Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC======o0o======ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHUYÊN NGÀNH CƠNGNGHỆ THỰC PHẨMĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN PHÂN XƯỞNG CÔ ĐẶC 2 NỒI XUÔI CHIỀU
lOMoARcPSD|39222806 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ======o0o====== ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN PHÂN XƯỞNG CÔ ĐẶC 2 NỒI XUÔI CHIỀU THIẾT BỊ CÔ ĐẶC CÓ PHÒNG ĐỐT NGOÀI THẲNG ĐỨNG DÙNG CHO CÔ ĐẶC DUNG DỊCH SỮA BÒ TƯƠI Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thế Hữu Sinh viên thực hiện : Lại Thúy Hiền Lớp : ĐH CN Thực Phẩm 3 – K15 Chuyên ngành : Công nghệ thực phẩm MSV : 2020606481 Hà Nội, năm 2023 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hóa Lời mở đầu Đồ án chuyên ngành công nghệ thực phẩm là cơ hội cho sinh viên nắm vững kiến thức đã học, tiếp cận với thực tế thông qua việc tính toán, lựa chọn quy trình và các thiết bị với số liệu cụ thể Đây là cơ sở để sinh viên dễ dàng nắm bắt công nghệ và giải quyết những vấn đề kỹ thuật tổng hợp một cách nhanh chóng, phục vụ cho công việc sau này Trong công nghệ hóa học và thực phẩm có rất nhiều phương pháp sản xuất khác nhau ứng dụng cho các quy trình chế biến, tùy thuộc vào từng loại nguyên liệu và yêu cầu về chất lượng sản phẩm Một trong các phương pháp đó là cô đặc Để thực hiện và hoàn thành tốt đồ án môn học ngành Công nghệ thực phẩm với đề tài “Thiết kế phân xưởng cô đặc 2 nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc có buồng đốt ngoài thẳng đứng dùng cho cô đặc dung dịch sữa dê tươi ” này em đã nhận được sự quan tâm ủng hộ và hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn, các thầy cô trong khoa Công nghệ Hoá, trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, cũng như bạn bè và người thân Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: Ban giám hiệu trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, khoa Công nghệ Hoá, bộ môn Công nghệ Thực Phẩm đã tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ em thực hiện đề tài này Các thầy cô Khoa Công nghệ Hoá, bộ môn Công nghệ Thực Phẩm đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu làm cơ sở để hoàn thành đề tài này Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Thế Hữu, người đã tận tình chỉ bảo em trong suốt thời gian làm đồ án môn học Em xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Sinh viên thực hiện Lại Thúy Hiền 2 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội MỤC LỤC Khoa công nghệ hóa Lời mở đầu 2 MỤC LỤC 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4 1.1 Tên đề tài 4 1.2 Tổng quan về sữa 4 1.1.1 Giới thiệu chung về sữa bò 4 1.1 Nguyên liệu chính và phụ 4 1.1.1 Nguyên liệu chính 4 1.1.2 Đường saccharose (C12H22O11) .5 1.1.3 Đường lactose 5 1.1.4 Các phụ gia 5 1.2 Giới thiệu về nguyên liệu sữa tươi .5 1.2.1 Một số tính chất vật lý của sữa bò 5 1.2.2 Thành phần hóa học của sữa tươi 6 1.3Giá trị dinh dưỡng của sữa bò 10 1.4 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC 11 1.3.1 Định nghĩa 11 1.5.THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 15 1.5.1Phân loại và ứng dụng .15 1.5.2Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc 15 1.6.QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA BÒ CÔ ĐẶC 15 1.6.1CƠ SỞ LỰA CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 15 1.6.2CÁC YÊU CẦU TRONG SẢN XUẤT 16 1.7.SƠ ĐỒ VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 17 Thu nhận nguyên liệu sữa tươi 18 Kiểm tra, lọc 18 Định lượng .18 Xử lý nhiệt, làm nguội 19 Phối trộn 19 Cô đặc 19 Làm nguội, kết tinh .19 Rót sản phẩm, ghép mí 20 Hoàn thiện sản phẩm .20 3 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hóa Sản phẩm sữa cô đặc có đường .20 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÀN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 21 1.Tính toán công nghệ: 21 1.1.Tính cân bằng vật liệu: 21 2.1.2.Thiết kế chính: 35 2.1.2.1.3.Chiều dày lưới đỡ ống 35 2.1.2.8.Ống tuần hoàn .55 CHƯƠNG 3:THIẾT BỊ PHỤ 58 3.1.1.CÂN BẰNG VẬT LIỆU 58 3.2.2.KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET 59 3.3 CHỌN BƠM 63 3.3.1 Bơm chân không 63 3.3.2 Bơm nước lạnh vào thiết bị ngưng tụ 64 3.3.3 Bơm dung dịch lên thùng cao vị 67 3.4 Chọn kính quan sát 69 4 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Khoa công nghệ hóa Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 1.1 Tên đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Tính toán và thiết kế phân xưởng cô đặc 2 nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài thẳng đứng dùng cho cô đặc dung dịch sữa bò tươi với những yêu cầu sau: Năng suất theo nguyên liệu: 3790 kg/h Chiều cao ống truyền nhiệt: 4m Nồng độ đầu của dung dịch: 11,3% Nồng độ cuối của dung dịch: 28,9% Áp suất hơi đốt: 4 at Áp suất hơi ngưng tụ: 0,3 at 1.2 Tổng quan về sữa 1.1.1 Giới thiệu chung về sữa bò 1.1 Nguyên liệu chính và phụ 1.1.1 Nguyên liệu chính Nguyên liệu chính của nhà máy là sữa bò tươi Sữa là một hợp chất giàu dinh dưỡng và cần thiết đối với con người do tính hài hòa cân đối của nó Sữa ngoài cung cấp các acid amin thiết yếu, các acid béo không no, vitamin và chất khoáng nó còn cung cấp một lượng canxi dồi dào Có thể lấy sữa từ nhiều loài gia súc khác nhau như: dê, cừu, bò, trâu, lừa, ngựa Nhưng trong tất cả các loại gia súc có thể lấy sữa được, người ta chú ý nhiều nhất đến sữa bò, là loại sữa thông dụng nhất Từ sữa bò có thể sử dụng để chế biến thành nhiều dạng sản phẩm như: sữa tươi tiệt trùng, sữa đặc, bơ, phomat, sữa bột, yaourt Yêu cầu về sữa nguyên liệu trong sản xuất sữa cô đặc: - Sữa nguyên liệu để sản xuất sữa cô đặc phải đạt các chỉ tiêu về cảm quản quan, hóa lí và vi sinh tương tự trong công nghệ sản xuất các sản phẩm khác từ sữa - Hàm lượng các tế bào sinh dưỡng chịu nhiệt và các bào tử vi khuẩn trong nguyên liệu càng thấp càng tốt Quá trình cô đặc sữa thường được thực hiện trong điều kiện chân không ở nhiệt độ 65÷70oC Trong khoảng nhiệt độ này, các tế bào VSV chịu nhiệt không bị tiêu diệt, chúng có thể vẫn tiếp tục trao đổi chất với môi trường Hơn nữa, đây là khoảng nhiệt độ lí tưởng cho sự nảy mầm của các tế bào vi khuẩn Sự ổn định của các protein sữa với tác nhân nhiệt càng bền càng tốt 5 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hóa Trong quá trình cô đặc bốc hơi, nhiệt độ có thể làm biến tính protein sữa, ta cần hạn chế hiện tượng này Sự ổn định của các phân tử protein đối với tác nhân nhiệt phụ thuộc vào giá trị pH, tỷ lệ hàm lượng các muối có trong sữa cũng như thành phần thức ăn của động vật và chu kì tiết sữa.[1] 1.1.2 Đường saccharose (C12H22O11) Saccharose là disaccharide do hai phân tử glucose và fructose liên kết với nhau, tách bỏ đi một phân tử nước Saccharose được bổ sung vào trong sản phẩm sữa cô đặc có đường nhằm mục đích tăng độ ngọt, giá trị dinh dưỡng và có giá trị áp lực thẩm thấu bên trong sản phẩm Nhờ đó, sản phẩm sữa cô đặc có đường không cần qua quá trình tiệt trùng nhưng vẫn có thể bảo quản được trong thời gian dài Hiện nay, các nhà sản xuất sử dụng đường tinh luyện (Refined Extra – RE) trong sản xuất sữa cô đặc có đường Dưới đây là ví dụ về mức giá trị cho các chỉ tiêu hóa lý của đường saccharose: - Độ ẩm: không lớn hơn 0.05% - Hàm lượng saccharose: không nhỏ hơn 99.8% chất khô - Hàm lượng tro: không lớn hơn 0.03% - Độ màu: không lớn hơn 30oICUMSA 1.1.3 Đường lactose Thường được sử dụng dưới dạng mầm tinh thể trong quy trình sản xuất sữa cô đặc có đường Bổ sung lactose vào để điều khiển quá trình kết tinh lactose sao cho kích thước tinh thể đạt được giá trị theo yêu cầu Trước khi sử dụng, đường lactose được sấy khô và nghiền nhỏ với kích thước vài µm Ngoài ra, có thể sử dụng một phần sữa cô đặc có chứa tinh thể lactose mịn của mẻ sản xuất trước để gây mầm tinh thể cho mẻ sau 1.1.4 Các phụ gia Để hạn chế hiện tượng đông tụ protein dưới tác dụng của nhiệt độ, các nhà sản xuất thường bổ sung muối disodium phosphate, trisodium phosphate hoặc sodium citrate vào sữa Mục đích chính là cân bằng trở lại hàm lượng các cation và anion có trong sữa Để ổn định cấu trúc sản phẩm, tránh hiện tượng tách muối trong quá tình bảo quản, người ta sử dụng các chất ổn định khác nhau như leucithine (chất tạo nhũ), caraghenan (chất tạo độ nhớt)… Để tăng giá trị dinh dưỡng, người ta bổ sung vào sữa cô đặc các loại vitamin khác nhau như vitamin tan trong chất béo (A,D), vitamin tan trong nước (nhóm B)…[2] 6 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hóa 1.2 Giới thiệu về nguyên liệu sữa tươi 1.2.1 Một số tính chất vật lý của sữa bò Sữa là một chất lỏng đục Độ đục của sữa là do các chất béo, protein và một số chất khoáng trong sữa tạo nên Màu sắc của sữa phụ thuộc chủ yếu về hàm lượng β-caroten có trong chất béo của sữa Sữa bò thường có màu từ trắng đến vàng nhạt Sữa gầy (sữa đã được tách béo) thường trong hơn và ngả màu xanh nhạt Sữa bò có mùi rất đặc trưng và có vị nhẹ Một số tính chất quan trọng của sữa bò: Độ pH 6.5÷6.7 Độ chua 15÷18 (oD) Tỉ trọng 1.028÷1.036 (g/cm3) Điểm đông đặc -0,59÷-0.54 (oC) Nhiệt dung riêng 0.933÷0.954 (cal/goC) 1.2.2 Thành phần hóa học của sữa tươi 1.2.2.1 Đường lactose Đường lactose trong sữa bò có hàm lượng trung bình 50g/l và tồn tại dưới hai dạng α-lactose và β-lactose Khi thủy phân lactose cho ra một phân tử glucose và một phân tử galactose Trong sữa, lactose luôn ở trạng tái hòa tan Những đặc điểm về khả năng hào tan và kết tinh của nó rất quan trọng, cho phép áp dụng trong công nghiệp chế biến sữa cô đặc có đường Cơ chế của sự kết tinh đường lactose có ích lớn trong công nghiệp sữa cô đặc có đường Đường lactose là một gluxit ít hòa tan hơn đường saccharose là đường được bổ sung vào đường cô đặc Khi người ta làm lạnh sản phẩm này, đường lactose ban đầu sẽ ở trạng thái dung dịch quá bão hòa rồi sau đó chúng kết tinh Sự kết tinh đường này ảnh hưởng đến chất lượng của sữa cô đặc Nếu xảy ra sự hình thành các tinh thể lớn, sản phẩm có cấu trúc như dạng cát và không thích hợp (dân gian gọi là “sạn đường”) Ngược lại, nếu sự kết tinh đường xảy ra dưới dạng hình thành các tinh thể nhỏ (kích thước hạt kết tinh