Thông tin tài liệu
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM CHỦ ĐỀ : Quá trình thiết bị sấy sữa bột cơng suất 500 kg sữa nguyên liệu/h Giảng viên hướng dẫn : Thân Thị Hương Lớp : K66CNTPC Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 9C Hà Nội – 2023 Danh sách sinh viên stt Họ tên Nhữ Mạc Minh Quang Lê Ngọc Anh Thư Trần Thị Ngọc Nguyễn Thị Oánh Trần Khánh Thương Nguyễn Thị Kiều Oanh Dương Thị Thanh Trúc Mã sinh viên 6661963 6651731 6655725 6653820 642831 6653618 6651104 Contents I, Tổng quan tài liệu 1.1 Tìm hiểu nguyên liệu sữa 1.1.1 Khái niệm sữa 1.1.2 Thành phần hoá học nguyên liệu 1.2 SỮA BỘT 10 1.2.1 Mục đích phạm vi sử dụng: 10 1.2.2 Những tính chất sữa bột 10 1.2.2 Yêu cầu mặt nguyên liệu: .12 1.2.3 Thành phần sữa bột .12 1.3 Quy trình sấy phun 13 1.3.1 Khái niệm sấy sấy phun 13 1.3.2 Tác nhân sấy 13 1.3.3 Thiết bị sấy phun 13 1.3.4 Ưu nhược điểm 14 1.3 Qúa trình tạo hạt .14 1.3.6 Một số biến đổi không mong muốn hạt sữa 15 1.3.7 yêu tố ảnh hưởng dến trình sấy phun 17 II, Thuyết minh quy trình 20 2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất bột sữa gầy 20 2.2 Thuyết minh quy trình 22 2.2.1Bước 1: chuẩn hóa sữa 22 2.2.2 Bước 2: Thanh trùng 24 2.2.3 Bước 3: Cô đặc .28 2.2.4 Bước 4: Đồng hóa 32 2.2.5 Bước 5: Sấy 34 III, Tính tốn cân vật chất .37 3.1 Tỷ lệ hao phí qua công đoạn 37 3.2 Tính tốn cơng đoạn q trình sản xuất sữa bột .37 3.2.1 Qúa trình chuẩn hóa 37 3.2.2 Qúa trình trùng 38 3.2.3 Qúa trình đặc 39 3.2.4 Qúa trình đồng hóa .42 3.2.5 Qúa trình sấy 43 IV, Cân lượng 47 V, Tính tốn thiết bị .50 5.1 Tính tốn nhiệt lượng cần thiết 50 5.2 Xác định độ chênh nhiệt độ trung bình: .50 5.2.1, Giai đoạn nhiệt độ sấy không đổi: .50 5.2.2 Giai đoạn sấy tốc độ giảm dần: 52 5.2.3 Độ chênh nhiệt độ trình: .52 5.2.4 Tốc độ tác nhân sấy: 53 5.2.5 Tính tốn tốc độ tác nhân sấy 53 5.2.6 Tính tốn tốc độ lơ lửng hạt sữa 53 5.2.7 Tính tốn hệ số trao đổi nhiệt thể tích 54 5.2.8 chiều cao hữu hiệu máy sấy 55 5.2.9 Thời gian sấy tính tốn vịi phun .55 VI, Tài liệu tham khảo 56 I, Tổng quan tài liệu 1.1 Tìm hiểu nguyên liệu sữa 1.1.1 Khái niệm sữa Sữa chất lỏng màu trắng đục tạo giống động vật có vú (bao gồm động vật đơn huyệt) Khả tạo sữa đặc điểm phân biệt lớp động vật có vú với lớp động vật khác Sữa tạo làm nguồn dinh dưỡng ban đầu cho sơ sinh trước chúng tiêu hóa loại thực phẩm khác Sữa loại chất giúp cải thiện dinh dưỡng đặc biệt nước phát triển Ấn Độ quốc gia sản xuất tiêu thụ sữa lớn giới, không xuất nhập sữa New Zealand, 28 quốc gia thuộc EU, Úc, Hoa Kỳ nhà xuất sữa sản phẩm từ sữa lớn giới Trung Quốc Nga nước nhập sữa sản phẩm từ sữa lớn Nguyên liệu để sản xuất sữa bột tươi nguyên cream (whole milk) sữa gầy (skim milk) Sữa tươi nguyên kem: sản phẩm chế biến từ sữa tươi không hiệu chỉnh hàm lượng chất béo, hàm lượng chất béo 3,2% Sữa gầy: sữa qua q trình tách béo, hàm lượng chất béo cịn lại khơng q 1% [18] 1.1.2 Thành phần hố học nguyên liệu Bảng 1.1 Thành phần số loại sữa [10] Protei Casein Whey Chất béo Cacbohydrat n % protein % % % % Sữa 1,2 0,5 0,7 3,8 7,0 mẹ(người) Sữa ngựa 2,2 1,3 0,9 1,7 6,2 Sữa bò 3,5 2,8 0,7 3,7 4,8 Sữa trâu 4,0 3,5 0,5 7,5 4,8 Sữa dê 3,6 2,7 0,9 4,1 4,7 Sữa cừu 5,8 4,9 0,9 7,9 4,5 Tro % 0,2 0,5 0,7 0,7 0,8 0,8 Thành phần sữa nước, protein, lactoza, lipid muối Các tính chất hóa lý sữa tương tự nước Tuy nhiên, đặc tính bị thay đổi có mặt chất/chất hịa tan pha nước thành phần keo nhũ tương Hàm lượng phân tử hòa tan sữa (đặc biệt lactoza muối) ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu (khoảng 700 kPa), hoạt độ nước (khoảng 0,993), điểm sơi (khoảng 100,15°C) điểm đóng băng (khoảng -0,552°C đến - 0,540°C) (Walstra cộng sự, 2006) Hàm lượng muối xác định cường độ ion sữa (khoảng 0,08 M) với hàm lượng protein, ngun nhân tạo độ axit chuẩn độ (khoảng 0,14% -0,18% biểu thị axit lactic), độ pH (khoảng 6,6- 6,8 25°C) khả đệm Màu sắc sữa định, số yếu tố khác, tán xạ ánh sáng khả kiến giọt chất béo mixen casein Hàm lượng chất béo protein sữa ảnh hưởng đến độ nhớt (khoảng 2,1 mPa s, 20°C), số khúc xạ (khoảng 1,3440-1,3485, 20°C) sức căng bề mặt (khoảng 52 N m-1) (Walstra cộng sự, 2006) Hàm lượng chất béo có tác động lớn đến tỷ trọng (từ 1028 đến 1034 kg m23), độ dẫn nhiệt (khoảng 0,559 W m-1 K -1) nhiệt dung riêng (khoảng 3,93 kJ kg -1 K -1) sữa (Walstra et al., 2006) Thế oxy hóa khử sữa (khoảng +0,25 đến +0,35 V, 25°C pH 6,7) định nồng độ oxy hòa tan [4] 1.1.2.1, Nước Nước có sữa thực tương tác hóa học khác với cường độ khác Các cấu tử ưa nước tương tác mạnh thông qua tương tác lưỡng cực ion lưỡng cực ion với nước Một số nước có sữa có tính di động phân tử thấp; khơng bị đóng băng nhiệt độ -40°C gần bề mặt chất hịa tan thành phần khơng chứa nước Nước phân loại thành cấu trúc (tiến hành tương tác hóa học cường độ lớn tạo thành phần thiếu phân tử khác), lớp phụ lớp đơn (có mặt vị trí liên kết hợp chất ưa nước) đa lớp (chiếm vị trí liên kết khác xung quanh lớp đơn lớp) Một khía cạnh quan trọng nước sữa sữa ảnh hưởng ổn định hóa học, vật lý vi sinh vật Nước thực phẩm có liên quan chặt chẽ đến phản ứng Maillard, oxy hóa lipid, vitamin, ổn định sắc tố biến tính protein ví dụ phản ứng chịu ảnh hưởng hoạt động nước thực phẩm Nước giúp cân muối trạng thái vật lý lactoza (vơ định hình kết tinh) bị ảnh hưởng sẵn có nước hoạt độ nước mơi trường có khả ảnh hưởng đến phát triển vi sinh vật cách cho phép ức chế phát triển vi sinh vật 1.1.2.2, Protein hợp chất nitơ khác A, Protein *, Casein Casein protein sữa chiếm 78,3% tổng số protein sữa Casein kết tủa gần điểm đẳng điện chúng, Ph= 4.6 (Walstra cộng sự, 2006) Điều phân biệt chúng với whey protein tự nhiên, không kết tủa độ pH Casein không tự biểu dạng phân tử đơn lẻ mà cấu trúc siêu phân tử lớn, phức tạp giàu canxi photphat có đường kính từ 150 đến 300 nm, c gi l mixen casein (Swaisgood, 2003; Muăller-Buschbaum et al., 2007) Các mixen casein tương ứng với trình tự lắp ráp phân tử casein khác (các phần): αs1-, αs2-, β-, κ-casein Các mixen casein có khối lượng phân tử khoảng 105 kDa phân số casein tuân theo tỷ lệ: αs1:αs2:β:κ=4:1:4:1,3 cấu trúc Casein nhạy cảm với canxi theo thứ tự sau: αs β κ-casein Sự hình thành chất từ sữa phô mai sữa chua dựa việc tạo mạng lưới protein mixen casein Cấu trúc micelle tạo thành từ 94% protein 6% muối (theo khối lượng) chất khơ Trung bình, sữa có 1015 mixen casein mililit cách khoảng 240 nm, chúng cấu trúc ngậm nước, giữ lại tới 3,3 g nước gam protein (Huppertz cộng sự, 2017) [4] *, whey protein Whey protein chiếm khoảng 20% w/w tổng hàm lượng protein sữa Chúng protein hình cầu có hành vi khác trình chế biến sữa so với casein, ví dụ, khác với casein, whey protein nhạy cảm với nhiệt (Anema, 2009; Walstra et al., 2006) β-lactoglobulin đạm whey chiếm khoảng 50% đạm whey sữa Nó diện sữa chủ yếu dạng dime sở hữu nhóm thiol tự do, nhóm trở nên phản ứng mạnh sau đun nóng Điều lại dẫn đến hình thành khối kết tụ với với protein sữa khác β-lactoglobulin có xu hướng lấn át đặc tính whey q trình chế biến nồng độ cao dễ biến tính α-lactalbumin đại diện cho hàm lượng đạm cao thứ hai váng sữa, chiếm khoảng 20% đạm whey Nó metallicoprotein liên kết với Ca 2+ α-lactalbumin thường không liên kết, ngoại trừ điều kiện đặc biệt nhạy cảm với xử lý nhiệt, đặc biệt khơng có protein khác Vì α-lactalbumin tham gia vào trình tổng hợp đường sữa nên nồng độ hai thành phần có liên quan với α-lactalbumin đóng vai trị thành phần khối lượng sản xuất sữa (O’Mahony Fox, 2013) Các protein nhỏ khác có whey bao gồm BSA, immunoglobulin, proteose peptone lactoferrin 1.1.2.3 Lactosse Lactose thành phần carbohydrate sữa nguồn lượng cho trẻ sơ sinh Lactose disacarit hình thành liên kết glycosid β1-4 phân tử galactose glucose Hàm lượng đường sữa sữa lồi khác thay đổi, sữa bị sữa người diện trung bình 4,8% 7,0% Lactose coi phân tử prebiotic, hỗ trợ phát triển vi khuẩn bifid tăng cường hấp thu canxi vitamin D Lactose không loại đường khác sucrose, glucose fructose Lactose có độ lần sucrose Đường sữa ảnh hưởng đến q trình sản xuất đặc tính sản phẩm sữa khác Sản xuất sản phẩm sữa lên men dựa trình lên men đường sữa Sản phẩm phụ q trình lên men axit lactic Các sản phẩm phụ thứ cấp bao gồm carbon dioxide, axit axetic, diacetyl acetaldehyde Quá trình lên men Lactose biến sữa thành sữa mát lên men, phương pháp sử dụng để bảo quản sữa Độ hịa tan thấp lactoza có ảnh hưởng trực tiếp đến trình sản xuất sữa, sữa đặc, váng sữa sữa bột, nơi đạt đến mức bão hòa bão hòa lactoza dung dịch Sự kết tinh lactose ảnh hưởng lớn Trong công nghệ sản xuất sữa đặc, vi kết tinh (microcrystallization) trình kết tinh cưỡng bức/cảm ứng (forced/induced crystallization) được sử dụng để thu tinh thể lactoza nhỏ 16 μm, bước việc kiểm soát kết cấu sản phẩm cuối Đối với dulce de leche, kích thước tinh thể kiểm sốt bằng cách tăng độ nhớt, điều đạt cách thêm chất làm đặc Kỹ thuật khơng ngăn chặn kết tinh làm giảm kích thước tinh thể làm cho vịm miệng cảm nhận Việc sử dụng lactase (enzim) ngăn chặn kết tinh, kéo theo thay đổi công nghệ sản xuất hàm lượng lactoza cuối dung dịch nhiệt độ sản phẩm yếu tố định kết tinh sữa đặc váng sữa cô đặc sấy khô Hàm lượng lactoza cuối dung dịch phụ thuộc vào hàm lượng lactoza ban đầu lượng nước sản phẩm cuối Việc giảm nhiệt độ sản phẩm dẫn đến giảm độ hòa tan đường sữa, tạo điều kiện thuận lợi cho trình kết tinh Trong trình sản xuất sữa đặc, trình kết tinh cưỡng cảm ứng, gọi trình tạo mầm thứ cấp, thực Quá trình bao gồm ba bước: làm mát sản phẩm có kiểm sốt, bổ sung nhân kết tinh (bột lactoza) khuấy liên tục Quá trình làm lạnh nhanh có kiểm sốt tăng cường động lực bước kết tinh tạo thuận lợi cho hình thành hạt nhân Việc bổ sung bột đường sữa (nhân) giúp thu số lượng lớn tinh thể nhỏ Các tinh thể nhỏ mong muốn chúng cản trở nhận thức cảm tính người tiêu dùng tinh thể có 1.1.2.4 Lipid Lipid loại hợp chất hữu khơng hịa tan nước, hịa tan dung mơi hữu cơ, có chuỗi hydrocarbon phân tử chúng có nhiều loại thực phẩm Lớp lipid bao gồm axit béo, triacylglycerol phospholipid Sữa bò chứa lipid nồng độ khoảng 2,8 g 100 mL -1 đến 6,0 g 100 mL2-1, với giá trị trung bình nằm khoảng từ 3,5 g 100 mL2 -1 đến 4,0 g 100 mL2-1 Lipid sữa tự biểu dạng hạt cực nhỏ với màng lipoprotein góp phần tạo nên ổn định nhũ tương dầu/nước Các phần lipid chiếm ưu sữa triacylglycerol, sữa chứa glycolipid, vitamin tan chất béo, chất định hương vị mùi thơm lactones, aldehyd ketone Axit béo chủ yếu liên kết với triacylglycerol phospholipid cấu thành 90% (theo khối lượng) lipid sữa Tuy nhiên, axit béo tự có sữa Hơn 400 loại axit béo xác định sữa phần nhỏ số có nồng độ 1% (theo khối lượng) Sữa đặc trưng nồng độ tương đối cao dư lượng axit béo chuỗi ngắn (C4:0 đến C10:0) Dư lượng axit butyric (C4:0) đặc trưng cho sữa động vật nhai lại Các axit palmitic, stearic myristic số axit béo bão hòa chiếm ưu Trong số monoenoid, dư lượng axit oleic nhiều Các axit béo monoenoic bao gồm chất chuyển hóa, chiếm trung bình 3,7% (theo khối lượng) chất béo sữa Polyen, đặc biệt linoleic α-linolenic, xuất mức gần 3,0% (theo khối lượng) Lipit sữa chứa đồng phân axit linoleic liên hợp (CLA) khoảng 0,2% 2,0% (theo khối lượng), chủ yếu C18:2 cis-9, trans-11 (axit rumenic) Thành phần lipid sữa khác thay đổi bị ảnh hưởng thức ăn, giống thời gian cho bú, sức khỏe tuổi động vật Cho ăn yếu tố chiếm ưu Để sản xuất sản phẩm sữa giúp tăng cường sức khỏe người giúp giảm nguy mắc bệnh tim mạch, người ta ngày quan tâm đến thay đổi thành phần chất lượng lipid sữa Để đạt mục tiêu này, mức độ axit oleic (C18:1 cis-9) axit vaccinic (C18:1 trans-11), tiền chất nội sinh CLA, tăng lên Sự gia tăng đòi hỏi phải giảm nồng độ axit béo chuỗi trung bình bão hịa, chẳng hạn axit lauric (C12:0), myristic (C14:0) axit palmitic (C16:0) Vi cấu trúc chất béo sữa thể dạng hạt cầu có kích thước 0,1 -20 μm (kích thước chủ yếu 3-5 μm) Các hạt cầu bao quanh màng ba lớp, tương ứng với 2%- 6% (theo khối lượng) lipid sữa Màng cầu chất béo không đối xứng thành phần lớp bên bên chúng khác Phosphatidylcholine, sphingomyelin glycolipids chiếm ưu bề mặt bên ngồi hạt cầu Lipid trung tính phosphatidylethanolamine phosphatidylserine tập trung lớp bên Các quy trình cơng nghiệp sử dụng để sản xuất sản phẩm từ sữa ảnh hưởng đến thành phần cấu trúc hạt chất béo Q trình gia nhiệt khiến thành phần màng tương tác với whey protein bị biến tính, đặc biệt βlactoglobulin Việc khuấy dẫn đến kết tụ hạt cầu chất béo làm vật liệu màng Trong trình đồng hóa, việc phá vỡ hạt cầu thu nhỏ chúng thành micromet làm tăng diện tích bề mặt chúng để khơng cịn vật liệu màng thích hợp để xử lý xung quanh hạt cầu hình thành Màng bắt đầu bao phủ hạt, trình phụ thuộc vào lắng đọng protein, chẳng hạn casein Trong trường hợp bơ phá vỡ cầu kem, chất béo dẫn đến chất liệu màng mà di chuyển đến buttermilk Lipid sữa dễ bị phân giải lipid Lipase sữa tự nhiên tác nhân chịu trách nhiệm cho phản ứng phân hủy Q trình thiu thủy phân sản phẩm sữa hoạt động lipase bền nhiệt vi khuẩn ưa lạnh tạo hoạt động lipase tự nhiên sót lại Màng cầu chất béo cung cấp bảo vệ chống lại phân giải mỡ Tuy nhiên, số sữa biểu q trình phân giải mỡ tự phát trình phân giải mỡ xảy mà khơng bị vỡ màng Ngược lại, q trình phân giải lipid gây ra, kết tổn thương màng, chế sử dụng cho trình thủy phân lipid sữa 1.2 SỮA BỘT 1.2.1 Mục đích phạm vi sử dụng: Sữa bột có độ ổn định cao thời gian bảo quan lâu dài Được sử dụng sản xuất sữa pha lại, sản xuất bành mỳ để tăng độ nở độ tươi bánh, công nghệ sản xuất sữa socola… [10] 1.2.2 Những tính chất sữa bột A, Khả hoàn nguyên Khả bù nước hoàn nguyên nước đặc điểm chất lượng quan trọng bột sữa Q trình hồn ngun diễn ba giai đoạn: khả thấm ướt, khả phân tán khả hịa tan Tính thấm ướt khả hấp thụ nước định nghĩa xâm nhập chất lỏng vào hệ thống kết tụ xốp hoạt động mao dẫn khả chất kết tụ bị chất lỏng xâm nhập Đối với bột sữa, khả phân tán khả bột phân tán nước trộn nhẹ để 10 Sơ đồ bảo toàn khối lượng: Sữa sau đồng hóa Khối lượng: 107,14 (kg/h) Hàm lượng nước: 45% Sấy Sữa sau sấy Khối lượng: x (kg/h) Hàm lượng nước: 4,3% Hao hụt (0,5%) Hàm lượng nước:45% Khối lượng hao hụt: mhh=0,5%.107,14 =0,54 ( kg / h ) Bảo tồn khối lượng chất khơ: 107,14.55 % =0,54.55 % + x 95,7 % ⇒ x = 61,26 ( kg / h ) Bảo tồn khối lượng tồn q trình: 107,14 = x + y + 0,54 ⇒ x + y =106,6 ⇒ y =45,34 ( kg / h) Khối lượng ẩm bị là: m=107,14.45 %−61,26.4,3 %= 45,58 ( kg / h) *,Kết thu là: { x =61,26 ( kg / h ) y = 45,34 ( kg / h ) Vậy sau trình sấy ta thu 61,26 (kg) bột sữa gầy với hàm lượng nước 4,3% 3.2.6 Qúa trình đóng gói Gọi khối lượng sữa sau q trình đóng gói G (kg) Sơ đồ bảo toàn khối lượng: 44 Tổn thất 0,1% Sữa sau sấy Khối lượng: 61,26 (kg) Bao gói Sữa sau bao gói Khối lượng G (kg) Khối lượng tổn thất: mtt = 0,1%.61,26 =0,06 ( kg / h) Khối lượng sữa sau bao gói: G= 61,27−0,06 =61,21 ( kg / h ) Vậy khối lượng sữa sau bao gói 61,21 (kg)3.3 Bảng tổng hợp trình cân bằng vật chất Tổn STT Quá trình thất (%) Tiêu chuẩn Dịng vào 0,1 hóa Ngun liệu Dịng Khối lượng (kg) Sữa tươi Nguyên liệu trùng Cô đặc 0,2 0,5 (kg) Sữa gầy 453,86 cream 45,64 500 nguyên liệu Sữa sau Thanh Khối lượng Sữa gầy 453,86 Sữa sau 452,92 45 trùng 452,92 Hao phí 0,91 Sữa sau 107,26 đặc Nước bay trùng 343,41 Hao phí 2,26 Sữa sau Đồng hóa Sấy Sữa sau 0,1 0,5 107,25 đặc Sữa sau đồng 107,14 hóa đồng hóa 107,14 Hao phí 0,11 Sữa bột 61,26 Nước bay Hao phí 45,34 0,54 61,21 bao gói 0,1 Sữa bột gầy Sữa bột sau 61,26 sấy Hao phí Vậy sau chế biến 500 kg/h sữa nguyên liệu ta thu 61,21 kg/h sữa gầy IV, Cân lượng *, Các giả thiết: Nhiệt độ khơng khí ngồi mơi trường 20oC có độ ẩm tương đối 70% Nhiệt độ khơng khí đầu vào 270oC Nhiệt lượng khơng khí đầu 90 oC 46 0,06 Nhiệt độ sữa với nhiệt độ môi trường 20 oC Nhiệt độ sữa sau trình phun 50 oC Nhiệt độ sản phẩm sữa là: 80 oC Khối lượng sữa vào: 107,25 (kg/h) Hàm lượng ẩm sữa vào là: 45% ⇒ Hàm lượng ẩmtính theocơ sở khơ : 0,45 kg =0,82 ( ) 1−0,45 kg khô Khối lượng sữa bột: 61,26 (kg/h) Hàm lượng nước sữa bột: 4,7% ⇒ Hàm lượng ẩmtính theocơ sở khơ : 0,047 kg = 0,05 ( ) kgkhô 1−0,047 Hàm lượng ẩm sữa bột: 4,3% Khối lượng nước: 45,34 (kg/h) Nhiệt lượng bị mất: 1000 (kJ/h) Nhiệt dung riêng sữa trước sấy: C 1=0,837 + 3,348.0,45 =2,3436 ( kJ ° C ) kg Nhiệt dung riêng sữa sau sấy: C 2=0,837 + 3,348.0,047 =0,99 ( kJ ° C ) kg ( ) ẩn nhiệt nước C là: 2501 ( ) Nhiệt dung riêng nước là: C H O= 4,2 o kJ kg kJ ° C kg *, Tính tốn độ chứa khơng khí Độ chứa khơng khí bên ngồi mơi trường là: d = 0,622 φ Pbh P− φ Pbh Với áp suất bão hịa theo cơng thức antony ta có: 47 12 − Pbh = e 4026,42 235,5 + 20 =0,023 ¿ Vậy độ chứa ngồi mơi trường: ( ) φ Pbh 0,7.0,023 kg d 1= 0,622 =0,622 = 0,01 1−0,7.0,023 P −φ Pbh kgk *, Entapy khơng khí vào q trình: Entanpy khơng khí vào: I 1=1,004 t 1+ d1 ( 2500 + 1,842 t )=1,004.270 + 0,01 ( 2500 + 1,842.270 ) =301,05 ( kj ) kgK Entanpy khơng khí ra: I 2=1,004 t 2+ d ( 2500 + 1,842 t 2 ) =1,004.90 + d 2 ( 2500+ 1,842.90 )=2665,78 d + 90,36 ( ) kj kgK *, Entanpy sữa: Entanpy sữa sau trình phun là: Q1=2,3436.50 =117,18 ( kJ ) kg Entanpy sữa sau trình sấy: Q 2=0,99.80 =79,2 ( kJ ) kg *, Cân ẩm: 95,7 kg Khối lượng chất khô tạo sau là: 61,26 100 =58,63 ( h ) Ta có khối lượng ẩm mà khơng khí lấy khỏi q trình khối lượng ẩm mà sữa kg Gọi khối lượng khơng khí Ga ( h ) 45,34 =G a ( d2 −0,01) ⇒ Ga d 2−0,01G a=45,34 ( ) *, Bảo tồn lượng: Dịng lượng vào: 209,03 G a+ 117,18.58,63 Dòng lượng ra: 79,2.58,63 +( 2665,78 d +90,36 ) Ga +1000 48 Bảo tồn khối lượng dịng dịng vào: 301,05 G a+ 117,18.58,63=79,2.58,63 +( 2665,78 d + 90,36 ) G a + 1000 ⇒ 210,69 Ga− 2665,78 d Ga=−1226,7674 ⇒ 2665,78 d Ga−210,69 Ga=1226,7674 ( 2) Đặtd Ga= x Ta lập hệ phương trình (1) (2), ta được: { x − 0,01 Ga= 45,34 2665,78 d Ga− 210,69 Ga =1226,7674 ⇒ { kg ) h kg Ga=650,1 ( ) h x =51,84 ( Độ chứa ẩm khơng khí sau q trình sấy là: d 2= ( ) 56,96 =0,08 kg 1162,06 kgk Entanpi tác nhân sấy khỏi buồng sấy là: I 2=2665,78 d 2+ 90,36 = 2665,78.0,08 + 90,36=303,62 ( ) kj kgK *, Hiệu suất trình sấy là: T −T 180 −90 vào 100 % = 100% =56,25 % hiệu suất nhiệt tổng thể: η = T − 180 −20 T môitrường vào V, Tính tốn thiết bị Tồn q trình tính tốn tham khảo từ Tính tốn thiết kế hệ thống sấy PGS.TSKH Trần Văn Phú Để tính tốn đơn giản ta coi q trình truyền nhiệt truyền ẩm hạt chuyển động hai môi chất chiều 5.1 Tính tốn nhiệt lượng cần thiết Cơng thức tính nhiệt lượng dùng để bốc là: 49 Q = 45,34 ( 2500 + 1,542 ( 90 − 80 ) ) + 58,63 0,99 ( 80−50 )=115790,45 (kJ / h ) 5.2 Xác định độ chênh nhiệt độ trung bình: 5.2.1, Giai đoạn nhiệt độ sấy khơng đổi: Nhiệt độ vật liệu với nhiệt độ bầu ướt nhiệt độ tác nhân sấy giảm từ t1 xuống t2’ Độ chênh lệch trung bình giai đoạn tốc độ sấy khơng đổi tính cơng thức sau: , Δt 1= t 1−t t −t Nhiệt ln ' 1 ư t 2−t ư độ bầu ướt ước lượng theo công thức: t bầuướt =t nguyênliệu vào + 10=50 + 10 =60 ( ℃ ) Nhiệt độ tác nhân sấy ban đầu 270oC Còn nhiệt độ tác nhân sấy kết thúc giai đoạn tính theo cơng thức: C dx ( d ) t 1−( d2 −d )( 2500− Δ ) , ' t = 1,842 ( d −d ) + C dx ( d1 ) , kJ Với C dx ( d )=1,004 +1,842 d =1,004 + 1,842.0,01=1,022 ( kgK ) 1 Tổn thất nhiệt: Δ = I 2− I 1 d 2− d = 303,62−301,05 kJ =36,71 ( ) 0,08−0,01 kgẩm Gỉa thiết kết thúc giai đoạn sấy khơng đổi độ ẩm nguyên liệu 20% Độ chứa ẩm khơng khí sấy lúc tính theo cơng thức: , d =d + ( ω − ωk ) (ω ¿ ¿ −ω2 ) (d 2−d )¿ 50 Với ω1 , ω k , ω2lần lượt độ ẩm ban đầu nguyên liệu, độ ẩm kết thúc giai đoạn sấy không đổi độ ẩm thành phẩm (%) , d =0,01 + ( ) 0,45− 0,2 kg ( 0,08− 0,01 )=0,053 0,45−0,047 kgk Vậy nhiệt độ tác nhân kết thúc giai đoạn tốc độ sấy không đổi là: , ' t = C dx ( d ) t 1−( d2 −d )( 2500− Δ ) ( , 1,842 d −d )+C dx ( d1 ) = 1,022 270−( 0,053 −0,01 ) ( 2500−36,71 ) 1,842 ( 0,053 −0,01 )+ 1,022 =154,39 ℃ ¿ Vậy độ chênh nhiệt độ trung bình giai đoạn sấy không đổi là: , Δt 1= t 1−t 270−154,39 = =144,57 (℃ ) 270 −60 t 1−t ư ln ln ' t 2−t ư 154,39− 60 Gía trị tỉ lệ X xác định theo công thức: X = (t −t ) ( ω − ω ) , 1+ 2 k (ω −ω ) (t 1−t ,2 ) ( ωk − ωcb ) ln ( ωk − ωcb ) cb Gỉa thiết độ ẩm cân vật liệu sấy 3% X = 1+ ( 154,39 −90 ) (0,45 −0,2) ( 270−154,39 ) ( 0,2− 0,03 ) ln =0,74 0,2 −0,03 0,047 −0,03 5.2.2 Giai đoạn sấy tốc độ giảm dần: Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giai đoạn tính theo cơng thức: 51 (t −t )−( t −t , Δ t 2= ư 2 v2 ) , ln t −t ư t 2−t v Với t v t là nhiệt độ khơng khí nóng sữa sau khỏi buồng sấy: 2 Δ t 2= Độ chênh nhiệt độ trung bình lúc là: ( 154,39−60 )−( 90 −80 ) =37,59 ( ℃ ) 154,39 −60 ln 90 −80 5.2.3 Độ chênh nhiệt độ trình: Δ t tb =( 1− X ) Δt 1+ X Δt 2=( 1−0,74 ) 144,57 + 0,74.37,59=65,4 (℃ ) 5.2.4 Tốc độ tác nhân sấy: Tốc độ tác nhân sấy xác định theo công thức: −3 v tácnhânsấy =4,640 10 ( 0,621+ d ) ( 273 + t ) Tốc độ khơng khí lúc vào buống sấy là: −3 ( ) −3 v1 =4,640 10 ( 0,621+ d 1) ( 273 + t 1 )= 4,640.10 ( 0,621 + 0,01 ) (273 + 270 )=1,59 m kgkk Tốc độ khơng khí ẩm khỏi buồng là: −3 v 2=4,640 10 ( 0,621 + d ) ( 273 + t 2 )= 4,640.10 −3 ( ) ( 0,621 + 0,08 ) ( 273 + 90 ) =1,18 m kgkk 5.2.5 Tính tốn tốc độ tác nhân sấy Ở tốn đường kính buồng sấy ln phải lớn đường kính phân tán huyển phù vịi phun Gỉa sử đường kính phân tán 1m Ta chọn đường kính thiết bị 2m D= m Tốc độ tác nhân sấy v= 0,5 ( v 1+ v ) L 3600 π D = 0,5 ( 1,59+ 1,18 ) 650,1 3,14.4 3600 52 m s =0,08 ( ) Với L lượng khơng khí cần thiết cho q trình sấy thực 5.2.6 Tính tốn tốc độ lơ lửng hạt sữa Gỉa thiết hạt sữa có đường kính trung bình là: 100 ( μm ) Ta giả thiết, khối lượng riêng sữa trước vào trình sấy khối lượng riêng sữa nguyên liệu 20 oC 1027 (kg/m3) Chuẩn số Phêđôrov Fe: Fe =d √ 3 g ( ρ v − ρk ) v k ρk g: gia tốc trọng trường (m/s 2) Các thông số ρk v k là thơng số khơng khí khơ nhiệt độ t = nhiệt độ v k =32,49.10− t 1 + t 2 = 270 + 90 =180 ℃ ( ) m kg ρk = 0,779 ( ) s m Với t t : nhiệt độ vào tác nhân sấy Vậy chuẩn số Fe =d √ 3 g ( ρv − ρk ) v k ρ k √ =100.10−6 9,81 (1027 −0,779 ) ( 32,49 10 −6 ) =1,45 0,779 logFe = log1,45=0,16 Dựa vào đồ thị 12.6 tính tốn thiết kế hệ thống sấy PGS-TSKH Trần Văn Phú Ta ước lượng logRe =−0,9 ⇒ ℜ=0,13 Tốc độ lơ lửng hạt tính theo cơng thức: 53 v1 = ℜ v k 0,13.32,49 10−6 m = −6 =0,04 ( ) d s 100.10 5.2.7 Tính tốn hệ số trao đổi nhiệt thể tích Tiết diện buồng sấy: F = πD = 3,14.2 =3,14 ( m¿¿ )¿ Tốc độ tương đổi tác nhân sấy: m v tđ = v 1+ v =0,04 + 0,08 =0,12 ( ) s Hệ số trao đổi nhiệt thể tích −3 α v =6,615 10 () λ G1 k 1 ρv F d Năng suất sấy trường hợp 58,63 ( )= kg h 1,6 ¿ G1 k − W Hệ số dẫn nhiệt không khí t =180 ℃ là: λ =3,78.10 ( mK ) Vậy hệ số trao đổi nhiệt thể tích là: −3 α v =6,615 10 ( −2 3,78 10 58,63 −6 1027 3,14 100.10 5.2.8 chiều cao hữu hiệu máy sấy 115790,45 Q Thể tích buồng sấy: V = α Δ = 62,27 65,4 =28,43 (m ) v tb Chiều cao buồng sấy H = 4.28,43 π.D = 4.28,24 =9 ( m ) 3,14.4 5.2.9 Thời gian sấy tính tốn vịi phun Trong tốn ta sử dụng vịi phun khí 54 ) 1,6 ¿ Đường kính tiết diện vịi phun tính theo cơng thức: d vp = √ V dt 0,875. μ √ gΔp = ρ dt √ −4 2,78.10 √ 2.9,81.29 0,875.0,7 1027 =0,025 ( m )=25 ( mm ) Với áp suất vịi phùn 30atm áp st khí 1atm μ= 0,7 Lưu lượng dịch thể là: V dt = G1 3600. ρdt = 107,25 =2,78.10−4 ( m ) 3600.1027 s VI, Tài liệu tham khảo [1] Daniel Santos, Ana Colette Maurício, Vitor Sencadas, José Domingos Santos, Maria H Fernandes and Pedro S Gomes (2017) Spray Drying: An Overview Biomaterials - Physics and Chemistry [2] Dennis R Heldman, R Paul Singh (2014) Evaporation Introduction to Food Engineering Fourth Edition 543-569 , [3] Deosarkar S.S., Khedkar C.D., Kalyankar S.D and Sarode A.R (2016) Cream: Types of Cream The Encyclopedia of Food and Health ,2, 331-337 [4] Isis Rodrigues Toledo Renhe, Ítalo Tuler Perrone, Guilherme M Tavares, Pierre Schuck and Antonio F de Carvalho (2019) Physicochemical Characteristics of Raw Milk. Raw milk,1, 29-43 [5] K Master (1972) Performace of spray drying Spray drying,55-64 [6] P Fellows (2000) FOOD PROCESSING TECHNOLOGY Principles and Practice Second Edition [7] M Mezhericher, A Levy, I Borde (2010) Theoretical Models of Single Droplet Drying Kinetics: A Review Drying Technology, 28: 2, 278 — 293 55 [8] S Padma Ishwarya, C Anandharamakrishnan (2017) Spray Drying Handbook of Drying for Dairy Products , 57-94 [9] Yechun Zhang, Muhammad Tajammal Munir, Isuru Udugama ,Wei Yu,Brent R Young (2018) Modelling of a milk powder falling film evaporator for predicting process trends and comparison of energy consumption. Journal of Food Engineering ,225,26-36 [10] Lâm Xuân Thanh (2003) Giáo trình chế biến sản phẩm từ sữa [11] Lê Văn Việt Mẫ n cộng (2011) Công nghệ chế biến thực phẩm [12] Tơn Thất Minh, Phạm Văn Tuấn (2015) Giáo trình q trình thiết bị cơng nghệ thực phẩm - công nghệ sinh học Tập 1: Các trình thiết bị chuyển khối [13] Trần Văn Phú (2002) Tính tốn thiết kế hệ thống sấy [14] Grade “A” Pasteurized Milk Ordinance (PMO) established by the Food and Drug Administration (FDA) [15] https://savree.com/en/encyclopedia/plate-heat-exchanger-phe [16] https://dairynutrition.ca/en/milk-quality/pasteurization/pasteurization-doesnot-destroy-nutritional-value-milk [17]https://dairyprocessinghandbook.tetrapak.com/chapter/ homogenizers#:~:text=In%20two [18] https://vi.wikipedia.org/wiki/S%E1%BB%AFa 56 Raw Milk 57 58
Ngày đăng: 29/05/2023, 05:22
Xem thêm:
