Đồ Án máy và thiết bị chế biến thủy sản Đề tài tính toán thiết kế thiết bị Đánh khuấy mực bạch tuộc 300kgmẻ trong nhà máy chế biến mực bạch tuộc Đông lạnh

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG THƯƠNG TP.HCMKHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN THỦY SẢN Đề tài: Tính toán thiết kế Thiết bị đánh khuấy mực-bạch tuộc 300kg/mẻ tro

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN THỦY SẢN

Đề tài: Tính toán thiết kế Thiết bị đánh khuấy mực-bạch tuộc

300kg/mẻ trong nhà máy chế biến Mực-bạch tuộc đông lạnh.

Giảng viên giảng dạy: TS PHẠM VIẾT NAM

Sinh viên thực hiện:

Lưu Trọng Nghĩa Mã số SV:2006223034 Lớp: 13DHCBTS

LỜI MỞ ĐẦU

Ngành thủy sản Việt Nam là một trong những ngành xuất khẩu mũi nhọn, trong đómực và bạch tuộc đông lạnh chiếm tỷ trọng đáng kể Để sản phẩm đạt tiêu chuẩn xuất khẩuvào các thị trường khó tính như EU, Nhật Bản, Mỹ hay Hàn Quốc, nguyên liệu phải được

xử lý sạch sẽ, không lẫn tạp chất (bùn, cát), đảm bảo giữ được giá trị cảm quan tốt

Ở nước ta có hơn 3200 km bờ biển chạy suốt từ Móng Cái đến Cà Mau, có thềm lụcđịa rộng lớn khoảng trên 1 triệu km2 Với điều kiện nhiệt đới gió mùa, quanh năm nhiệt độnước biển ấm áp nên sinh vật biển phát triển dồi dào và phong phú Như vậy việc khai thác

và chế biến sản phẩm thủy sản có ý nghĩa kinh tế quan trọng

Việc đầu tư vào thiết bị chế biến tiên tiến không chỉ nâng cao năng suất mà còn giúpcác nhà máy chủ động trong sản xuất, giảm phụ thuộc vào lao động thủ công Ngoài ra, xuhướng hiện nay của ngành thực phẩm là tăng cường tự động hóa để giảm hao hụt, tiết kiệmtài nguyên và tối ưu hiệu quả vận hành Do đó, việc nghiên cứu và thiết kế thiết bị đánhkhuấy không chỉ giải quyết nhu cầu trước mắt mà còn có triển vọng phát triển lâu dài

Thiết bị đánh khuấy đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý và làm sạch mực, bạchtuộc với các chức năng chính như làm nhã bùn, nhã cát giúp loại bọ bùn cát, tạp chất bámtrên bề mặt sản phẩm, cải thiện giá trị cảm quan giúp cho bề mặt sản phẩm sáng bóng, hạnchế được sự tổn thương của nguyên liệu

Được sự phân công của thầy Phạm Viết Nam, em thực hiện đề tài “Tính toán thiết

kế Thiết bị đánh khuấy mực-bạch tuộc 300kg/mẻ trong nhà máy chế biến Mực-bạch tuộc đông lạnh”.

Mặc dù em đã cố gắng nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ ánkhông tránh những sai sót nên mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến

1.1 Ngành công nghệ chế biến thủy sản 5

1.1.1 Công nghệ chế biến lạnh đông thủy sản 5

1.1.2 Công nghệ chế biến mực-bạch tuộc đông lạnh 7

1.2 Tổng quan về các thiết bị trong ngành chế biến thủy sản 11

1.2.1 Thiết bị đánh khuấy mực-bạch tuộc 11

1.2.2 Thiết bị phân cỡ phân loại 12

1.2.3 Thiết bị cấp đông 12

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐÁNH KHUẤY 13

2.1 Cấu tạo, nguyên tắc hoạt động 13

2.2 Tính toán thiết kế các chi tiết trong thiết bị 15

2.2.1 Tính toán thiết kế thùng chứa 300kg/mẻ (thùng tròn) 16

2.2.2 Tính toán công suất và chọn mô tơ của thiết bị 19

2.2.3 Tính toán thiết kế cánh khuấy 20

2.2.4 Tính toán và hoàn thiện thiết bị 22

2.2.5 Bản vẽ thiết kế của thiết bị 24

2.3 Quy trình vận hành và bảo trì thiết bị 24

2.3.1 Quy trình vận hành 24

2.3.2 Bảo trì thiết bị 25

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 25

3.1 Kết luận 25

3.2 Kiến Nghị 25

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sản lượng thủy sản Việt Nam 2018-2024 5

Hình 1.2 Xuất khẩu hải sản Việt Nam 2020-2024 6

Hình 1.3 Xuất khẩu mực, bạch tuộc của VIỆT NAM, T1/2019 – T2/2021 7

Hình 1.4 Xuất khẩu mực, bạch tuộc của Việt Nam 2020-2021 8

Hình 2.1 Máy đánh khuấy 13

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Ngành công nghệ chế biến thủy sản

1.1.1 Công nghệ chế biến lạnh đông thủy sản

Ở nước ta có hơn 3200 km bờ biển chạy suốt từ Móng Cái đến Cà Mau, có thềmlục địa rộng lớn khoảng trên 1 triệu km2 Với điều kiện nhiệt đới gió mùa, quanh nămnhiệt độ nước biển ấm áp nên sinh vật biển phát triển dồi dào và phong phú Như vậyviệc khai thác và chế biến sản phẩm thủy sản có ý nghĩa kinh tế quan trọng

Biển Việt Nam có các loài thủy sản phong phú Theo số liệu thống kê của ViệnNghiên cứu Hải sản, tổng trữ lượng nguồn lợi hải sản ở biển Việt Nam giai đoạn2016-2020 đạt khoảng 3,95 triệu tấn, suy giảm đáng kể so với giai đoạn 2000-2005(giảm 22,1%) và giai đoạn 2011-2015 (giảm 9,4%) Khả năng khai thác cho phéptrung bình ước tính khoảng 2,45 triệu tấn/năm (dao động trong khoảng 2,27 đến 2,63triệu tấn), trong đó, nhóm nguồn lợi tầng đáy đã chạm ngưỡng giới hạn; nhóm cá nổi(cá nổi lớn và cá nổi nhỏ) vẫn nằm trong giới hạn khai thác cho phép, một số nhómnguồn lợi ở các vùng biển vẫn còn tiềm năng khai thác

Sự phát triển của ngành thủy sản đã kéo theo sự gia tăng mạnh mẽ sản lượngthủy sản Bình quân mỗi năm giai đoạn 2016-2024, nước ta có 7391 nghìn tấn thủysản, trong đó khai thác 3304 nghìn tấn và nuôi trồng 4087 nghìn tấn; tốc độ tăng bìnhquân là 4,0%, trong đó khai thác tăng 3,1%/năm và nuôi trồng tăng 5,4%/năm.Từ

2018 – 2024: Sản lượng thủy sản Việt Nam tăng từ 7,7 triệu tấn năm 2018 lên 9,5triệu tấn năm 2024, tăng 23% Trong đó, sản lượng NTTS chiếm 58%, khai thácchiếm 42%

Hình 1.1 Sản lượng thủy sản Việt Nam 2018-2024

Ngành khai thác, chế biến và XK sản phẩm hải sản Việt Nam phát triểnngành càng mạnh trong thời gian qua, góp phần đáng kể cho tăng trưởng XK hải sản,

mở ra hướng đi đầy triển vọng cho hoạt động khai thác xa bờ Xuất khẩu hải sản có

xu hướng ngày càng tăng

Năm 2024, xuất khẩu hải sản Việt Nam chiếm 40% tổng kim ngạch xuất khẩuthủy sản Kim ngạch xuất khẩu đã từ 3,1 tỷ USD năm 2020 lên hơn 4 tỷ USD năm

2024, tăng 30%

Các sản phẩm hải sản XK của Việt Nam ngày càng đa dạng Các sản phẩm như

cá ngừ, mực bạch tuộc, nhuyễn thể hai mảnh vỏ, cua ghẹ và surimi hiện có doanh số

XK ngày càng cao

Hình 1.2 Xuất khẩu hải sản Việt Nam 2020-2024

Ngành thủy sản đông lạnh là ngành đóng vai trò đặc biệt, chiếm tỷ trọng lớnnhờ khả năng bảo quản lâu dài và đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trên toàn cầu

Công nghệ chế biến lạnh đông thủy sản đóng vai trò quan trọng trong bảo quản,nâng cao chất lượng và giá trị sản phẩm Quá trình này bao gồm tiếp nhận nguyênliệu, sơ chế, làm lạnh sơ bộ, cấp đông, bao gói và bảo quản ở nhiệt độ từ -18°C đến -25°C nhằm hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và kéo dài thời gian sử dụng Hiệnnay, các phương pháp cấp đông phổ biến gồm cấp đông chậm (Block Frozen) phù

hợp với sản phẩm nhỏ, bảo quản lâu nhưng khó tách rời khi sử dụng; cấp đông nhanh(IQF – Individual Quick Frozen) giúp giữ nguyên cấu trúc, hạn chế kết tinh lớn làmhỏng tế bào, phù hợp với tôm, cá phi lê và cấp đông khối dành cho tôm nguyên con,mực, giúp sản phẩm đồng nhất và dễ bảo quản.

Để nâng cao năng lực chế biến, ngành thủy sản cần tập trung vào việc nâng cấpbảo quản trên tàu, tại cảng cá và trong quá trình vận chuyển nhằm giảm thất thoát saukhai thác Việc ứng dụng công nghệ cấp đông hiện đại như RSW (Refrigerated SeaWater) hay IQF giúp duy trì chất lượng sản phẩm tốt hơn Đồng thời, cần tối ưu hóaquy trình chế biến bằng tự động hóa, hạn chế gián đoạn và đảm bảo vệ sinh an toànthực phẩm Ngoài ra, việc phát triển các sản phẩm giá trị gia tăng như sashimi, tômluộc đông lạnh, cá phi lê IQF sẽ giúp mở rộng thị trường xuất khẩu Nhờ vào côngnghệ chế biến lạnh đông, ngành thủy sản Việt Nam có thể nâng cao năng lực cạnhtranh, mở rộng thị phần tại các thị trường lớn như Mỹ, EU, Nhật Bản và củng cố vịthế trong chuỗi cung ứng toàn cầu

1.1.2 Công nghệ chế biến mực-bạch tuộc đông lạnh

Tháng 2/2021, do có kỳ nghỉ Tết nguyên đán nên xuất khẩu mực, bạch tuộc củaViệt Nam giảm trên 20% so với cùng kỳ năm 2020, đạt trên 23 triệu USD Tuy nhiên

do sự tăng trưởng tốt trong tháng 1, nên luỹ kế đến hết tháng 2/2021 xuất khẩu mực,bạch tuộc của Việt Nam vẫn đạt trên 67 triệu USD, tăng 2% so với cùng kỳ nămtrước

Hình 1.3 Xuất khẩu mực, bạch tuộc của VIỆT NAM, T1/2019 – T2/2021

Hàn Quốc vẫn là thị trường NK mực, bạch tuộc lớn nhất của Việt Nam,chiếm 41% tổng giá trị XK. Tháng 10/2021, XK mực, bạch tuộc sang Hàn Quốc đạt28,8 triệu USD, tăng 16% so với cùng kỳ năm ngoái Lũy kế 10 tháng đầu năm, XKmặt hàng này sang thị trường Hàn Quốc đạt 194,5 triệu USD, tăng 3% so với cùngkỳ

Hàn Quốc chủ yếu NK từ Việt Nam mực khô lột da, mực chế biến làm sạchđông lạnh, mực sushi đông lạnh, mực nang phile làm sạch đông lạnh, mực cắt tráithông đông lạnh, bạch tuộc nguyên con làm sạch đông lạnh, bạch tuộc cắt khúc ướp

đá, bạch tuộc chế biến đông lạnh…

EU đứng thứ 4 về NK mực, bạch tuộc của Việt Nam, chiếm 10,3% tổng giá trị

XK mực, bạch tuộc của Việt Nam XK mực, bạch tuộc sang EU trong tháng 10 nămnay đạt 6,5 triệu USD, tăng 11% Tính tới tháng 10 năm nay, XK mực, bạch tuộcsang thị trường này đạt 48,9 triệu USD, tăng 27% so với cùng kỳ năm ngoái Italy,

Hà Lan và Tây Ban Nha là 3 thị trường NK lớn nhất mực, bạch tuộc của Việt Namtrong khối 10 tháng đầu năm nay, XK mực, bạch tuộc sang Italy và Tây Ban Nhatăng trưởng 2 con số lần lượt 50% và 25%

XK mực, bạch tuộc của Việt Nam cả năm 2021 dự kiến đạt hơn 590 triệu USD,tăng 13% so với năm 2020

Hình 1.4 Xuất khẩu mực, bạch tuộc của Việt Nam 2020-2021

Quy trình chế biến mực-bạch tuộc đông lạnh:

Cấp đông Chờ đông Tiếp nhận nguyên liệu

6 Phân cỡ/phân loại

Nguyên liệu được đưa vào máy phân cỡ để tách theo kích thước hoặc trọng lượng, đảmbảo tính đồng đều trước khi chế biến tiếp theo

1.2 Tổng quan về các thiết bị trong ngành chế biến thủy sản

1.2.1 Thiết bị đánh khuấy mực-bạch tuộc

Máy đánh khuấy mực-bạch tuộc là thiết bị chuyên dụng trong ngành chế biếnthủy sản, được thiết kế để làm sạch, loại bỏ nhớt và tạp chất, đồng thời cải thiện kếtcấu và độ giòn của nguyên liệu Máy gồm thùng chứa inox 304 hoặc 316 đảm bảo vệsinh thực phẩm, hệ thống cánh khuấy mềm giúp tạo dòng nước xoáy nhẹ nhàng, vàđộng cơ có công suất có thể điều chỉnh tốc độ theo yêu cầu

Cơ chế hoạt động của máy dựa trên sự khuấy đảo liên tục kết hợp với dòngnước tuần hoàn, giúp ma sát giữa các nguyên liệu làm sạch bề mặt mà không gây tổnhại đến kết cấu mô cơ Sau quá trình xử lý, nguyên liệu có độ giòn tốt hơn, giảm nhớt

và đạt yêu cầu cho các công đoạn chế biến tiếp theo Ứng dụng máy đánh khuấykhông chỉ nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm mà còn giúp tiết kiệm thờigian, công sức, đồng thời đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm trong sản xuất côngnghiệp

1.2.2 Thiết bị phân cỡ phân loại

Máy phân cỡ thủy sản là thiết bị chuyên dụng trong ngành chế biến thực phẩm,được thiết kế để tự động phân loại nguyên liệu theo kích thước hoặc trọng lượngnhằm đảm bảo tính đồng nhất và đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng trong chế biến vàxuất khẩu Máy thường được sử dụng cho các loại thủy sản như tôm, cá, mực, bạchtuộc, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu sai sót so với phương phápphân loại thủ công

Cơ chế hoạt động của máy phân cỡ thủy sản dựa trên cơ chế sàng lọc vật lý hoặc

đo lường điện tử Một số thiết bị sử dụng hệ thống băng tải hoặc trục lăn có khe hởvới kích thước điều chỉnh, cho phép nguyên liệu rơi xuống các khoang chứa theotừng nhóm kích thước Các dòng máy hiện đại hơn ứng dụng công nghệ cảm biếntrọng lượng hoặc quang học để xác định kích cỡ từng cá thể, sau đó kích hoạt hệthống phân luồng tự động để điều hướng sản phẩm đến đúng vị trí thu gom Điều nàygiúp đảm bảo độ chính xác cao, giảm thiểu thất thoát nguyên liệu và cải thiện hiệusuất sản xuất

1.2.3 Thiết bị cấp đông

Máy cấp đông là thiết bị quan trọng trong ngành chế biến thủy sản, được thiết

kế để làm đông nhanh nguyên liệu nhằm duy trì chất lượng, kéo dài thời gian bảoquản và đáp ứng các tiêu chuẩn xuất khẩu Thiết bị này hoạt động theo nguyên lý hạnhiệt nhanh đến nhiệt độ bảo quản (thường từ -18°C đến -40°C) trong thời gian ngắn,giúp hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và giảm thiểu sự hình thành tinh thể đá lớn,bảo toàn cấu trúc tế bào của nguyên liệu Các loại máy cấp đông phổ biến trongngành thủy sản gồm tủ cấp đông gió, tủ cấp đông tiếp xúc, hầm cấp đông, băngchuyền cấp đông IQF, cấp đông bằng nitơ lỏng

Cơ chế hoạt động của máy cấp đông phụ thuộc vào phương pháp làm lạnh cụthể Hệ thống cấp đông tiếp xúc sử dụng tấm kim loại lạnh ép trực tiếp lên nguyênliệu, giúp làm lạnh nhanh và đồng đều, phù hợp với tôm, cá phi lê hoặc sản phẩm có

bề mặt phẳng Cấp đông gió sử dụng luồng khí lạnh cưỡng bức để bao quanh sảnphẩm, thích hợp với nguyên liệu có kích thước không đồng đều như cá nguyên conhoặc bạch tuộc Trong khi đó, công nghệ cấp đông IQF giúp làm đông từng cá thểriêng lẻ, ngăn ngừa hiện tượng dính bết, tối ưu hóa quá trình bảo quản và phân phốisản phẩm Đối với các yêu cầu làm đông siêu tốc, hệ thống nitơ lỏng được sử dụng để

hạ nhiệt tức thời xuống -80°C, giữ nguyên chất lượng sản phẩm cao cấp như sashimihoặc hải sản tươi sống

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐÁNH KHUẤY

2.1 Cấu tạo, nguyên tắc hoạt động

Hình 2.1 Máy đánh khuấy

Cấu tạo:

1 Thùng 2 vỏ , Thùng này được thiết kế bằng Inox và có khả năng cách nhiệt,khoảng giữa 2 lớp dung để chứa đá lạnh làm lạnh thủy sản trong thùng 2

2 Lớp vỏ trong, làm bằng vật liệu dẫn nhiệt tốt nhưng không ăn mòn kim loại

3 Động cơ điện, có hình trụ tròn, nằm thẳng đứng, trục hướng xuống dưới động cơđiện được bảo vệ bằng lớp thép không rỉ

4 Khung đỡ động cơ

5 Trục cánh khuấy, được làm bằng vật liệu thép không rỉ có nhiệm vụ đánh khuấy

6 Chốt liên kết giữa trục cánh khuấy với trục động cơ điện

7 Cánh khuấy

11 2

6

3 4

5

7

Nguyên lý hoạt động của máy đánh khuấy:

Máy đánh khuấy thủy sản hoạt động dựa trên nguyên lý khuấy trộn cơ học kếthợp với làm lạnh để loại bỏ tạp chất và làm săn chắc nguyên liệu Nguyên liệu đượcđưa vào thùng hai vỏ, trong đó khoảng không giữa hai lớp vỏ chứa đá lạnh hoặc dungdịch làm lạnh giúp duy trì nhiệt độ thấp trong suốt quá trình đánh khuấy Lớp vỏ trongcủa thùng được làm từ vật liệu dẫn nhiệt tốt nhưng không ăn mòn, giúp truyền nhiệthiệu quả mà không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Khi máy vận hành, động cơ điện đặt thẳng đứng sẽ truyền động lực xuống trụccánh khuấy thông qua chốt liên kết, làm quay cánh khuấy bên trong thùng Nhờchuyển động quay này, nguyên liệu được khuấy trộn liên tục, giúp loại bỏ nhớt, tạpchất và làm sạch bề mặt hiệu quả Quá trình làm lạnh đồng thời diễn ra, giúp bảo quản

độ tươi của nguyên liệu và hạn chế sự phân hủy protein

2.2 Tính toán thiết kế các chi tiết trong thiết bị

Cơ sở lý thuyết:

Thiết bị khuấy trộn hoạt động dựa trên nguyên lý tạo dòng chảy trong thùng chứa

để phân tán và trộn đều các thành phần, bao gồm mực, bạch tuộc, và dung dịch gia vị hoặcdung môi Quá trình khuấy trộn cần đảm bảo:

- Dòng chảy hiệu quả: Kết hợp dòng chảy dọc trục (axial flow) để di chuyểnnguyên liệu từ đáy lên miệng thùng, và dòng chảy hướng tâm (radial flow) đểphân tán nguyên liệu ra xung quanh, tránh hiện tượng lắng đọng hoặc phân tầng

- Đồng nhất hỗn hợp: Đảm bảo các thành phần (mực, bạch tuộc, dung dịch) đượctrộn đều về mặt vật lý và hóa học

- Vệ sinh an toàn thực phẩm: Thiết bị phải dễ vệ sinh, chống ăn mòn, và đáp ứngcác tiêu chuẩn như HACCP

Cánh khuấy turbine 4 lá nghiêng được chọn vì:

- Tạo dòng chảy hỗn hợp (axial và radial), phù hợp với hỗn hợp có độ nhớt trungbình (~100–1000 cP)

- Hiệu quả cao ở tốc độ quay trung bình (50–100 vòng/phút).

- Dễ gia công, bền, và phù hợp với vật liệu inox 304

Các yếu tố cần xem xét:

- Kích thước thùng chứa: Tối ưu dòng chảy, tránh vùng chết (dead zones)

- Công suất mô tơ: Đủ mạnh để khuấy đều mà không gây quá tải

- Vật liệu: Inox 304 chống gỉ, dễ vệ sinh, phù hợp với thực phẩm

2.2.1 Tính toán thiết kế thùng chứa 300kg/mẻ (thùng tròn)

H

D=1.2

Chọn tỷ lệ là 1,2 vì H/D <1 thì thùng sẽ quá rộng, dòng chảy sẽ có xu hướng chảyngang, dễ gây hiện tượng xoáy nước khiến cho nguyên liệu bị lắng xuống đáy Còn tỷ kệH/D > 1,5 Thì thùng dẽ quá cao dễ gây hiện tượng phân tầng sẽ khó khuấy đều hơn.Thể tích thùng hình trụ là:

Vật liệu: Inox 304 (SUS304), đặc điểm:

- Chống ăn mòn, phù hợp với môi trường thực phẩm (chứa muối, axit từ gia vị)

- Bề mặt đánh sọc hairline, sáng bóng, dễ vệ sinh, giảm bám dính

- Độ bền kéo: ~515 MPa; ứng suất cắt cho phép: ~170 MPa