Đồ án kỹ thuật thực phẩm Quá trình và thiết bị tiệt trùng sữa đậu nành

Đồ án kỹ thuật thực phẩm Quá trình và thiết bị tiệt trùng sữa đậu nành năng suất 500 lít sản phẩmgiờ. LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1 1.1. Tìm hiểu về cây đậu nành 1 1.1.1 Nguồn gốc 1 1.1.2. Đặc điểm của cây đậu nành 2 1.2. Tìm hiểu về hạt đậu nành 2 1.2.1. Đặc điểm của hạt đậu nành 2 1.2.2. Thành phần hóa học trong hạt đậu nành 4 1.3. Tìm hiểu sản phẩm sữa đậu nành 9 1.3.1. Khái niệm về sữa đậu nành 9 1.3.2. Thành phần dinh dưỡng trong sữa đậu nành 9 1.4. Tìm hiểu về quá trình tiệt trùng UHT và công nghệ vô trùng ASEPTIC 14 1.4.1. Tiệt trùng UHT 14 1.4.2. Các hệ thống tiệt trùng UHT trên thị trường 15 1.5. Bao bì Tetra Pak 18 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA ĐẬU NÀNH TIỆT TRÙNG 20 2.1. Quy trình công nghệ sản xuất sữa đậu nành tiệt trùng 20 2.2. Thuyết minh quy trình công nghệ 21 2.2.1. Làm sạch 21 2.2.2. Tách vỏ 21 2.2.3. Chần 22 2.2.4. Nghiền ướt 24 2.2.5. Lọc 24 2.2.6. Nấu 25 2.2.7. Phối trộn 26 2.2.8. Bài khí 27 2.2.9. Đồng hóa 28 2.2.10. Tiệt trùng 28 2.2.11. Chiết rót 29 2.2.12. Sản phẩm 30 CHƯƠNG 3. CÂN BẰNG VẬT CHẤT 31 3.1. Các bảng số liệu 31 3.2. Tính toán khối lượng riêng 32 3.2.1. Sữa đậu nành 32 3.2.2. Đậu nành đã tách vỏ 33 3.3. Tính toán cân bằng vật chất 34 3.3.1. Rót hộp 34 3.3.2. Tiệt trùng 34 3.3.3. Đồng hoá 35 3.3.4. Bài khí 35 3.3.5. Phối trộn 36 3.3.6. Nấu 36 3.3.7. Lọc 37 3.3.8. Nghiền ướt 38 3.3.9. Chần 39 3.3.10. Tách vỏ 40 3.3.11. Làm sạch 40 3.4. Tính toán chi phí toàn bộ quy trình sản xuất và giá thành sản phẩm 41 CHƯƠNG 4. CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 43 4.1. Những số liệu phục vụ cho tính toán cân bằng năng lượng 43 4.2. Tính toán cân bằng năng lượng 43 4.2.1. Giai đoạn 1 – Nâng nhiệt từ 40℃ lên 75℃ 43 4.2.2. Giai đoạn 2 Nâng nhiệt từ 75℃ lên 137℃ 45 4.2.3. Giai đoạn 3 – Giữ nhiệt 46 4.2.4. Giai đoạn 4 – Hạ nhiệt 47 4.2.5. Tính toán nhiệt lượng tổn thất 48 CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ TIỆT TRÙNG 49 5.1. Tính toán lựa chọn thiết bị tiệt trùng dạng tấm 49 5.2. Tính số bản mỏng (tấm) sử dụng 51 5.2.1. Giai đoạn 1 – Nâng nhiệt từ 40℃ lên 75℃ 52 5.2.2. Giai đoạn 2 – Nâng nhiệt từ 75℃ lên 137℃ 53 5.2.3. Giai đoạn 3 – Giữ nhiệt 53 5.2.4. Giai đoạn 4 – Hạ nhiệt 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM TÊN ĐỀ TÀI: QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TIỆT TRÙNG SỮA ĐẬU NÀNH NĂNG SUẤT 500 LÍT SẢN PHẨM/GIỜ Nhóm sinh viên thực hiện: Lớp: Giảng viên hướng dẫn: - NĂM – 2023 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến giảng viên môn Đồ án Kỹ thuật thực phẩm cô - chịu trách nhiệm giảng dạy, truyền đạt kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập vừa qua Sự hướng dẫn tận tình, giảng hấp dẫn cô giúp chúng em có phương pháp học tập hiệu q trình nghiên cứu mơn Nhờ vào cố gắng tìm tịi, học hỏi, thành viên nhóm chúng em hồn thành tốt môn đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn Học viện Nông nghiệp Việt Nam tạo điều kiện cho chúng em học tập mơi trường tích cực, thân thiện để chúng em vừa làm giàu tri thức, vừa cải thiện phẩm chất thân Cuối cùng, chúng em xin kính chúc tồn thể thầy Học viện Nông nghiệp Việt Nam mạnh khỏe, hạnh phúc để dìu dắt chúng em hệ trẻ đường đến với thành công i LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan nội dung báo cáo hồn tồn thành viên nhóm - thực hướng dẫn cô Thân Thị Hương, với tư liệu thông tin liên quan đến chủ đề Khơng có chép tham khảo từ làm nhóm khác, khơng gian lận, không bịa đặt hay thông đồng với cá nhân Các thành viên nhóm - tuân thủ tốt nội quy lớp học thể tốt trách nhiệm thân môn học Bài báo cáo chúng em hồn thành chưa có kinh nghiệm hạn chế mặt kiến thức nên tránh khỏi thiếu sót, mong góp ý để báo cáo chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn cam đoan! ii DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tìm hiểu đậu nành 1.1.1 Nguồn gốc 1.1.2 Đặc điểm đậu nành 1.2 Tìm hiểu hạt đậu nành 1.2.1 Đặc điểm hạt đậu nành 1.2.2 Thành phần hóa học hạt đậu nành 1.3 Tìm hiểu sản phẩm sữa đậu nành 1.3.1 Khái niệm sữa đậu nành 1.3.2 Thành phần dinh dưỡng sữa đậu nành 1.4 Tìm hiểu trình tiệt trùng UHT công nghệ vô trùng ASEPTIC 14 1.4.1 Tiệt trùng UHT 14 1.4.2 Các hệ thống tiệt trùng UHT thị trường 15 1.5 Bao bì Tetra Pak 18 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA ĐẬU NÀNH TIỆT TRÙNG 20 2.1 Quy trình cơng nghệ sản xuất sữa đậu nành tiệt trùng 20 2.2 Thuyết minh quy trình cơng nghệ 21 2.2.1 Làm 21 2.2.2 Tách vỏ 21 2.2.3 Chần 22 2.2.4 Nghiền ướt 24 2.2.5 Lọc 24 2.2.6 Nấu 25 2.2.7 Phối trộn 26 2.2.8 Bài khí 27 2.2.9 Đồng hóa 28 2.2.10 Tiệt trùng 28 2.2.11 Chiết rót 29 2.2.12 Sản phẩm 30 CHƯƠNG CÂN BẰNG VẬT CHẤT 31 i 3.1 Các bảng số liệu 31 3.2 Tính tốn khối lượng riêng 32 3.2.1 Sữa đậu nành 32 3.2.2 Đậu nành tách vỏ 33 3.3 Tính toán cân vật chất 34 3.3.1 Rót hộp 34 3.3.2 Tiệt trùng 34 3.3.3 Đồng hoá 35 3.3.4 Bài khí 35 3.3.5 Phối trộn 36 3.3.6 Nấu 36 3.3.7 Lọc 37 3.3.8 Nghiền ướt 38 3.3.9 Chần 39 3.3.10 Tách vỏ 40 3.3.11 Làm 40 3.4 Tính tốn chi phí tồn quy trình sản xuất giá thành sản phẩm 41 CHƯƠNG CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 43 4.1 Những số liệu phục vụ cho tính tốn cân lượng 43 4.2 Tính tốn cân lượng 43 4.2.1 Giai đoạn – Nâng nhiệt từ 40℃ lên 75℃ 43 4.2.2 Giai đoạn - Nâng nhiệt từ 75℃ lên 137℃ 45 4.2.3 Giai đoạn – Giữ nhiệt 46 4.2.4 Giai đoạn – Hạ nhiệt 47 4.2.5 Tính tốn nhiệt lượng tổn thất 48 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ TIỆT TRÙNG 49 5.1 Tính tốn lựa chọn thiết bị tiệt trùng dạng 49 5.2 Tính số mỏng (tấm) sử dụng 51 5.2.1 Giai đoạn – Nâng nhiệt từ 40℃ lên 75℃ 52 5.2.2 Giai đoạn – Nâng nhiệt từ 75℃ lên 137℃ 53 5.2.3 Giai đoạn – Giữ nhiệt 53 5.2.4 Giai đoạn – Hạ nhiệt 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 ii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tìm hiểu đậu nành 1.1.1 Nguồn gốc Năm 1737, Carl von Linné – nhà thực vật học người Thuỷ Điển đặt tên khoa học Glycine max cho đậu nành ấn Genera Plantarum Glycine từ tiếng Hy Lạp có nghĩa "ngọt ngào" áp dụng cho tất lồi họ đậu Từ max có nghĩa "lớn", dùng để nốt sần lớn đậu tương Nó biết đến lồi địa Trung Quốc, loại trồng cổ Viễn Đông lan truyền khắp giới (châu Âu, châu Mỹ…) Trong nhiều kỷ, người Trung Quốc dân tộc Đông Á khác, bao gồm Nhật Bản, Hàn Quốc Đông Nam Á, sử dụng đậu nhiều hình thức khác nguồn cung cấp protein dầu ăn quan trọng Vì lượng protein sản xuất từ đậu nành đơn vị diện tích đất cao loại trồng khác, loại hạt đậu nhỏ bé gọi "viên ngọc vàng," "kho báu vĩ đại," "protein kỳ diệu thiên nhiên" "thịt đồng ruộng" Hiện nay, loại hạt đậu số người xem vũ khí chống lại nạn đói toàn cầu nguồn cung cấp protein tương lai Quê hương đậu nành Đông Á, ngày 45% diện tích trồng đậu nành 55% sản lượng đậu nành giới nằm Mỹ Nước Mỹ sản xuất 75 triệu đậu nành năm 2000, 1/3 xuất Các nước sản xuất đậu nành lớn khác Brazil, Argentina, Trung Quốc Ấn Độ Tại Việt Nam, đậu nành trồng nhiều miền núi, vùng trung du phía Bắc (Cao Bằng, Sơn La, Bắc Giang), chiếm 40% diện tích đậu nành nước, ngồi ra, cịn trồng nhiều tỉnh Hà Tây, Đồng Nai, Đắc Lắk Đồng Tháp Theo ơng Nguyễn Trí Ngọc – Cục trưởng Cục trồng trọt, năm nước trồng khoảng 200 nghìn đậu nành, chủ yếu vụ đơng, với sản lượng khoảng 300 nghìn tấn/năm Tuy sản lượng đáp ứng 25% nhu cầu sử dụng nước nhu cầu tăng bình quân 10%/năm 1.1.2 Đặc điểm đậu nành Cây thuộc loại thân bụi cao từ 0,75 – 1,25 m, phân nhánh thưa dày tùy theo giống điều kiện trồng trọt Đây ngắn ngày, phát triển tốt vùng nhiệt đới, ưa sáng, ưa nhiệt, chịu hạn Điều kiện để đậu nành phát triển tốt pH đất trồng dao động từ 6.0 – 6.5; nhiệt độ môi trường khoảng 25 – 30℃ với lượng mưa: 500 – 700mm Vậy nên thường trồng vào cuối mùa xuân, đầu mùa hè Hình 1.1 Cây đậu nành 1.2 Tìm hiểu hạt đậu nành 1.2.1 Đặc điểm hạt đậu nành Hạt đậu nành có nhiều hình dạng khác từ hình bầu dục, hình trịn (trịn dẹt hay trịn dài) Màu sắc hạt vàng xanh, xám, nâu đen màu trung gian Phần lớn màu vàng, loại đậu nành vàng loại tốt thường ưa chuộng Có loại kích thước hạt to, trung bình nhỏ Khối lượng trung bình dao động 18 – 20g/100 hạt Cấu trúc hạt đậu nành gồm thành phần: vỏ hạt, phơi, tử diệp Trong phần vỏ chiếm khoảng 8% khối lượng hạt, lớp cùng, thường có màu vàng hay màu trắng Vỏ bảo vệ phôi mầm chống lại nấm vi khuẩn Phôi chiếm 2% khối lượng hạt, rễ nảy mầm – phần sinh trưởng hạt hạt lên mầm Tử điệp gồm hai mầm tích trữ nguồn dinh dưỡng hạt, chiếm phần lớn khối lượng hạt (khoảng 90%), chứa hầu hết chất đạm chất béo hạt (Mai Lê & cs., 2013) Hình 1.2 Hạt đậu nành Hình 1.3 Cấu trúc hạt đậu nành 1.2.2 Thành phần hóa học hạt đậu nành Hạt đậu nành loại nguyên liệu thực vật giàu protein Bảng 1.1 Thành phần tương đối hạt đậu nành phần cấu trúc chúng Thành phần hạt Nguyên hạt Nhân (tử điệp) Vỏ hạt Phôi Tỷ lệ (%) 100 90 Protein 40 43 41 Thành phần hố học (% theo sở khơ) Lipid Carbohydrate Tro 20 35 23 29 86 11 43 4,4 (Wolf & Cowan, 1975) Trong thành phần hoá học đậu nành, người ta thường quan tâm đến hai nhóm protein lipid Nhóm carbohydrate đậu nành khơng thuộc loại có giá trị dinh dưỡng cao a) Độ ẩm Hàm lượng ẩm hạt đậu nành định nhiều đến điều kiện bảo quản Vì nồng độ nước hạt đậu chín lưu trữ thường khoảng 13% để đảm bảo tính ổn định trình lưu trữ, nên dựa sở ướt, hạt đậu nành chứa khoảng 35% protein, 17% lipid, 31% carbohydrate 4,4% tro (K Liu, 1997) Vỏ đậu nành chín chứa khoảng – 8% độ ẩm (Ibrahim & cs., 1990) b) Protein thành phần amino acid Trong thành phần hoá học đậu nành, thành phần protein chiếm tỉ lệ lớn Protein đậu nành tạo amino acid, có đủ loại amino acid không thay (ngoại trừ hàm lượng methionine thấp), cịn amino acid khác có hàm lượng cao cao tương đương với lượng amino acid có thịt số thực phẩm quan trọng (kg/h) (đồng/kg) (đồng/h) - 2.000 (đồng/hộp) 5.000.000 (đồng/h) Bao bì Tetra Pak Tổng chi phí 8.719.409,561 (đồng) Chi phí cho hộp 3.487,7638 (đồng) Giá thành hộp 4.982,5197 (đồng) Giá thành lốc hộp 29.895,1182 (đồng) Trong thực tế, ngồi dựa vào chi phí sản xuất lợi nhuận giá thành sản phẩm cịn tổng thể chi phí lượng, thuê nhân công, marketing, kho bãi dự trữ, vận chuyển, chiết khấu cho đại lý, nhà bán lẻ… nên giá thành giả định chưa thực tế 42 CHƯƠNG CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 4.1 Những số liệu phục vụ cho tính tốn cân lượng Chương chia làm giai đoạn để tính tốn cân nhiệt lượng cho cơng đoạn tiệt trùng: ▷ Giai đoạn 1: nâng nhiệt sữa từ 40℃ – 75℃ nước nóng 95℃ ▷ Giai đoạn 2: nâng nhiệt sữa từ 75℃ – 137℃ nước bão hoà 145℃ ▷ Giai đoạn 3: giữ nhiệt ▷ Giai đoạn 4: làm nguội 25℃ Bảng 4.1 Các thông số kỹ thuật Thông số Giá trị Khối lượng sữa trước tiệt trùng 518,75 (kg) (msữa ) Nhiệt dung riêng đẳng áp nước 4,206 (kg/kJ℃) nóng 95℃ (C nước nóng ) Enthalpy nước (Hv ) 2740,3 (kJ/kg) Enthalpy nước nóng (Hc ) 610,63 (kJ/kg) Nhiệt dung riêng đẳng áp nước 4,195 (kg/kJ℃) lạnh 10℃ (Cp,nước lạnh ) Tổn thất nhiệt môi trường làm 5% nóng thiết bị 4.2 Tính tốn cân lượng 4.2.1 Giai đoạn – Nâng nhiệt từ 40℃ lên 75℃ Sữa gia nhiệt từ 40 lên đến 75℃ nước nóng 95℃ 43 Chọn lưu lượng nước nóng 0,5 kg/s Khối lượng nước nóng cần dùng là: mnước = 0,5 × 3.600 = 1.800 (kg/s)  Tính lượng nhiệt cần để nâng nhiệt cho sữa: Nhiệt độ trung bình sữa giai đoạn là: Ttb1 = 40 + 75 = 57,5 (℃) Với Ttb1 = 57,5℃, ta có nhiệt dung riêng đẳng áp thành phần sữa: Cprotein = 2,0082 + 1,2089 × 10−3 Ttb1 − 1,3129 × 10−6 Ttb1 kJ = 2,0734 ( ℃) kg Clipid = 1,9842 + 1,4733 × 10−3 Ttb1 − 4,8008 × 10−6 Ttb1 kJ = 2,0530 ( ℃) kg Ccarbohydrate = 1,5488 + 1,9625 × 10−3 Ttb1 − 5,9399 × 10−6 Ttb1 kJ = 1,6420 ( ℃) kg Ctro = 1,0926 + 1,8896 × 10−3 Ttb1 − 3,6817 × 10−6 Ttb1 kJ = 1,1891 ( ℃) kg Cnước = 4,1762 − 9,0864 × 10−5 Ttb1 + 5,4731 × 10−6 Ttb1 kJ = 4,1891 ( ℃) kg Nhiệt dung riêng đẳng áp sữa giai đoạn là: Csữa(1) = 2,0734 × 4,4% + 2,0530 × 2,5% + 1,6420 × 3,8% + 1,1891 × kJ 0,63% + 4,1891 × 88,67% = 3,9269 ( ℃) kg 44 Sữa đậu nành trao đổi nhiệt với nước nóng 95℃ nên lượng nhiệt sữa thu vào với lượng nhiệt nước nóng tỏa Do đó, ta có phương trình cân nhiệt lượng sau: Q thu = Q toả ⇔ msữa × Csữa(1) × ∆Tsữa(1) = mnước × Cnước × ∆Tnước nóng ⇔ 518,75 × 3,9269 × (75 − 40) = 1.800 × 4,206 × (95 − x) ⇔ x = 85,58 (℃) Vậy sau truyền nhiệt cho sữa, nước giảm nhiệt độ xuống 85,58℃ Lượng nhiệt cần dùng để nâng nhiệt sữa giai đoạn 1: Q1 = 518,75 × 3,9269 × (75 − 40) = 71.297,7781 (kJ) 4.2.2 Giai đoạn - Nâng nhiệt từ 75℃ lên 137℃ Tại sữa trao đổi nhiệt với nước bão hoà 145℃ Sữa nâng nhiệt từ 75℃ lên 137℃  Tính lượng nhiệt cần để nâng nhiệt cho sữa: Nhiệt độ trung bình sữa giai đoạn là: Ttb2 = 75 + 137 = 106 (℃) Với Ttb1 = 106℃, ta có nhiệt dung riêng đẳng áp thành phần sữa: Cprotein = 2,0082 + 1,2089 × 10−3 Ttb1 − 1,3129 × 10−6 Ttb1 kJ = 2,1362 ( ℃) kg Clipid = 1,9842 + 1,4733 × 10−3 Ttb1 − 4,8008 × 10−6 Ttb1 kJ = 2,0864 ( ℃) kg Ccarbohydrate = 1,5488 + 1,9625 × 10−3 Ttb1 − 5,9399 × 10−6 Ttb1 45 kJ = 1,6901 ( ℃) kg Ctro = 1,0926 + 1,8896 × 10−3 Ttb1 − 3,6817 × 10−6 Ttb1 kJ = 1,2515 ( ℃) kg Cnước = 4,1762 − 9,0864 × 10−5 Ttb1 + 5,4731 × 10−6 Ttb1 kJ = 4,2281 ( ℃) kg Nhiệt dung riêng đẳng áp sữa giai đoạn là: Csữa(2) = 2,1362 × 4,4% + 2,0864 × 2,5% + 1,6901 × 3,8% + 1,2515 × kJ 0,63% + 4,2281 × 88,67% = 3,9673 ( ℃) kg Lượng nhiệt cần dùng để nâng nhiệt cho sữa: Q = 518,75 × 3,9673 × (137 − 75) = 127.598,2863 (kJ)  Tính khối lượng nước bão hoà cần dùng sản xuất: Ta có cơng thức: Q = mhơi × r Trong đó, r ẩn nhiệt hố nước (kJ/kg) kJ Enthalpy trạng thái khí nước: Hv = 2740,3 ( ) kg kJ Enthalpy nước lỏng: Hc = 610,63 ( ) kg kJ ⇒ r = Hv − Hc = 2740,3 − 610,63 = 2129,67 ( ) kg ⇒ mhơi = Q2 r = 127.598,2863 2129,67 = 59,9146 (kg) 4.2.3 Giai đoạn – Giữ nhiệt Thời gian giữ nhiệt cho trình tiệt trùng là: 4s 46 Vì sử dụng ống giữ nhiệt nên khơng có tổn thất nhiệt mơi trường Do khơng cần cung cấp nhiệt lượng cho trình 4.2.4 Giai đoạn – Hạ nhiệt Sữa trao đổi nhiệt với nước lạnh 10℃ để làm nguội Nhiệt độ sữa giảm từ 137℃ xuống 25℃ Giả sử lưu lượng nước 0,6 kg/s nên khối lượng nước làm lạnh giai đoạn là: mnước làm lạnh = 0,6 × 3600 = 2160 ( kg ) h  Tính lượng nhiệt toả trình làm nguội: Nhiệt độ trung bình sữa giai đoạn là: Ttb4 = 137 + 25 = 81 (℃) Với Ttb1 = 81℃, ta có nhiệt dung riêng đẳng áp thành phần sữa: Cprotein = 2,0082 + 1,2089 × 10−3 Ttb1 − 1,3129 × 10−6 Ttb1 kJ = 2,0975 ( ℃) kg Clipid = 1,9842 + 1,4733 × 10−3 Ttb1 − 4,8008 × 10−6 Ttb1 kJ = 2,072 ( ℃) kg Ccarbohydrate = 1,5488 + 1,9625 × 10−3 Ttb1 − 5,9399 × 10−6 Ttb1 kJ = 1,6688 ( ℃) kg Ctro = 1,0926 + 1,8896 × 10−3 Ttb1 − 3,6817 × 10−6 Ttb1 kJ = 1,2215 ( ℃) kg Cnước = 4,1762 − 9,0864 × 10−5 Ttb1 + 5,4731 × 10−6 Ttb1 47 kJ = 4,2047 ( ℃) kg Nhiệt dung riêng đẳng áp sữa giai đoạn là: Csữa(4) = 2,0975 × 4,4% + 2,072 × 2,5% + 1,6688 × 3,8% + 1,2215 × kJ 0,63% + 4,2047 × 88,67% = 3,9435 ( ℃) kg Trong giai đoạn sữa trao đổi nhiệt với nước lạnh để làm nguội, bảo toàn lượng ta có phương trình sau: Q = Q sữa toả = Q nước thu + Q ′ Trong đó: Q ′ lượng nhiệt tổn thất giai đoạn làm nguội (kJ) với Q ′ = 5%Q ⇒ Q = msữa × Csữa(4) × ∆Tsữa = mnước × Cnước(4) × ∆Tnước + 5%Q Q = 518,75 × 3,9435 × (137 − 25) ⇔{ Q = 2160 × 4,195 × ( Tnước − 10) + 5%Q Q = 229.117,35 (kJ) ⇔{ Tnước = 34,02 (℃) 4.2.5 Tính tốn nhiệt lượng tổn thất Trong q trình truyền nhiệt khơng tránh khỏi tổn thất nhiệt làm nóng thiết bị, toả môi trường xung quanh Gọi x lượng nhiệt cần cung cấp ban đầu (kJ) Lượng nhiệt tổn thất: 5%x (kJ) Ta có phương trình lượng qua giai đoạn: Giai đoạn 1: x1 = 5%x1 + Q1 ⇔ 0,95x1 = 71.297,7781 ⇔ x1 = 75.050,2927 (kJ) ⇔ 5%x1 = 3752,5146 (kJ) Giai đoạn 2: x2 = 5%x2 + Q 48 ⇔ 0,95x2 = 127.598,2863 ⇔ x2 = 134.313,9856 (kJ) ⇔ 5%x2 = 6715,6993 (kJ) Giai đoạn 4: x4 = Q ′ = 5%Q = 5% × 239.230,485 = 11.961,5243 (kJ) 4.5 Kết luận Năng lượng cần cho trình tiệt trùng thể bảng sau: Bảng Nhiệt lượng tính tốn cần cho q tình tiệt trùng Nâng nhiệt Giữ nhiệt Làm nguội 75.050,2927 134.313,9856 - - 71.297,7781 127.598,2863 - - Giai đoạn Nhiệt lượng Giai đoạn ban đầu cần cung cấp Nhiệt lượng sữa thu vào (kJ) Nhiệt lượng - - - 239.230,485 3.752,5146 6.715,6993 - 11.961,5243 sữa toả (kJ) Nhiệt lượng tổn thất (kJ) CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ TIỆT TRÙNG 5.1 Tính tốn lựa chọn thiết bị tiệt trùng dạng Lượng sữa cần tiệt trùng giờ: mtiệt trùng = 518,75 (kg) 49 Năng suất thiết bị tiệt trùng tối thiểu phải là: Nmin = mtiệt trùng 518,75 kg = = 518,75 ( ) t tiệt trùng h Chọn thiết bị có suất vượt 20% suất thực tế: l Ntiệt trùng = Nmin + 20%Nmin = 120% × 507,58 = 609,096 ( ) h Vậy chọn thiết bị tiệt trùng UHT dạng BS–UHT–1 suất 1000 kg/h SAIWEI (Giang Tô, Trung Quốc) phân phối cơng ty IFOOD (Việt Nam) Hình 5.1 thiết bị UHT dạng BS-UHT-1 Bảng 5.1 Thông số kỹ thuật thiết bị UHT dạng BS-UHT-1 Thông số kỹ thuật Năng suất tối đa (T/h) Nhiệt độ tiệt trùng (℃) Thời gian giữ nhiệt (s) Nhiệt độ làm lạnh (℃) Giá trị 137 50 Cơng suất làm lạnh (T/h) Kích cỡ mối nối (mm) Trọng lượng (kg) Kích thước (mm) Cơng suất (kW) Φ14 980 630×219×590 5.2 Tính số mỏng (tấm) sử dụng Kích thước mỏng: + A = 219 mm + B = 545 mm + C = 110 mm + D = 370 mm + E = 56 mm Gọi N số sử dụng Diện tích mặt tấm: E S1 = A × B − 4π × ( ) 56 ⇔ S1 = 219 × 545 − × 3,14 × ( ) ⇔ S1 = 109.502,9654 (mm2 ) = 0,1095029654 (m2 ) Diện tích truyền nhiệt là: S = 2S1 = × 0,1095029654 ≈ 0,219 (m2 ) Nhiệt lượng trình tiệt trùng: + Giai đoạn 1: x1 = 75.050,2927 (kJ/h) + Giai đoạn 2: x2 = 134.313,9856 (kJ/h) + Giai đoạn 4: x4 = 239.230,485 (kJ/h) 51 Ta có: q = U × A × ∆Tlm Trong đó, + q: nhiệt lượng trình (J/s) + U: hệ số truyền nhiệt tổng số (J/m2 s℃) + A: diện tích truyền nhiệt (m2 ) + ∆Tlm : chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit (℃) Lấy U = 4000 chất lỏng có độ nhớt thấp Diện tích trao đổi nhiệt: A = Số cần dùng: N = A S q U×∆Tlm (m2 ) (tấm) 5.2.1 Giai đoạn – Nâng nhiệt từ 40℃ lên 75℃ 95℃ Nước nóng 20℃ 85,58℃ 75℃ 45,58℃ Sữa 40℃ Ta có: ∆T1 = 20℃ ∆T2 = 45,58℃ ⇒ ∆Tlm1 = ∆T2 −∆T1 ∆𝑇 ln( 2) ∆𝑇1 = 45,58−20 45,58 ln( 20 ) = 11,22 (℃) Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: 52 A1 = x1 U×∆Tlm1 = 75.050,2927 4.000×11,22 = 1,67 (m2 ) Số cần cho giai đoạn là: N1 = A1 S = 1,67 0,219 ≈ (tấm) 5.2.2 Giai đoạn – Nâng nhiệt từ 75℃ lên 137℃ Hơi nước bão hoà 145℃ 145℃ 8℃ 137℃ 70℃ Sữa 75℃ Ta có: ∆T1 = 70℃ ∆T2 = 8℃ ⇒ ∆Tlm2 = ∆T2 −∆T1 ∆T ln( ) ∆T1 = 8−70 ln(70) = 28,58 (℃) Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: A2 = x2 U×∆Tlm2 = 134.313,9856 4.000×28,58 = 1,17 (m2 ) Số cần cho giai đoạn là: N2 = A2 S = 1,17 0,219 ≈ (tấm) 5.2.3 Giai đoạn – Giữ nhiệt Sữa chảy ống giữ nhiệt khoảng thời gian 4s Giai đoạn không cần dùng đến 53 5.2.4 Giai đoạn – Hạ nhiệt 137℃ 102,98℃ Sữa 34,02℃ 25℃ 15℃ Nước lạnh 10℃ Ta có: ∆T1 = 102,98℃ ∆T2 = 15℃ ⇒ ∆Tlm4 = ∆T2 −∆T1 ∆T ln( ) ∆T1 = 15−102,98 15 ln(102,98) = 45,67 (℃) Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: A4 = x4 U×∆Tlm4 = 239.230,485 4.000×45,67 = 1,31 (m2 ) Số cần cho giai đoạn là: N4 = A4 S = 1,31 0,219 ≈ (tấm) Tổng số cần cho trình tiệt trùng là: N = N1 + N2 + N4 = + + = 20 (tấm) 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Thân Thị Hương (2022), Bài giảng Kỹ thuật thực phẩm Viện Dinh Dưỡng (2007) Bảng thành phần thực phẩm Việt Nam Nguyễn Công Khẩn Nhà xuất Y học 56 Phạm Hồng Hải, Nguyễn Xn Ngun, Nguyễn Bích Thuỷ, Trần Đình Toại (2007) Một số ứng dụng carrageenan khả sử dụng κ-carrageenan từ rong biển Việt Nam bảo quản chế biến thực phẩm Tạp chí Khoa học Công nghệ, 45(4): 87-93 Truy cập từ: https://sti.vista.gov.vn/file_DuLieu/dataTLKHCN//CVv5/2007/CVv5V45S04 2007087.pdf Đàm Sao Mai, Nguyễn Thị Hoàng Yến & Đặng Bùi Khuê (2011) Phụ gia thực phẩm Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Nguyễn Long Duy (2015) Cơng nghệ sản xuất & đóng gói sản phẩm thực phẩm lỏng vô trùng Hội thảo Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Ngày 18/12/2015 Thành phố Hồ Chí Minh 70-101 Ifood Việt Nam Thiết bị tiệt trùng UHT dạng (Plate UHT Sterilizer) Truy cập từ: https://ifoodvietnam.com/may-thiet-bi/thiet-bi-tiet-trung-uhtdang-tam-plate-uht-sterilizer/ MNB Automation (2021) Tìm hiểu cơng nghệ bao bì TETRAPAK Truy cập từ: http://mnb.com.vn/vi/tim-hieu-ve-cong-nghe-bao-bi-tetrapak- n234.html ValveMen (2019) Thiết bị thực phẩm – Các thiết bị nhiệt Truy cập từ: https://valve.vn/goc-chuyen-gia/thiet-bi-thuc-pham cac-thiet-binhiet.html#mcetoc_1dc5qmufe4 Tài liệu tiếng Anh 55 Liu K (2012) Argonomic Characteristics, Production, and Marketing In: Soybeans: Chemistry, Technology, and Utilization (1997th edition) Springer, Berlin, Germany 1-3 El-Shemy, H (Ed.) (2011) Soybean Products Consumption in the Prevention of Cardiovascular Diseases In: Soybean and health BoD–Books on Demand 1-13 10 Chong, W K., Mah, S Y., Easa, A M., & Tan, T C (2019) Thermal inactivation of lipoxygenase in soya bean using superheated steam to produce low beany flavour soya milk Journal of food science and technology 56(9): 4371-4379 DOI: 10.1007/s13197-019-03905-4 56