Tính toán thiết kế hệ thống sấy phun

Sau 2 tháng nổ lực thực hiện đồ án: “Tính toán, thiết kế hệ thống sấy phun dịch sữa với năng suất 3m3/24h”. Ngoài sự cố gắng học hỏi, nghiên cứu của bản thân em nhận được nhiều sự giúp đỡ hết mình từ bạn bè và đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy hướng dẫn cùng các thầy cô trong bộ môn. Em cũng xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ của các anh chị đi trước đã hỗ trợ em trong quá trình thực hiện đồ án này. Đưới sự đồng ý và sự chỉ dẫn tận tình của thầy Nguyễn Tấn Dũng, đồ án: “Tính toán, thiết kế hệ thống sấy phun dịch sữa với năng suất 3m3/24h” đã được hoàn thành với nội dung gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và tính toán Chương 3: Tính toán, thiết kế hệ thống sấy phun dịch sữa với năng suất 3m3/24h. Mặc dù em đã có nhiều cố gắng để hoàn thành đồ án nhưng với thời gian, khả năng hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô và các bạn. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn tất cả những người đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN CÁC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ TRONG CNTP

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN

GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH: ĐẶNG THỊ THU TRANG MSSV: 14116166

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 12/2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SPKT TP.HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN

KHOA: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG

SVTH: ĐẶNG THỊ THU TRANG

1 Tên đồ án: Tính toán, thiết kế hệ thống sấy phun dịch sữa với năng suất 3m3/24h

2 Nhiệm vụ đồ án (yêu vầu về nội dung và số liệu ban đầu)

 Số liệu ban đầu: Năng suất 3 m3/24h

 Nội dung:

- Tổng quan về sấy phun

- Tổng quan về sữa

- Tính cân bằng vật chất và năng lượng

- Tính toán hệ thống thiết bị

- Thiết kế hệ thống

- Bản vẽ chi tiết thiết bị trên giấy A3

3 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 13/10/2017

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/12/2017

TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN

(ký và ghi rõ họ tên)

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2017

GIÁO VIỆN HƯỚNG DẪN (ký và ghi rõ họ tên) PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN

Người duyệt:………

Đơn vị:………

Ngày bảo vệ:………

Điểm tổng kết:………

Nơi lưu trữ:………

LỜI CẢM ƠN

Sau 2 tháng nổ lực thực hiện đồ án: “Tính toán, thiết kế hệ thống sấy phun dịch

sữa với năng suất 3m 3 /24h” Ngoài sự cố gắng học hỏi, nghiên cứu của bản thân em

nhận được nhiều sự giúp đỡ hết mình từ bạn bè và đặc biệt là sự giúp đỡ của thầyhướng dẫn cùng các thầy cô trong bộ môn Em cũng xin chân thành cám ơn sự giúp

đỡ của các anh chị đi trước đã hỗ trợ em trong quá trình thực hiện đồ án này

Đưới sự đồng ý và sự chỉ dẫn tận tình của thầy Nguyễn Tấn Dũng, đồ án: “Tính

toán, thiết kế hệ thống sấy phun dịch sữa với năng suất 3m 3 /24h” đã được hoàn thành

với nội dung gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và tính toán

Chương 3: Tính toán, thiết kế hệ thống sấy phun dịch sữa với năng suất 3m3/24h.Mặc dù em đã có nhiều cố gắng để hoàn thành đồ án nhưng với thời gian, khảnăng hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đónggóp của quý thầy cô và các bạn

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn tất cả những người đã giúp đỡ em hoànthành đồ án tốt nghiệp này

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC

MỤC LỤC 6

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN 23

2.1 Quy hoạch mặt bằng xây dựng nhà xưởng lắp đặt hệ thống sấy phun dịch sữa năng suất 3m3/24h 23

2.1.1 Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà xưởng 23

2.1.2 Địa điểm xây dựng phân xưởng 24

2.1.3 Những yêu cầu khi bố trí mặt bằng nhà xưởng 26

2.1.4 Nguyên tắc bố trí thiết bị 26

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu: Máy sấy phun dịch sữa với năng suất 3m3/24h 26

2.2.2 Tính toán 26

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN DỊCH SỮA 3M3/24H 27

3.1 Tính toán 27

3.1.1 Các thông số ban đầu 27

3.1.2 Tính cân bằng vật chất 32

3.1.3 Tính cân bằng năng lượng 33

3.1.5 Tính toán hệ thống thiết bị 42

3.2Kết quả tính toán 55

KẾT LUẬN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng)[6] 9

Bảng 2: Tỉ lệ casein và protein hòa tan (%) trong sữa [7] 10

Bảng 3: năng lượng tiêu hao của 3 loại cơ cấu phun [10] 18

Bảng 4: Giá điện tại khu công nghiệp Long Thành – Đồng Nai 25

Bảng 5: Thành phần sữa ban đầu 28

Bảng 6: Thành phần của sữa sau khi cô đặc đến 30% 28

Bảng 7: Thành phần nguyên liệu sau khi phối trộn maltodextrin 28

Bảng 8: các thông số tính toán ban đầu 32

Bảng 9: Thành phần của sản phẩm sau khi sấy 35

Bảng 10: kích thước cơ bản của xyclon 44

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Đường cong sấy 7

Hình 2: Đường cong tốc độ sấy 8

Hình 3: Hệ thống thiết bị sấy phun 16

Hình 4: Vòi phun áp lực 17

Hình 5: Vòi phun khí động 18

Hình 6: Vòi phun đĩa ly tâm 18

Hình 7: Sự chuyển động của dòng nguyên liệu và tác nhân sấy trong buồng sấy 20

Hình 8: hệ thống thu hồi sản phẩm 21

Hình 9: Điện trở chữ U 22

Hình10: Cấu tạo quạt 23

Hình 11: Sơ đồ tính toán thiết bị 27

Hình12: Sơ đồ cân bằng vật chất cho thiết bị sấy 32

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, hòa nhịp cùng với sự phát triển của đất nước cùngvới sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các ngành công nghiệp nước ta có những chuyểnbiến rõ rệt đặc biệt là ngành công nghiệp chế biến thực phẩm Đời sống của con ngườingày càng được nâng cao thì đòi hỏi các sản phẩm thực phẩm phải ngày càng phongphú và đa dạng để đáp ứng tốt nhất nhu cầu của con người Tuy nhiên, đối với thựcphẩm nhất là thực phẩm ở dạng lỏng như sữa, nước ép trái cây, cà phê việc đa dạngcủa sản phẩm phụ thuộc nhiều vào công nghệ chế biến do tính chất dễ bị hư hỏng dướitác động của vi sinh vật, của môi trường xung quanh kéo theo thời gian bảo quản và

sử dụng rất hạn hẹp

Vì lí do đó mà nền công nghiệp đã có nhiều đổi mới và thành công trong việcchế biến thực phẩm dạng lỏng, nổi trội hơn hết là công nghệ sấy: sất thăng hoa, sấyphun, tầng sôi,… nhằm tách nước ra khỏi sản phẩm để kéo dài thời gina bảo quản màkhông làm ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm Trong các sản phẩm ở dạng lỏng thìsữa giữ một vai trò rất quan trọng và chiếm một số lượng lớn Việc chế biến và sảnxuất sữa bột có nhiều ý nghĩa quan trọng, trong đó ưu điểm lớn nhất là tăng được thờigian bảo quản sữa và giảm chi phí vận chuyển do vậy nó có ý nghĩa quan trọng đốivới nền kinh tế Có nhiều phương pháp để sản xuất sữa bột mỗi phương pháp sản xuất

sẽ cho ra một loại sản phẩm có chất lượng khác nhau, phổ biến nhất hiện nay là

phương pháp sấy phun Do đó, em chọn đề tài: “ Tính toán, thiết kế hệ thống sấy phun

dịch sữa với năng suất 3m 3 /24h”

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Sấy là một quá trình tách nước (ẩm) ra khỏi vật liệu rắn hay dung dịch là một quátrình kỹ thuật rất phổ biến và quan trọng đối với nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt làngành hóa chất và công nghiệp Với mục đích bảo quản tốt vật liệu hoặc giảm nănglượng tiêu tốn trong quá trình vận chuyển vật liệu hoặc đảm bảo các thông số kỹ thuậtcho quá trình gia công vật liệu tiếp theo Đối với vật liệu lỏng, sấy phun là mộtphương pháp hiện đại được sử dụng rộng rãi để tạo ra sản phẩm dạng bột Hiện nay,sấy phun được sử dụng rộng rã để tạo ra các sản phẩm ở dạng bột như: trà hòa tan, càphê hòa tan,… và đặc biệt là sữa bột, một loại thực phẩm rất phổ biến và được tiêu thụrộng rãi không chỉ là sản phẩm tiêu dùng mà là nguyên liệu của các quá trình sản xuấtcác sản phẩm khác Do đó, đồ án này sẽ tính toán, thiết kế hệ thống sấy phun dịch sữavới năng suất 3m3/24 giờ để nâng cao hiệu suất và năng suất thu hồi sữa bột

2 Mục tiêu đồ án

Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống sấy phun dịch sữa với năng suất 3m3/24h.Góp phần hoàn thiện hệ thống sấy phun tiến tới sản xuất máy với công nghệ và trangthiết bị trong nước nhằm hạ giá thành máy so với nhập từ nước ngoài

4 Giới hạn nghiên cứu đồ án

- Thiết kế hệ thống sấy phun

- Nguyên liệu: dịch sữa

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Các khái niệm cơ bản của quá trình sấy

Sấy là quá trình sử dụng nhiệt để tách nước ra khỏi mẫu nguyên liệu Trong quátrình sấy, nước được tách ra khỏi nguyên liệu theo nguyên tắc bốc hơi (evaporation)hoặc thăng hoa (sublimation) Trong quá trình sấy mẫu nguyên liệu thường ở dạngrắn, tuy nhiên mẫu nguyên liệu cần sấy cũng có thể ở dạng lỏng hoặc huyền phù Sản

phẩm thu được sau quá trình sấy luôn ở dạng rắn hoặc bột.[1]

1.1.1 Vật liệu ẩm

Những vật đem đi sấy đều là những vật ẩm có chứa một khối lượng chất lỏng đáng

kể (chủ yếu là nước) Trong quá trình sấy ẩm chất lỏng trong vật bay hơi, độ ẩm của

nó giảm Trạng thái của vật liệu ẩm được xác định bởi độ ẩm và nhiệt độ của nó Độ

ẩm của vật có thể biểu thị qua độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm toàn phần, độ chứa ẩm và nồng

khối lượng ẩm chứa trong vật liệu (kg)

khối lượng độ khô tuyệt đối (kg)

Độ ẩm tuyệt đối có giá trị từ 0% đến Vật có độ ẩm tuyệt đối 0% là vật khô

tuyệt đối và vật có độ ẩm là vật chứa toàn bộ nước [3].

 Độ ẩm toàn phần

Độ ẩm toàn phần là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng củavật ẩm, kí hiệu độ ẩm toàn phần là ta có:

Độ chứa ẩm đặc trưng cho toàn bộ vật và từng vật vùng của vật thể Nếu độ chứa

ẩm phân bố đều trong toàn bộ vật thể thì [3].

 Nồng độ ẩm

Nồng độ ẩm là khối lượng ẩm chứa trong 1m3 vật thể Nồng độ ẩm kí hiệu N Ta

có :

dụng làm tác nhân sấy như các loại dầu, một số muối nóng chảy [3],…

1.1.3 Động lực quá trình sấy

Tất cả các vật liệu sấy đều có khả năng hút ẩm từ môi trường xung quanh hoặcnhã ẩm ra môi trường xung quanh Sự chuyển động của hơi nước theo chiều nào phụ

thuộc vào trạng thái của môi trường xung quanh và tính chất của vật liệu.[2]

Môi trường xung quanh vật liệu có thể là hơi nước hoặc hỗn hợp hơi nước –không khí Nếu kí hiệu pA là áp suất riêng phần của hơi nước và PA là áp suất hơi củanước trên bề mặt vật liệu thì điều kiện để nước từ vật liệu bay hơi vào môi trườngchung quanh là PA> pA[2]

Áp suất hơi của nước trên bề mặt vật liệu PA phụ thuộc vào độ ẩm của vật liệu,nhiệt độ và dạng liên kết ẩm với vật liệu Khi nhiệt độ và độ ẩm của vật liệu tăng thì

PA tăng, lực liên kết ẩm với vật liệu càng lớn thì PA càng giảm.[2]

Trạng thái ẩm vật liệu ứng với điều kiện PA = pA gọi là trạng thái cân bằng, quátrình bay hơi ngừng lại, độ ẩm vật liệu tại điều kiện này gọi là độ ẩm cân bằng Khi PA

= pA = Pbh (áp suất hơi bão hòa) được gọi là điểm hút nước Lượng ẩm ứng với vật liệu

có độ ẩm lớn hơn độ ẩm hút nước gọi là ẩm không liên kết và ngược lại là ẩm liên kết.Quá trình sấy thường chỉ bốc hơi lượng ẩm không liên kết và một phần lượng ẩm liênkết Lượng ẩm bốc hơi được gọi chung là lượng ẩm tự do Quá trình ẩm bay hơi từ vật

liệu có 2 giai đoạn[2]:

- Ẩm trên bề mặt vật liệu bay hơi vào môi trường chung quanh, tốc độ của quátrình phụ thuộc vào áp suất PA, pA, nhiệt độ và tốc độ chuyển động của môi trường

- Khi độ ẩm trên bề mặt vật liệu nhỏ hơn độ ẩm bên trong vật liệu, nước sẽkhuếch tán từ bên trong ra bề mặt vật liệu nhờ chênh lệch độ ẩm Khi nhiệt độ trongvật liệu khác nhau thì nước sẽ di chuyển từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ

w, nhiệt độ vật sấy tv, tốc độ sấy (hay ) Trong quá trình sấy các thông số nàythay đổi theo thời gian sấy Các quy luật nghiên cứu được ở động lực quá trình sấycho phép tính toán lượng ẩm bay hơi, nhiệt lượng cần cung cấp cho quá trình sấy, từ

đó xác định thời gian sấy cũng như các chế độ sấy phù hợp nhất đối với các loại sản

phẩm khác nhau [3].

Sự thay đổi độ ẩm và nhiệt độ tại mỗi phần của vật phụ thuộc vào cường độ vàquan hệ của các quá trình trao đổi nhiệt, chất trong lòng vật và trên bề mặt vật dướitác dụng của môi trường xung quanh vật sấy Trao đổi nhiệt và chất bên trong vật là

quá trình rất phức tạp bị ảnh hưởng của dạng liên kết ẩm trong vật thể [3].

Các quy luật cơ bản của quá trình sấy

 Đường cong sấy

Đường cong biểu diễn sự thay đổi độ ẩm của vật sấy theo thời gian sấy gọi làđường cong sấy: u = f( ) Dạng đường cong sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như dạngliên kết giữa nước và vật sấy, hình dáng, kích thước và đặc tính của vật sấy, phương

pháp và chế độ sấy[5] Ba giai đoạn của quá trình sấy được biểu diễn ở hình bên dưới

Hình 1: Đường cong sấy

- Giai đoạn 1: đun nóng vật liệu sấy và làm bay hơi nước bề mặt, giai đoạn nàydường cong sấy ở dạng phi tuyến (Bài giảng)

- Giai đoạn 2: quá trình bay hơi nước do quá trình khuếch tán nội và khuếch tánngoại xảy ra đồng thời, giai đoạn này là sấy đẳng tốc, đường cong sấy ở dạng tuyếntính (Bài giảng)

- Giai đoạn 3: quá trình bốc hơi ẩm còn lại cho đến khi đạt tới độ ẩm cân bằng,quá trình này đường cong sấy ở dạng phi tuyến rất phức tạp (Bài giảng)

 Đường cong tốc độ sấy

Đường cong tốc độ sấy biểu thị quan hệ giữa tốc độ sấy và thời gian sấy hoặc

f( ) Tốc độ sấy tại mỗi thời điểm được biểu thị bằng độ dốc của đường cong u

= f( ) tại thời điểm đó Trong quá trình sấy độ ẩm của vật giảm dần nên chiều diễn

biến của đường cong tốc độ sấy là từ phải sang trái [3]

Hình 2: Đường cong tốc độ sấy

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước về sấy phun

- Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật sấy phun trong sản xuất bột chanh dây, tác

giả: Tôn Nữ Minh Nguyệt, Đào Văn Hiệp (Tạp chí phát triển KH & CN tập 9, số 4,2006) với các thông số kỹ thuật như sau: hàm lượng chất khô dịch quả trước sấy là8%, nhiệt độ không khí đầu vào là 165oC, áp lực khí nén là 4,25 bar và tốc độ bơmnhập liệu là 22,5 mL/ph thì hiệu suất thu hồi sản phẩm của quá trình sấy phun đạt 75– 78% và độ ẩm sản phẩm thấp hơn 5%

- Tối ưu hóa quá trình sấy phun dịch cà chua, tác giả: Nguyễn Thị Hồng Minh,

Nguyễn Thị Thùy Ninh (Tạp chí khoa học và phát triển 2011 Tập 9 số 6: 1014 – 1020)với các thông số kỹ thuật như sau: tỷ lệ maltodextrin/chất khô dịch quả 52%, nhiệt độkhông khí sấy 133oC , tốc độ bơm nhập liệu 27 ml/phút Khi đó hiệu suất đạt 74,2%

và hàm lượng lycopen của sản phẩm là 43,334 mcg%

- Nghiên cứu sản xuất sản phẩm bột uống liền từ dịch trích ly lá dâu tằm (Morus alba L.) Việt Nam, tác giả: Hoàng Thị Lệ Hằng (Tạp chí khoa học và phát

triển 2012 Tập 10 số 5: 723 – 729) với các thông số kỹ thuật như sau: Sử dụng dịchtrích ly có hàm lượng chất khô hòa tan là 200Bx, nhiệt độ đầu vào khi sấy phun là 130

oC với lưu lượng bơm nhập liệu là 1500mL/giờ cho hiệu suất thu hồi sản phẩm đạt60% (Wsp <5%) Để tạo ra sản phẩm có hương vị hấp dẫn, dịch sấy phun cần đượcmột số chất phụ gia như: 0,6% đường cỏ ngọt; 6% hương dâu.

1.3 Tình hình nghiên cứu ngoài nước về sấy phun

- Applications of spray-drying in microencapsulation of food ingredients: An overview, Adem Gharsallaoui et al, Food Research International 40 (2007) 1107–1121.

- Surface composition of industrial spray-dried milk powders 2 Effects of spray drying conditions on the surface composition, Esther H.-J.Kim et al, Journal of

Food Engineering, Volume 94, Issue 2, September 2009, Pages 169-181

- How surface composition of high milk proteins powders is influenced by spray-drying temperature, C.Gaiani et al, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces,

Volume 75, Issue 1, 1 January 2010, Pages 377-384

1.4 Nguyên liệu

Sữa là một chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồn thức

ăn để nuôi động vật non Hiện nay nền công nghiệp chế biến sữa trên thế giới tậptrung sản xuất trên ba nguồn nguyên liệu chính là sữa bò, sữa dê và sữa cừu Ở nước

ta, sữa bò là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho ngành công nghệ thực phẩm

 Thành phần hóa học

Sữa là một hỗn hợp với các thành phần chính bao gồm nước, lactose, protein vàcác chất béo Ngoài ra sữa còn có một số hợp chất khác với hàm lượng nhỏ như các

hợp chất chứa nitơ phi protein, vitamin, hormone, các chất màu và khí.[6]

Bảng 1: Hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng)[6]

Các thành phần chính Khoảng biến tính Giá trị trung bình

phần nằm trong hệ keo: protein, phosphatic, polysacarit,… [7]

- Lactose

Lactose là một disaccharide do một phân tử glucose và một phân tử galactose liênkết với nhau tạo thành Trong sữa, đường lactose tồn tại dưới hai dạng: dạng –lactose monohydrate và – lactose anhydrous Tỉ lệ hàm lượng giữa 2 loại này trong

sữa phụ thuộc vào giá trị pH và nhiệt độ của sữa.[6]

Lactose là đường khử Độ ngọt của lactose thấp hơn nhiều so với các disaccharide

và monosaccharide thường gặp Ngoài lactose, trong sữa bò còn có glucose (hàmlượng trung bình 70mg/l), fructose (20mg/l) và các hợp chất glucid chứa nitơ như N-acetyl glucosamine, N-acetyl galactosamine,… Tuy nhiên, hàm lượng của chúng rất

thấp, chỉ ở dạng vết.[6]

- Protein

Bảng 2: Tỉ lệ casein và protein hòa tan (%) trong sữa [7]

Protein

Casein (78 – 85 %) Protein hòa tan (15 – 22%)

Casein

(45 – 55%)

Casein Gồm 199 axit amin

M = 26614 Da

12 – 15 g/l sữa đã táchbơ

lactoglobulin(7 – 12%)

2 Cys : 2 (-SH) : 10 –13P

25230 Da

3 – 4 g/l sữa đã tách bơCasein

(25 – 35%)

209 axit amin

M = 23983 Da

9 – 11 g/l sữa đã táchbơ

lactalbumin(2 – 5 %)

123 axit min

8 Cys : 4 (-S-S) và 1 (-SH)

14175 Da0.6 – 1.7 g/l sữa đã tách bơCasein k

Casein

(3 – 7%)

Imunoglobulin(1.9 – 3.3%)

IgG1 153 – 163000 Da0.3 – 0.6 g/l sữa đã tách bơIgG2 146 – 154000 Da0.05 – 0.1g/l sữa đã tách bơIgA 385 – 1000000 Da0.05 – 0.1g/l sữa đã tách bơIgM 960 – 1000000 Da0.05 – 0.1g/l sữa đã tách bơSerum albumin 582 axit amin

35 Cys: 17 S-S) và 1 SH)

(-66267 Da

- Chất béo

Chất béo của sữa (váng sữa) tách ra được tính trong thành phần tổng hàm lượngchất khô có trong một lít sữa vì vậy hàm lượng chất béo xấp xĩ gần 90g/l Chất béocủa sữa có 2 loại: chất béo đơn giản (glyxerit và steric) có hàm lượng 35 – 45g/l gồmaxit béo no và không no Chất béo phức tạp trong sữa thường có một ít P, N, S trongphân tử tên gọi chung là phosphoaminolipit Chất béo có trong sữa tồn tại dưới dạnghuyền phù của các hạt nhỏ hình cầu (tiểu cầu) hoặc hình ovan với đường kính từ 2 –

10 tùy thuộc vào giống bò[8].

 Tính chất vật lý của sữa

Sữa là một chất lỏng đục Độ đục của sữa là do chất béo, protein và một số chấtkhoáng trong sữa tạo nên Màu sắc của sữa phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng -caroten có trong chất béo của sữa Sữa bò thường có màu trắng đến màu vàng nhạt.Sữa gầy (sữa đã tách béo) thường nhẹ hơn và ngã màu xanh nhạt Sữa bò có mùi đặc

trưng và vị ngọt nhẹ Một số chỉ tiêu vật lý của sữa:[7]

Độ nhớt của sữa thường được xác định theo tỉ số so với độ nhớt của nước và gọi là

độ nhớt tương đối Giá trị trung bình 1,8 centipoa Độ nhớt phụ thuộc và thành phầnhóa học của sữa, hàm lượng chất béo càng cao độ nhớt càng cao Độ nhớt còn phùthuộc rất nhiều vào nhiệt độ Khi nâng nhiệt độ lên đên 60oC độ nhớt lại giảm rõ rệt, ở

nhiệt độ cao hơn độ nhớt lại tăng [7]

- Điểm đông đặc

Thường giao động trong khoảng từ - 0.54 - 0.59oC Người ta thường sử dụngchỉ tiêu này để kiểm tra xem sữa tươi có bị pha loãng với nước hay không Tuy nhiên,khi xử lí nước ở nhiệt độ cao, điểm đông đặc của sữa sẽ gia tăng do sự kết tủa của một

số muối phosphat có trong sữa.[6]

- Sức căng bề mặt ở 20 o C.

Sức căng bề mặt của sữa không ổn định Nó phụ thuộc rất nhiều yếu tố mà trước

hết là thành phần hóa học, nhiệt độ và thời gian bảo quản.[7]

hệ keo sẽ thay đổi theo như độ nhớt tăng, độ bền keo tăng Khi nhiệt độ tăng, cácmicelle sẽ bị co lại Trong quá trình biến tính nhiệt, whey protein có thể kết hợp với bề

mặt của micelle thông qua sự hình thành liên kết – S – S - [6]

- Hệ nhũ tương

Sữa là hệ nhũ tương dầu trong nước Mặc dù các hạt béo trong sữa đã được baobọc bởi lớp màng với các thành phần chủ yếu là membrane protein, chúng luôn có xu

hướng kết hợp lại với nhau và dẫn đến hiện tượng sữa bị tách pha.[6]

1.5 Công nghệ sấy phun

Thiết bị sấy phun dùng để sấy các loại vật liệu lỏng như sữa, trứng, dung dịch đậunành, gelatin, albumin,… dung dịch lỏng được phun thành dạng sương vào trongphòng sấy, quá trình sấy diễn ra rất nhanh đến mức không kịp đốt nóng vật liệu lên

quá giới hạn cho phép do đó có thể sử dụng tác nhân sấy ở nhiệt độ cao Sản phẩm thu

được ở dạng bột mịn.[2]

Cường độ sấy trong thiết bị này tỉ lệ thuận với sự tăng của bề mặt tiếp xúc giữachất lỏng với tác nhân sấy, tức là phụ thuộc vào độ phân tán của chất lỏng được phun

thành sương, thường đường kính của các giọt sương từ 10 đến 60 [2]

Nhiệt độ dòng khí có thể lên đến 750oC và chỉ phụ thuộc vào tính chịu nhiệt củavật liệu, dòng khí thoát ra khỏi thiết bị sấy phải qua hệ thống xyclon để thu hồi bụi sảnphẩm bị lôi cuốn theo Việc tuần hoàn khí thải để tiết kiệm trong trường hợp này là

không thực tế vì quá trình thu hồi bụi sẽ mất nhiệt rất nhiều.[2]

Ưu điểm: sấy nhanh Nhờ sấy nhanh, nhiệt độ vật liệu không cao nên có thể sử

dụng để sấy các loại vật liệu không chịu được nhiệt độ cao Chi phí điều hành tương

đối thấp, đặc biệt tháp sấy có năng suất lớn.[2]

Sản phẩm sấy phun thu được là những hạt có hình dạng và kích thước tương đốiđồng nhất Tỷ lệ khối lượng giữa các cấu tử không bay hơi trong sản phẩm tương tự

như trong mẫu lỏng ban đầu.[6]

Nhược điểm: kích thước phòng sấy lớn mà vận tốc của tác nhân sấy nhỏ nên

cường độ sấy (kg ẩm bốc hơi/h.m3 phòng sấy) nhỏ: 2 25kg/ h.m3 Tiêu tốn nhiềunăng lượng, thiết bị phức tạp nhất là ở cơ cấu phun bụi và hệ thống thu hồi bụi sản

(kích thước hạt lớn).[6]

Trong quá trình sấy, để đảm bảo cho chất lượng của sản phẩm, người ta sử dụngkhí trơ nén (như CO2, N2) đẩy vào trong dung dịch, do đó làm giảm được tỉ trọng của

bột sấy và tránh được sự biến đổi dưới tác dụng của không khí Ngoài ra, để cho quátrình sấy được dễ dàng người ta còn sử dụng chất trợ sấy (chất mang) như Dextrin

hoặc Maltodextrin [9]

1.6 Thiết bị về sấy phun

1.6.1 Nguyên tắc

Nguyên tắc sấy phun gồm 3 giai đoạn

- Giai đoạn 1: chuyển nguyên liệu cần sấy thành dạng sương mù (các hạt lỏngphân tán trong môi trường khí) nhờ cơ cấu phun sương trong thiết bị sấy phun Hiệnnay có 3 dạng cơ cấu phun sương: Đầu phun ly tâm, đầu phun một dòng và đầu phunhai dòng Kích thước của các giọt lỏng sau giai đoạn phun sương dao động trongkhoảng 10 – 200

- Giai đoạn 2: Hòa trộn sương mù với dòng tác nhân sấy trong buồng sấy Đâychính là giai đoạn tách ẩm ra khỏi nguyên liệu Do nguyên liệu được phun sương nêndiện tích bề mặt tiếp xúc giữa các giọt lỏng và tác nhân sấy là rất lớn Nhờ đó ẩmtrong nguyên liệu được bay hơi nhanh chóng Sản phẩm được tạo thành ở dạng bộtmịn Thời gian tách ẩm diễn ra trong khoảng từ vài giây đến hai chục giây

- Giai đoạn 3: Tách sản phẩm ra khỏi dòng tác nhân sấy Người ta có thể sử dụng

hệ thống cyclone, túi lọc hoặc phương pháp kết tủa tĩnh điện, phổ biến nhất là sử dụngcyclone Hiệu suất thu hồi sản phẩm trong thiết bị sấy phun dao động trong khoảng 80

– 90%.[1]

1.6.2 Cấu tạo

Thiết bị sấy phun gồm những bộ phận chính: caloriphe để gia nhiệt cho tác nhân

sấy, cơ cấu phun sương, buồng sấy và hệ thống thu hồi bột sản phẩm.[1]

Hình 3: Hệ thống thiết bị sấy phun.

1-Buồng sấy; 2-caloriphe; 3-bồn chứa nguyên liệu cần sấy; 4-bơm nhập liệu; 5-cơcấu phun sương; 6,7-cyclone thu hồi sản phẩm; 8-quạt hút

Thiết bị sấy là một hình chóp trụ, phần chóp quay xuống dưới Dung dịch huyềnphù được bơm cao áp đưa vào thiết bị tạo sương mù Tác nhân sấy có nhiệt độ thíchhợp đi vào thiết bị sấy thực hiện quá trình trao đổi nhiệt - ẩm với sương mù vật liệusấy và thải vào môi trường Do sản phẩm sấy ở dạng bột nên trong hệ thống sấy phuntác nhân sấy trước khi thải vào môi trường bao giờ cũng đi qua xyclon để thu hồi vật

liệu sấy bay theo Vật liệu khô được lấy ra ở chóp bán liên tục hoặc liên tục [4]

 Cơ cấu phun sương

Có 3 loại kết cấu tạo sương: tạo sương bằng vòi phun cơ khí, tạo sương bằng khíđộng và tạo sương bằng đĩa ly tâm

- Vòi phun cơ khí

Dịch thể huyền phù được bơm nén đến áp suất thích hợp đi vào vòi phun Đầu vòiphun có một chi tiết dạng ba cánh có thể tự do quay xung quanh một trục và nhờ đódịch thể bị đánh tơi thành từng giọt nhỏ có đường kính từ (1 150) m.

Ưu điểm của vòi phun cơ khí là làm việc không ồn và tiêu tốn điện năng không lớn(khoảng 4 10 kW/tấn dịch thể) Vòi phun cơ khí có năng suất cao và có thể đạt đến4500kg/h Nhược điểm của vòi phun cơ khí là không dùng được cho những dịch thể

cyclone và được thu hồi tiếp.[4]

Ưu điểm của vòi phun khí động là có thể làm việc với hầu hết các loại dịch thể

Nhược điểm chính của loại vòi phun này là tiêu tốn năng lượng [4]

Hình 5: Vòi phun khí động

- Đĩa ly tâm

Hình 6: Vòi phun đĩa ly tâm

Cơ cấu tạo sương thứ ba hoạt động theo nguyên lý ly tâm Dịch thể chảy vào mộtđĩa có tốc độ quay từ (400 2000) v/phút và biến thành sương mù nhờ lực ly tâm

Ưu điểm cơ bản của cơ cấu này là có thể làm việc với bất kì dịch thể nào kể cả bột

nhão Nhược điểm là giá thành cao, bố trí và vận hành phức tạp [4]

Bảng 3: năng lượng tiêu hao của 3 loại cơ cấu phun [10]

Cơ cấu phun Năng lượng tiêu hao trong quá trình phun sương với công suất

250 (kg/h) 500 (kg/h) 1000 (kg/h) 2000 (kg/h)

định đường kính và chiều cao của buồng sấy cho phù hợp [10]

Trong buồng sấy phun hạt chất lỏng có thể chuyển động cùng chiều với dòng khí

từ trên xuống, từ dưới lên, theo phương ngang, cũng có thể chuyển động ngược chiều(khí từ dưới lên hạt lỏng từ trên xuống) Hạt được phun ra với tốc độ ban đầu khá lớn,

vào dòng khí tốc độ hạt giảm nhanh do trở lực dòng khí và sau đó không đổi.[3]

Sự chuyển động của dòng nguyên liệu và tác nhân sấy trong buồng sấy được chiathành 3 trường hợp cơ bản:

- Dòng nguyên liệu và tác nhân sấy chuyển động cùng chiều

Dòng nguyên liệu được các vòi phun thẳng từ đỉnh buồng sấy xuống, tác nhân sấyđược phân đều trên toàn bộ tiết diện ngang của buồng sấy nhờ các tấm chắn đục lỗ.Tác nhân sấy có nhiệt độ cao chảy chùm lấy dòng hạt dung dịch phun ra từ các vòiphun cùng chuyển động xuống dưới Cả ba dạng của cơ cấu sấy phun đều phù hợp vớitrường hợp này Đây cũng là trường hợp rất phù hợp cho các loại nguyên liệu nhạycảm với nhiệt Nhiệt độ bột sản phẩm thu được sẽ thấp hơn nhiệt độ tác nhân sấy tại

cửa vào buồng sấy [5]

- Dòng nguyên liệu và tác nhân sấy chuyển động ngược chiều

Dòng nguyên liệu được các vòi phun thẳng từ đỉnh buồng sấy xuống, tác nhân sấy

sẽ chuyển động ngược lại với nguyên liêu theo hướng từ dưới lên Dòng dung dịch đi

dần xuống dưới bị đốt nóng làm ẩm bay hơi Sản phẩm ra theo cửa đáy, khí thải ratheo cửa đỉnh Do ngược chiều và tốc độ dòng chậm nên sản phẩm đạt đến độ ẩm rất

thấp.[5]

Điều này thích hợp cho những sản phẩm bột thô yêu cầu có tỷ trọng cao hoặc có

độ xốp thích hợp Nhiệt độ sản phẩm cuối cùng cao hơn nhiệt độ của khí thoát ra.[10]

- Dạng hỗn hợp

Lúc đầu dòng hỗn hợp mới phun ra chuyển động cùng chiều từ dưới lên với tácnhân sấy Các hạt dung dịch có kích thước nhỏ bị đốt nóng nhanh hơn, ẩm bay hơinhanh hơn, nên cả sản phẩm và khí thải theo cửa đỉnh ra ngoài để đến bộ phận thuhồi Các hạt có kích thước lớn hơn thì: lúc đầu chuyển động cùng chiều tác nhân sấy,sau đó chậm dần rồi chuyển động ngược chiều tác nhân sấy (do vận tốc lắng lớn hơn

vận tốc tác nhân sấy) Khi khô thì sản phẩm theo cửa đáy ra ngoài.[5] Trường hợp này sử dụng cho các sản phẩm dạng bột thô và khi kích thước buồng sấy bị giới hạn [10]

Hình 7: Sự chuyển động của dòng nguyên liệu và tác nhân sấy trong buồng sấy

 Hệ thống thu hồi bột

Cùng chiều

Ngược chiều Hỗn hợp

Thông thường bột sản phẩm sau khi sấy phun được thu hồi tại cửa đáy buồng sấy.

Để tách sản phẩm ra khỏi dòng khí thoát, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp

khác nhau: lắng xoáy ly tâm, lọc, lắng tĩnh điện, [6]

Phổ biến nhất hiện nay là phương pháp lắng xoáy ly tâm, sử dụng cyclon Khíthoát có chứa các hạt sản phẩm sẽ đi vào cyclon từ phần đỉnh theo phương tiếp tuyếnvới thiết bị Bột sản phẩm sẽ di chuyển theo quỹ đạo hình xoắn ốc và rơi xuống đáy

cyclon Không khí sạch thoát ra ngoài theo cửa trên đỉnh cyclon.[6]

- Lớp vỏ bọc ngoài

- Lớp cách nhiệt

- Dây điện trở

Sử dụng điện trở để sấy nóng không khí có nhiều ứng dụng: có thể làm nóng bất kìkhí, không dẫn điện, không cháy, không ăn mòn, không ô nhiễm, an toàn và tăng nhiệt

độ nhanh ( có thể kiểm soát được)

Đặc tính của điện trở sấy không khí:

- Không khí có thể được làm nóng lên nhiệt độ cao

- Hiệu quả cao

- Thời gian làm nóng nhanh, kiểm soát được nhiệt độ phù hợp cho các hệ thốngđiều khiển tự động

- Đặc tính cơ học: bộ phận làm nóng được làm bằng vật liệu inox, tính chất cơhọc tốt

- Kích thước nhỏ, tăng nhiệt độ không khí hiệu quả

- Điện trở có thể được thiết kế theo yêu cầu của khách hàng

Hình 9: Điện trở chữ U

 Quạt

Để tăng lưu lượng những dòng tác nhân sấy, người ta sử dụng quạt ly tâm Ở quy

mô công nghiệp, các thiết bị sấy phun được trang bị hệ thống hai quạt Quạt chínhđược đặt sau thiết bị thu hồi bột sản phẩm từ dòng khí thoát ra Còn quạt phụ được đặttrước thiết bị gia nhiệt không khí trước khi vào buồng sấy Ưu điểm của việc sử dụng

hệ thống hai quạt là người ta có thể kiểm soát dễ dàng áp lực trong buồng sấy [6]

Trong trường hợp chỉ sử dụng một quạt ly tâm đặt sau cyclon thu hồi sản phẩm,buồng sấy sẽ hoạt động dưới áp lực chân không rất cao Chính áp lực chân không này

sẽ ảnh hưởng đến lượng bột sản phẩm bị cuốn theo dòng khí thoát, do đó sẽ ảnh

hưởng đến năng suất hoạt động và hiệu quả thu hồi bột sản phẩm của cyclon.[6]

Trong hệ thống sấy phun người ta có thể sử dụng thêm một số quạt ly tâm nhằmvào các mục đích khác như để vận chuyển bằng khí động bột sản phẩm sau khi sấy

vào thiết bị bảo quản [6]

Hình10: Cấu tạo quạt

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN

2.1 Quy hoạch mặt bằng xây dựng nhà xưởng lắp đặt hệ thống sấy phun dịch sữa năng suất 3m 3 /24h.

2.1.1 Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà xưởng

Để xây dựng nhà xưởng địa điểm rất quan trọng, ảnh hưởng đến quá trình xâydựng và hoạt động sản xuất, kinh doanh của nhà máy Các yếu tố để lựa chọn xâydựng nhà xưởng:

- Địa điểm xây dựng nhà xưởng phải gần nguồn cung cấp nguyên liệu hay trongvùng cung cấp nguyên liệu để giảm chi phí vận chuyển Nguyên liệu cung cấp phải ổnđịnh về số lượng và chất lượng cho nhà máy hoạt động trước mắt và lâu dài

- Địa điểm xây dựng phải gần đường giao thông, ưu tiên đường bộ và đườngthủy để dễ dàng trong việc đi lại, vận chuyển nguyên liệu và phân phối sản phẩm

- Địa điểm xây dựng phải gần nguồn nước để đảm bảo cho việc sản xuất đượcliên tục, giảm chi phí về đường dây, ống dẫn, gần các nhà máy khác để hợp tác với cácmặt khác như cơ sở hạ tầng, công trình phúc lợi cho nhân viên

- Địa điểm xây dựng phải gần nguồn nhân lực dồi dào, thu hút lực lượng trí thứccũng như công nhân

- Địa điểm lựa chọn đủ diện tích xây dựng và có khả năng mở rộng trong tươnglai.

2.1.2 Địa điểm xây dựng phân xưởng

Phân xưởng được chọn được xây dựng tại khu công nghiệp Long Thành, tỉnhĐồng Nai

 Vị trí: Tọa lạc tại Km 14 + 500 QL.51, thuộc địa bàn xã Tam An và An Phướchuyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai

 Tổng diện tích khu công nghiệp: 488 ha trong đó

- Diện tích đất công nghiệp : 309,13 ha

- Diện tích đất dịch vụ : 24,68 ha

- Cây xanh & công trình công cộng : 154,19 ha

 Điều kiện thuận lợi

- Gần nguồn nguyên liệu

+ Ga Sóng Thần : 30 km

Sân bay

+ Sân bay Tân Sơn Nhất : 50 km

+ Sân bay Quốc tế Long Thành : 11 km

Hệ thống điện

02 trạm điện 63MVA với lưới điện 22KV

Bảng 4: Giá điện tại khu công nghiệp Long Thành – Đồng Nai

Giá (VND/kWh)

<6 kV 6 kV-<22 kV 22 kV - 110kVGiờ bình thường (4:00 – 9:30),

+ Công suất: 20.000 m3/ngày đêm

+ Giá nước bình quân : 11.500 đồng/m3 (Chi phí trên chưa bao gồm thuế VAT

và phí bảo vệ môi trường)

+ Trạm bơm điều áp : đã hoạt động

Hệ thống xử lý nước thải

+ Công suất 15.000 m3/ngày đêm

+ Phí xử lý nước thải 6.816 đ/m3 (giá chưa bao gồm thuế VAT) Mức phí này có

thể được điều chỉnh tăng tùy theo nồng độ của các chất có trong nước thải

+ Khối lượng nước thải tính phí bằng 80% khối lượng nước cấp

 Các tiện ích khác

Dịch vụ Ngân hàng, Bưu chính, Hải quan, Y tế, Giáo dục, nơi lưu trú, ăn uống,giải trí: trong bán kính từ 1 km đến 7 km