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

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 P

Trang 1

S K L 0 0 9 1 5 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

GVHD: NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH: LÊ MINH TIẾN

LÝ HỮU TRÍ

NGHIÊN CỨU - TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO

HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA DS-12 VỚI NĂNG SUẤT

10 KG NGUYÊN LIỆU SỮA CHUA/MẺ

Trang 2

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

Trang 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

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 năng

suất 10 kg nguyên liệu/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

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 09 tháng 08 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 tháng năm 2022

Sinh viên thực hiện

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

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

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

9 Đề nghị của người hướng dẫn

Trang 9

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:

giá

1

Giá trị khoa học và công nghệ của đề tài_ 50

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

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

25

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

25

2

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

10

Bố cục của bài viết 5

Các dữ kiện nghiên cứu (độ tin cậy, cách xử lý số liệu ) 20

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:

Ngày 16 tháng 08 năm 2022 Người hướng dẫn

Trang 10

KHÓA 2018

(PHẢN BIỆN)

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

DS-12 năng suất 10kg nguyên liệu sữa chua/mẻ

Số tài liệu tham khảo: 38; Phần mềm tính toán: Microsoft Excel 2020

Bố cục: Luận văn có bố cục rõ ràng, kết cấu phù hợp Viết: viết theo đúng 7 Ưu điểm của luận văn:

Hành văn: Hành văn phù hợp với văn phong khoa học Câu cú rõ ràng, mạch lạc

Sử dụng thuật ngữ chuyên môn: thuật ngữ được sử dụng chính xác và thích hợp

7 Những ưu điểm của khóa luận:

Mục tiêu của khóa luận:

Mục tiêu của khóa luận được xác định rõ ràng, phù hợp với quy mô của khóa luận Bao gồm

Nội dung:

Nội dung rõ ràng, mạch lạc và gắn với mục tiêu đã xác định

Nội dung luận văn được xác định phù hợp với chủ đề, có bố cục rõ ràng, logic Bao gồm tổng quan, phương pháp, kết quả tính toán thiết kế, tính toán chi phí và kết luận

Trang 11

Tồng quan tài liệu phù hợp với nội dung, có lượt khảo đối tượng nghiên cứu, sản phẩm liên quan và phương pháp sử dụng Đã tiến hành so sánh công nghệ và thiết bị sấy thăng hoa trong và ngoài nước

Phương pháp:

Phương pháp được sử dụng phù hợp bao gồm phương pháp nghiên cứu tài liệu, tính toán, sử dụng các mô hình toán học và vật lý, các phương trình thông dụng được sử dụng trong thiết kế, có tiến hành thiết kế, tính toán sức bền, gia công

cơ khí, bố trí các nghiệm thức để đánh giá các thông số kỹ thuật cần thiết

Đặc biệt, sử dụng phương pháp thực nghiệm để đánh giá hiệu quả

Kết quả và biện luận:

Khóa luận đã tính toán được các thông số kỹ thuật cần thiết cho quá trình thiết

kế chế tạo hệ thống sấy thăng hoa cho cơ chất sữa chua Đồng thời tính toán thiết

kế sơ đồ điện, điều khiển tự động Kết quả thực nghiệm đã tìm ra các thông số vận hành của hệ thống để tối ưu hóa chi phí vận hành

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

Đề tài có ý nghĩa khoa học, là xây dựng được bộ thông số kỹ thuật cần thiết cho quá trình thiết kế và chế tạo Tìm các thông số vận hành để tối ưu hóa chi phí Khóa luận làm rõ việc sử dụng phương pháp sấy thăng hoa để bảo quản sản phẩm, đồng thời cung cấp những kiến thức và kỹ năng cần thiết về công nghệ sấy cho các ngành liên quan đến công nghệ thực phẩm

Kết quả của khóa luận có thể được chuyển giao, giúp các doanh nghiệp có thêm một lựa chọn để nâng cao chất lượng sản phẩm, đa dạng hóa sản phẩm và ứng dụng công nghệ phù hợp trong sản xuất

8 Những thiếu sót của khóa luận:

Cần kiểm tra lại lỗi chính tả, lỗi đánh máy (ví dụ: xã đông ) Điều chỉnh lại chú thích Q4 ở trang 66 (lượng nhiệt lấy ra để giảm nhiệt độ của thành nước không đóng băng trong sản phẩm)

Cần bổ sunng vào mục 2.1 tiêu chuẩn kỹ thuật TCVN 5603:2008 CAC/RCP 1-1969, REV.4_2003 và cần tham khảo thêm: QCVN 02-02:2009 / BNNPTNT Cơ

Trang 12

sở sản xuất kinh doanh thực phẩm thủy sản – chương trình đảm bảo chất lượng và

an toàn thực phẩm theo nguyên tắc HACCP

Phương pháp: Cần viết gọn lại, bỏ đi các phần mang tính chất lượt khảo + Mục 2.4.1 Phương pháp tra cứu tài liệu: nên viết gọn lại, chỉ mô tả tra cứu các tài liệu nào, tra cứu như thế nào Các đoạn 1, 2, 3 mang tính chất lượt khảo nên chuyển sang chương 1 Tiến hành tương tự cho mục 2.5

+Mục 2.4.3.1 cần bổ sung phương pháp xác định mức tiêu tốn năng lượng và cần xác định mức năng lượng cho toàn bộ quá trình sấy thăng hoa (từ làm đông đến xả băng) Nên làm rõ chỉ tính năng lượng làm bay hơi nước trong quá trình sấy hay tính chi phí năng lượng cho toàn bộ mẻ sấy (từ làm lạnh sản phẩm cho đến khi xả đông nước ngưng tụ - đóng băng), nếu tính năng lượng cho toàn bộ mẻ sấy: cần tính chi phí điện năng dựa trên tổng năng cần thiết, bao gồm tích của công suất (làm nóng, làm đông, bay hơi, hút và duy trì độ chân không, sấy nâng nhiệt, hóa

đá, năng lượng xả đá) và số giờ làm việc của từng loại

Mục 6.11m 6.1.2: nên chuyển sang phương pháp nghiên cứu

Cần chỉ rõ nguồn tham khảo xác định Ks trong tính toàn đọng sương cho bề mặt dày cách nhiệt ở trang 73

Cần mô tả các thông số cảm quan và hóa lý của sản phẩm sau sấy

Phụ lục 1: Tên “Đồ thị I-d cho môi chất lạnh R22”, cần điều chỉnh lại là “Đồ thị lgP-h của R22”

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)

Trình bày cơ sở lựa chọn môi chất R22 trong tính toán thiết kế hệ thống sấy thăng hoa?

Tại sao phải dùng thiết bị ngưng tụ làm đông trong quá trình sấy thăng hoa? Trình bày phương pháp tính toán giá điện và điện năng tiêu thụ cho quá trình sấy thăng hoa?

11 Đánh giá của người phản biện:

Trang 13

STT Nội dung đánh giá Điểm tối đa Điểm đánh

giá

1

Giá trị khoa học và công nghệ của đề tài 50 49

25 25

2

Khả năng ứng dụng (qui mô nhỏ, qui mô sản xuất ) 5 4 Khả năng chuyển giao công nghệ (chuyển giao quy trình

công nghệ, chuyển giao sử dụng thiết bị…) 5 4

3

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

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 8

Bố cục của bài viết 5 4

Các dữ kiện nghiên cứu (độ tin cậy, cách xử lý số liệu ) 20 19

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 14

5 Đánh giá của thành viên hội đồng:

giá

1

Giá trị khoa học và công nghệ của khóa luận 40

20 18

2

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

3

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

4

Khả năng trình bày khóa luận trước hội đồng đánh

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

Kỹ năng thuyết trình 10 8 Khả năng trả lời các câu hỏi 15 14

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 15

Ngày 20 tháng 08 năm 2022

Thành viên Hội đồng

Trang 16

giá

1

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

20 19

2

3

4

Trang 17

Trang 18

giá

1

20 20

2

3

4

Trang 19

Trang 20

giá

1

20 20

2

3

4

Trang 21

Trang 22

giá

1

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

20 19

2

3

4

Trang 23

Trang 24

giá

1

20 18

2

3

4

Trang 25

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 Tình hình thị trường tiêu thụ sữa chua trên toàn thế giới (2021) 15 Hình 1.6 Tình hình tiêu thụ sữa chua ở Châu Âu (2020) 16 Hình 1.7 Tình hình tiêu thụ sữa chua ở Châu Phi 17 Hình 1.8 Quy trình sản xuất sữa chua 18 Hình 1.9 Quy trình sấy thăng hoa sữa chua 22 Hình 1.10 Buồng sấy thăng hoa sữa chua 25 Hình 1.11 Thiết bị ngưng tụ - đóng băng 26 Hình 1.12 Máy bơm hút chân không 8CFM HBS RS-4-R32 27 Hình 2.1 Khu công nghiệp AMATA Đồng Nai 29 Hình 2.2 Sơ đồ nghiên cứu và tính toán sữa chua sấy thăng hoa 42 Hình 2.3 Chuyển động trong gia công phay 49 Hình 2.4 Các phương pháp ép 52 Hình 2.5 Hàn hơi gió đá 56 Hình 3.1 Cấu tạo lớp vỏ ba lớp của buồng thăng hoa 73 Hình 3.2 Chu trình lạnh hai cấp nén, bình trung gian có ống xoắn, làm mát hoàn toàn, có hai lần tiết lưu 76 Hình 3.3 Đồ thị nhiệt động chu trình lạnh hai cấp nén 78 Hình 3.4 Phân tích quá trình hóa tuyết trên giản đồ ba pha của nước 81 Hình 3.5 Sự biến thiên nhiệt độ theo diện tích trao đổi nhiệt 92

Trang 27

Hình 3.6 Đồ thị biến thiên nhiệt độ theo diện tích trao đổi nhiệt của bình trung gian 105 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lí cấu tạo thiết bị ngưng tụ – đóng băng 118 Hình 3.8 Hệ thống sấy thăng hoa DS-12 tự động điều khiển bằng IoT 127 Hình 5.1 Các mạch điện điều khiển mạch động lực của hệ thống sấy thăng hoa

DS – 12 137 Hình 5.2 Card giao tiếp với máy tính điều khiển hệ thống sấy thăng hoa DS –

12 138 Hình 5.3 Card giao tiếp với máy tính điều khiển hệ thống sấy thăng hoa DS –

12 138 Hình 5.4 Mạch in card giao tiếp với máy tính điều khiển hệ thống thăng hoa DS – 12 139 Hình 5.5 Sơ đồ điều khiển tự động của hệ thống sấy thăng hoa DS-12 139 Hình 6.1 Quan hệ y1 = f (x1) và y2 = f(x1) khi x2 = 36 giờ 141 Hình 6.2 Quan hệ y1 = f (x2) và y2 = f(x2) khi x1 = 31 o C 142 Hình 6.3 Quan hệ y1 = f (x1) và y2 = f(x1) khi x2 = 34 giờ 144 Hình 6.4 Quan hệ y1 = f (x2) và y2 = f(x2) khi x1 = 30 o C 144 Hình 6.5 Quan hệ y1 = f (x1) và y2 = f(x1) khi x2 = 32 giờ 146 Hình 6.6 Quan hệ y1 = f (x2) và y2 = f(x2) khi x1 = 30 o C 146 Hình 6.7 Màn hình cảm ứng của hệ thống sấy thăng hoa DS-12 148 Hình 6.8 Thiết bị đèn báo trong hệ thống sấy thăng hoa DS-12 149 Hình 6.9 Sản phẩm sữa chua sau khi sấy thăng hoa 150

Trang 28

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học sữa chua 12 Bảng 2.1 Thực nghiệm với x2, x3 = const 46 Bảng 2.2 Thực nghiệm với x1 1opt , x3 = const 46 Bảng 2.3 Thực nghiệm với x2, x3 = const 46 Bảng 2.4 Thực nghiệm với x1 1opt , x3 = const 47 Bảng 3.1 Các thông số trạng thái của chu trình hệ thống lạnh cần thiết kế, chế tạo 77 Bảng 3.2 Kết quả tính toán kích thước buồng sấy (lạnh đông) 125 Bảng 3.3 Kết quả tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ - đóng băng 126 Bảng 6.1 Thí nghiệm với x2 = 36 giờ 140 Bảng 6.2 Thí nghiệm với x1 = 32 o C 141 Bảng 6.3 Thí nghiệm với x2 = 34 giờ 144 Bảng 6.4 Thí nghiệm với x1 = 30 o C 144 Bảng 6.5 Thí nghiệm với x2 = 32 giờ 145 Bảng 6.6 Thí nghiệm với x1 = 30 o C 145 Bảng 6.7: Đánh giá cảm quan sản phẩm sữa chua sau khi sấy thăng hoa 150 Bảng 7.1 Chi phí vật tư 151

Trang 29

DANH MỤC KÝ HIỆU

nguyên

Co Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối W/(m2.K4)

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 10kg sữa chua/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/m3, 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 3 tấm điện trở trên 1 tấm tạo nhiệt, công suất mỗi tấm điện trở là 120W; bơm chân không có công suất 1HP; 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 gồm 2 máy nén có công suất điện 1 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 MỤC LỤC HÌNH ivv MỤC LỤC BẢNG vi DANH MỤC KÝ HIỆU viiii TÓM TẮT KHOÁ LUẬN viiiiii MỤC LỤC iix 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 3 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 22 1.5.1 Quy trình công nghệ sấy thăng hoa sữa chua 22 1.5.2 Thuyết minh quy trình 22 1.6 Thiết bị của hệ thống sấy thăng hoa sữa chua 25 1.6.1 Buồng thăng hoa 25 1.6.2 Thiết bị ngưng tụ-đóng băng 25

Trang 32

1.6.3 Bơm chân không 26 1.6.4 Hệ thống đo lường và điều khiển 27 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ CHẾ TẠO 28 2.1 Quy hoạch mặt bằng xây dựng nhà xưởng và lắp đặt hệ thống 28 2.2 Đối tượng nghiên cứu và tính toán 40 2.3 Sơ đồ nghiên cứu và tính toán 42 2.4 Phương pháp tính toán và thiết kế hệ thống 42 2.5 Gia công chế tạo 47 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA DS-12 62 3.1 Tính toán hệ thống thiết bị sấy thăng hoa sữa chua 62 3.1.1 Tính toán buồng lạnh đông 62 3.1.2 Tính toán thiết kế các thiết bị trao đổi nhiệt của hệ thống lạnh đông sản phẩm 90 3.1.3 Tính toán thiết kế hệ thống sấy thăng hoa 110 3.1.4 Tính toán hệ bơm chân không 120 3.1.5 Xác định thời gian xả băng 122 3.1.6 Kiểm tra tính bền cho buồng sấy và thiết bị ngưng tụ - đóng băng 123 3.2 Kết quả 125 CHƯƠNG 4: BẢN VẼ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY 128 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 134 5.1 Yêu cầu của hệ thống điều khiển 134 5.2 Tự động điều khiển hệ thống sấy thăng hoa 134 CHƯƠNG 6: THỬ NGHIỆM, HIỆU CHỈNH VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG

HỆ THỐNG SẤY QUA SẢN PHẨM 140 6.1 Thử nghiệm 140 6.2 Hiệu chỉnh thiết bị 147

Trang 33

CHƯƠNG 7: TÍNH KINH TẾ 151 7.1 Chi phí đầu tư lắp đặt hệ thống thiết bị sấy 151 7.2 Tính toán kinh tế cho sản phẩm 152 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 154 PHỤ LỤC 156 Phụ lục 1 Đồ Thị lgP - h của môi chất lạnh R22 156 Phụ lục 2 Bảng hơi ẩm R22 157 Phụ lục 3 Tính chất lý hóa của nước trên đường bão hòa 160 Phụ lục 4: Chương trình điều khiển tự động 162 TÀI LIỆU THAM KHẢO 171

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

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

Trang 38

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]

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

Trang 39

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

 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

Trang 40

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 chi phí năng lượng tăng Nếu thời gian sấy thăng hoa ngắn, thời gian sấy chân không kéo dài thì chất lượng sản phẩm sau khi sấy giảm [2]

Nguyên nhân là do cơ chế tách ẩm ở giai đoạn sấy thăng hoa từ pha rắn sang pha hơi ở nhiệt độ thấp (dưới Tkt) khác với cơ chế tách ẩm ở giai đoạn sấy chân không

từ pha lỏng sang pha hơi ở nhiệt độ cao (trên Tkt), nên ảnh hưởng đến khả năng hoàn

Tiêu đề	Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống sấy thăng hoa DS 12 với năng suất 10kg nguyên liệu sữa chua mẻ
Tác giả	Lê Minh Tiến, Lý Lưu Trí
Người hướng dẫn	PGS. TS. Nguyễn Tấn Dũng
Trường học	Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ thuật thực phẩm
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	210
Dung lượng	9,38 MB

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

Công nghệ về sấy thăng hoa Sữa chua

Phương pháp gia công dập – ép và uốn