Nghiên cứu tính toán thiết kế và chế tạo hệ thống chiên chân không năng suất 20kg nguyên liệu cà rốt mẻ

TĨM TẮT KHĨA LUẬN Đối với nhiệm vụ khóa luận chúng tơi nghiên cứu tính tốn, thiết kế chế tạo hệ thống chiên chân không suất 20kg/ mẻ với nguyên liệu cà rốt Các thông số ban đầu sử dụng cho q trình tính tốn: + Độ ẩm đầu vào nguyên liệu l 89% v độ ẩm cuẩ sản phẩm 5% + Khối lượng riêng nguyên liệu:  = 1035( kg/m3) + Các thông số dầu chiên ban đầu: 30oC, nhiệt độ chiên 120oC, thời gian chiên 30 phút, áp suất chiên: 80mmHg Hệ thống chiên chân không chế tạo bao gồm: nồi chiên dạng hình trụ đứng có kích thước đường kính d = 560mm, chiều cao h = 1150mm, gồm điện trở dạng chữ U gia nhiệt cho dầu chiên với công suất kW điện trở mắc song song, vách nồi chiên inox 304 dày mm, vách làm inox 201 dày mm, lớp cách nhiệt polyurethane foam d y 50 mm; bơm chân khơng có cơng suất HP; thiết bị ngưng ẩm dạng hình trụ, đường kính l 270mm (sau đổ foam cách nhiệt polyurethane dày 30mm tổng đường kính 330mm), chiều d i l 380mm (sau đổ foam cách nhiệt polyurethane dày 30mm tổng chiều dài 440mm) số ống đồng 209 ống; máy nén lạnh có cơng suất điện HP; dàn nóng có cơng suất HP Toàn hệ thống đượcc điều khiển kết hợp tay tự động Hệ thống cảm biến điều khiển nhiệt độ thiết kế phù hợp tự động đóng, mở q trình gia nhiệt nhiệt độ đạt yêu cầu, tiết kiệm điện Sau chế tạo, tiến hành chiên mẫu nguyên liệu cà rốt để kiểm tra hiệu chỉnh thiết bị, mẫu chiên theo chế độ phù hợp, đảm bảo tính chất cảm quan, màu sắc phù hợp v hương vị đặc trưng xxii MỤC LỤC NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM KHĨA 2016 (NGƯỜI HƯỚNG DẪN) iii PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA 2016 (PHẢN BIỆN) viii PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA 2016 (THÀNH VIÊN HỘI ĐỒNG) xiv LỜI CÁM ƠN xx LỜI CAM ĐOAN xxi TÓM TẮT KHÓA LUẬN xxii MỤC LỤC xxiii MỤC LỤC H NH xxvii MỤC LỤC BẢNG xxx MỞ ĐẦU xxxi Chương 1: T NG QUAN 1.1 Công nghệ chiên chân không 1.1.1 Cơ sở khoa học trình chiên 1.1.2 Hệ thống thiết bị chiên chân không 10 1.1.3 Ưu v nhược điểm công nghệ chiên chân không 13 1.1.4 Ảnh hưởng chiên chân khơng tới oxy hóa dầu 14 1.1.5 Lợi ích ứng dụng công nghệ chiên chân không 14 1.1.6 Hệ thống thiết bị chiên chân không 15 1.1.7 Hệ thống điều khiển tự động 25 1.2 Tổng quan cà rốt 28 1.2.1 Giới thiệu chung nguồn gốc cà rốt 28 1.2.2 Phân bố 30 1.2.3 Phân loại 30 1.1.4 Đặc điểm sinh học 32 1.2.5 Thành phần hóa học 33 xxiii 1.2.6 C rốt chiên 38 1.3 Quy trình cơng nghệ 43 1.3.1 Sơ đồ quy trình 43 1.3.2 Thuyết minh quy trình 44 1.4 Kết luận 50 Chương 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, T NH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 52 2.1 Sơ đồ nguyên lý tính tốn, thiết kế chế tạo hệ thống chiên chân không 52 2.2 Phương ph p nghiên cứu 54 2.2.1 Phương pháp tiếp cận hệ thống 54 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu tài liệu phân tích tổng hợp 56 2.2.3 Phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm hiệu chỉnh thông số máy thực nghiệm 57 2.3 Phương ph p tính to n thiết kế 61 2.3.1 Tính tốn chọn thơng số cần thiết cho tính tốn thiết kế 61 2.3.2 Tính toán cân vật chất 62 2.3.3 Tính tốn cân lượng 63 2.3.4 Tính cân lực – kiểm tra bền cho thiết bị 64 2.3.5 Sử dụng cơng cụ tốn học, cơng nghệ thơng tin phục vụ cho tính tốn 66 2.4 Phương ph p chế tạo 66 2.4.1 Phương pháp cắt gọt kim loại 66 2.4.2 Phương pháp h n 67 2.4.3 Phương pháp nắn, uốn kim loại 69 2.4.4 Phương pháp đánh bóng 71 Chương 3: T NH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 72 3.1 Tính to n 72 3.1.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống chiên chân không 72 3.1.2 Thông số ban đầu 74 3.1.3 Tính tốn cân vật chất 75 3.1.4 Tính tốn cân lượng 76 3.1.5 Tính tốn thiết bị 78 xxiv 3.1.6 Thiết kế buồng chiên 78 3.1.7 Thiết kế khoang nhập liệu 79 3.1.8 Thiết kế cửa nhập liệu 79 3.1.9 Thiết kế khung đặt giỏ nguyên liệu 79 3.1.10 Tính tốn bề dày thiết bị chiên 80 3.1.11 Tính tốn bề dày lớp cách nhiệt thân thiết bị 81 3.1.12 Tính tốn đường kính ống dẫn khí 82 3.1.13 Tính tốn lựa chọn bơm chân không 83 3.1.14 Tính tốn phụ tải lạnh 84 3.1.15 Tính toán hệ thống ngưng tụ ẩm 85 3.1.16 Tính tốn chọn chu trình lạnh 90 3.1.17 Tính tốn chọn máy nén lạnh 91 3.1.18 Tính tốn diện tích trao đổi nhiệt dàn nóng 94 3.1.19 Tính tốn chọn thiết bị phụ 95 3.1.20 Kiểm tra tính bền cho nồi chiên 96 3.2 Xây dựng b n vẽ hệ thống chiên chân không 98 3.3 Chế tạo hệ thống chiên chân không 98 Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐI U KHI N TỰ ĐỘNG 111 4.1 Nguyên tắc: 111 4.2 Thiết kế phần động lực hệ thống chiên chân không 112 4.3 Thiết kế phần điều khiển hệ thống chiên chân không 113 4.4 Chương trình tự động đo lường điều khiển hệ thống chiên chân không 114 Chương 5: KHẢO NGHIỆM THỰC TẾ, HIỆU CH NH THIẾT B CHIÊN CHÂN KHÔNG VÀ XÂY DỰNG QUY TR NH CÔNG NGHỆ 115 5.1 Mục đích 115 5.2 Bố trí thí nghiệm 115 5.3 Đ nh gi dựa số peroxide 116 5.3.1 Kết cảm quan 116 5.3.2 Chỉ số peroxide 122 5.4 Hiệu chỉnh thiết bị 123 5.5 Xây dựng quy trình công nghệ 126 xxv 5.5.1 Quy trình 126 5.5.2 Thuyết minh quy trình 127 Chương 6: T NH TOÁN KINH TẾ 129 6.1 Chi phí chế tạo hệ thống chiên chân không 129 6.2 Tính tốn kinh tế cho s n phẩm 130 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGH ……………………………………………………… 132 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC xxvi MỤC LỤC H NH Hình 1.1 Các trình vật lý hóa học diễn q trình chiên Hình 1.2 Sự thủy phân chất béo Hình 1.3 Sự oxy hóa dầu chiên Hình 1.4 Sự polymer hóa dầu chiên Hình 1.5 Truyền nhiệt truyền khối phương pháp chiên bề mặt chiên bề sâu Hình 1.6 Thiết bị chiên bề sâu liên tục Hình 1.7 Các cách xếp băng tải khác Hình 1.8 Nồi chiên chân khơng 15 Hình 1.9 Bơm chân không 16 Hình 1.10 Mặt cắt bơm chân khơng vịng nước 17 Hình 1.11 Nguyên lý hoạt động máy bơm chân khơng vịng dầu cánh trượt 18 Hình 1.12 Nguyên lý hoạt động máy bơm chân không sử dụng cylinder 18 Hình 1.13 Chu trình hoạt động máy bơm chân khơng khơ 19 Hình 1.14 Lo công nghiệp 21 Hình 1.15 Thiết bị gia nhiệt điện trở 21 Hình 1.16 Thiết bị li tâm 22 Hình 1.17 Tủ điện hệ thống chiên chân không 22 Hình 1.18 Hệ thống chiên chân không TWIN-100 24 Hình 1.19 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển (Nguyễn Tấn Dũng, 2015) 25 Hình 1.20 Sơ đồ nguyên tắc điều khiển theo sai lệch 26 Hình 1.21 Sơ đồ nguyên tắc điều khiển theo bù nhiễu 26 Hình 1.22 Sơ đồ nguyên tắc điều khiển hỗn hợp 27 Hình 1.23 C rốt nước 31 Hình 1.24 Hình thái học cà rốt 32 Hình 1.25 Củ cà rốt 33 Hình 1.26 Hoa cà rốt 33 Hình 1.27 Một số sản phẩm bột c rốt thị trường 41 Hình 1.28 Một số sản phẩm c rốt sấy thị trường 42 Hình 1.29 Một số sản phẩm c rốt chiên chân không thị trường 42 Hình 1.30 Sơ đồ quy trình sản xuất c rốt chiên chân không 43 xxvii Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống chiên chân không 52 Hình 2.2 Sơ đồ nghiên cứu xác lập chế độ cơng nghệ chiên chân khơng 55 Hình 2.3 Quy trình xác định số peroxide 58 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý chiên chân không 72 Hình 3.2 Bản vẽ nồi chiên 78 Hình 3.3 Đồ thị T-S lgP-h chu trình khơ 91 Hình 3.4 Chế tạo thiết bị hệ thống chiên chân không 100 Hình 3.5 Lắp ráp hệ thống chiên chân không 100 Hình 3.6 Thiết kế bảng điện điều khiển hệ thống chiên chân không 101 Hình 3.7 M n hình cảm ứng 102 Hình 3.8 Cơng tắc nguồn hệ thống 102 Hình 3.9 Nút dừng khẩn cấp 103 Hình 3.10 Sản phẩm chiên thử nghiệm 104 Hình 3.11 Hệ thống chiên chân khơng hồn chỉnh 105 Hình 3.12 Nồi chiên chân khơng 106 Hình 3.13 Thiết bi ngưng ẩm cho nồi chiên 107 Hình 3.14 Máy nén 108 Hình 3.15 Dàn nóng 108 Hình 3.16 Bình tách lỏng 109 Hình 3.17 Bơm chân khơng 109 Hình 3.18 Thiết bị ly tâm 110 Hình 3.19 Tủ điện 110 Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống tự động điều khiển thơng minh 111 Hình 4.2 Quy tắc hoạt động tự động hệ thống chiên chân khơng 112 Hình 4.3 Mạch điện động lực hệ thống chiên chân không 112 Hình 4.4 Mạch điều khiển nhiệt độ 113 Hình 4.5 Mạch điều khiển dàn lạnh 113 Hình 4.6 Mạch điều khiển áp suất 114 Hình 5.2 Mẫu c rốt chiên 900C, 16 phút, sau chiên 123 Hình 5.3 Mẫu c rốt chiên 950C, 15 phút, sau chiên 123 Hình 5.4 Mẫu c rốt chiên 850C, 16 phút sau ng y bảo quản 123 Hình 5.5 Mẫu c rốt chiên 850C, 14 phút, sau ng y bảo quản 124 xxviii Hình 5.6 Mẫu c rốt chiên 900C, 15 phút, sau ng y bảo quản 124 Hình 5.7 Sơ đồ quy trình công nghệ 126 Hình 5.8 C rốt sau cắt lát 127 Hình 5.9 Đóng gói ngun liệu c rốt 127 xxix MỤC LỤC BẢNG Bảng 1.1 Phân loại khoa học cà rốt 29 Bảng 1.2 Thành dinh dư ng 100g cà rốt (củ đỏ, vàng) 34 Bảng 1.3 Chỉ tiêu vi sinh sản phẩm cà rốt chiên chân không 41 Bảng 2.1 Bậc đánh giá chất lượng TCVN 3215:79 59 Bảng 3.1 Kết đo thực nghiệm khối lượng c rốt xếp 0,071 m 75 Bảng 3.2 Bảng giá trị f(Ra) 86 Bảng 3.3 Bảng giá trị thông số môi chất lạnh 92 Bảng 3.4 Bảng tóm tắt số liệu tính toán 97 Bảng 5.1 Danh sách mẫu cảm quan 115 Bảng 5.2 Danh sách mẫu mã hóa 116 Bảng 5.3 Bảng kết đánh giá cảm quan 116 Bảng 5.4 Bảng phân tích phương sai 120 Bảng 5.5 Điểm cảm quan theo thứ tự giảm dần mẫu 121 Bảng 5.6 Sự khác độ yêu thích mẫu 121 Bảng 5.7 Kết độ yêu thích mẫu 122 Bảng 5.8 Kết đo số peroxide 122 Bảng 5.9 Hiệu chỉnh thiết bị 125 Bảng 6.1 Chi phí chế tạo hệ thống chiên chân không 129 xxx MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Khử nước biện pháp bảo quản thực phẩm lâu đời v đóng vai trị quan trọng ngành cơng nghệ thực phẩm Thông thường để sản xuất thực phẩm khô người ta chọn phương pháp l m khơ khơng khí, ảnh hưởng khơng khí gây số biến đổi sắc hương vị chất lượng sản phẩm Chiên ngập dầu l phương pháp l m khô thực phẩm, Chiên ngập dầu q trình xử lý nhiệt chất béo vừa chất tải nhiệt vừa thành phần dinh dư ng sản phẩm (Fan v cộng sự, 2005) Chiên ngập dầu trình diễn nhiệt độ cao áp suất khí (khoảng 180°C) (Shyu v cộng sự, 1998) Trong trình chiên, thực phẩm ngâm bể dầu nhiệt độ cao nhiệt độ sôi nước (Maity v cộng sự, 2014) Khi dầu sôi tiêp xúc trực tiếp với Oxi khơng khí làm q trình oxy hóa xảy nhanh, dẫn đến chất lượng sản phảm giảm Bên cạnh đó, phản ứng oxi hóa nhiệt độ cao làm biến đổi thành phần protein, lipid, glucid, carotenoic,… điều l m ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm vể giá trị dinh dư ng màu Ngoài việc sử dụng dầu chiên chiên lại nhiều lần gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Đối với sản phẩm chiên tiêu chí chất lượng quan trọng hấp thụ dầu Tiêu thụ dầu gây vấn đề sức khỏe đáng kể bệnh tim mạch v nh, ung thư, tiểu đường cao huyết áp khơng thể hịa hợp với nhận thức người tiêu d ng việc tiêu thụ sản phẩm thực phẩm lành mạnh chất béo (Maity v cộng sự, 2014) Vì chiên chân khơng lựa chọn phù hợp để hạn chế kể Trong hoạt động chiên chân khơng, thực phẩm làm nóng áp suất chân khơng hệ thống khép kín làm giảm điểm sôi dầu chiên v độ ẩm thực phẩm Nước thực phẩm nhanh chóng loại bỏ nhiệt độ dầu đạt đến điểm sôi nước (Shyu v cộng sự, 1998) Bởi thực phẩm làm nóng nhiệt độ thấp v h m lượng oxy q trình chiên chân khơng, màu sắc v hương vị tự nhiên giữ ngun Cơng nghệ mang lại tính ưu Việt bao gồm: (1) làm giảm h m lượng dầu sản phẩm chiên,(2) giữ màu sắc v hương vị tự nhiên sản phẩm nhiệt độ thấp hàm lượng oxy trình này, (3) ảnh hưởng xấu đến chất lượng dầu (Garayo v cộng sự, 2002) xxxi Phụ lục 9: B n vẽ chi tiết nồi chiên Phụ lục 10: B n vẽ chi tiết thân ống buồng chiên Phụ lục 11: B n vẽ cụm chi tiết buồng chiên Phụ lục 12: B n vẽ chi tiết c a buồng chiên Phụ lục 13: B n vẽ thiết bị t ch lỏng Phụ lục 14: B n vẽ thiết bị ly tâm Phụ lục 15: B n vẽ thiết bị ngưng tụ Phụ lục 16: B n vẽ mặt cắt thiết bị ngưng tụ Phụ lục 17: Chương trình tự động đo lường điều khiển hệ thống chiên chân không #include #include "ModbusRtu.h" #include #include #define temp1_pin #define temp2_pin #define Y0 30 #define Y1 31 #define Y2 32 #define Y3 33 #define Y4 34 #define Y5 35 #define Y6 36 #define Y7 37 #define Cap_nhiet Y0 #define Run_quat Y1 #define Bom_chan_khong Y2 #define Dc_up Y5 #define Dc_down Y4 OneWire ds1(temp1_pin); OneWire ds2(temp2_pin); #define machine_waitting #define machine_Auto #define machine_Manual #define machine_stopping #define ready_run float Pres; int ADC_value; static float Pset,Hset,Vset,Tset; byte PID_en=0; double Setpoint, Input, Output; double Kp=80, Ki=20, Kd=120; PID myPID(&Input, &Output, &Setpoint, Kp, Ki, Kd, DIRECT); int WindowSize = 5000; unsigned long windowStartTime; uint8_t machine_status; boolean Auto = false , Run = false ,Stop = false, cap_nhiet = false; float temper_setting, temper_dau_display,temper_ngungtu_display,temper,temper1; unsigned int ap_suat_setting , cycle_uv_setting,ap_suat_display ; int time_dc_setting ,time_setting , time_display,time_run_UV = 0,time_UV = 0; float v,f; long count2,count3,time_dc; //modbus rtu -Modbus slave(1,3,7); int8_t state = 0; //// unsigned long tempus; //// uint16_t au16data[16]; //// unsigned long count=millis(); int temp1; byte count_time = 0; void setup() { Serial.begin(9600); io_setup(); slave.begin(9600); //// tempus = millis() + 100; pinMode(7,OUTPUT); PID_en = 0; } void hmi_poll() { temper_setting = au16data[1]; ap_suat_setting = au16data[2]; time_setting = au16data[3]; time_dc_setting = au16data[9]; au16data[4] = temper_dau_display*10; au16data[5] = temper_ngungtu_display*10; au16data[6] = Pres*10; au16data[7] = (time_display/60); type_s = 1; break; case 0x28: //Serial.println(" Chip = DS18B20"); type_s = 0; break; case 0x22: //Serial.println(" Chip = DS1822"); type_s = 0; break; default: //Serial.println("Device is not a DS18x20 family device."); return; } ds1.reset(); ds1.select(addr); ds1.write(0x44, 1); delay(750); // start conversion, with parasite power on at the end // maybe 750ms is enough, maybe not // we might a ds.depower() here, but the reset will take care of it present = ds1.reset(); ds1.select(addr); ds1.write(0xBE); // Read Scratchpad for ( i = 0; i < 9; i++) { // we need bytes data[i] = ds1.read(); } int16_t raw = (data[1]