Tính toán thiết kế hệ thống sấy thăng hoa với năng suất 1500kg nguyên liệu cháo dinh dưỡng mẻ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM S K L 0 0 8 8 9 1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA VỚI NĂNG SUẤT 1500 KG NGUYÊN LIỆU CHÁO DINH DƯỠNG/MẺ GVHD:

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

S K L 0 0 8 8 9 1

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA VỚI

NĂNG SUẤT 1500 KG NGUYÊN LIỆU

CHÁO DINH DƯỠNG/MẺ

GVHD: NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH: NGUYỄN THỊ THU VÂN

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

MÃ SỐ: 2022 – 18116227

GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH: NGUYỄN THỊ THU VÂN - 18116227

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY

THĂNG HOA VỚI NĂNG SUẤT 1500 KG

NGUYÊN LIỆU CHÁO DINH DƯỠNG/MẺ

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

MÃ SỐ: 2022 – 18116227

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY

THĂNG HOA VỚI NĂNG SUẤT 1500 KG

NGUYÊN LIỆU CHÁO DINH DƯỠNG/MẺ

GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH: NGUYỄN THỊ THU VÂN - 18116227

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 8/2022

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

HIỆP

LỜI CẢM ƠN

Qua nhiều ngày tháng miệt mài nghiên cứu và tìm hiểu, quá trình thực hiện đồ

án tốt nghiệp “Tính toán thiết kế hệ thống sấy thăng hoa với năng suất 1500 kg nguyên liệu cháo dinh dưỡng/mẻ ” cũng đã hoàn thành Bên cạnh những kiến thức, sự nỗ lực,

cố gắng nghiên cứu học hỏi của bản thân, chúng tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp

đỡ, động viên từ phía nhà trường, thầy cô, bạn bè và gia đình Đầu tiên chúng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Tấn Dũng - Trưởng khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Trong suốt thời gian chúng tôi thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp “Tính toán thiết kế hệ thống sấy thăng hoa với năng suất 1500 kg nguyên liệu cháo dinh dưỡng/mẻ” đã vô cùng tận tâm hướng dẫn và chỉ bảo để chúng tôi có thể hoàn thành thật tốt được luận văn tốt nghiệp cũng như rèn giũa, truyền đạt kiến thức, kỹ năng và kinh nghiệm chuyên ngành

Bên cạnh đó, chúng tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến ThS Đỗ Thùy Khánh Linh, hiện đang là giảng viên của Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã tận tình giúp đỡ và hưỡng dẫn chúng tôi trong suốt thời gian triển khai và hoàn thành đồ án tốt nghiệp Đồng thời, chúng tôi cũng không quên cảm ơn toàn thể quý thầy cô thuộc bộ môn Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tận tâm dạy dỗ sinh viên chúng tôi trong suốt 4 năm đại học, truyền đạt những kiến thức quý báu để chúng tôi

có thể vận dụng vào cuộc sống cũng như công việc của sau này Cảm ơn nhà trường

và khoa đã tạo điều kiện và nhiệt tình hỗ trợ cho chúng tôi có thể hoàn thành đề tài khóa luận này Vì nhiều lý do khác nhau mà trong đề tài này khó có thể tránh được những sự sai sót nên kính mong quý thầy cô nhận xét và góp ý để chúng tôi cố gắng sửa chữa và khắc phục Chúng tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 9 tháng 8 năm 2022

LỜI CAM Đ OAN

NGH Ệ THỰC PHẨM KHÓA 2018 ( NGƯỜI HƯỚ NG DẪN)

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

KHÓA 2018

(NGƯỜI HƯỚNG DẪN)

1 Tên khóa luận: Tính toán thiết kế hệ thống sấy thăng hoa với năng suất 1500 kg nguyên

liệu cháo dinh dưỡng/mẻ

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và tính toán

Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống

Chương 4: Bản vẽ thiết kế hệ thống sấy thăng hoa

Chương 5: Hệ thống điều khiển thông minh

Chương 6: Tính kinh tế

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

Hành văn: Trôi chảy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Sử dụng thuật ngữ chuyên môn: Có sử dụng

7 Những ưu điểm của khóa luận:

Mục tiêu: Nghiên cứu, tính toán và thiết kế hệ thống sấy thăng hoa với năng suất 1500kg nguyên liệu cháo dinh dưỡng/mẻ

Nội dung:

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

- Xác định các thông số công nghệ cần thiết cho tính toán thiết kế và sơ đồ nguyên lý

hệ thống sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng

- Tính toán và thiết kế hệ thống sấy thăng hoa năng suất 1500kg nguyên liệu cháo dinh dưỡng/mẻ

- Tiến hành xây dựng và hoàn thiện các bản vẽ thiết kế hệ thống sấy thăng hoa theo

số liệu đã tính toán

- Thiết kế hệ thống tự động điều khiển

- Tính toán kinh tế cho quá trình sấy thăng hoa

- Kết luận và kiến nghị

Phương pháp:

- Phương pháp tham khảo tài liệu

- Phương pháp phân tích tổng hợp

- Phương pháp tính toán hệ thống sấy thăng hoa

- Phương pháp kiểm tra tính toán

- Phương pháp thiết kế

Kết quả và biện luận: Đã tính toán và thiết kế thành công hệ thống sấy thăng hoa

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

- Đề tài này làm cơ sở khoa học cho việc tính toán và thiết kế hệ thống sấy thăng hoa

- Đề tài này đã được hoàn thiện việc tính toán và thiết kế hệ thống sấy thăng hoa cho nguyên liệu cháo dinh dưỡng nhằm ứng dụng vào thực tế sản xuất, giúp đa dạng hóa sản phẩm và đáp ứng được nhu cầu sử dụng của đại đa số người dân đặc biệt là các đối tượng như người bệnh, người cao tuổi hay trẻ nhỏ,…

8 Những thiếu sót của khóa luận: Vì lượng kiến thức và hiểu biết còn hạn hẹn, đồng

thời đây cũng là lần đầu tiên thực hiện đề tài tính toán và thiết kế một hệ thống thiết bị nên dẫn đến còn nhiều thiếu sót

9 Đề nghị của người hướng dẫn:

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA 2018 (PHẢN BIỆN)

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA 2018 (THÀNH VIÊN HỘI ĐỒNG)

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i

LỜI CẢM ƠN ii

LỜI CAM ĐOAN iii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA 2018 (NGƯỜI HƯỚNG DẪN) iv

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA 2018 (PHẢN BIỆN) vii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA 2018 (THÀNH VIÊN HỘI ĐỒNG) xi

TÓM TẮT KHÓA LUẬN 1

MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 5

1.1 Cơ sở khoa học sấy thăng hoa 5

1.1.1 Định nghĩa sấy thăng hoa 5

1.1.2 Nguyên lý sấy thăng hoa 6

1.1.3 Ưu, nhược điểm của kỹ thuật sấy thăng hoa 8

1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa 8

1.1.5 Các biến đổi vật lý, hóa học và vi sinh ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa 9

1.1.6 Một số hệ thống sấy thăng hoa 10

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước về lĩnh vực sấy thăng hoa 11

1.3 Tình hình nghiên cứu ngoài nước về lĩnh vực sấy thăng hoa 14

1.4 Nguyên liệu cháo dinh dưỡng 15

1.4.1 Đặc điểm sinh học và giá trị dinh dưỡng 15

1.4.2 Thành phần hóa học của từng loại nguyên liệu 18

1.4.3 Giá trị kinh tế 28

1.4.4 Tính chất nhiệt vật lý của nguyên liệu cần thiết cho tính toán thiết kế 28 1.5 Công nghệ về sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng 31

1.5.1 Quy trình công nghệ sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng 31

1.5.2 Thuyết minh quy trình 31

1.6 Thiết bị của hệ thống sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng 32

1.6.1 Thiết bị ngưng tụ - đóng băng 32

1.6.2 Buồng thăng hoa 33

1.6.3 Bơm chân không 34

1.6.4 Hệ thống đo lường và điều khiển 36

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN 37

2.1 Quy hoạch mặt bằng xây dựng nhà xưởng lắp đặt hệ thống 37

2.1.1 Quy hoạch mặt bằng 37

2.1.2 Thiết kế mặt bằng phân xưởng lắp đặt hệ thống 42

2.2 Đối tượng nghiên cứu và tính toán 43

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu: 43

2.2.2 Đối tượng tính toán: 43

2.3 Sơ đồ nghiên cứu và tính toán 43

2.4 Phương pháp tính toán và thiết kế hệ thống 45

2.4.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu 45

2.4.2 Phương pháp phân tích và tổng hợp 45

2.4.3 Phương pháp tính toán 45

2.4.4 Phương pháp kiểm tra tính toán 47

2.4.5 Phương pháp thiết kế 47

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 48

3.1 Kết quả 48

3.1.1 Các thông số ban đầu cần thiết cho tính toán 48

3.1.2 Tính toán, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa tự lạnh đông 51

3.2 Kết luận 108

CHƯƠNG 4 BẢN VẼ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA 112

4.1 Bản vẽ buồng sấy thăng hoa tự lạnh đông 112

4.2 Bản vẽ thân buồng sấy 113

4.3 Bản vẽ tấm truyền nhiệt 114

4.4 Bản vẽ chỏm cầu 115

4.5 Bản vẽ bình trung gian ống xoắn 116

4.6 Bản vẽ thiết bị ngưng tụ - đóng băng 117

4.7 Bản vẽ thiết bị bay hơi 118

4.8 Bản vẽ thiết bị ngưng tụ 119

4.9 Bản vẽ bơm hút chân không 120

4.10 Bản vẽ sơ đồ lắp đặt hệ thống sấy thăng hoa 121

CHƯƠNG 5 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH 122

5.1 Một vài lợi ích và yêu cầu của thiết kế hệ thống tự động điều khiển 122

5.2 Nguyên tắc thiết kế hệ thống tự động điều khiển 122

5.3 Thiết kế phần động lực của hệ thống sấy thăng hoa 123

5.3.1 Tự động hóa thiết bị ngưng tụ 124

5.3.2 Tự động giảm tải máy nén lạnh 125

5.3.3 Tự động bảo vệ dàn bay hơi 126

5.4 Bộ điều khiển thông minh 127

5.5 Một vài thiết khí cụ điện bổ trợ cho hệ thống điều khiển 128

5.5.1 Công tắc, nút nhấn 128

5.5.2 Đèn báo 128

5.5.3 Thiết bị cảm biến nhiệt độ và áp suất 129

5.5.4 Nút dừng khẩn cấp 130

5.6 Kết luận 130

CHƯƠNG 6 TÍNH KINH TẾ 132

6.1 Chi phí đầu tư lắp đặt hệ thống thiết bị sấy 132

6.1.1 Chi phí mua thiết bị 132

6.1.2 Chi phí chế tạo 133

6.1.3 Chi phí thuê đất sản xuất 134

6.2 Chi phí làm ra một đơn vị sản phẩm 134

6.2.1 Định mức nguyên liệu 134

6.2.2 Chi phí điện sử dụng cho một mẻ sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng 134

6.2.3 Chi phí chi trả cho nhân công 135

6.2.4 Giá thành sản phẩm 135

6.2.5 Chi phí thuế 135

6.2.6 Lợi nhuận 136

6.3 Thời gian hoàn vốn 136

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 137

TÀI LIỆU THAM KHẢO 138

PHỤ LỤC 140

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Một số sản phẩm sấy thăng hoa hiện nay 13

Hình 1 2 Hệ thống sấy thăng hoa DS-9 (Version 4) 14

Hình 1 3 Cháo dinh dưỡng dạng tươi 17

Hình 1 4 Một số loại cháo dinh dưỡng dạng gói trên thị trường hiện nay 18

Hình 1 5 Nguyên liệu gạo 19

Hình 1 6 Hình ảnh minh họa cho nguyên liệu thịt lợn 23

Hình 1 7 Nguyên liệu tôm đông lạnh 25

Hình 1 8 Một số loại rau củ thường có trong cháo dinh dưỡng 27

Hình 1 9 Sơ đồ quy trình công nghệ sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng 31

Hình 1 10 Thiết bị ngưng tụ - đóng băng 33

Hình 1 11 Cấu tạo của buồng thăng hoa 33

Hình 1 12 Cấu tạo bơm chân không vòng nước 35

Hình 1 13 Cấu tạo bơm chân không vòng dầu 35

Hình 1 14 Sơ đồ mô tả tổ hợp hệ thống đo lường và điều khiển 36

Hình 2 1 Sơ đồ thiết kế mặt bằng phân xưởng lắp đặt hệ thống sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng 42

Hình 2 2 Sơ đồ nghiên cứu và tính toán của hệ thống sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng 44

Hình 3 1 Chỏm cầu của bồn sấy thăng hoa 60

Hình 3 2 Đồ thị nhiệt động chu trình lạnh hai cấp nén 64

Hình 3 3 Phân tích quá trình hóa tuyết trên giản đồ ba pha của nước 67

Hình 3 4 Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa tự cấp đông 71

Hình 3 5 Máy nén khí Atlas Copco 110KW – 200KW trục vít 2 tầng GR 76

Hình 3 6 Cấu tạo bình trung gian 88

Hình 3 7 Đồ thị biến thiên nhiệt độ theo diện tích trao đổi nhiệt của bình trung gian 89

Hình 3 8 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị ngưng tụ - đóng băng 99

Hình 3 9 Bơm hút chân không vòng nước Hanchang HWVP-1-2000 103

Hình 5 1 Sơ đồ khối hệ thống tự điều khiển thông minh 123 Hình 5 2 Mạch điện động lực của hệ thống sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng 124 Hình 5 3 Sơ đồ hoạt động tổng quát của biến tần 126 Hình 5 4 Mạch điều khiển bảo vệ dàn bay hơi không bị tràn lỏng 127 Hình 5 5 Sơ đồ biểu diễn nguyên tắc vận hành chung cho hệ thống sấy thăng hoa 128 Hình 5 6 Công tắc và nút ấn 128 Hình 5 7 Đèn báo 129 Hình 5 8 Nhiệt điện trở (RTD) và cảm biến áp suất 130 Hình 5 9 Nút dừng khẩn cấp 130

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Một số thông tin của một vài phiên bản hệ thống sấy thăng hoa từ DS-2 đến DS-7 tại Việt Nam [4] 12 Bảng 1 2 Một số máy sấy thăng hoa có trên thế giới hiện nay [4] 15 Bảng 1 3 Một vài chỉ tiêu chất lượng của gạo trắng 21 Bảng 1 4 Một vài chỉ tiêu về nước phục vụ cho mục đích ăn uống, chế biến thực phẩm theo quy định của QCVN 01:2009/BYT 22 Bảng 1 5 Các chỉ tiêu lý – hóa của nguyên liệu thịt đông lạnh 24 Bảng 1 6 Một vài chỉ tiêu cảm quan của nguyên liệu thịt đông lạnh 24 Bảng 1 7 Yêu cầu chất lượng cảm quan tôm nguyên liệu 25 Bảng 1 8 Bảng nhiệt dung riêng của một số loại thực phẩm 29

Bảng 3 1 Tỉ lệ thành phần dinh dưỡng có trong 100g cháo dinh dưỡng 49 Bảng 3 2 Tính toán nhiệt dung riêng của thành phần chất khô 49 Bảng 3 3 Bảng thống số buồng sấy thăng hoa 53 Bảng 3 4 Các thông số trạng thái của chu trình hệ thống lạnh 63 Bảng 3 5 Bảng tổng kết một số phụ tải lạnh cho quá trình lạnh đông nguyên liệu 65 Bảng 3 6 Thông số kỹ thuật của máy nén khí Atlas Copco 110KW – 200KW trục vít 2 tầng GR 76 Bảng 3 7 Thông số kỹ thuật của bơm hút chân không vòng nước Hanchang

HWVP-1-2000 103 Bảng 3 8 Thông số của buồng sấy thăng hoa, khay sấy và tấm truyền nhiệt 109 Bảng 3 9 Thống số của thiết bị ngưng tụ - đóng băng 109 Bảng 3 10 Thông số của thiết bị ngưng tụ 110 Bảng 3 11 Thông số của thiết bị bay hơi 110 Bảng 3 12 Thông số của bình trung gian 111 Bảng 3 13 Thông số của van tiết lưu và các đường ống 111

Bảng 6 1 Bảng dự kiến các chi phí phát sinh khác 132 Bảng 6 2 Chi phí điện sử dụng cho một mẻ sấy 135

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

IQF (Individual Quickly Freezer): Hệ thống cấp đông siêu tốc

IoT: Internet of things

PE: PolyEthylene

KCN: Khu công nghiệp

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

PLC: Programmable Logic Controller

HMI: Human-Machine-Interface

PID: Proportional Integral Derivative

RTD: Resistance Temperature Detectors

Đồng thời, nghiên cứu, đánh giá và đưa ra lựa chọn mặt bằng xây dựng nhà máy, thiết kế mặt bằng phân xưởng nhà máy đặt hệ thống sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng Tính toán và kiểm tra các thông số thiết bị, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng Đảm bảo độ an toàn và phù hợp với các điều kiện để hệ thống hoạt động tốt trong quá trình vận hành Cùng với đó là thiết kế hệ thống tự động điều khiển, bản vẽ cho các thiết bị đã tính toán Tính toán chi phí đầu tư thiết kế máy và chi phí sản xuất một mẻ nguyên liệu cháo, đánh giá tính hiệu quả của hệ thống,… Để thực hiện được những nội dung như đã trình bày, chúng tôi đã tìm hiểu và sử dụng nhiều nguồn tài liệu tham khảo khác nhau bao gồm cả trong và ngoài nước Bên cạnh

đó, chúng tôi còn có sử dụng thêm một vài phần mềm hỗ trợ như Word, PowerPoint, AutoCAD,…

Kết quả đạt được, chúng tôi đã tính toán thành công hệ thống sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng với năng suất nhập liệu là 1500kg/mẻ Các thiết bị trong hệ thống được tính toán, thiết kế đáp ứng được các yêu cầu, đảm bảo độ an toàn trong quá trình vận hành nhưng vẫn đảm bảo đáp ứng được điều kiện kinh tế Từ đó, góp phần tạo tiền đề cho những nghiên cứu sau này về hệ thống sấy thăng hoa đối với nhiều loại nguyên liệu khác nhau với các sự đa dạng về thành phần cũng như là đặc điểm cấu trúc,…

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong giai đoạn công nghiệp hóa – hiện đại hóa như hiện nay, tất cả các ngành nghề đều ứng dụng công nghệ hiện đại phát triển theo những hướng riêng biệt khác nhau Trong đó, điển hình là ngành nông nghiệp, công nghiệp, là những ngành trọng tâm của đất nước, cũng có sự phát triển vượt bậc không kém với những cải tiến về thiết bị, máy móc nhằm phục vụ cho việc sản xuất hoặc chế biến nông sản, sản phẩm thực phẩm nói chung và khâu quy trình sấy khô nói riêng Công nghệ sấy là một trong những phương pháp làm khô thực phẩm đã xuất hiện từ rất lâu đời tại Việt Nam, mục đích nhằm giữ thực phẩm được lâu mà không bị ảnh hưởng về mặt chất lượng bởi môi trường và nhiều yếu tố có liên quan khác Quá trình sấy chủ yếu sử dụng các tác nhân gia nhiệt làm nước và hàm ẩm có trong thực phẩm di chuyển ra bên ngoài từ đó làm khô các sản phẩm thực phẩm

Ngày nay, với nhu cầu bổ sung đầy đủ chất dinh dưỡng cho cơ thể mà vẫn mang tính tiện lợi, tiết kiệm thời gian thì việc sử dụng các loại cháo dinh dưỡng đã được sấy khô là hoàn toàn phù hợp Khi cần thiết sử dụng chỉ cần thêm nước sôi với lượng vừa đủ thì đã có ngay một bát cháo dinh dưỡng nóng hổi với đầy đủ các chất dinh dưỡng như protein, chất đạm, chất béo, xơ, vitamin và khoáng chất,… Hơn thế nữa, riêng đối với các sản phẩm cháo dinh dưỡng thì hàm lượng ẩm và nồng độ các chất dinh dưỡng là rất dồi dào, rất thuận lợi cho các loại vi sinh vật, nấm mốc,… phát triển gây hư hỏng sản phẩm Từ đó cho thấy, việc ứng dụng công nghệ sấy cho các sản phẩm cháo dinh dưỡng nhằm nâng cao tính tiện lợi cho quá trình sử dụng và kéo dài thời gian bảo quản là thực sự cần thiết Hiện nay có rất nhiều các phương pháp tách ẩm cho dòng sản phẩm cháo và đương nhiên, với mỗi phương pháp khác nhau cũng sẽ có các ưu nhược điểm khác nhau và ở bài nghiên cứu này, chúng tôi xin đề cập đến phương pháp sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng với năng suất 1500kg nguyên liệu/mẻ Khi sử dụng công nghệ sấy thăng hoa không chỉ giữ cho sản phẩm luôn có chất lượng tốt (các thành phần dinh dưỡng và hoạt chất sinh học, màu sắc, mùi, vị… gần như được bảo toàn không bị phá hủy) mà còn giữ được độ xốp mềm, khi ngâm

2 Mục tiêu đề tài

Tính toán thiết kế hệ thống sấy thăng hoa với năng suất 1500 kg nguyên liệu cháo dinh dưỡng/mẻ

3 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu: hệ thống sấy thăng hoa và nguyên liệu cháo dinh dưỡng Giới hạn nghiên cứu: tính toán và thiết kế hệ thống sấy thăng hoa với năng suất 1500 kg nguyên liệu cháo dinh dưỡng/mẻ

4 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu các vấn đề về lý thuyết tổng quan (cơ sở khoa học, tình hình nghiên cứu hiện tại, các yếu tố ảnh hưởng) của quá trình sấy thăng hoa đối với nguyên liệu

Tìm hiểu về các đặc điểm của nguyên liệu cháo dinh dưỡng dùng làm nguyên liệu cho quá trình sấy thăng hoa

Tính toán, thiết kế các thông số kỹ thuật cho hệ thống sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng với năng suất 1500 kg/mẻ Tính toán chi phí chế tạo để đưa ra đánh giá về hiệu quả kinh tế của hệ thống

5 Phương pháp nghiên cứu

Tìm hiểu, tra cứu, phân tích và tổng hợp tài liệu sau đó đưa ra quy trình công nghệ sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng theo năng suất đề ra và trình tự thiết kế hệ thống Ngoài ra, cần sử dụng thêm các phần mềm hỗ trợ, thiết kế bản vẽ kỹ thuật Autodesk AutoCAD 2020 Tính toán dựa trên cơ sở lý thuyết chuyên ngành trong lĩnh vực sấy thăng hoa, đồng thời có ứng dụng công nghệ thông tin phần mềm để bổ trợ quá trình tính toán

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

6.1 Ý nghĩa khoa học

Tiến hành nghiên cứu và tính toán các thông số, dữ liệu cơ bản cần thiết ban đầu cho một hệ thống thiết bị Đồng thời đưa ra một cái nhìn bao quát về hệ thống sấy thăng hoa với những ưu và nhược điểm để có hướng phát triển và tạo tiền đề, cơ sở cho sự nghiên cứu về hệ thống sấy các nguyên liệu khác sau này

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Quá trình tìm hiểu và thiết kế hệ thống sấy thăng hoa cho dòng sản phẩm cháo dinh dưỡng giúp nâng cao giá trị cho sản phẩm từ đó đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn Khi áp dụng công nghệ sấy này vào quá trình sản xuất, chế biến sản phẩm sẽ góp phần giữ được màu sắc, mùi vị và hàm lượng các chất dinh dưỡng có trong sản phẩm một cách tối ưu nhất Việc nghiên cứu, tính toán và thiết kế hệ thống sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng là cơ sở để chế tạo các hệ thống sấy thăng hoa với năng suất phù hợp

7 Bố cục

Bên cạnh các nội dung thuộc phần mở đầu, mục lục, danh mục hình, danh mục bảng, danh mục chữ viết tắt, nội dung bài luận văn được trình bày trong 6 chương, bao gồm:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và tính toán

Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống

Chương 4: Bản vẽ thiết kế hệ thống sấy thăng hoa

Chương 5: Hệ thống điều khiển thông minh

Chương 6: Tính kinh tế

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

TỔNG QUAN

1.1 Cơ sở khoa học sấy thăng hoa

1.1.1 Định nghĩa sấy thăng hoa

Quá trình sấy nói chung là quá trình sử dụng nhiệt để làm giảm hàm lượng ẩm

có trong nguyên liệu dựa trên sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước trên bề mặt nguyên liệu và môi trường xung quanh Có hai phương pháp sấy cơ bản đó là sấy

tự nhiên và sấy nhân tạo Đối với sấy tự nhiên, đây là một phương pháp lâu đời và thường được người dân sử dụng hơn là các khu sản xuất, khu công nghiệp Cụ thể là tiến hành làm bay hơi bằng năng lượng tự nhiên như mặt trời, năng lượng gió… Phương pháp này đỡ tốn nhiệt năng, nhưng không chủ động điều chỉnh được vận tốc quá trình theo yêu cầu kỹ thuật, năng suất thấp,… Phương pháp sấy nhân tạo thường được tiến hành trong các loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm Sấy nhân tạo có nhiều dạng và tùy theo phương pháp truyền nhiệt được ứng dụng mà phân loại và sấy thăng hoa cũng là một trong số các phương pháp sấy nhân tạo được ứng dụng rộng rãi trên thị trường hiện nay

Sấy thăng hoa là một quá trình mà trong đó sản phẩm trước tiên được đông lạnh và sau đó được làm khô bằng cách thăng hoa của nước [1] Quá trình tổng thể bao gồm bốn bước lần lượt là: đóng băng; tạo áp suất chân không và nâng nhẹ nhiệt

độ để nước (lúc này ở trạng thái rắn) thăng hoa mà không bị tan chảy; tiếp đến là sự thăng hoa của nước đá hay còn được gọi là giai đoạn làm khô chính; quá trình giải hấp nước liên kết với chất rắn, được gọi là làm giai đoạn làm khô thứ cấp và đóng gói trong các thùng chứa để ngăn cản sự hấp thụ nước và/hoặc oxy từ khí quyển Về mặt

lý thuyết, sự thăng hoa của nước đá có thể được thực hiện ở áp suất khí quyển, tuy nhiên, áp suất hơi của nước đá giữa -10℃ và - 40℃ là xấp xỉ 2,6 - 0,13 mbar và 1 kg nước đá có thể tích khoảng 470 m3 ở -10℃ và 8400 m3 ở - 40℃ Do đó, để vận chuyển các thể tích này ở áp suất khí quyển, thể tích khí phải lớn hơn thể tích hơi khoảng 400

- 8000 lần Chính vì vậy, tất cả các nhà máy sấy thăng hoa ngày nay đều là những nhà máy chân không, trong đó không khí được giảm áp suất hơi xuống khoảng 10%,

để cho dòng hơi tự do có thể di chuyển với vận tốc lên đến 100 ms-1 Công nghệ sấy thăng hoa không chỉ giữ chất lượng sản phẩm ổn định mà còn giữ được độ xốp mềm, khi ngâm vào nước sẽ nở trở lại và gần giống như nguyên liệu ban đầu

1.1.2 Nguyên lý sấy thăng hoa

1.1.2.1 Giai đoạn làm lạnh đông

Các loại nguyên vật liệu sau khi được sơ chế và xử lý xong sẽ được làm lạnh đông trước khi tiến hành quá trình sấy nhằm kết tinh lượng ẩm có trong các loại nguyên vật liệu này Sự hiểu biết các kiến thức về hóa học vật lý của quá trình lạnh đông là cần thiết cho việc nắm bắt các thành phần trong công thức và biết rõ các điều kiện ảnh hưởng đến quy trình cũng như chất lượng của sản phẩm sau khi được làm lạnh đông và sấy thăng hoa [2] Khi các tinh thể nước đá phát triển trong hệ thống lạnh đông, các chất hòa tan sẽ bị cô đặc Nồng độ ion tăng lên đi kèm với quá trình đông lạnh thường là một mối quan tâm trong quá trình đông khô protein cũng như các vật liệu sinh học khác, vì cường độ ion cao có thể thúc đẩy sự biến tính của protein cũng như sự mất nước do thẩm thấu của vi sinh vật Ngoài ra, tốc độ của một số phản ứng hóa học, đặc biệt là phản ứng bậc hai, có thể được tăng tốc bằng cách đóng băng thông qua hiệu ứng nồng độ đông đặc này Ở giai đoạn này vật liệu sấy được làm lạnh

từ nhiệt độ môi trường khoảng 20℃ - 25℃ xuống nhiệt độ (-10 ÷ -15℃) và theo số liệu thực nghiệm thì có khoảng (10-15) % lượng ẩm thoát ra khỏi vật ẩm trong giai đoạn này [3]

Có hai cách chính để làm lạnh đông các loại vật liệu sấy có thể nhắc đến: Cách thứ nhất là sử dụng thiết bị làm lạnh đông thông thường hoặc nitơ lỏng để làm lạnh đông sản phẩm bên ngoài buồng sấy thăng hoa Cách thứ hai là vật sấy tự lạnh đông ngay trong buồng sấy thăng hoa khi buồng sấy được hút chân không Trong giai đoạn này, sản phẩm cần được làm lạnh đông rất nhanh để hình thành các tinh thể băng nhỏ nhằm mục đích ít gây hư hại đến cấu trúc tế bào của sản phẩm Đối với sản phẩm dạng lỏng, phương pháp làm lạnh đông chậm được sử dụng để băng tạo thành từng lớp, các lớp này tạo nên các kênh giúp cho hơi nước dịch chuyển dễ dàng

1.1.2.2 Giai đoạn thăng hoa

Đây là giai đoạn chính để tách ẩm khỏi nguyên vật liệu sấy trong quá trình sấy thăng hoa sản phẩm Khi sản phẩm đạt tới nhiệt độ cấp đông cần thiết, ngừng quá trình cấp đông, lúc này bơm chân không bắt đầu hoạt động làm áp suất buồng sấy hạ xuống rất nhanh tạo môi trường sấy là môi trường chân không, có áp suất ít thay đổi (0,1÷1) mmHg Trong giai đoạn này, nhờ dòng nhiệt chủ yếu là nhiệt từ các tấm bức

xạ nước trong vật liệu sấy bắt đầu thăng hoa mạnh [3] Tất nhiên, điều này phải được thực hiện mà không làm tan chảy phần vật liệu đã được lạnh đông tiếp xúc với đáy của vật chứa [2] Có ba cơ chế truyền nhiệt chính có thể nhắc đến là:

− Sự dẫn truyền dòng nhiệt do quá trình chuyển động giữa các phần tử có thể tích khác nhau của vật liệu

− Sự đối lưu, trao đổi nhiệt do dòng chất lỏng gây ra

− Bức xạ: dòng nhiệt do kích thích nhiệt làm phát sinh bức xạ điện từ

Tuy nhiên, môi trường sấy gần như là chân không tuyệt đối nên quá trình truyền nhiệt tách ẩm chỉ xảy ra theo hai phương thức bức xạ và dẫn truyền, còn đối lưu xem như bằng không Do sự chênh lệch áp suất riêng phần hơi nước ở thực phẩm và áp suất hơi nước trong môi trường sấy quá lớn Đồng thời dòng nhiệt bức xạ từ các tấm kim loại phát ra để đốt nóng là do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường và thực phẩm khá lớn Do đó nước trong thực phẩm đông lạnh bắt đầu thăng hoa mãnh liệt Để sản phẩm sấy khô có chất lượng tốt thì phần cuối của giai đoạn thăng hoa lúc mà các tinh thể đã thăng hoa hết, độ ẩm đạt yêu cầu và nhiệt độ sản xuất vượt qua nhiệt độ kết thúc của nhiệt độ trong sản phẩm (Tkt), khi đó ẩm còn lại trong sản phẩm rất ít, chủ yếu là ẩm liên kết và chỉ tồn tại ở pha lỏng [4] Cuối giai đoạn này, nhiệt độ của vật liệu sấy mới dần dần tăng từ (-10℃ ÷ -15℃) đến 0℃ và giai đoạn sấy thăng hoa kết thúc [3]

1.1.2.3 Giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại hay sấy chân không

Đây là giai đoạn làm bay hơi ẩm còn lại trong nguyên vật liệu sấy Ở cuối quá trình thăng hoa, lượng ẩm trong vật liệu sấy trở về dạng lỏng Vì khi đó, áp suất trong bình thăng hoa vẫn được duy trì bé hơn áp suất khí trời nhờ bơm chân không và vật liệu sấy vẫn tiếp tục được gia nhiệt nên ẩm vẫn không ngừng biến từ dạng lỏng lên dạng hơi và đi vào không gian bình thăng hoa [3] Kết thúc giai đoạn này khi xảy ra

sự cân bằng nhiệt độ, nhiệt độ nguyên liệu đạt tới nhiệt độ môi trường sấy và nhiệt

độ tấm bức xạ, độ ẩm cuối cùng của sản phẩm từ (2 ÷ 4) % rất khô [5]

1.1.3 Ưu, nhược điểm của kỹ thuật sấy thăng hoa

1.1.3.1 Ưu điểm

Sấy thăng hoa là quá trình bảo quản các sản phẩm thực phẩm phức tạp và tốn kém nhất trong tất cả các phương pháp làm khô Tuy nhiên, đó là cách duy nhất để nhiều sản phẩm dược duy trì chất lượng ban đầu của chúng trong một thời gian có thể chấp nhận được ở nhiệt độ sẵn có hoặc thậm chí ở nhiệt độ phòng trở lên [1] Sau khi quá trình sấy thăng hoa kết thúc, sẽ cho ra thành phẩm đạt chất lượng tương đối tốt với màu sắc, hình dạng, thành phần dinh dưỡng,… gần như được giữ nguyên vẹn so với ban đầu Ngoài ra, các sản phẩm sau khi sấy còn có khả năng hoàn nguyên về trạng thái gần như ban đầu khi tiếp xúc nước trong một khoảng thời gian đủ dài nhất định

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

− Nhiệt độ của quá trình sấy thăng hoa

Nhiệt độ của quá trình sấy thăng hoa là một trong những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thoát hơi ẩm trong từng sản phẩm Nhiệt độ càng cao thì lượng

ẩm trong vật liệu sấy thoát ra càng nhanh, nhưng mức nhiệt này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến màu sắc, cấu trúc và hàm lượng chất dinh dưỡng có trong từng loại sản phẩm khác nhau Nhiệt cấp vào sẽ đóng vai trò làm tăng nhiệt độ môi trường sấy (T∞) và nhiệt độ của giá truyền nhiệt (Tshef) 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 với nhiệt độ kết tinh (Tkt) của hàm lượng ẩm chứa bên trong sản phẩm

Đây là một trong những yếu tố thiết yếu gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Thời gian sấy càng lâu thì sản phẩm càng khô, khi cần sấy sản phẩm khô ở mức độ vừa phải thì cần đặt thời gian sấy cho phù hợp để tránh bị sấy quá khô hoặc sấy chưa

đủ thời gian Dẫn đến việc sản lượng và chất lượng của sản phẩm sau khi chế biến không đạt yêu cầu

− Áp suất môi trường sấy thăng hoa

Áp suất môi trường sấy thăng hoa có ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí năng lượng của quá trình sấy thăng hoa Vì vậy, để ẩm thăng hoa ngay tại thời điểm đầu giai đoạn 2 thì áp suất môi trường sấy thăng hoa phải nhỏ hơn hoặc bằng áp suất thăng hoa của ẩm tương ứng với nhiệt độ lạnh đông thích hợp của sản phẩm [4]

− Kích thước hình học của vật liệu sấy

Quá trình cấp nhiệt và tách ẩm trong sấy thăng hoa không tuân theo quy luật khuếch tán ngoại hay khuếch tán nội mà nó thăng hoa nước đá từ bề ngoài sản phẩm vào bên trong Vì vậy nó phụ thuộc vào áp suất lỗ mao quản mà nước kết tinh thành nước đá, nếu lỗ mao quản cạn hay bề dày sản phẩm mỏng thì khả năng thăng hoa dễ dàng và ngược lại Do quá trình thăng hoa thường chỉ sấy sản phẩm cùng một kích

cỡ nên yếu tố này trong nghiên cứu ít quan tâm, chỉ quan tâm khi cũng một loại sản phẩm nhưng có nhiều kích cỡ khác nhau [6]

Trong hầu hết các tình huống thực nghiệm, phải đạt được những nhu cầu khác nhau liên quan đến công thức, điều kiện chế biến, chi phí và các vấn đề khác Do đó, chất lượng và hình thức của sản phẩm sấy khô phụ thuộc vào thành phần, nồng độ và thể tích của vật liệu cần được làm khô, hình dạng của bình chứa, một số thiết bị và thông số chi phối sự truyền nhiệt và khối lượng trong suốt quá trình sấy [7]

1.1.5 Các biến đổi vật lý, hóa học và vi sinh ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa

Lượng ẩm trong nguyên vật liệu có thể sẽ bị biến đổi trong quá trình sấy thăng hoa như sau:

− Biến đổi vật lý: Lượng ẩm của nguyên vật liệu trong quá trình sấy sẽ bị chuyển pha và từ đó sẽ làm thay đổi tính chất nhiệt vật lý của sản phẩm, ảnh hưởng đến các quá trình truyền nhiệt lạnh đông và truyền nhiệt tách ẩm trong điều kiện sấy

thăng hoa Ngoài ra, còn có hiện tượng khối lượng nguyên liệu giảm xuống do mất nước,…

− Biến đổi hóa học: Khi lượng ẩm kết tinh dẫn đến sự thay đổi cấu trúc của sản phẩm sang dạng tinh thể rắn, do hàm lượng nước giảm dần nên cũng có thể làm chậm đi tốc độ của một số phản ứng thủy phân,…

− Biến đối sinh học: Đối với cấu tạo tế bào, thường xảy ra hiện tượng tế bào sống biến thành tế bào chết do nhiệt độ làm biến tính không thuận nghịch chất nguyên sinh và sự mất nước.Quá trình làm khô có thể tiêu diệt một số vi sinh vật trên bề mặt vật liệu nhưng làm khô có tác dụng làm yếu hoạt động của chúng nhiều hơn Ngoài ra, do yêu cầu đối với sản phẩm lạnh đông dùng để bảo quản là 86% lượng ẩm trong sản phẩm kết tinh nên làm mất đi môi trường sống của vi sinh vật [6], [8]

1.1.6 Một số hệ thống sấy thăng hoa

1.1.6.1 Sấy thăng hoa cấp đông riêng

Cấp đông sản phẩm bằng một hệ thống độc lập như: tủ cấp đông, phòng lạnh đông hoặc băng chuyền lạnh đông IQF (Individual Quickly Freezer), hoặc lạnh đông siêu tốc bằng khí nito hóa lỏng hoặc bằng nước đá khô CO2 Sau khi lạnh đông xong sản phẩm được đưa vào buồng thăng hoa để thực hiện quá trình sấy Hiện nay, hệ thống này chủ yếu được chế tạo chủ yếu ở quy mô công nghiệp Khi sấy thực phẩm, chỉ cần điều chỉnh nhiệt độ gia nhiệt ở 21℃ lên tới nhiệt độ trong khoảng (45℃ ÷ 65℃), áp suất môi trường sấy chân không cần đạt dưới 4,58 mmHg và thực phẩm không cần lạnh đông thì đây chính là sấy chân không [4]

1.1.6.2 Sấy thăng hoa tự cấp đông

Hệ thống sấy thăng hoa tự cấp đông bao gồm quá trình lạnh đông sản phẩm ngay trong buồng sấy thăng hoa Chính vì vậy, hệ thống lạnh trong hệ thống sấy thăng hoa thực hiện hai nhiệm vụ: một là làm lạnh đông sản phẩm ở giai đoạn 1; hai là ngưng ẩm thoát ra từ sản phẩm trước khi bơm chân không hút thải ra ngoài ở giai đoạn 2 sấy thăng hoa và giai đoạn 3 sấy chân không nhiệt độ thấp (nếu quá trình sấy chưa đạt độ ẩm cần thiết) [4]

1.1.6.3 Sấy thăng hoa liên tục

Hệ thống sấy thăng hoa liên tục làm lạnh đông sản phẩm liên tục Vậy nên, hệ thống lạnh trong hệ thống sấy thăng hoa liên tục cũng chỉ thực hiện một nhiệm vụ là ngưng ẩm thoát ra từ sản phẩm trước khi bơm chân không hút thải ra ngoài Hệ thống sấy thăng hoa liên tục là một trong những hệ thống sấy phức tạp nhất, bởi vì ngoài việc đảm bảo độ kín chân không cho buồng sấy, nó còn đảm bảo độ chân không cho các khâu cấp liệu, tháo sản phẩm và hệ thống điều khiển băng tải,… Cho nên hệ thống này được gia công chế tạo với độ chính xác rất cao, đòi hỏi phương pháp gia công phải bằng cơ khí mới chính xác [4]

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước về lĩnh vực sấy thăng hoa

Việt Nam là một nước có nền nông nghiệp phát triển mạnh, tuy nhiên, sản phẩm sau thu hoạch dễ giảm chất lượng, vì vậy chúng cần có phương pháp bảo quản hợp lý để bảo toàn chất lượng trong một thời gian nhất định, phục vụ cho tiêu dùng

và xuất khẩu Hiện nay, các hệ thống sấy nói chung và hệ thống sấy thăng hoa nói riêng cũng đang ngày càng được tìm hiểu, nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi Song, vẫn còn nhiều hạn chế do sự phức tạp, đòi hỏi trình độ kiến thức nghiên cứu sâu rộng

và chi phí hay vốn đầu tư khá lớn

Trong suốt quá trình dạy và học, nhóm nghiên cứu của tác giả Nguyễn Tấn Dũng, Bộ môn Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh đã nghiên cứu chế tạo thành công 11 phiên bản hệ thống sấy thăng hoa từ DS-

1 đến DS-11 tại Việt Nam (Bảng 1.1 Mô tả một số thông tin của một số hệ thống sấy này), với giá thành giảm nhiều so với hệ thống xuất hiện cùng năng lượng, chỉ bằng 1/7 ÷ 1/3 giá nhập ngoại và chất lượng sản phẩm sau khi sấy là như nhau Đây là một tín hiệu đáng mừng cho công nghiệp chế tạo hệ thống sấy thăng hoa tại Việt Nam [4]

Bảng 1 1 Một số thông tin của một vài phiên bản hệ thống sấy thăng hoa từ

DS-2 đến DS-7 tại Việt Nam [4]

Thông số

Năng suất

(0,5 ÷ 1) kg/mẻ và

1 mẻ khoảng 12 đến 24 giờ

(8 ÷ 10) kg/mẻ

(10 ÷ 12) kg/mẻ

(15 ÷ 20) kg/mẻ

(20 ÷ 25) kg/mẻ

(60 ÷ 80) kg/mẻ

- 0,005

mmHg

0,005 mmHg

0,001 mmHg

0,001 mmHg

Đơn vị sử

dụng

Đại học Văn Lang

Tp HCM năm 2001

- 2005

Đại học

Sư phạm

Kỹ Thuật Tp.HCM

Cơ sở sản xuất Thái Minh, An Giang

Công ty TNHH Chế biến rau quả Bảo Lộc, Lâm Đồng

Trung tâm sản xuất các chế phẩm Sinh học tại Hà Nội năm 2014

Công ty chế biến thực phẩm xuất khẩu, Hải Phòng

Giới thiệu hệ thống sấy thăng hoa DS – 9

Để tạo thế chủ động cho sản xuất trong nước và thay thế sản phẩm nhập ngoại, các nhà khoa học thuộc Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, gồm các thầy: PGS.TS Nguyễn Tấn Dũng (chủ trì), KS Lê Văn Hoàng, ThS Lê Thanh Phong và ThS Lê Tấn Cường đã miệt mài nghiên cứu trong nhiều năm qua để chế tạo thành công các phiên bản của hệ thống sấy thăng hoa với các tính năng vượt trội khác nhau, phiên bản sau được cải tiến tốt hơn phiên bản trước, hoàn thiện cả về mẫu mã, kiểu dạng lẫn chất lượng và đưa vào ứng dụng thành công tại các doanh nghiệp sản xuất trên cả nước Hệ thống sấy thăng hoa DS – 9 là một trong số đó và đây là hệ thống sấy thế hệ mới có nhiều ưu điểm, khá hiện đại và tiết kiệm năng lượng Nó có nhiều chế độ làm việc như sấy không làm lạnh đông (cấp đông riêng sản phẩm trước khi đưa vào sấy) và sấy có làm lạnh đông (tự cấp đông sản phẩm ngay trong buồng thăng hoa) cùng nhiều tính năng kỹ thuật tiên tiến khác

Hình 1 1 Một số sản phẩm sấy thăng hoa hiện nay

Ngoài ra, DS-9 còn được trang bị hệ thống tự động đo lường, điều khiển bằng máy tính và bằng màn hình cảm ứng rất hiện đại Ứng dụng IoT, hệ thống cho phép điều khiển, vận hành, kiểm soát quá trình sấy ngay cả ở những nơi rất xa nhà máy,…

Một vài thông số kỹ thuật thuộc hệ thống sấy thăng hoa DS - 9 có thể nhắc đến như năng suất cao lên đến 40-50 kg/mẻ (một mẻ từ 12–24 giờ, tùy theo loại sản phẩm) và nhiệt độ lạnh đông từ -25℃ đến -45℃ [9] Nhiệt độ ngưng ẩm khoảng -35℃ đến -45℃ và áp suất môi trường sấy có thể hạ xuống đến mức 0,001 mmHg,…

Hình 1 2 Hệ thống sấy thăng hoa DS-9 (Version 4) 1.3 Tình hình nghiên cứu ngoài nước về lĩnh vực sấy thăng hoa

Công nghệ sấy thăng hoa đã được nghiên cứu và áp dụng từ rất lâu ở nhiều nước, không chỉ trong ngành công nghệ thực phẩm mà cả một số ngành khác như sinh học, y học, dược học Đầu tiên, sấy thăng hoa thực phẩm đã bắt đầu vào năm

1100 do người Incas ở Peru thực hiện hiện bằng cách lợi dụng vị trí cao (4500m) của vùng núi Andes ở Nam Mỹ Sau đó, năm 1906 hai nhà vật lý người Pháp là Bordas

và Darsonval đã sáng chế được thiết bị làm ngưng đá hơi nước bằng tuyết trộn với aceton trong quá trình sấy Năm 1921, hai kỹ sư G.I.Lappa Stajenhexki người Nga nghiên cứu và áp dụng phương pháp sấy thăng hoa thực phẩm ở quy mô công nghiệp,… Cùng với tốc độ phát triển của nền kinh tế thì việc chế tạo các hệ thống sấy thăng hoa cũng ngày một hoàn thiện hơn, đi kèm với đó là hệ thống đo lường và tự động hóa rất hoàn hảo

Bảng 1 2 Một số máy sấy thăng hoa có trên thế giới hiện nay [4]

Thông số kỹ

thuật

Máy sấy thăng hoa một buồng Epsilon 2- 40D của hãng Christ (Đức)

Máy sấy thăng hoa hai buồng Ultra 35 Super

ES của hãng Virtis (Mỹ)

Máy sấy thăng hoa FDJP-01 của Nhật

Máy sấy thăng hoa FD-81 của New Zealand

Năng suất

thiết bị

Bay hơi 25kg nước/24 giờ

Bay hơi 25kg nước/24 giờ

Bay hơi 800 kg nước/24 giờ

Bay hơi 80 kg nước/24 giờ

Có thể đạt tới 0,002 mmHg

Có thể đạt tới 0,001 mmHg

Có thể đạt tới 0,004 mmHg

280.000 USD (5,1 tỷ đồng Việt Nam)

1,4 triệu USD (30 tỷ đồng Việt Nam)

456.000 USD (9,5 tỷ đồng Việt Nam)

1.4 Nguyên liệu cháo dinh dưỡng

1.4.1 Đặc điểm sinh học và giá trị dinh dưỡng

Như đại đa số chúng ta đều biết, suy dinh dưỡng đã và đang là bệnh đặc hữu của trẻ em ở nhiều vùng miền Châu Phi và phần lớn là do thiếu các loại thực phẩm

dinh dưỡng phù hợp với túi tiền và điều kiện vệ sinh Theo một vài nghiên cứu, protein, năng lượng, sắt và vitamin A là những nhu cầu dinh dưỡng quan trọng ở nhóm tuổi dễ bị tổn thương này để tăng trưởng và cải thiện kết quả bệnh tật [10] Vì vậy, cháo dinh dưỡng ra đời và đã trở thành một trong những giải pháp ưu việt cho các trường hợp này

Cháo dinh dưỡng là một trong những món ăn sau cơm được đại đa số người dân Châu Á ưa thích Bởi lẽ, đây là món dễ nấu, dễ ăn và có nhiều cách chế biến khác nhau với nhiều nguồn nguyên vật liệu đa dạng và phong phú Cháo có thể ăn vào bất

cứ thời điểm nào trong ngày: làm bữa điểm tâm buổi sáng, ăn vào giữa buổi hay ăn thay bữa cơm Bên cạnh đó, ăn cháo vào bữa khuya có tác dụng bồi bổ sức khỏe cho những người già yếu, ốm đau hay tiếp thêm năng lượng cho những người lao động nặng nhọc… Bởi vì tính đặc trưng của sản phẩm là dễ ăn, dễ nuốt và bổ sung các chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể nên đối tượng thường được hướng tới cho dòng sản phẩm này là những trường hợp ốm đau, bệnh tật hoặc trẻ nhỏ đang trong quá trình hồi phục và phát triển cơ thể, trí óc,… Một bát cháo được coi là cháo dinh dưỡng khi

nó phải có đầy đủ các chất đạm (từ thịt, cá, trứng, cua…), tinh bột (gạo, ngô…), chất béo (dầu ăn) và chất xơ (gồm các loại rau củ quả…)

Cháo dinh dưỡng là một loại thực phẩm bán lỏng, nó có thể nhanh chóng đi vào ruột non mà không cần nhai nhiều Từ đó, được cơ thể hấp thụ, sử dụng nhanh chóng để bổ sung năng lượng Ăn cháo mỗi ngày sẽ mang lại nhiều lợi ích bất ngờ cho sức khỏe con người như:

− Ăn cháo tốt cho hệ tiêu hóa vì gạo được nấu, hầm trong thời gian dài nên đã rất mềm và chín nhừ góp phần giúp cho quá trình hấp thụ dưỡng chất và tiêu hóa của cơ thể

− Tăng cảm giác thèm ăn, bồi bổ sức khỏe: khi bị ốm hoặc cơ thể mệt mỏi thường không muốn ăn thì cháo chính là sự lựa chọn tốt nhất dành cho bạn, vừa dễ ăn, tạo cảm giác ngon miệng và cơ thể dễ hấp thu

− Ngăn ngừa táo bón:cháo dinh dưỡng là loại thức ăn loãng chứa nhiều nước vì thế thường xuyên ăn cháo sẽ giúp cơ thể bổ sung nước, ngăn ngừa táo bón