Đồ án Thiết kế hệ thống sấy phun dịch chanh dây năng suất 100 kgh (Kèm file CAD)

Đồ án thiết bị công nghệ hóa học. Thiết kế thiết bị sấy phun với vòi phun chọn lọc cho năng suất sấy cao và sản phẩm chanh dây đạt hiệu quả. Hệ thông sấy phun đạt năng suất cao 100 kgh. Tính toán các thông số thiết bị chi tiết và bản vẽ kỹ thuật.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

ĐỒ ÁN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN DỊCH CHANH DÂY

NĂNG SUẤT 100KG/H

GVHD: X SVTH: X

X

Tp Hồ Chí Minh, tháng 9/2017

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô Bộ môn Công nghệ Kỹ thuật Hóa học,

Trưởng Bộ môn X đã tạo điều kiện cho chúng em học môn học Đồ án với việc thiết kế

một thiết bị sấy phun hoàn chỉnh Xin cảm ơn X đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ

chúng em hoàn thiện Đồ án này

Trong khoảng thời gian học, hoàn thành Đồ án đã mang đến cho chúng em nhiều

kiến thức, kinh nghiệm bổ ích, hiểu biết các nguyên lý, quy trình sấy phun bột chanh

dây Nhờ đó chúng em có thêm nhiều kiến thức và củng cố lý thuyết được học, tích luỹ

kinh nghiệm giúp ích rất nhiều cho chúng em trong công việc ở tương lai

Quá trình làm báo cáo Đồ án, mặc dù đã cố gắng để hoàn thành tốt nhưng không

thể tránh khỏi những sai sót nhất định Rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo từ

thầy, cô để hoàn thiện bài báo cáo tốt hơn

Chúng em xin chân thành cám ơn

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG vi

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU viii

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan về nguyên liệu chanh dây 1

1.1.1 Nguồn gốc 1

1.1.2 Phân loại 2

1.1.3 Cấu tạo, thành phần 3

1.1.4 Tình hình cây chanh dây ở nước ta và các sản phẩm từ chanh dây 5

1.2 Tổng quan công nghệ sấy và sấy phun 8

1.2.1 Khái niệm chung về công nghệ sấy 8

1.2.2 Hệ thống và thiết bị sấy phun 10

1.3 Quy trình sản xuất bột chanh dây 20

1.3.1 Quy trình sản xuất 20

1.3.2 Thuyết minh quy trình 21

1.4 Chọn phương án sấy và thiết bị sấy 24

1.4.1 Chọn phương án sấy 24

1.4.2 Chọn thiết bị sấy 24

CHƯƠNG II CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 26

2.1 Các thông số ban đầu 26

2.2 Cân bằng vật chất 28

2.3 Cân bằng năng lượng 28

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 33

3.1 Các thông số ban đầu: 33

3.2 Tính chọn đường kính tháp sấy 33

3.2.1 Diện tích tiết diện lỗ phun 33

3.2.2 Độ rộng của tán phun 33

3.3 Thời gian sấy vật liệu trong tháp 34

3.3.1 Tính cường độ bay hơi ẩm 34

3.3.2 Tốc độ sấy đẳng tốc 35

3.3.3 Thời gian sấy đẳng tốc 36

3.3.4 Thời gian sấy giảm tốc 36

3.4 Tính chiều cao tháp sấy, thể tích buồng sấy và TNS 37

3.4.1 Xác định độ chênh lệch nhiệt độ trung bình 37

3.4.2 Xác định các tốc độ TNS 38

3.4.3 Hệ số trao đổi nhiệt αv 39

3.4.4 Nhiệt lượng VLS nhận được 40

3.4.5 Thể tích buồng sấy 40

3.4.6 Chiều cao hữu hiệu buồng sấy 40

3.4.7 Thời gian lưu vật liệu trong tháp 40

3.5 Tính truyền nhiệt 41

3.5.1 Bề dày lớp cách nhiệt 41

3.5.2 Tính hệ số truyền nhiệt tổng thể 41

3.6 Tính bền cho thiết bị chính 42

3.6.1 Thân thiết bị 42

3.6.2 Đáy và nắp thiết bị 44

3.7 Vòi phun 45

3.8 Tính chọn tai treo 45

3.9 Cửa người và cửa quan sát 45

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 46

4.1 Ống dẫn không khí vào tháp 46

4.2 Calorifer 46

4.3 Buồng đốt 48

4.4 Cyclone 48

4.5 Bơm cao áp 50

4.6 Chọn quạt 51

4.7 Tính đường ống dẫn lỏng 53

4.8 Chọn bích và bulong cho nắp 53

CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54

5.1 Kết luận 54

5.2 Kiến nghị 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Chanh dây dạng quả tía 2

Hình 1.2: Chanh dây dạng quả vàng 3

Hình 1.3: Sản phẩm bột chanh dây 7

Hình 1.4: Các sản phẩm nước ép chanh dây 7

Hình 1.5: Một số sản phẩm khác từ chanh dây 7

Hình 1.6: Đồ thị biểu diễn bản chất của quá trình sấy 10

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống sấy phun 12

Hình 1.8: Cơ cấu phun sương dạng đĩa quay và hình dạng của rãnh 14

Hình 1.9: Cơ cấu phun sương dạng vòi phun 15

Hình 1.10: Sơ đồ bố trí dòng TNS và dòng nhập liệu trong buồng sấy sử dụng cơ cấu phun sương dạng vòi phun 17

Hình 1.11: Sơ đồ bố trí dòng TNS và dòng nhập liệu trong buồng sấy sử dụng cơ cấu phun sương dạng đĩa quay 18

Hình 1.12: Quy trình sản xuất bột chanh dây 20

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần cấu tạo quả chanh dây 3

Bảng 1.2: Thành phần cấu tạo của vỏ quả chanh dây khô 4

Bảng 1.3: Thành phần của hạt chanh dây sau khi sấy khô: 4

Bảng 1.4: Giá trị dinh dưỡng trong 100g phần ăn được của chanh dây tía 5

Bảng 1.5: Năng lượng tiêu thụ ứng với các cơ cấu sấy phun khác nhau 13

Bảng 1.6: Kích thước trung bình của các hạt ứng với các cơ cấu phun 13

Bảng 1.7: Chế độ sấy phun của một số sản phẩm thực phẩm 19

Bảng 3.1: Chi tiết thân thiết bị 42

Bảng 3.2: Chi tiết nắp thiết bị 44

Bảng 3.3: Chi tiết tai treo 45

Bảng 4.1: Kích thước cơ bản của cyclone đơn loại LIH-24 49

Bảng 4.2: Chi biết bích và bulong 53

Bảng 5.1: Kết quả tính toán 54

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT

QT&TB: quá trình và thiết bị

CNHH&TP: công nghệ hóa học và thực phẩm

CNHC: công nghệ hóa chất

KTS: kỹ thuật sấy

VL: vật liệu

MỞ ĐẦU

Xã hội phát triển, đời sống con người ngày càng được nâng cao vì vậy nhu cầu

về các sản phẩm mang tính tiện nghi đặc biệt phù hợp với công việc và nhịp sống của người dân ngày càng nhiều Bên cạnh những thực phẩm chế biến sẵn, thức ăn nhanh, nước giải khát thì bột hoa quả cũng đang là một trong những mặt hàng đang được sự chú ý quan tâm của nhiều người tiêu dùng, bởi những tính chất riêng biệt mà bột hoa quả mang lại

Từ thực tế nhận thấy sự có mặt của các loại bột hoa quả ngày càng nhiều trên thị trường quốc tế cũng như trong nước như: bột ngũ cốc, bột cam, bột dứa, bột xoài,… Thì sản phẩm bột chanh dây với hương vị, thành phần dinh dưỡng riêng củng đang dần dần chiếm được sự yêu thích của người tiêu dùng

Ở nước ta với điều kiện khí hậu nhiệt đới đã tạo điều kiện thuận lợi cho chanh dây phát triển tốt và sản lượng cao Từ những điều kiện trên cho thấy đây là một trong những điểm thuận lợi để sản xuất bột chanh dây Để đảm bảo được dinh dưỡng cũng như tính cảm quan cho bột chanh dây trong quá trình sản xuất việc chọn thiết bị phù hợp là một trong những điều kiện đầu tiên của quá trình sản xuất Với những ưu điểm của thiết bị sấy phun như:

- Tính chất, chất lượng của sản phẩm đạt điểm tốt hơn, sản phẩm sau khi sấy có dạng bột mịn và đồng nhất, xốp, dễ hòa tan, không phải qua giai đoạn nghiền, chất lượng ít bị biến đổi so với nguyên liệu ban đầu, tiện lợi cho sử dụng và chế biến

- Thiết bị đơn giản, cho phép hoạt động ở năng xuất cao và liên tục

- Sấy được nguồn nguyên liệu có tính nhạy cảm với nhiệt độ tháp và thời gian ngắn,

Từ những ưu điểm của thiết bị sấy phun cũng như để đảm bảo chất lượng, tính chất cảm quan của sản phẩm bột chanh dây em chọn thiết bị sấy phun dịch chanh dây với năng xuất 100kg/h

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về nguyên liệu chanh dây

1.1.1 Nguồn gốc

Quả chanh dây tía có nguồn gốc từ miền nam nước Brazil qua Paraguay đến miền bắc Argentina Những tín đồ cong giáo người Tây Ban Nha vào thế kỷ 16 đã đặt tên cho nó là “flor pasionis” (hoa đam mê) hay ‘flor de las cinco llagas” (hoa có năm vết xước) do màu tía của hoa khiến họ tin là nó giống với năm nỗi khổ của Chúa Giê-

su

Người ta chưa xác định được nguồn gốc của loại quả màu vàng, có lẽ nó thuộc vùng Amazon của Brazil, hay cũng có thể nó là cây lai giữa Passiflora edulis và Passiflora ligularis

Ở Việt Nam, đầu tiên chanh dây xuất hiện ở các tỉnh miền Bắc vào thập niên 90

và sau đó phân tán vào đến các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long Vì ở Việt Nam có cây Lạc Tiên (miền Trung và miền Nam gọi là cây Chùm Bao - một loại cây hoang dại

có tác dụng chữa bệnh mất ngủ) là loại cây leo trái tròn, lớn gấp đôi trái ping-pông, vỏ

có màu xanh khi chín màu vàng lợt, ruột có vị chua thanh hơi giống chanh nên đặt tên gọi là “Chanh Dây”

Lạc Tiên vào Việt Nam có hai giống, phân biệt theo xuất xứ và màu vỏ:

- Giống Lạc Tiên có vỏ màu vàng có nguồn gốc từ Sirilanca, Urganda và Hawaii (nguồn tra cứu) ở Việt Nam gọi là cây chanh dây

- Giống Lạc Tiên vỏ tía có nguồn gốc từ Australia và Đài Loan Tại Đức Trọng giống Lạc Tiên vỏ tía được nhập từ Đài Loan có tên khoa học là Passiflora edulis, dân địa phương gọi là cây Mác Mác, người Đài Loan gọi là Bách Hương Quả

Ngày nay, chanh dây được phân bố khắp nơi trên thế giới như Châu Á, Úc, New Zeland, Ấn Độ , Nam Phi, Israsel, Hawaii, Canada,…

1.1.2 Phân loại

Có 3 loại Chanh Dây phổ biến:

- Chanh Dây Tía (Passiflora edulis)

- Chanh Dây Vàng (Passiflora edulis flavicarpa)

- Chanh Dây Lam (passiflora cocrulea)

Ở Việt Nam chủ yếu gặp 2 loại chanh dây vỏ tía và vỏ vàng

- Kahuna: Quả tía vừa, rất lớn, có vị hơi chua thơm, dùng uống rất ngon Cây

có khả năng tự sinh sản, khỏe mạnh, tán lá to

- Edgchill: Có nguồn gốc ở Vista, Calif Quả tương tự như Black Knight, nhưng mọc to khỏe và có trái lớn hơn

- Frederick: Là loại quả có dạng gần giống hình oval, to, tía hơi xanh và có chút sắc đỏ, có vị chua nhẹ, ngon khi ăn ngay, uống lại tuyệt vời Cây tự ra quả cực kỳ khỏe mạnh, rất hữu ích và chắc hơn Passiflora edulis flavicarpa

- Paul Ecke: có nguồn gốc ở Encinitas, Calif Trái có kích thước trung bình, rất ngon thích hợp để uống hay ăn ngay Cây chắc và sai quả

- Purpe Giant: Quả rất lớn, tía đậm khi chín

- Red Rover: Quả hơi tròn, có kích thước vừa hoặc to, có vormauf đỏ sáng hấp dẫn, có vị chua thơm, ngon khi ăn liền hoặc uống Cây rất khỏe, chắc và có khả năng tự sinh sản

 Dạng quả vàng

Hình 1.2: Chanh dây dạng quả vàng

Các dạng quả vàng:

- Brazillian Golden: Qủa có màu vàng, to, có vị hơi chua Cây rất khỏe, đòi hỏi

sự giao phấn Hoa thơm, màu trắng hơi đậm ở giữa, ra hoa vào giữa mùa hè,

vụ mùa bắt đầu vào cuối tháng tám hoặc đầu tháng chín

- Golden Giant: Cây có màu vàng, to, có nguồn gốc ở Úc

Bảng 1.2: Thành phần cấu tạo của vỏ quả chanh dây khô

Chất xơ không hòa tan 38,05±0,02

Khi phân tích thành phần vỏ tươi của 2 loại chanh dây, người ta còn tìm thấy sự

có mặt của tinh bột (0,75-1,36%), đường (saccharose, glucose, fructose) 1,64%, chất béo (0,05-0,16%), phosphorus (0,03-0,06%), sillica (0.01-0,04%), kali (0,60-0,78%), acid hữu cơ (acid citric, acid malic) 0,15%

Vitamin B2 0,13 mg Acid béo 1 nối đôi 0,086 g

Vitamin B6 0,1 mg Acid béo nhiều nối đôi 0,411 g

1.1.4 Tình hình cây chanh dây ở nước ta và các sản phẩm từ chanh dây

1.1.4.1 Tình hình cây chanh dây ở nước ta

Với khí hậu ở nước ta, thì cây chanh dây hiện nay đang được trồng rất phổ biến Đặc biệt là các tỉnh như Lâm Đồng, Gia Lai, Đắk Nông,… diện tích chanh dây ở đây khá lớn và trồng giống được nhập khẩu từ Đài Loan Với giống cây này, và điều kiện chăm sóc tốt thì hằng năm thu được năng suất 70-100 tấn/ha/năm

Với sự phát triển như vậy thì thị trường tiêu thụ là một vấn đề quan trọng, sự tiêu thụ chanh dây hiện nay phụ thuộc rất nhiều vào các thương lái Trung Quốc và điều này gây bấp bênh cho người dân trồng Vì vậy đôi khi cây chanh dây bị mất giá trị

Từ những vấn đề nêu trên đặt ra cho ta cần phải có hướng giải quyết để nâng tầm giá trị cây chanh dây như làm ra các sản phẩm từ chanh dây, và giúp cây chanh dây được phát triển bền vững

1.1.4.2 Các sản phẩm từ chanh dây

Chanh dây thường được dùng để ăn tươi làm món tráng miệng như các loại trái cây thông thường hoặc dịch quả được cô đặc làm phụ liệu để thêm vào nhằm cải thiện mùi vị, tăng giá trị cảm quan cho các loại thực phẩm khác như nước sốt, kem, nước giải khát, cocktail, bánh cookies, kẹo, mứt, bánh mì tươi và một số loại bánh nướng v…v Từ chanh dây, người ta có thể làm mứt (bao gồm cả mứt dẻo và mứt đông) phủ lên bề mặt bánh nướng, làm nước sốt ăn kèm với các món thịt cá hay bổ sung vào trong quá trình làm patê

Ở các nước công nghiệp và các nước đang phát triển, chanh dây được sử dụng phổ biến để làm thức uống và trong tương lai gần nó được xem là loại nước quả mới

có khả năng cạnh tranh với thị trường Mỹ

Trong quá trình chiết xuất dịch quả để sử dụng, có khoảng 2/3 khối lượng nguyên liệu quả ban đầu được thải bỏ (bao gồm 90% là vỏ và 10% là hạt) Vì vậy, trên thế giới đã có khá nhiều công trình nghiên cứu về việc tận dụng nguồn phế liệu trên Người ta thấy rằng vỏ chanh dây còn là nguồn thức ăn gia súc tốt cho các động vật nuôi lấy sữa Vì vậy, ở Hawaii vỏ chanh dây khô, không qua ngâm vôi, chiếm đến 22% trong khẩu phần ăn hằng ngày của gia súc (Otagaki và Matsumoto, 1958)

Hạt chanh dây còn được tận dụng để ép dầu với chất lượng cao tương tự dầu phộng, dầu hướng dương Dầu từ hạt chanh dây có chứa 8,9% acid béo no, 84,9% acid béo không no nên được đánh giá cao trong việc đẩy mạnh sự tăng trưởng và khả năng tiêu hóa khi được sử dụng ở mức 5% trong khẩu phần ăn của người Nam An và khẩu phần ăn kiêng

Kẹo chanh dây Siro chanh dây Mứt jam

1.2 Tổng quan công nghệ sấy và sấy phun

1.2.1 Khái niệm chung về công nghệ sấy

1.2.1.1 Khái niệm và phạm vi ứng dụng

Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bốc hơi ẩm ra khỏi vật liệu rắn hoặc lỏng Với mục đích giảm bớt khối lượng vật liệu (giảm công chuyên chở, kho tồn,…), tăng độ bền vật liệu (gốm, sứ, gỗ, ) và để bảo quản trong một thời gian dài, nhất là đối với lương thực, thực phẩm

Bản chất của quá trình sấy là quá trình khuyếch tán do chênh lệch độ ẩm ở bề mặt và trong vật liệu, nói cách khác là do chênh lệch áp suất hơi riêng phần của ẩm ở

bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh Sấy là quá trình không ổn định, độ ẩm vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian sấy

Trong các phương pháp làm khô cơ học, hóa lý, nhiệt, thì quá trình sấy bằng nhiệt thường được sử dụng nhất và là một kỹ thuật quan trọng được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành công - nông nghiệp như hóa chất, dược phẩm, chế biến nông - hải sản, vật liệu xây dựng, Đó không chỉ là một quá trình tách ẩm đơn thuần mà còn

là một quá trình công nghệ Nó đòi hỏi vật liệu sau khi sấy phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn ít năng lượng và chi phí vận hành thấp Do đó, cần phải dựa vào tính chất vật liệu, lượng sản phẩm để chọn ra chế độ và phương pháp sấy tối ưu cũng như tùy vào năng suất, hiệu quả kinh tế mà chọn hệ thống sấy cho phù hợp

1.2.1.2 Động lực của quá trình

Ẩm trong vật liệu có thể chia làm hai dạng: ẩm liên kết và ẩm không liên kết Quá trình sấy thường chỉ làm bốc hơi được lượng ẩm không liên kết và một phần lượng ẩm liên kết Lượng ẩm bốc hơi được gọi chung là lượng ẩm tự do Lượng ẩm còn lại sau khi sấy gọi là lượng ẩm cân bằng

Quá trình ẩm bay hơi từ vật liệu thường có hai giai đoạn:

- Ẩm trên bể mặt vật liệu bay hơi vào môi trường xung quanh, giai đoạn này phụ thuộc vào điều kiện môi trường xung quanh như nhiệt độ, áp suất, tốc độ chuyển động của môi trường,…

- Khi độ ẩm trên bề mặt vật liệu nhỏ hơn độ ẩm bên trong vật liệu, nước sẽ khuếch tán từ bên trong ra bề mặt vật liệu nhờ chênh lệch độ ẩm Giai đoạn này phụ thuộc vào nhiệt độ và tính chất của vật liệu, dạng liên kết của nước với vật liệu,…

Điều kiện để nước từ vật liệu bay đi vào môi trường xung quanh là áp suất riêng phẩn của hơi nước trong môi trường (Pmt) phải nhỏ hơn áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu (Pvl), tức là: ∆P = Pvl – Pmt > 0

Khi ∆P càng lớn thì lượng ẩm tách ra càng nhiều Theo thời gian sấy, hơi nước của môi trường xung quanh càng nhiều làm Pmt tăng lên, độ ẩm vật liệu giảm đi làm

Pvl giảm theo, do đó ∆P → 0 Tại thời điểm ∆P = 0 Quá trình đạt đến trạng thái cân bằng, quá trình bay hơi ngừng lại, độ ẩm vật liệu lúc đó gọi là độ ẩm cân bằng Nhiệt

độ của vật liệu khi đó bằng với nhiệt độ của TNS

1.2.1.3 Các giai đoạn của quá trình sấy

Quá trình sấy thường được thể hiện trên giản đồ sau:

Ðường cong sấy: là đường cong biểu diễn sự thay đổi của độ ẩm vật liệu theo

thời gian sấy Dạng của đường cong sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: liên kết giữa

ẩm và vật liệu, hình dáng, kích thước, đặc tính vật liệu, phương pháp và chế độ sấy

U = f(r)

Đường cong tốc độ sấy: là đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ sấy và

độ ẩm của VLS Đường cong tốc độ sấy thu được từ việc đạo hàm đường cong sấy theo thời gian

g(U)dt

dU 

Đường biểu diễn nhiệt độ của vật sấy: thể hiện sự biến thiên nhiệt độ của vật

liệu trong suốt quá trình sấy

Hình 1.6: Đồ thị biểu diễn bản chất của quá trình sấy

Từ giản đồ sấy, có thể thấy quá trình sấy mọi vật liệu ướt đến độ ẩm cân bằng gồm 3 giai đoạn:

- Giai đoạn đun nóng vật liệu: làm tăng nhiệt độ để ẩm có thể bốc hơi được Giai đoạn này xảy ra nhanh với thời gian không đáng kể

- Giai đoạn sấy đẳng tốc: tốc độ khuếch tán ẩm từ trong lòng vật liệu ra bề mặt lớn hơn tốc độ bốc hơi ẩm trên bề mặt vật liệu nên bề mặt vật liệu luôn bão hòa ẩm Tốc độ sấy trong giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ bốc hơi

ẩm trên bể mặt và phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, tốc độ, độ

ẩm của không khí sấy,

- Giai đoạn sấy giảm tốc: do vật liệu đã tương đối khô, chỉ còn dạng ẩm liên kết nên bề mặt bốc hơi bị co hẹp lại dần và đi sâu vào lòng vât liệu, tốc độ khuếch tán ẩm sẽ chậm dần Tốc độ sấy trong giai đoạn này cũng giảm theo

và phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ khuếch tán ẩm và các yếu tố bên trong vật liệu Nhiệt độ của TNS trong giai đoạn này phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép của vật liệu

1.2.2 Hệ thống và thiết bị sấy phun

1.2.2.1 Nguyên lí làm việc

Quá trình sấy phun là quá trình chuyển đổi dòng nhập liệu dạng lỏng thành sản phẩm dạng bột Dòng nhập liệu được phân tán thành những hạt nhỏ li ti nhờ cơ cấu

W (%) dU/dt

t (oC)

Thời gian (giờ)

Đường biểu diễn nhiệt độ của vật

Đường cong sấy

Đường cong tốc độ

phun sương Cơ cấu phun sương thường có dạng đĩa quay hoặc vòi áp lực Những hạt lỏng phun ra ngay lập tức tiếp xúc với dòng khí nóng, kết quả là hơi nước được bốc đi nhanh chóng nhưng nhiệt độ của vật liệu vẫn được duy trì ở mức thấp Nhờ vậy mà vật liệu được sấy khô mà không làm thay đổi đáng kể tính chất của sản phẩm Thời gian sấy khô các hạt lỏng dạng sương trong sấy phun nhanh hơn nhiều so với các quá trình sấy khác

Sấy phun gồm 3 giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: chuyển nguyên liệu cần sấy sang dạng sương mù (các hạt lỏng phân

tán trong không khí) nhờ cơ cấu phun sương trong thiết bị sấy phun Hiện nay có 3 cơ cấu phun sương: đầu phun li tâm, đầu phun 1 dòng, đầu phun 2 dòng Kích thước các giọt nhỏ sau giai đoạn phun sương dao động trong khoảng 10÷200 µm

Giai đoạn 2: hòa trộn sương mù với dòng TNS trong buồng sấy Đây chính là

giai đoạn tách ẩm ra khỏi nguyên liệu Do nguyên liệu được phun sương nên diện tích tiếp xúc giữa các giọt lỏng và TNS là rất lớn Do đó ẩm trong nguyên liệu được bay hơi nhanh chóng Thời gian diễn ra tách ẩm từ vài giây tới hai chục giây

Giai đoạn 3: tách sản phẩm ra khỏi dòng TNS Người ta có thể sử dụng cyclone,

túi lọc hoặc phương pháp kết tủa trong trường tĩnh điện, phổ biến nhất là sử dụng cyclone Hiệu suất thu hồi sản phẩm trong thiết bị sấy phun dao động trong khoảng 90÷98 %

1.2.2.2 Cấu tạo hệ thống sấy phun

Hệ thống sấy phun bao gồm cơ cấu phun sương, hệ thống quạt hút, caroliphere cấp nhiệt cho TNS, buồng sấy, bộ phân để thu hồi sản phẩm (cyclone, lọc túi,…) và hệ thống xử lý khí thải (tùy theo yêu cầu) Trong đó cơ cấu phun sương và buồng sấy phun là bộ phận quan trọng và đặc trưng nhất cho hệ thống sấy phun, những bộ phận còn lại cũng tương tự như các hệ thống sấy khác

a Cơ cấu và phương pháp phun sương

Cơ cấu phun vừa có chức năng đưa vật liệu vào buồng sấy, vừa là kết cấu tạo sương mù Giai đoạn tạo sương mù đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình sấy

phun Nguyên liệu sấy được phun thành những hạt rất nhỏ vào dòng tác nhân trong buồng sấy làm tăng sự tiếp xúc giữa 2 pha, cường độ sấy rất cao, thời gian sấy rất ngắn, do đó chất lượng sản phẩm đạt được tốt hơn

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống sấy phun

Ghi chú: 1 Dòng nhập liệu 5 Buồng sấy

2 Lọc cặn 6 Calorifer

3 Bơm nhập liệu 7 Cyclone thu hồi

4 Cơ cấu phun sương 8 Quạt hút

Có nhiều phương pháp và cơ cấu phun sương khác nhau nhưng thường gặp nhất

là 3 loại cơ cấu sau:

- Cơ cấu phun sương dạng đĩa quay hoạt động theo nguyên tắc li tâm

- Cơ cấu phun sương dạng vòi hoạt động nhờ áp lực khí nén

- Cơ cấu phun sương dạng vòi hoạt động theo nguyên tắc khí động

Nhiệm vụ của cơ cấu phun sương là phải phun dung dịch thành các hạt phân tán

có kích thước đều như yêu cầu, năng suất cơ cấu phun phải cao, lâu mòn, dễ thay thế

và giá thành phù hợp Loại cơ cấu phun sương không chỉ quyết định đến năng lượng cần thiết cho quá trình sấy mà còn quyết định đến sự phân bố kích thước, mức độ phân tán, quỹ đạo và tốc độ của hạt sương, tốc độ sấy và kích thước hạt sản phẩm sau khi sấy

Bảng 1.5: Năng lượng tiêu thụ ứng với các cơ cấu sấy phun khác nhau

Bảng 1.6: Kích thước trung bình của các hạt ứng với các cơ cấu phun

Loại cơ cấu phun Đường kính trung bình (µm)

 Cơ cấu phun sương dạng đĩa quay

Nguyên tắc hoạt động: dịch lỏng được bơm vào tâm đĩa Dưới tác dụng của động

cơ hoặc khí nén, đĩa quay quanh trục đối xứng, dưới tác dụng quay của đĩa cùng với sự thoát ra của khí nén, dòng lỏng va đập vào các rãnh và bị phân tán thành các hạt sương

có đường kính trung bình khoảng 8÷18 µm đi vào buồng sấy Góc phun là 180o, quỹ đạo ban đầu của hạt sương là chuyển động ngang, khi va chạm vào thành buồng sấy, hạt thay đổi phương đột ngột tạo ra bụi sương sấy rối di chuyển xuống phía đáy và được hút vào cyclone thu hồi sản phẩm nhờ quạt hút

Tốc độ quay đĩa khoảng 10000÷30000 vòng/phút nếu sử dụng khí nén Khi sử dụng động cơ, tốc độ quay của đĩa khoảng 400÷2000 vòng/phút

Trên đĩa li tâm có đĩa hẹp có hình dạng và kích thước khác nhau tùy thuộc vào tính chất và năng suất của thiết bị Các rãnh hay gặp có dạng tròn, oval hoặc hình chữ nhật Rãnh thẳng xuyên tâm là loại tiêu chuẩn thường dùng đối với sản phẩm đòi hỏi mức đồng đều của hạt cao Còn loại đĩa có đường rãnh cong thường dùng đối với sản

Cơ cấu phun sương Năng lượng tiêu thụ ứng với năng suất (kWh)

250 kg/h 500 kg/h 1000 kg/h 2000 kg/h

phẩm đòi hỏi tỉ trọng cao Số lượng và kích thước của rãnh sẽ quyết định năng suất của thiết bị, năng suất lớn nhất cho phép đạt được đối với cơ cấu phun loại này là 200 tấn/h Đối với thiết bị đòi hỏi năng suất cao thường có hai hàng rãnh bố trí xen kẽ nhau

để tăng số rãnh đồng thời tăng tốc độ nhập liệu

Hình 1.8: Cơ cấu phun sương dạng đĩa quay và hình dạng của rãnh

Ưu điểm:

- Có thể điều chỉnh tốc độ nhập liệu

- Thích hợp cho hầu hết các loại nguyên liệu

- Khuynh hướng tạo khối và tắc nghẽn là không đáng kể

- Kích thước hạt sương được thay đổi nhờ thay đổi tốc độ quay của đĩa

Nhược điểm:

- Năng lượng tiêu thụ cao hơn so với cơ cấu phun sương vòi áp lực

- Vốn đầu tư cao hơn so với cơ cấu phun sương vòi áp lực

- Kích thước buồng sấy lớn

 Cơ cấu phun sương dạng vòi phun áp lực

Nguyên tắc hoạt động: dòng lỏng được nén đến áp suất thích hợp (5÷7 MPa) đi vào vòi phun với tốc độ lớn, đường kính các lỗ vòi phun phải từ 0,4÷4 mm Cuối vòi phun phải có một chi tiết dạng 3 cánh quay tự do quanh trục tạo ra tốc độ xoáy li tâm, dòng

xoáy bị phân tán thành các hạt nhỏ có kích thước từ 20÷100 µm Để tăng năng suất vòi phun, người ta bố trí nhiều vòi phun

Hình 1.9: Cơ cấu phun sương dạng vòi phun

Ưu điểm:

- Công cụ và chi phí năng lượng thấp

- Cấu tạo đơn giản, không có phần chuyển động nên không gây ồn ào

- Thích hợp cho việc phun các dung dịch keo, dung dịch có độ nhớt lớn

Nhược điểm:

- Khó điều chỉnh năng suất

- Do lỗ vòi nhỏ nên đòi hỏi áp suất cao để tránh tắc nghẽn

 Cơ cấu phun sương dạng vòi khí động

Nguyên tắc hoạt động: dòng dung dịch phun ra gặp dòng không khí hoặc hơi quá nhiệt có mật độ lớn Hỗn hợp dịch thể và TNS sẽ đập vào một đĩa quay hình nón Do

sự suất hiện của lực ma sát mà dòng dung dịch bị phân tán thành các hạt sương mù có đường kính từ 6÷7 µm có thể chia vòi phun dạng này thành hai loại: loại áp suất khí thấp PS ≤ 0.001 MPa và loại áp suất khí cao PS = (0,15÷0,7) MPa

Ưu điểm:

- Dùng cho tất cả hầu hết các loại dịch thể kể cả huyền phù, bột nhão,…

- Dễ điều chỉnh năng suất, độ phân tán và kích thước hạt sương

Nhược điểm:

- Tiêu tốn nhiều năng lượng

- Năng suất không cao

- Độ đồng đều của hạt không cao

Hiện nay, sự lựa chọn cơ cấu phun sương chủ yếu là cơ cấu phun sương dạng đĩa quay và cơ cấu phun sương dạng vòi phun áp lực còn cơ cấu phun sương dạng khí động được ứng dụng rất giới hạn trong những trường hợp các dạng khác không đáp ứng được Cơ cấu phun sương được lựa chọn dựa trên các yếu tố sau: khả năng linh hoạt trong điều chỉnh năng suất, năng lượng tiêu thụ, kích thước hạt sản phẩm

b Buồng sấy

Buồng sấy được thiết kế theo cơ cấu phun sương được sử dụng Cách bố trí hệ thống cấp TNS, cơ cấu phun, dòng TNS vào và ra, cửa thu hồi sản phẩm,… cũng phải phù hợp để quá trình sấy đạt hiệu quả tốt nhất Ngoài ra, năng suất, tính chất của nguyên liệu, sản phẩm cũng là yếu tố quyết định đến việc bố trí một cách thích hợp cho buồng sấy

 Buồng sấy sử dụng cơ cấu phun sương dạng vòi phun

Nhập liệu cùng chiều

Dung dịch được các vòi phun phun thẳng từ đỉnh buồng sấy xuống TNS có nhiệt

độ cao bao lấy dòng hạt phun từ lỗ các vòi phun, cùng chuyển động xuống phía dưới Các hạt lỏng bị đốt nóng đến nhiệt độ bay hơi của ẩm, quá trình bay hơi rất nhanh Lượng ẩm tự do bay hơi hết, nhiệt độ tác nhân giảm xuống còn nhiệt độ bay hơi, lúc này các bề mặt khô giống như “vỏ” bao bọc, nhiệt độ bên trong hạt tăng lên làm cho

ẩm bên trong bay hơi và phá vỡ vỏ bay ra ngoài, đến cuối buồng sấy, sản phẩm đi ra theo cửa đáy, TNS đi theo cửa bên đến cyclone và túi lọc để thu hồi bụi Nhược điểm của loại này là chiều cao của buồng sấy tương đối lớn

Nếu dung dịch được phun từ dưới lên trên thì lúc đầu là sấy cùng chiều, những hạt nhỏ bị dòng khí lôi cuốn từ dưới đáy ra phía đỉnh và được thu hồi, những hạt nặng càng đi lên phía trên thì chuyển động càng chậm rồi bị lắng ngược chiều xuống cửa đáy để ra ngoài Chiều cao của buồng sấy được tính theo quá trình sấy khô các hạt kích thước lớn Vị trí đặt vòi phun phụ thuộc vào tốc độ tác nhân và tốc độ lắng của hạt

Nhập liệu ngược chiều

Kích thước hạt sương phải đủ lớn để trong suốt quá trình sấy, vận tốc lắng của hạt phải thắng vận tốc dòng TNS từ dưới đi lên Dòng hạt đi dần xuống dưới được tách

ẩm và ra theo cửa đáy, khí thải ra theo cửa đỉnh Do bố trí ngược chiều và vận tốc hạt chậm nên sản phẩm đạt độ khô thấp và dễ bị cháy khét nếu nhiệt độ TNS quá cao Nếu dung dịch được phun từ dưới lên thì lúc đầu là sấy ngược chiều, sau đó là cùng chiều, hạt bé có quãng đường ngược ngắn hơn so với hạt to, do đó sản phẩm khô đều Sản phẩm mịn được lấy ra phía đáy, khí thải ra cửa bên và đi đến thiết bị thu hồi

Hình 1.10: Sơ đồ bố trí dòng TNS và dòng nhập liệu trong buồng sấy sử dụng cơ cấu

phun sương dạng vòi phun

Kí hiệu: HA: Dòng khí nóng; OA: Dòng khí ra; F: Dòng nhập liệu; P: Sản phẩm

a, c: TNS và dòng nhập liệu cùng chiều

b, d: TNS và dòng nhập liệu ngược chiều

 Buồng sấy sử dụng cơ cấu phun sương dạng đĩa quay

Làm việc theo nguyên tắc dòng cùng chiều Đĩa quay luôn đặt trên đỉnh của buồng sấy Chùm hạt văng ra theo phương ngang TNS đi theo cửa tiếp tuyến chảy xoáy bao lấy các hạt sương rồi cùng chuyển động xoáy xuống phía dưới Bán kính của chùm hạt văng ra là căn cứ để xác định đường kính của buồng sấy Do đĩa quay nhanh nên nó có

tác dụng như quạt hút hút dòng TNS và các hạt dung dịch lên trên Vì vậy, nếu đĩa phun đặt gần đỉnh sẽ dẫn đến hiện tượng dính bết VLS lên đỉnh buồng sấy

Hình 1.11: Sơ đồ bố trí dòng TNS và dòng nhập liệu trong buồng sấy sử dụng cơ cấu

phun sương dạng đĩa quay

Kí hiệu: HA: Dòng khí nóng; OA: Dòng khí ra; F: Dòng nhập liệu; P: Sản phẩm

1.2.2.3 Ưu - nhược điểm của quá trình sấy phun

Ưu điểm:

Tính chất và chất lượng của sản phẩm đạt điểm tốt hơn Sản phẩm sau khi sấy có dạng bột mịn đồng nhất, xốp, dễ hòa tan, không cần phải qua giai đoạn nghiền, chất lượng ít bị biến đổi so với nguyên liệu ban đầu, tiện lợi cho sử dụng và chế biến

Có thể sấy được những nguyên liệu có tính nhạy cảm với nhiệt độ do nhiệt độ sấy thấp, thời gian sấy nhanh và khí nén thường dùng là không khí hoặc khí trơ

Thiết bị đơn giản, cho phép hoạt động ở năng suất cao và liên tục

Sản phẩm tiếp xúc với bề mặt thiết bị trong điều kiện khô vì thế việc chọn vật liệu chống ăn mòn cho thiết bị đơn giản hơn

Khoảng nhiệt độ TNS khá rộng từ 150÷600oC nhưng hiệu quả tương tự các loại thiết bị khác

Nhược điểm:

Sấy phun không thuận lợi cho những sản phẩm có tỉ trọng lớn

Không linh động, một thiết bị được thiết kế cho sản xuất sản phẩm có kích thước nhỏ thì không thể được dùng sản xuất các sản phẩm có kích thước lớn

Vốn đầu tư cao hơn các loại thiết bị khác, tiêu tốn năng lượng nhiều

Lưu lượng tác nhân lớn, tốn kém trong khâu chuẩn bị dung dịch sấy

Kích thước thiết bị lớn, nhất là khi sử dụng TNS có nhiệt độ thấp

Việc thu hồi sản phẩm và bụi làm tăng chi phí cho quá trình sấy

1.2.2.4 Ứng dụng của sấy phun

Với các ưu điểm kể trên, kĩ thuật sấy phun đã được ứng dụng rộng rãi để sản xuất các sản phẩm như dược phẩm, huyết tương, thực phẩm, chế phẩm sinh học, một số hợp chất vô cơ, hữu cơ,…

Bảng 1.7: Chế độ sấy phun của một số sản phẩm thực phẩm

Nguyên liệu Nồng độ dung

dịch vào (%)

Hàm lượng

ẩm của sản phẩm (%)

Nhiệt độ đầu vào (oC)

vitamin là không đáng kể Chính bởi những đặc điểm này mà kỹ thuật sấy phun ngày càng được nghiên cứu và ứng dụng để sản xuất các thực phẩm chức năng

1.3 Quy trình sản xuất bột chanh dây

1.3.1 Quy trình sản xuất

Hình 1.12: Quy trình sản xuất bột chanh dây

Chanh dây

Chọn lựa – Phân loại

Rửa

Tách ruột quả

Hoàn thiện Sấy phun Phối trộn Pha loãng Lọc Thủy phân Chỉnh pH = 4.5

1.3.2 Thuyết minh quy trình

 Chọn lựa - Phân loại:

Thường chọn quả chanh dây có vỏ ngoài hơi nhăn, bề mặt sần sùi, màu da hơi sạm một ít Lúc đó, trái chanh dây sẽ có vị chua thanh, ngọt dịu Nếu chọn trái quá tươi, dịch quả và các sản phẩm chế biến có vị chua gắt, không tốt cho cảm quan của người tiêu dùng

Do thời gian bảo quản của quả chanh dây có hạn (khoảng 5-7 ngày) nên cần chọn

ra những trái chín để chế biến trước, loại ra những quả dập hoặc chín quá mức Tốt nhất nên chọn mua những trái cùng lứa, tương đối đồng đều về kích thước và thành phần hoá học để cho các công đoạn khảo sát sau này được chính xác và tính chất sản phẩm ổn định hơn

 Rửa - Tách ruột quả:

Nếu không rửa sạch, các tạp chất như bụi, đất cát, thuốc trừ sâu, cịn bm trn bề

vỏ quả cĩ thể lẫn vo khối ruột quả và ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm

Sau khi rửa sạch, dùng dao cắt quả ra làm đôi, dùng muỗng cạo lấy khối ruột quả màu vàng( bao gồm cả hạt) bên trong vỏ quả, lấy luôn cả các phần xơ ở gần vỏ Quả càng chín càng dễ tách ruột quả Giai đoạn này nên tiến hành càng nhanh càng tốt để hạn chế sự mất mát Vitamin C và các thành phần dinh dưỡng khác trong ruột quả

 Chỉnh pH:

Mục đích: chỉnh khối pH của khối ruột quả đến gía trị thích hợp để tạo điều kiện

cho enzym pectinase hoạt động tốt

Cách thực hiện:

Dịch chanh dây ban đầu có độ pH khoảng 2,73,2 Nhúng điện cực của máy đo

pH vào khối thịt quả và thêm từ từ dung dịch Na2CO3 10% bằng ống nhỏ giọt để hiệu chỉnh pH của thịt quả về khoảng 4,04,5

Trong giai đoạn này, chủ yếu diễn ra các biến đổi hoá học:

2H+ + CO32- → CO2 ↑ + H2O

Các axit hữu cơ có hàm lượng lớn trong chanh dây sẽ phản ứng với dung dịch

Na2CO3 tạo ra CO2 làm cho khối lượng thịt quả sủi bọt khí rất mạnh Nếu khơng ch ý thì dịch quả sẽ cng với bọt khí tro ra ngồi gy tổn thất cho quy trình

 Thuỷ phân pectin:

Mục đích: phân cắt chuỗi pectin trong khối thịt quả thành những đơn vị ngắn

hơn nhằm làm giảm độ nhớt, làm trong dịch quả, tách hạt được dễ dàng và tăng năng suất thu nhận dịch quả trong quá trình lọc sau này

Cách thực hiện: sau khi chỉnh về pH thích hợp, cho enzym pectinase vào dịch

quả với hàm lượng 0,25% và ủ ở nhiệt độ 4045oC (dùng tủ ấm) trong thời gian 3 giờ Trong khi ủ nên đậy kín bình chứa và thỉnh thoảng khuấy hoặc lắc đều để thúc

đẩy quá trình tách hạt (hạt lắng xuống đáy bình)

Các biến đổi trong quá trình:

Chủ yếu là các biến đổi về mặt hoá sinh: dưới tác dụng thuỷ phân của pectinase lên các liên kết α-1,4 glycoside (giữa các axit galacturonic) và các liên kết este (giữa galacturonic và nhóm metanol), mạch pectin bị phân cắt thành các phân tử tự do như axit galacturonic, metanol và các mạch tương đối ngắn

Sau khi thuỷ phân, dịch quả có sự phân lớp rõ ràng Phía dưới đáy bình chứa l lớp hạt màu nâu đen, phía trên là lớp thịt quả màu vàng cam, trên cùng là lớp dịch trong vàng nhạt

Do nhiệt độ thuỷ phân tương đối thấp nên màu sắc và mùi vị của dịch chanh dây thay đổi không đáng kể

 Lọc:

Mục đích: tách hạt và các phần bã có kích thước lớn ra khỏi dịch quả, làm trong

dịch quả, tránh ảnh hưởng xấu đến quá trình sấy phun sau này

Cách thực hiện: Dùng vải mịn hoặc khăn nhiều lớp xếp lên phễu lọc rồi rót dịch

quả lên phía trên, dịch quả thu được ở phía dưới tương đối trong, phần bã và hạt phía trên được thu nhận và đem cân để xác định hiệu suất quá trình

 Pha loãng:

Mục đích: điều chỉnh dịch quả đến nồng độ chất khô thích hợp để tăng hiệu suất

thu hồi cho quá trình sấy

Cách thực hiện: thêm dịch nước cất vào dịch quả sau lọc để đưa dịch quả từ hàm

lượng chất khô ban đầu (khoảng 16%) về độ khô 8%, tức tỷ lệ dịch quả và nước cất là: 1:1 Tuy nhiên, khi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của độ khô dịch quả đến quá trình sấy thì cần điều chỉnh tỷ lệ nước cho phù hợp để tạo ra các độ khô chính xác cho dịch quả

Các biến đổi: xảy ra không đáng kể, chủ yếu là biến đổi về màu sắc và mùi vị

dịch quả càng giảm

 Phối trộn:

Mục đích: trộn thêm chất độn hay chất mang vào dịch quả để vừa làm tăng hàm

lượng chất khô, giảm chi phí cô đặc, vừa tạo nên cẩu trúc dạng bột mịn cho sản phẩm, tăng hiệu suất thu hồi của quá trình sấy Ngồi ra ở giai đoạn này cũng có thể phối trộn thêm chất bảo quản, chất màu, hương liệu để tăng thêm chất lượng cho sản phẩm

Cách thực hiện: trộn maltodextrin vào dịch quả đã pha loãng để tạo ra các hàm

lượng chất khô tương ứng cho dung dịch trước khi sấy Dịch chanh dây có hàm lượng axit cao nên không cần trộn thêm chất bảo quản Chất màu được thêm vào dung dịch vơí hàm lượng 0,01%

Các biến đổi: hàm lượng chất khô và độ nhớt của dung dịch tăng lên, màu sắc và

mùi vị của dịch quả thay đổi không đáng kể

 Giai đoạn sấy phun:

Mục đích: nhằm cấp nhiệt để làm bốc hơi nhanh lượng nước trong dung dịch sau

phối trộn, tạo ra sản phẩm dạng bột mịn( không cần nghiền) với độ hút ẩm thấp, bảo quản được lâu

 Giai đoạn hoàn thiện: