Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống sấy thăng hoa ds 12 với năng suất 10 55 kg nguyên liệu sữa chua việt quất mẻ

Những ưu điểm của khóa luận: Mục tiêu của khóa luận: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy thăng hoa DS-12 với năng suất 10,55kg nguyên liệu sữa chua việt quất/ mẻ, nhằ

Trang 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

GVHD: NGUYỄN TẤN DŨNG

S K L 0 0 8 5 0 4

NGHIÊN CỨU - TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO

HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA DS-12 VỚI NĂNG SUẤT 10,55 KG NGUYÊN LIỆU SỮA CHUA VIỆT QUẤT/MẺ

SVTH: PHAN ĐỨC LƯƠNG

NGHIÊM MINH TOÀN

Trang 2

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

CHUA VIỆT QUẤT/MẺ

Trang 3

VỚI NĂNG SUẤT 10,55 KG NGUYÊN LIỆU SỮA

CHUA VIỆT QUẤT/MẺ

NGHIÊM MINH TOÀN 18116126

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 08/2022

Trang 4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Ngành: Công nghệ Thực phẩm

1 Tên đồ án: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy thăng hoa

DS-12 năng suất 10,55kg nguyên liệu sữa chua việt quất/mẻ

2 Nhiệm vụ của đồ án:

- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết quá trình và thiết bị trong hệ thống sấy thăng hoa

- Tính toán, thiết kế các thiết bị trong hệ thống sấy thăng hoa bao gồm tính toán các thông số kích thước, các bộ phận phụ trợ và hệ thống mạch điện điều khiển

- Gia công, lắp đặt các chi tiết thiết bị, khảo sát thực nghiệm và hiệu chỉnh các thông số kỹ thuật như nhiệt độ, áp suất và thời gian sấy

- Đánh giá chất lượng máy và kiểm tra các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm sấy Đề

ra các biện pháp an toàn và đảm bảo độ bền thiết bị

3 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 15/01/2022

4 Ngày hoàn thành đồ án: 09/08/2022

5 Họ và tên người hướng dẫn: PGS TS NGUYỄN TẤN DŨNG

Phần hướng dẫn: Toàn bộ khóa luận Nội dung và yêu cầu đồ án môn học đã được thông qua bởi

Trưởng Ngành Công nghệ Thực phẩm

Tp Hồ Chí Minh, ngày 8 tháng 8 năm 2022

Trang 5

LỜI CẢM ƠN

Sau hơn 6 tháng nỗ lực thực hiện đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu, tính toán, thiết

kế và chế tạo hệ thống sấy thăng hoa năng suất 10kg nguyên liệu sữa chua/mẻ” đã

hoàn thành Ngoài sự cố gắng học hỏi, nghiên cứu của bản thân, chúng tôi đã nhận

được nhiều sự giúp đỡ, động viên từ phía nhà trường, thầy cô, bạn bè và gia đình

Đầu tiên, chúng tôi xin cảm ơn quý Thầy Cô khoa Công nghệ Hóa học và Thực

phẩm, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh đã tận tình dạy bảo, xây

dựng những kiến thức cơ bản cần thiết trong suốt 4 năm học tập tại trường, tạo tiền

đề và điều kiện thực hiện thành công đồ án tốt nghiệp này

Nhóm chúng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS TS Nguyễn Tấn Dũng,

Thầy đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình triển khai và

hoàn thành đồ án

Nhóm chúng tôi cũng không quên gửi lời cảm ơn đến các anh chị đi trước đã

chỉ bảo những thiếu sót về kiến thức và kinh nghiệm thực tế để nhóm chúng tôi có

thể hoàn thành được hệ thống thiết bị sấy thăng hoa tự động điều khiển bằng IoT

Một lần nữa, chúng tôi xin chân thành cảm ơn tất cả những người đã giúp đỡ

chúng tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Mặc dù chúng tôi đã có nhiều cố gắng để hoàn thành đồ án nhưng với thời gian,

khả năng hạn chế và đây là lần đầu tiên chúng tôi bước vào nghiên cứu, tính toán,

thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong

nhận được sự đóng góp của quý thầy cô và các bạn

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 8 tháng 8 năm 2022

Trang 6

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong khóa luận tốt nghiệp là của riêng chúng tôi Chúng tôi xin cam đoan các nội dung tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã được trích dẫn chính xác và đầy đủ theo quy định

TP Hồ Chí Minh, ngày 8 tháng 8 năm 2022

Sinh viên thực hiện

Ký tên

Trang 7

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM

Khoa Đào tạo Chất lượng cao

Bộ môn Công nghệ Thực phẩm

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHÓA 2018

(NGƯỜI HƯỚNG DẪN)

1 Tên khóa luận: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy thăng hoa

DS-12 năng suất 10,55kg nguyên liệu sữa chua việt quất/mẻ

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu, tính toán và chế tạo

Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống sấy thăng hoa DS-12

Chương 4: Bản vẽ thiết kế và chế tạo hệ thống sấy

Chương 5: Tính toán và thiết kế hệ thống điều khiển

Chương 6: Thử nghiệm, hiệu chỉnh và đánh giá chất lượng hệ thống sấy qua sản

phẩm

Chương 7: Tính kinh tế

Kết luận và kiến nghị

Hành văn: Trôi chảy

Sử dụng thuật ngữ chuyên môn: Có sử dụng

Trang 8

7 Những ưu điểm của khóa luận:

Mục tiêu của khóa luận: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy thăng hoa DS-12 với năng suất 10,55kg nguyên liệu sữa chua việt quất/ mẻ, nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng, ứng dụng vào công nghệ sản xuất

Nội dung:

- Tổng quan về tài liệu nguyên liệu và công nghệ sấy thăng hoa

- Xác lập các thông số cần thiết cho tính toán thiết kế

- Tính toán, thiết kế hệ thống tự động điều khiển của công nghệ sấy thăng hoa

- Vận hành, khảo nghiệm và xác lập chế độ công nghệ sấy thăng hoa

- Tính kinh tế về hệ thống sấy thăng hoa và sản phẩm

Phương pháp:

- Phương pháp tham khảo tài liệu, phân tích tổng hợp của quá trình sấy thăng hoa

- Phương pháp tính toán, sát lập các thông số công nghệ

- Phương pháp thực nghiệm và thực nghiệm phân tích hóa học

- Phương pháp tính toán thiết kế dựa trên kiến thức chuyên ngành, cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng

- Phương pháp chế tạo gia công cơ khí

- Có sự hỗ trợ của công cụ toán học, các phần mềm thông tin công nghệ

Kết quả và biện luận:

- Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn và triển vọng của đề tài:

- Ý nghĩa khoa học: Làm cơ sở khoa học cho việc xây dựng quy trình công nghệ, tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống sấy thăng hoa nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt Cho phép khảo nghiệm các loại nguyên liệu để xây dựng thông số công nghệ làm cơ sở khoa học để xây dựng tự động hóa quá trình sấy thăng hoa

- Ý nghĩa thực tiễn: Hệ thống sấy thăng hoa được thiết kế, chế tạo nhằm mục đích đáp ứng những nhu cầu trong thực tiễn sản xuất, thay thế hàng ngoại nhập, giảm vốn đầu tư, góp phần phát triển nền kinh tế đất nước

8 Những thiếu sót của khóa luận:

Vì lần đầu nhóm thực hiện nghiên cứu chế tạo máy nên hệ thống sấy thăng hoa nên còn một số thiết sót

Trang 9

9 Đề nghị của người hướng dẫn

Được bảo vệ  Bổ sung thêm để được bảo vệ

Không được bảo vệ Bảo vệ vào đợt khác

10 Đánh giá của người hướng dẫn:

1

Giá trị khoa học (khái niệm, phạm trù, cách tiếp

cận , có hay không có sử dụng các kỹ thuật phân

tích hiện đại)

Giá trị công nghệ (công nghệ, qui trình, sản, cách

tiếp cận …) hoặc cách thức lựa chọn và thiết kế,

phương pháp tính cân bằng vật chất

2

Khả năng chuyển giao công nghệ (chuyển giao quy

trình công nghệ, chuyển giao sử dụng thiết bị…)

3

Hình thức trình bày (đẹp, rõ ràng, tài liệu tham khảo

đầy đủ/đa dạng…)

Sử dụng các công cụ và các phương pháp phân tích

thực nghiệm, phương pháp tính toán phù hợp để thu

thập và đánh giá dữ liệu thực nghiệm

10

Các dữ kiện nghiên cứu (độ tin cậy, cách xử lý số

liệu )

Ghi chú: Xếp loại (theo điểm trung bình cuối cùng): Xuất sắc: 95-100 điểm; Tốt:

85-94 điểm; Khá: 70-84 điểm; Đạt: 50-69 điểm; Không đạt: < 50 điểm

11 Ý kiến và kiến nghị khác:

Trang 10

KHÓA 2018

( NGƯỜI PHẢN BIỆN)

1 Tên khóa luận: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy thăng hoa

DS-12 năng suất 10,55kg nguyên liệu sữa chua việt quất/mẻ

Số tài liệu tham khảo: 39; Phần mềm tính toán: Microsoft Excel 2020

Bố cục: Phù hợp với quy định của khóa luận tốt nghiệp ngành kỹ thuật trình độ đại

học, bao gồm 7 chương cùng với các phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và

phụ lục

Hành văn: văn phong khoa học, ít lỗi chính tả, ngữ pháp

Sử dụng thuật ngữ chuyên môn: luận văn có sử dụng thuật ngữ phù hợp với chuyên

môn

7 Những ưu điểm của khóa luận:

Mục tiêu của khóa luận: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy

thăng hoa DS-12 với năng suất 10,55kg nguyên liệu sữa chua việt quất/ mẻ, nhằm

tạo ra sản phẩm có chất lượng, ứng dụng vào công nghệ sản xuất

Nội dung:

Trang 11

- Luận văn có đầy đủ các nội dung cần thiết cho khóa luận tốt nghiệp, từ tổng quan tài liệu, phương pháp nghiên cứu, thiết kế, chế tạo tới kết quả tính toán và bản vẽ chế tạo

- Có nội dung nghiên cứu chế tạo máy sấy thực tế

Phương pháp:

- Phương án thiết kế được thực hiện thông qua nghiên cứu các bài giảng, các tài liệu tham khảo trong và ngoài nước về quá trình và thiết bị sấy thăng hoa, kết hợp tìm kiếm các tài liệu thiết bị thực tế

- Tính toán các thông số công nghệ theo phương pháp cân bằng vật liệu, cân bằng năng lượng

- Tính toán kết cấu dựa trên kiến thức quá trình cơ học và sức bền vật liệu

- Sử dụng công cụ toán học, các phần mềm tính toán và đồ họa thiết kế thiết bị Kết quả và biện luận:

- Kết quả tính toán các thông số quá trình công nghệ và hệ thống thiết bị sấy (chương 3) khá chi tiết và đủu độ tin cậy

- Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn và triển vọng của đề tài:

- Luận văn có thể được dùng làm tài liệu tham khảo khi tính toán thiết kế các máy sấy tương tự

- Máy sấy thăng hoa này có thể dùng sấy các thực phẩm cao cấp, đồng thời có thể dùng làm mô hình cho học tập và nghiên cứu kỹ thuật sấy thăng hoa

8 Những thiếu sót của khóa luận:

Chương 2

- Mục 2.1: Quy hoạch mặt bằng nhà xưởng có diện tích 2500m2 cho máy sấy cỡ nhỏ 10kg/mẻ là không cần thiết Đây cũng không phải là nội dung của đồ án Có nghĩa là phần viết từ trang 29-40 là thừa

- Mục 2.5: Một số nội dung mô tả các công đoạn gia công tiện, phay, bào, là không cần thiết, vì máy sấy này chủ yếu sử dụng kỹ thuật dập, gò, hàn, khoan và lắp ráp Chương 4: Các bản vẽ không rõ về kích thước và chi tiết, chưa thể hiện được ý đồ thiết kế của tác giả, chưa có bản vẽ lắp nên không thể dùng các bản vẽ này để chế tạo thiết bị được

Trang 12

Chương 6: Chỉ có một số hình ảnh mà chưa có giải thích và đánh giá cụ thể về chất lượng sản phẩm

Chương 7: Việc tính giá thành sản phẩm khá sơ sài, thiếu nhiều thông số Trang 153, lẫn lộn giữa giá thành cho một giờ sấy và cho một mẻ sấy Lợi nhuận thu được nhầm lẫn giữa doanh thu và lợi nhuận thu được

Chưa thể hiện được hệ thống sấy thăng hoa DS-12 có cải tiến gì so với các hệ thống trước đó

9 Đề nghị của người phản biện

Được bảo vệ  Bổ sung thêm để được bảo vệ

Không được bảo vệ Bảo vệ vào đợt khác

10 Câu hỏi của người phản biện (ít nhất 02 câu hỏi)

1) Hãy giải thích tại sao trong

2) quá trình sấy thăng hoa, hình dạng, kích thước, và màu sắc thực phẩm ít bị biến đổi Cho biết nguyên nhân và cách khắc phục trong trường hợp sản phẩm sau khi sấy bị co rút nhiều

2) Cho biết những phương thức truyền nhiệt nào có thể dùng để cung cấp nhiệt cho vật liệu khi sấy thăng hoa

3) Giải thích tại sao cần phải làm lạnh đông thực phẩm xuống nhiệt độ thấp hơn điểm

ba khá nhiều ( thấp hơn -20oC) để sấy thăng hoa, trong khi về lý thuyết thì quá trình thăng hoa nước đá có thể xảy ra ở nhiệt độ gần với 0oC

4) Hệ thống sấy thăng hoa DS-12 có khác biệt gì so với các hệ thống sấy thăng hoa

đã ra đời trước đó

11 Đánh giá của người phản biện:

STT Nội dung đánh giá

Điểm tối

đa Điểm đánh giá

1

Giá trị khoa học (khái niệm, phạm trù, cách tiếp

cận , có hay không có sử dụng các kỹ thuật phân

tích hiện đại)

Giá trị công nghệ (công nghệ, qui trình, sản, cách

tiếp cận …) hoặc cách thức lựa chọn và thiết kế,

phương pháp tính cân bằng vật chất

Trang 13

Khả năng ứng dụng (qui mô nhỏ, qui mô sản xuất ) 5 5 Khả năng chuyển giao công nghệ (chuyển giao quy

trình công nghệ, chuyển giao sử dụng thiết bị…)

3

Hình thức trình bày (đẹp, rõ ràng, tài liệu tham khảo

đầy đủ/đa dạng…)

Sử dụng các công cụ và các phương pháp phân tích

thực nghiệm, phương pháp tính toán phù hợp để thu

thập và đánh giá dữ liệu thực nghiệm

Các dữ kiện nghiên cứu (độ tin cậy, cách xử lý số

liệu )

Ghi chú: Xếp loại (theo điểm trung bình cuối cùng): Xuất sắc: 95-100 điểm; Tốt:

85-94 điểm; Khá: 70-84 điểm; Đạt: 50-69 điểm; Không đạt: < 50 điểm

Ngày 19 tháng 8 năm 2022

Người phản biện

Trang 14

5 Đánh giá của thành viên hội đồng:

giá

1

Giá trị khoa học và công nghệ của khóa luận 40 35

Giá trị khoa học (khái niệm, phạm trù, cách tiếp cận , có hay

không có sử dụng các kỹ thuật phân tích hiện đại) 20 15

Giá trị công nghệ (công nghệ, qui trình, sản, cách tiếp cận

…) hoặc cách thức lựa chọn và thiết kế, phương pháp tính cân

bằng vật chất

2

Khả năng ứng dụng (qui mô nhỏ, qui mô sản xuất…) 5 5

Khả năng chuyển giao công nghệ (chuyển giao quy trình công

nghệ, chuyển giao sử dụng thiết bị…) 5 5

3

Hình thức trình bày (đẹp, rõ ràng, tài liệu tham khảo đầy

Các dữ kiện nghiên cứu (độ tin cậy, cách xử lý số liệu ) 10 7

Trang 15

Khả năng trình bày khóa luận trước hội đồng đánh giá 30 25

Hình thức, bố cục của powerpoint (đẹp, rõ ràng, tài liệu tham

khảo đầy đủ/đa dạng…) 5 5

Kỹ năng thuyết trình 10 10 Khả năng trả lời các câu hỏi 15 10

Ghi chú: Xếp loại (theo điểm trung bình cuối cùng): Xuất sắc: 95-100 điểm; Tốt: 85-94 điểm; Khá: 70-84 điểm; Đạt:

50-69 điểm; Không đạt: < 50 điểm

Trang 16

giá

1

bằng vật chất

2

3

Trang 17

Khả năng trình bày khóa luận trước hội đồng đánh giá 30 25

Khả năng trả lời các câu hỏi 15 12

Trang 18

giá

1

bằng vật chất

2

3

Trang 19

4

Trang 20

giá

1

bằng vật chất

2

3

Trang 21

Trang 22

giá

1

bằng vật chất

2

3

Trang 23

Trang 24

giá

1

bằng vật chất

20 20

2

3

Trang 25

Kỹ năng thuyết trình 10 10

Trang 26

MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1 Đồ thị làm việc của buồng sấy thăng hoa 1 Hình 1.2 Hệ thống sấy thăng hoa DS-9 (version 48) 9 Hình 1.3 Hệ thống sấy thăng hoa DS-10 10 Hình 1.4 Hệ thống sấy thăng hoa Ultra 35 Super ES 11 Hình 1.5 Quả việt quất 14 Hình 1.6 Tình hình thị trường tiêu thụ sữa chua trên toàn thế giới (2021) 16 Hình 1.7 Tình hình tiêu thụ sữa chua ở Châu Âu (2020) 17 Hình 1.8 Tình hình tiêu thụ sữa chua ở Châu Phi 18 Hình 1.9 Quy trình sản xuất sữa chua 19 Hình 1.10 Quy trình sấy thăng hoa sữa chua 23 Hình 1.11 Buồng sấy thăng hoa sữa chua 26 Hình 1.12 Thiết bị ngưng tụ - đóng băng 27 Hình 1.13 Máy bơm hút chân không 8CFM HBS RS-4-R32 28 Hình 2.1 Khu công nghiệp AMATA Đồng Nai 30 Hình 2.2 Sơ đồ nghiên cứu và tính toán sữa chua sấy thăng hoa 43 Hình 2.3 Chuyển động trong gia công phay 50 Hình 2.4 Các phương pháp ép 53 Hình 2.5 Hàn hơi gió đá 57 Hình 3.1 Cấu tạo lớp vỏ ba lớp của buồng thăng hoa 74 Hình 3.2 Chu trình lạnh hai cấp nén, bình trung gian có ống xoắn, làm mát hoàn toàn, có hai lần tiết lưu 78 Hình 3.3 Đồ thị nhiệt động chu trình lạnh hai cấp nén 80 Hình 3.4 Phân tích quá trình hóa tuyết trên giản đồ ba pha của nước 83

Trang 27

Hình 3.5 Sự biến thiên nhiệt độ theo diện tích trao đổi nhiệt 93 Hình 3.6 Đồ thị biến thiên nhiệt độ theo diện tích trao đổi nhiệt của bình trung gian 106

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lí cấu tạo thiết bị ngưng tụ – đóng băng 119 Hình 3.8 Hệ thống sấy thăng hoa DS-12 tự động điều khiển bằng IoT 128 Hình 5.1 Các mạch điện điều khiển mạch động lực của hệ thống sấy thăng hoa

Trang 28

MỤC LỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học sữa chua 12

Bảng 2.1 Thực nghiệm với x 2 , x 3 = const 47

Bảng 2.2 Thực nghiệm với x 1 1opt , x 3 = const 47

Bảng 2.3 Thực nghiệm với x 2 , x 3 = const 47

Bảng 2.4 Thực nghiệm với x 1 1opt , x 3 = const 48

Bảng 3.1 Các thông số trạng thái của chu trình hệ thống lạnh cần thiết kế, chế tạo 79

Bảng 3.2 Kết quả tính toán kích thước buồng sấy (lạnh đông) 127

Bảng 3.3 Kết quả tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ - đóng bang 127

Bảng 6.1 Thí nghiệm với x 2 = 36 giờ 141

Trang 29

DANH MỤC KÝ HIỆU

nguyên

Trang 30

TÓM TẮT KHOÁ LUẬN

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy thăng hoa nhiệt độ thấp năng suất 10,55kg sữa chua việt quất/mẻ Các thông số ban đầu được sử dụng cho quá trình tính toán: độ ẩm ban đầu và độ ẩm cuối của nguyên liệu sữa chua lần lượt là 88% và 5%, khối lượng riêng của nguyên liệu sữa chua là

1031 kg/m, nhiệt độ sấy: 25 °C, thời gian sấy giả định: 24 giờ, áp suất thăng hoa trong buồng sấy 0,05 mmHg, thông số của không khí tại TP.HCM t=30oC; p=74 %; tr=25°C; t=23°C; d = 0,0202 kg/kgkk; h = 81,76 kJ/kgkkk Hệ thống sấy thăng hoa được chế tạo bao gồm: buồng sấy dạng hình hộp chữ nhật có kích thước 532 mm x

442 mm x 600 mm, gồm 5 tấm truyền nhiệt và 10 khay sấy, vách buồng sấy là inox SUS304 dày 4 mm, vách ngoài làm bằng inox 201 dày 2 mm, ở giữa là lớp cách nhiệt polyurethane foam dày 80 mm, có tất cả 6 gân chịu lực làm bằng inox 201; bộ phận cấp nhiệt là điện trở tấm, có tất cả 5 tấm tạo nhiệt và 4 tấm điện trở trên 1 tấm tạo nhiệt, công suất mỗi tấm điện trở là 120W; bơm chân không có công suất PHP; thiết

bị ngưng ẩm dạng hình trụ, đường kính là 0,2 m, chiều dài là 0,41 m, và sổ ống đồng

là 27 ống; máy nén lạnh có công suất điện 1/2 HP; dàn nóng có công suất 1/4 HP Toàn bộ hệ thống được điều khiển kết hợp bằng tay và tự động Hệ thống cảm biến

và bộ điều khiển nhiệt độ được thiết kế phù hợp có thể tự động đóng, mở các quá trình gia nhiệt khi nhiệt độ đạt yêu cầu, tiết kiệm điện năng Sau chế tạo, chúng tôi tiến hành sấy mẫu nguyên liệu sữa chua để kiểm tra và hiệu chỉnh thiết bị, mẫu được sấy đến độ ẩm muốn, mong không bị nứt, cong, đảm bảo được tính chất cảm quan, giữ được màu sắc và hương vị đặc trưng

Trang 31

MỤC LỤC NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i LỜI CẢM ƠN ii LỜI CAM ĐOAN iii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ(NGƯỜI HƯỚNG DẪN) ii PHIẾU ĐÁNH GIÁ(NGƯỜI PHẢN BIỆN) v

MỤC LỤC HÌNH ii MỤC LỤC BẢNG iv DANH MỤC KÝ HIỆU v TÓM TẮT KHOÁ LUẬN vi MỤC LỤC ii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Cơ sở khoa học sấy thăng hoa 1 1.1.1.Định nghĩa sấy thăng hoa 1 1.1.2.Nguyên lí sấy thăng hoa 1 1.1.3 Ưu, nhược điểm của kĩ thuật sấy thăng hoa 3 1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa 4 1.1.5 Các biến đổi vật lý, hóa học và vi sinh ảnh hưởng đến quá trình sấy

thăng hoa 6 1.1.6 Một số hệ thống sấy thăng hoa 7 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước về lĩnh vực sấy thăng hoa 7 1.3 Tình hình nghiên cứu ngoài nước về lĩnh vực sấy thăng hoa 10 1.4 Nguyên liệu sữa chua 12 1.5 Công nghệ về sấy thăng hoa Sữa chua 23 1.5.1 Quy trình công nghệ sấy thăng hoa sữa chua 23 1.5.2 Thuyết minh quy trình 23 1.6 Thiết bị của hệ thống sấy thăng hoa sữa chua 26 1.6.1 Buồng thăng hoa 26 1.6.2 Thiết bị ngưng tụ-đóng băng 26 1.6.3 Bơm chân không 27 1.6.4 Hệ thống đo lường và điều khiển 28

Trang 32

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ CHẾ TẠO 29 2.1 Quy hoạch mặt bằng xây dựng nhà xưởng và lắp đặt hệ thống 29 2.2 Đối tượng nghiên cứu và tính toán 41 2.3 Sơ đồ nghiên cứu và tính toán 43 2.4 Phương pháp tính toán và thiết kế hệ thống 43 2.5 Gia công chế tạo 48 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA DS-12 63 3.1.Tính toán hệ thống thiết bị sấy thăng hoa sữa chua 63 3.1.1.Tính toán buồng lạnh đông 63 3.1.2.Tính toán thiết kế các thiết bị trao đổi nhiệt của hệ thống lạnh đông sản phẩm 92 3.1.3.Tính toán thiết kế hệ thống sấy thăng hoa 112 3.1.4.Tính toán hệ bơm chân không 122 3.1.5.Xác định thời gian xả băng 123 3.1.6.Kiểm tra tính bền cho buồng sấy và thiết bị ngưng tụ - đóng băng 125 3.2.Kết quả 127 CHƯƠNG 4: BẢN VẼ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY 129 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 135 5.1.Yêu cầu của hệ thống điều khiển 135 5.2.Tự động điều khiển hệ thống sấy thăng hoa 135 CHƯƠNG 6: THỬ NGHIỆM, HIỆU CHỈNH VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG

HỆ THỐNG SẤY QUA SẢN PHẨM 141 6.1 Thử nghiệm 141 6.2 Hiệu chỉnh thiết bị 147 CHƯƠNG 7: TÍNH KINH TẾ 152 7.1 Chi phí đầu tư lắp đặt hệ thống thiết bị sấy 152 7.2 Tính toán kinh tế cho sản phẩm 153 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 155 PHỤ LỤC 157 Phụ lục 1 Đồ Thị I - d của môi chất lạnh R22 157 Phụ lục 2 Bảng hơi ẩm R22 158

Trang 33

Phụ lục 3 Tính chất lý hóa của nước trên đường bão hòa 161 Phụ lục 4: Chương trình điều khiển tự động 163 TÀI LIỆU THAM KHẢO 172

Trang 34

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Sữa chua là một trong những chế phẩm từ sữa phổ biến nhất trên thế giới và đã được con người tiêu thụ hàng trăm năm nay Là loại thực phẩm bổ dưỡng, sữa chua

có thể giúp tăng cường một số khía cạnh về sức khỏe của người sử dụng Một ví dụ điển hình là sữa chua đã được chứng minh có khả năng làm giảm nguy cơ mắc các bệnh liên quan đến bệnh tim mạch chuyển hóa và loãng xương, cũng như hỗ trợ trong việc kiểm soát cân nặng Tuy nhiên, thời hạn sử dụng của sữa chua còn nhiều hạn chế: thời gian bảo quản tối đa là 2 tháng, nên được sử dụng trong 1-2 tuần và phải dùng hết sau khi mở bao bì Ngoài ra, việc vận chuyển và tiêu thụ sữa chua dạng lỏng trong điều kiện môi trường không kiểm soát còn nhiều bất cập Vậy nên, việc tìm ra một công nghệ chế biến bảo quản sữa chua là cần thiết

Để đáp ứng được nhu cầu bảo quản lâu, tăng tính tiện dụng và nhanh chóng khi

sử dụng, quá trình nghiên cứu và phát triển các công nghệ bảo quản sữa chua đã ra đời: công nghệ bảo quản lạnh và các công nghệ sấy Để sữa chua giữ được các đặc tính sinh học vốn có của nó, không bị mất đi các giá trị dinh dưỡng thì các kỹ thuật sấy sử dụng nhiệt thông thường có thể làm biến tính và phá hủy các chất dinh dưỡng Chính vì thể để đáp ứng được với yêu cầu khắt khe giữ được tính toàn vẹn của các chất dinh dưỡng trong sữa chua thì kỹ thuật sấy thăng hoa là kỹ thuật có thể đáp ứng được Tuy nhiên, công nghệ sấy thăng hoa ở VN chưa được phổ biến và còn nhiều hạn chế: máy móc linh kiện phải nhập ngoại, giá thành cao, đòi hỏi phải có kĩ thuật chuyên môn

Từ những luận điểm đã nêu ở trên, chúng tôi đã tiến hành “Nghiên cứu, tính

toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy thăng hoa” với mong muốn tạo ra một hệ

thống sấy có ứng dụng thực tiễn phục vụ cho lợi ích của các doanh nghiệp

2 Mục tiêu đề tài

Nghiên cứu tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống sấy thăng hoa DS-12 với năng suất 10kg sữa chua/mẻ

3 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng của nghiên cứu: Hệ thống sấy thăng hoa DS-12 dùng để sấy các thực phẩm tạo ra các sản phẩm chất lượng cao

Giới hạn của nghiên cứu: Đề tài tập trung tính toán thiết kế chế tạo hệ thống sấy thăng hoa DS-12 với năng suất nguyên liệu sữa chua là 10kg/mẻ

4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan tài liệu về nguyên liệu và công nghệ sấy thăng hoa

Trang 35

- Xác định các thông số công nghệ cần thiết cho tính toán thiết kế

- Tính toán thiết kế hệ thống sấy thăng hoa DS-12 dựa trên các phương trình cân bằng vật chất năng lượng

- Chế tạo hệ thống sấy thăng hoa DS-12 bằng các phương pháp cơ khí

- Tính toán thiết kế hệ thống tự động điều khiển hệ thống sấy thăng hoa DS-12

- Vận hành và khảo nghiệm hệ thống sấy thăng hoa DS-12 để thiết lập chế độ sấy phù hợp

- Xây dựng quy trình sấy thăng hoa cho sản phẩm sữa chua

- Tính kinh kế của hệ thống sấy thăng hoa DS-12 và sản phẩm

- Kết luận và kiến nghị

5 Phương pháp nghiên cứu

- Đề tài nghiên cứu được nghiên cứu theo phương pháp nghiên cứu lí thuyết kết hợp với thực nghiệm

- Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến đề tài:

+ Các tài liệu liên quan đến sấy thăng hoa

+ Các tài liệu về chế tạo máy, cơ khí chế tạo, các tài liệu về điều khiển tự động hóa

- Phương pháp tính toán, xác lập các thông số công nghệ

- Phương pháp thực nghiệm

- Phương pháp tính toán thiết kế dựa trên những kiến thức chuyên ngành, cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng

- Phương pháp gia công chế tạo

- Sử dụng các phần mềm hỗ trợ như: AutoCAD, Microsoft Excel, Microsoft Word…

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

6.1 Ý nghĩa khoa học

Đề tài nghiên cứu nghiên cứu làm cơ sở khoa học để xây dựng quy trình tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy thăng hoa DS-12

Đề tài nghiên cứu cho phép khảo nghiệm các loại nguyên liệu để xây dựng thông

số công nghệ làm cơ sở khoa học để xây dựng chế độ sấy thăng hoa tối ưu

Trang 36

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài nghiên cứu đã tính toán thiết kế chế tạo hệ thống sấy thăng hoa DS-12 nhằm áp dụng vào thực tiễn sản xuất thay thế các công nghệ ngoại nhập giúp giảm chi phí đầu tư, mang lại lợi ích cho doanh nghiệp, phát triển kinh tế đất nước

7 Bố cục

Đề tài được trình bày trong 7 chương bao gồm:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu, tính toán và chế tạo

Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống sấy thăng hoa DS-12

Chương 4: Bản vẽ thiết kế và chế tạo hệ thống sấy

Chương 5: Tính toán và thiết kế hệ thống điều khiển

Chương 6: Thử nghiệm, hiệu chỉnh và đánh giá chất lượng hệ thống sấy qua sản phẩm

Chương 7: Tính kinh tế

Kết luận và kiến nghị

Trang 37

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở khoa học sấy thăng hoa

1.1.1 Định nghĩa sấy thăng hoa

Sấy thăng hoa được định nghĩa là quá trình tách nước từ bên trong sản phẩm từ thể rắn (đông đặc) sang thể hơi trong điều kiện nhiệt độ và áp suất dưới điểm ba thể

O (0,0098 °C; 4,58 mmHg), hoặc chính xác hơn là nhiệt độ điểm kết tinh của ẩm trong sản phẩm nhỏ hơn 0 ºC, đồng thời áp suất cũng nhỏ hơn 4,58 mmHg [1]

1.1.2 Nguyên lí sấy thăng hoa

Hình 1.1 Đồ thị làm việc của buồng sấy thăng hoa 1.1.2.1 Giai đoạn làm lạnh đông

Nguyên liệu sau quá trình chuẩn bị được tiến hành cấp đông để ẩm trong vật liệu sấy chuyển pha từ thể lỏng sang thể rắn Nguyên liệu được làm lạnh đông từ nhiệt

độ (20-25)°C giảm còn ((-20) – (-22))°C, ở nhiệt độ này ẩm trong sản phẩm gần như

Trang 38

kết tinh hoàn toàn Tùy theo mỗi loại thực phẩm mà nhiệt độ lạnh đông sẽ khác nhau

Từ Hình 1.1 cho ta thấy, đường (1) là đường nhiệt độ của nguyên liệu sấy, đồng thời

ở giai đoạn này áp suất bên trong buồng sấy thăng hoa cũng như buồng lạnh đông thay đổi không đáng kể và bằng với áp suất khí quyển (xem đường số 4), bởi vì quá trình làm lạnh, nhiệt độ không khí giảm dẫn đến áp suất giảm mà thể tích buồng sấy không thay đổi và khép kín Nên ở giai đoạn này độ ẩm giảm đi không đáng kể, chủ yếu là quá trình thăng hoa và bay hơi nước trên bề mặt sản phẩm Sự bay hơi ẩm là

do sự chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước trong môi trường sấy thăng hoa trên

bề mặt thực phẩm Đồng thời, sự chênh lệch nhiệt độ lạnh đông của sản phẩm với nhiệt độ lạnh đông của môi trường cũng là nguyên nhân làm thoát hơi ẩm để có xu

hướng dẫn đến trạng thái cân bằng nhiệt [1]

1.1.2.2 Giai đoạn sấy thăng hoa

Khi sản phẩm đạt đến nhiệt độ cấp đông phù hợp thì quá trình làm lạnh thì quá trình làm lạnh sẽ được ngừng lại và chuyển sang giai đoạn sấy thăng hoa Giai đoạn này được thực hiện trong điều kiện môi trường áp suất và nhiệt độ thấp, dưới điểm

ba thể O (0,0098°C, 4,58 mmHg) đối với nước đá, còn dưới điểm (Tkt; 4,58 mmHg) đối với thành phần ẩm kết tinh trong vật liệu sấy [1] Giai đoạn sấy thăng hoa có thể được coi là giai đoạn sấy với tốc độ không đổi, trong đó phần nhiệt lượng bức xạ mà sản phẩm sấy nhận được trong giai đoạn này được sử dụng để chuyển thành ẩn nhiệt thăng hoa Do đó, nhiệt độ của sản phẩm sấy ít thay đổi Trên thực tế, nhiệt độ của sản phẩm sấy thường tăng rất chậm Vào thời gian cuối giai đoạn này nhiệt độ của sản phẩm sấy tăng từ (-22 ÷ -20) °C đến 0,0098°C, và kết thúc quá trình thăng hoa

Để nâng cao chất lượng sản phẩm sau khi sấy thì ẩm kết tinh phải thăng hoa hết, độ

ẩm sản phẩm đạt yêu cầu và nhiệt độ sản phẩm lớn hơn nhiệt độ kết tinh của nước trong sản phẩm (Tkt) Khi đó, độ ẩm còn lại trong sản phẩm rất nhỏ, chủ yếu là ẩm liên kết chỉ tồn tại ở pha lỏng Như vậy, quá trình sấy thăng hoa sẽ không có giai đoạn

3 [1]

Trang 39

1.1.2.3 Giai đoạn sấy chân không

Kết thúc giai đoạn thăng hoa, nhiệt độ thực phẩm sấy đạt tới Tkt (oC), áp suất môi trường sấy không đổi trong khoảng từ (0,001÷1) mmHg, nhưng áp suất riêng phần của nước còn lại trong sản phẩm lớn hơn 4,58 mmHg Vì thế, ẩm trong sản phẩm sẽ trở lại trạng thái lỏng Giai đoạn này chủ yếu làm mất ẩm liên kết hóa lý có bên trong sản phẩm và kết thúc khi sự cân bằng nhiệt độ môi trường sấy và nhiệt độ tấm bức xạ được xảy ra Vì áp suất của môi trường sấy là áp suất chân không (0,001÷1) mmHg được bơm chân không duy trì, bên cạnh đó sản phẩm sấy vẫn được tiếp tục gia nhiệt bằng bức xạ nhiệt dẫn đến ẩm liên tục chuyển pha từ lỏng sang hơi, sau đó khuếch tán và bay hơi vào môi trường sấy trước khi trở lại bình ngưng tụ - đóng băng Do đó, giai đoạn làm bay hơi phần nước còn lại chính là giai đoạn sấy chân không nhiệt độ thấp và động lực của quá trình bay hơi – khuếch tán vẫn là sự chênh lệch áp suất riêng phần và nhiệt độ của hơi ẩm giữa sản phẩm và môi trường sấy Kết thúc giai đoạn này khi độ ẩm sản phẩm đạt yêu cầu hoặc nhiệt độ giữa các

tấm gia nhiệt bức xạ, nhiệt độ sản phẩm và nhiệt độ môi trường sấy bằng nhau [1]

1.1.3 Ưu, nhược điểm của kĩ thuật sấy thăng hoa

1.1.3.1 Ưu điểm

• Thực phẩm thăng hoa có thể bảo quản trong nhiều năm ở điều kiện bình thường

• Khối lượng sản phẩm nhẹ nên thuận tiện trong vận chuyển

• Khi hoàn nguyên trở lại thì thực phẩm đông khô phục hồi nguyên vẹn tính chất tươi sống, màu sắc và cả hương vị ban đầu

• Sản phẩm sau khi sấy thăng hoa có chất lượng cao, giữ lại hầu như chất dinh dưỡng

• Không xảy ra các quá trình vi sinh, bảo toàn hàm lượng vitamin

• Giữ nguyên thể tích ban đầu của vật liệu nhưng xốp hơn nên dễ hấp phụ nước

để trở lại dạng ban đầu

1.1.3.2 Nhược điểm

Trang 40

• Giá thành thiết bị cao, tiêu hao năng lượng lớn nên giá thành sản phẩm cao

• Vận hành phức tạp, thao tác kỹ thuật cao

• Thời gian sấy kéo dài

1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa

❖ Nhiệt độ

Nhiệt cấp vào làm tăng nhiệt độ môi trường sấy (T∞) và nhiệt độ của giá truyền nhiệt (Tshef), tạo động lực cho quá trình sấy, cho quá trình thăng hoa là do sự chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ môi trường sấy, giá truyền nhiệt với nhiệt độ sản phẩm lạnh đông sấy thăng hoa, làm cho quá trình sấy thăng hoa nhanh hơn, rút ngắn thời gian sấy, tiết kiệm năng lượng [2]

Nhiệt độ môi trường sấy thăng hoa cũng như giá truyền nhiệt chỉ dao động trong khoảng -45oC đến 35oC, nhiệt độ sản phẩm (Tsp) phải nhỏ hơn hoặc bằng (dưới) nhiệt

độ kết tinh (Tkt) của ẩm bên trong sản phẩm (Tsp ≤ Tkt) [2]

Nếu cấp nhiệt không đúng, nhiệt độ môi trường sấy tăng, trên 35oC (T∞ > 35oC) khi đó nhiệt độ sản phẩm tăng, nếu vượt qua nhiệt độ kết tinh (Tsp > Tkt), nước đóng băng sẽ tan chảy va phá vỡ hệ thăng hoa (quá trình thăng hoa sụp đổ), lúc này là sấy chân không nhiệt độ thấp chứ không phải sấy thăng hoa Điều này ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, như: tính hoàn nguyên & các đặc tính lưu biến của sản phẩm [2]

Vì vậy, đối với mỗi loại thực phẩm sẽ có một quy trình cấp nhiệt khác nhau, điều này cần phải có những nghiên cứu thực sự thì mới tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt [2]

❖ Thời gian

Thời gian của quá trình sấy thăng hoa là một trong những yếu tố công nghệ quyết định đến độ ẩm, chất lượng và chi phí năng lượng của sản phẩm sấy thăng hoa Khi thời gian sấy thăng hoa ngắn thì độ ẩm sản phẩm sau khi sấy không đạt yêu cầu, không đáp ứng được khả năng bảo quản Khi thời gian sấy thăng hoa kéo dài, sẽ làm

Tiêu đề	Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống sấy thăng hoa DS 12 với năng suất 10,55 kg nguyên liệu sữa chua Việt Quất/mẻ
Tác giả	Phan Đức Lương, Nghiêm Minh Toàn
Người hướng dẫn	PGS. TS. Nguyễn Tấn Dũng
Trường học	Trường đại học Sư phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Thực Phẩm
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	211
Dung lượng	9,23 MB