Sấy phun và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

do an thuc pham say phun va ung dung CN

MỞ BÀI

Trong những năm gần đây, hòa nhịp cùng với sự phát triển của đất nước cùng với

sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các ngành công nghiệp nước ta có những chuyển biến

rõ rệt đặc biệt là ngành công nghiệp chế biến thực phẩm Bỡi lẽ, đời sống của con người ngày càng được nâng cao thì đòi hỏi các sản phẩm thực phẩm phải ngày càng phong phú và đa dạng để đáp ứng tốt nhất nhu cầu của con người Tuy nhiên, đối với thực phẩm nhất là thực phẩm ở dạng lỏng như sữa, nước ép trái cây, cà phê việc đa dạng của sản phẩm phụ thuộc nhiều vào công nghệ chế biến do tính chất dễ bị hư hỏng dưới tác động của vi sinh vật, của môi trường xung quanh kéo theo thời gian bảo quản

và sử dụng rất hạn hẹp

Hiểu được điều đó, các nhà khoa học đã nghiên cứu và ứng dụng thành công các công nghệ chế biến mới cho những thực phẩm ở dạng lỏng như thế này, nổi trội hơn hết là công nghệ sấy như: Sấy thăng hoa, sấy phun, sấy tầng sôi, sấy khí động nhằm tách bớt nước ra khỏi thực phẩm, biến thực phẩm ở dạng lỏng thành thực phẩm dạng bột mà không làm thay đổi tính chất của sản phẩm Công nghệ sấy ra đời đánh dấu bước chuyển mình của thực phẩm dạng lỏng, nó giúp cho thực phẩm này bảo quản được lâu hơn và đặc biệt là ngày càng thu hút được sự quan tâm chú ý của người tiêu dùng nhiều hơn do sự phong phú của sản phẩm

Chính vì những lý do trên, là sinh viên trường công nghệ, ngành hóa- thực phẩm với đồ án thực phẩm I, em đã chọn đề tài: Sấy phun và ứng dụng của nó trong công nghệ thực phẩm.Với đề tài này, nó đã giúp em bổ sung những kiến thức còn thiếu của công nghệ sấy phun, biết được ứng dụng thực tế của nó trong nhiều ngành đặc biệt là ngành thực phẩm Và em hy vọng rằng với đề tài này cũng sẽ giúp cho những bạn học chuyên ngành thực phẩm hiểu hơn về công nghệ sấy phun, hy vọng nó sẽ là một tài liệu bổ ích cho những ai muốn nghiên cứu sâu hơn về công nghệ này- một trong những công nghệ có tính ứng dụng thực tế cao

Chương 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CÔNG

NGHỆ SẤY PHUN

1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ SẤY VÀ SẤY PHUN

1.1.1 Sấy và sấy phun

- Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu dưới tác dụng của nhiệt Trong quá trình sấy, nước được tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do:

+ Chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu

+ Chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh

Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền và bảo

quản sản phẩm được lâu hơn

- Sấy phun là một trong những công nghệ sấy công nghiệp chính do khả năng sấy một bậc nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột khá đơn giản, dễ dàng kiểm soát nhiệt

độ và định dạng hạt sản phẩm một cách chính xác

Thiết bị sấy phun dùng để sấy các dạng dung dịch và huyền phù trong trạng thái phân tán nhằm tách ẩm ra khỏi vật liệu giúp tăng độ bền và bảo quản sản phẩm được lâu hơn

Sản phẩm của quá trình sấy phun là dạng bột mịn như bột đậu nành, bột trứng, bột sữa,… hoặc các chế phẩm sinh học, dược liệu…

1.1.2 Nguyên lý của phương pháp sấy phun

Một hệ phân tán mịn của nguyên liệu từ chất lỏng hòa tan, nhũ tương, huyền phù đã được cô đặc trước (40 - 60% ẩm) được phun để hình thành những giọt mịn, rơi vào trong dòng khí nóng cùng chiều hoặc ngược chiều ở nhiệt độ khoảng 150 - 3000C trong buồng sấy lớn Kết quả là hơi nước được bốc đi nhanh chóng Các hạt sản phẩm được tách ra khỏi tác nhân sấy nhờ một hệ thống thu hồi riêng

1.1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy sấy phun

Hình 1.1: Máy sấy phun

1.1.3.1 Cấu tạo chung

Tất cả các thiết bị sấy phun đều bao gồm:

+ Cơ cấu phun: Có chức năng đưa nguyên liệu (dạng lỏng) vào buồng dưới dạng hạt mịn (sương mù) Quá trình tạo sương mù sẽ quyết định kích thước các giọt lỏng và sự phân bố của chúng trong buồng sấy, do đó sẽ ảnh hưởng đến giá trị bề mặt truyền nhiệt

và tốc độ sấy Cơ cấu phun có các dạng như: cơ cấu phun áp lực, cơ cấu phun bằng khí động, đầu phun ly tâm

a) b)

Hình 1.2 : a- Cơ cấu phun áp lực; b- Cơ cấu phun bằng khí động

+ Buồng sấy: Là nơi hòa trộn mẫu sấy (dạng sương mù) và tác nhân sấy (không khí nóng) Buồng sấy phun có thể có nhiều hình dạng khác nhau nhưng phổ biến nhất là buồng sấy hình trụ đứng, đáy côn Kích thước buồng sấy (chiều cao, đường kính…) được thiết kế phụ thuộc vào kích thước các hạt lỏng và quỹ đạo chuyển động của chúng, tức phụ thuộc vào loại cơ cấu phun sương sử dụng

Hình 1.3: Buồng sấy + Tác nhân sấy: Không khí nóng là tác nhân sấy thông dụng nhất Hơi là tác nhân gia nhiệt phổ biến nhất Nhiệt độ hơi sử dụng thường dao động trong khoảng 150-2500C Nhiệt độ trung bình của không khí nóng thu được thấp hơn nhiệt độ hơi sử dụng là

100C

+ Hệ thống thu hồi sản phẩm: Bột sau khi sấy phun được thu hồi tại cửa đáy buồng sấy Để tách sản phẩm ra khỏi khí thoát, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau: lắng xoáy tâm, lọc, lắng tĩnh điện…

Phổ biến nhất là phương pháp lắng xoáy tâm, sử dụng cyclon

+ Quạt: Để tăng lưu lượng 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 chính được đặt sau thiết bị thu hồi bột sản phẩm từ dòng khí thoát Còn quạt phụ đặt trước 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

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

Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống sấy phun

1 Buồng sấy 5 Cơ cấu phun mẫu

2 Caloriphe 6 Cyclon thu hồi sản phẩm từ khí thoát ra

3 Thùng chứa nguyên liệu cần sấy 7 Cyclon vận chuyển sản phẩm

4 Bơm nguyên liệu 8 Hệ thống quạt hút và màng lọc

1.1.3.2 Nguyên tắc hoạt động

Nguyên liệu từ thùng chứa (3) được bơm số (4) bơm vào buồng sấy (1), khi vào

buồng sấy được phân bố mấu thành hạt nhỏ li ti (dạng mù) nhờ cơ cấu phun 1 lít dung dịch có thể được phun thành 1,5*1010 giọt với tổng diện tích bề mặt lên đến 120m2 Không khí nóng thổi qua caloriphe (2) đưa vào buồng sấy Không khí nóng và nguyên liệu ở dạng mù tiếp xúc với nhau trong vài giây tại cơ cấu phun mẫu (5) đặt trong buồng sấy, nước từ nguyên liệu bốc hơi sau đó thoát ra ngoài, sản phẩm khô được thu gom tại đáy cyclon (6), được làm nguội và thu hồi Một phần bụi mịn theo không khí

qua cyclon (7), sau đó qua bộ lọc vải (8) nhằm thu hồi lại các hạt bụi mịn còn sót lại và thải ra ngoài

* Không khí nhờ quạt thổi qua bộ trao đổi nhiệt caloriphe và nâng lên nhiệt độ cần thiết theo yêu cầu của chế độ sấy Không khí trước khi qua bộ trao đổi nhiệt được lọc sạch bởi thiết bị lọc

1.1.3.3 Thông số kĩ thuật

Tùy thuộc vào năng suất tách ẩm và sản phẩm cụ thể ta có các thông số kỹ thuật

thích hợp Tuy nhiên, có các thông số chung như sau:

 Điện thế: 380 V- 50 Hz- 3 pha

 Nhiệt độ sấy: Điều chỉnh tự động trong khoảng 30- 300o

C

 Chế độ làm việc: Liên tục

 Điều khiển: Bảo vệ chống quá nhiệt

1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

- Nồng độ chất khô của nguyên liệu

Nồng độ cao: Giảm được thời gian bốc hơi nhưng lại tăng độ nhớt của nguyên liệu, gây khó khăn cho quá trình sấy phun

Nồng độ thấp: Tốn nhiều thời gian và năng lượng cho quá trình

Thực tế nồng độ vào khoảng: 45- 52%

- Nhiệt độ tác nhân sấy:

Đây là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy phun Khi

cố định thời gian sấy, độ ẩm của bột sản phẩm thu được sẽ giảm đi nếu ta tăng nhiệt độ tác nhân sấy

Tuy nhiên, việc gia tăng nhiệt độ cao có thể gây phân hủy một số cấu tử trong nguyên liệu mẫn cảm với nhiệt và làm tăng mức tiêu hao năng lượng cho toàn bộ quá trình

- Kích thước, số lượng và quỹ đạo chuyển động của các hạt nguyên liệu trong buồng sấy

Các yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy phun là tốc độ bơm đưa dòng nguyên liệu vào cơ cấu phun sương, lưu lượng không khí nóng vào buồng sấy, cấu tạo

và kích thước buồng sấy…

1.1.5 Phân loại thiết bị sấy phun

- Phân loại theo chiều của tác nhân sấy :

- Có thể điều khiển được tỷ trọng sản phẩm

- Bột sau khi sấy có độ hòa tan cao (90- 100%), độ ẩm thấp (3- 4%)

- Vận hành liên rục và có thể tự động hóa hoàn toàn

- Chi phí nhân công thấp

- Vận hành và bảo dưỡng đơn giản

- Thiết kế đa dạng cho từng loại sản phẩm, từng loại qui mô nhà máy

- Áp dụng được cho các sản phẩm bền nhiệt và không bền nhiệt, nguyên liệu ở dạng dung dịch, gel, paste, hồ vữa, huyền phù…

- Chất lượng bột được bảo đảm trong suốt quá trình sấy

- Vật liệu hầu như không tiếp xúc với bề mặt kim loại của thiết bị

* Nhược điểm

- Chi phí đầu tư cao

- Yêu cầu độ ẩm ban đầu cao để đảm bảo nguyên liệu có thể bơm đến thiết bị tạo giọt lỏng

- Chi phí năng lượng cao hơn (để tách ẩm)

- Thất thoát các chất dễ bay hơi cao hơn

1.2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ SẤY PHUN

1.2.1 Máy sấy phun sương

Hình 1.6: Máy sấy phun sương

- Phạm vi ứng dụng:

Thiết bị máy sấy phù hợp cho sấy các loại nguyên liệu như: hóa chất, thực phẩm, dược phẩm… Những nguyên liệu phù hợp cho sấy như sau: polymer và nhựa thông, chất màu, gốm, thủy tinh, deruster, chất diệt nấm, thuốc diệt cỏ, tổng hợp cacbon, các sản phẩm bơ sữa, sản xuất bột ngọt, trà, cà phê hòa tan, tinh bột trái cây, các sản phẩm từ thịt, các sản phẩm từ cá, từ huyết, bột tẩy rửa, xử lý bề mặt, phân bón, các chất hữu cơ

và vô cơ…

1.2.1.2 Nguyên lý làm việc

Sau khi qua bộ lọc, không khí được làm sạch và dẫn đến bộ gia nhiệt Quy trình gia nhiệt: Lò tạo khí nóng, gia nhiệt bằng điện, gia nhiệt bằng hơi…Khi không khí được gia nhiệt đến nhiệt độ cài đặt, sau đó được đưa đến bộ chia khí nóng tiếp tuyến Sau khi được phân chia, khí nóng thổi vào buồng sấy một cách ổn định và theo kiểu xoáy Cùng lúc đó, dung dịch nguyên liệu sấy được phun khuyếch tán thành những giọt dung dịch hoặc thành những kích cỡ sương mù siêu nhỏ trong khoảng kích thước 25- 60mm

Khi hạt dung dịch tiếp xúc với khí nóng trong buồng sấy, phần tử nước sẽ bị bốc hơi và còn lại là những hạt bột khô hoặc hạt cốm Những hạt bột khô này sẽ rơi xuống phần hình nón của buồng sấy và trượt rơi xuống thùng thu bột sản phẩm phía đáy buồng, một lượng nhỏ bột mịn theo luồng khí vào bộ phận tách bụi cyclon Cuối cùng khí thải được hút ra ngoài qua quạt hút và dẫn đến bộ thu bụi kiểu phun

mưa

Thiết bị này được thiết kế theo kiểu sấy theo luồng song song Các hạt sương dung dịch được thổi cùng chiều với luồng khí nóng Tuy nhiên, nhiệt độ của khí nóng cao hơn, khí nóng sẽ tiếp xúc với các giọt sương dung dịch ngay khi chúng được phun vào buồng sấy Các giọt dung dịch trong buồng rơi xuống nhanh vì vậy nguyên liệu sấy không bị sấy nóng quá mức Vì thế thiết bị sấy này phù hợp cho sấy khô các loại sản phẩm nguyên liệu dễ hỏng Nhiệt độ của sản phẩm khi ra thấp hơn 1 chút so với khí thoát ra ngoài

1.2.1.3 Thông số kĩ thuật của thiết bị

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của máy phun sương

Thông số kỹ thuật máy phun sương

Hệ số thu hồi chất rắn =>60%

Nhiệt độ sấy (trong buồng sấy) 80 - 90°C

Công suất điện trở nhiệt 9KW

Motor giảm tốc bơm nhu động 40W, tỉ số truyền 1/36, 3pha

Motor trục khuấy dịch thùng khuấy Motor khí nén

Tốc độ bơm nhu động Vô cấp 0 - 40 v/ph

Công suất Motor quạt hút 3HP, 2800v/ph

Đĩa phun 01 cái

 Tốc độ bơm nhu động, đĩa phun điều khiển bằng biến tần

 Tốc độ trục khuấy dịch điểu chỉnh vô cấp

 Lưu lượng gió ra điều chỉnh được bằng van cánh bướm

 Hệ máy đạt tiêu chuẩn GMP

1.2.2 Máy sấy phun li tâm tốc độ cao LPG

Hình 1.7: Máy sấy phun sương LPG 1.2.2.1 Khái quát và phạm vi ứng dụng

Máy sấy phun li tâm tốc độ cao LPG là thiết bị sấy thích hợp cho các nguyên liệu dạng dịch sữa, dung dịch sữa, dung dịch huyền phù, dạng bột đặc, dung dịch lỏng Các chất tổng hợp và các loại nhựa keo: thuốc nhuộm, bột màu, gốm thủy tinh, chất tẩy gỉ, thuốc trừ sâu, hợp chất hydrat cacbon, chế phẩm từ sữa, chất tẩy rửa và các loại họat động bề mặt, xà phòng; dung dịch hợp chất hữu cơ, vô cơ…đều cho kết quả xuất sắc

1.2.2.2 Nguyên lý làm việc

Không khí đi qua bộ lọc và bộ gia nhiệt được đưa vào bộ phân phối không khí ở

trên đỉnh thiết bị, khí nóng được đưa vào buồng sấy đều theo hình xoáy trôn ốc

Nguyên liệu dạng lỏng từ máng nguyên liệu đi qua bộ lọc được bơm lên bộ phun sương

ở trên đỉnh của buồng sấy làm nguyên liệu trở thành dạng hạt sương cực nhỏ, khi tiếp xúc với khí nóng, lượng nước có trong nguyên liệu nhanh chóng bay hơi, nguyên liệu dạng lỏng được sấy khô thành thành phẩm trong thời gian cực ngắn Thành phẩm được phần đáy của buồng sấy và bộ phân li gió xoáy đùn ra ngoài, phần khí thừa còn lại được quạt gió hút và đẩy ra ngoài

Hình 1.7: Đĩa phun tạo sương mù từ dung dịch cần sấy

quay đĩa phun

Công suất gia

1.2.3 Máy sấy phun tạo hạt áp lực cao

1.2.3.1 Khái quát máy

Thiết bị phù hợp cho các ngành thực phẩm, dược phẩm, hóa chất, bột màu, gốm, hóa chất nông nghiệp, nhựa…

Hình 1.8: Máy sấy phun áp lực cao kí hiệu YPG

Dung dịch nguyên liệu hay loại kem được phun qua vòi phun đa điểm nhờ áp lực cao của bơm tiếp liệu Nguyên liệu được tạo thành dạng hạt và được sấy khô trong vòng từ 10 -> 90 giây, cuối cùng thu được dạng sản phẩm hạt khô

1.2.3.2 Đặc tính của máy

- Tốc độ sấy rất nhanh, phù hợp cho các loại nguyên liệu nhạy nhiệt

- Sản phẩm sau khi sấy có dạng hạt tròn, kích thước đồng đều, độ trơn chảy tốt sản phẩm có độ tinh khiết và chất lượng cao

- Phạm vi ứng dụng của thiết bị rộng rãi Tùy theo tính chất của nguyên liệu mà có thể ứng dụng nhiệt nóng để sấy hay dùng khí mát để tạo hạt, thiết bị thực sự hoàn hảo cho nhiều loại nguyên liệu khác nhau

- Vận hành máy đơn giản, máy chạy luôn ổn định Máy vận hành tự động hóa cao

1.2.3.3 Thông số kĩ thuật và bảng vẽ sơ đồ quy trình công nghệ

Bảng 1.3: Thông số kỹ thuật cho kiểu máy YPG-I

Kiểu gia nhiệt Hơi nước nóng bão hòa+ tăng cường thêm điện hoặc lò

ga Đường kính tháp

sấy ( mm ) 1200 1400 1600 2400 2800 3600

Kích thước

ngoài (m) 5×4×10 6×4×12 6×4×13 8×4.5×19 10×5×20 12×5×25

Bảng 1.4: Thông số kỹ thuật cho kiểu máy YPG-II

Tên thiết bị\ ký hiệu

Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy

phun áp lực cao YPG- I phun áp lực cao YPG- II

Chương 2: ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP SẤY PHUN

TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

2.1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT SỮA

Sữa là một loại thực phẩm không thể thiếu trong đời sống hằng ngày Với sự phát triển của xã hội, ngày nay nhu cầu về sản phẩm sữa ngày càng cao và thời gian bảo quản sữa đòi hỏi càng lâu Một trong những phương pháp chế biến sữa đáp ứng nhu cầu bảo quản lâu dài rất được ưa chuộng hiện nay là sấy sữa, sản phẩm thu được là sữa

Là sản phẩm từ sữa tươi, có hay không thêm đường, có bơ hay đã tách bơ

Yêu cầu của bột sữa sấy là phải hòa tan được dễ dàng, nghĩa là khi pha nó thành chất lỏng với một khối lượng nước thích hợp thì chất lỏng này gần giống đặc tính của sữa hơn là một dung dịch keo

2.1.2 Quy trình sản xuất sữa bột