: chiều rộng băng tải, B = 0,4m

A phụ thuộc vào khối lượng riêng của vật liệu.

Ta có: ρ20