Đề tài "Tính toán hệ thống sấy phun dịch sữa bắp năng suất 150 lít/h" mang tính cấp thiết cao, xuất phát từ nhu cầu thực tiễn của ngành công nghiệp thực phẩm và nhu cầu tiêu thụ của thị
Mục tiêu đề tài
Mục tiêu của đề tài này là nghiên cứu tính toán và thiết kế một hệ thống sấy phun dịch sữa bắp với năng suất đạt 150 lít/h ứng dụng vào sản xuất thực tiễn tạo ra sản phẩm đạt yêu cầu chất lượng
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình công nghệ và chất lượng sản phẩm Điều này có thể bao gồm việc sử dụng công nghệ mới, cải thiện quy trình sản xuất và áp dụng các biện pháp kiểm soát chất lượng.
Nội dung đồ án
- Phương pháp nghiên cứu và tính toán thiết kế
- Tính toán thiết kế và chế tạo
- Xây dựng bản vẽ kỹ thuật để chế tạo
- Thiết kế hệ thống tự động hóa
- Tính kinh tế cho dự án đầu tư hệ thống sấy cho nhà máy
Phương pháp tính toán
Phương pháp tham khảo tài liệu: tham khảo tài liệu của các tác giả trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài
Phương pháp tính toán và thiết kế dựa trên việc phát triển lý thuyết để phục vụ đề tài
Sử dụng phần mềm AUTOCAD để xây dựng bản vẽ kỹ thuật
Sử dụng các công cụ toán học, các phần mềm hỗ trợ soạn thảo văn bản, tính toán như Word 2016, Excel 2016,
Ý nghĩa khoa học
Đề tài nhằm nghiên cứu, tính toán, thiết kế từ các thông số công nghệ ban đầu Từ đó xây dựng bản vẽ kỹ thuật cho hệ thống sấy phun Tạo điều kiện cho các nghiên cứu về các tính chất của các loại vật liệu ẩm khác nhau trong công nghệ sấy phun.
Ý nghĩa thực tiễn
- Đề tài đã tính toán, thiết kế hệ thống sấy phun dịch sữa bắp năng suất 150 lít/h, phục vụ cho quá trình chế tạo hệ thống sấy phun vào sản xuất thực tiễn
- Khắc phục một số nhược điểm và cải tiến một số vấn đề trong công nghệ sấy phun
- Nghiên cứu này cũng làm tiền đề cho các nghiên cứu sau này của hệ thống sấy phun với mong muốn tạo ra những đột phá mới trong lĩnh vực này.
Bố cục
Đề tài nghiên cứu này bao gồm 7 chương: Chương 1: Tổng quan; Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và tính toán thiết kế; Chương 3: Tính toán thiết kế và chế tạo; Chương 4: Xây dựng bản vẽ kỹ thuật để chế tạo; Chương 5: Thiết kế hệ thống tự động hóa; Chương 6: Quy trình công nghệ; Chương 7: Tính kinh tế cho dự án đầu tư hệ thống sấy cho nhà máy Ngoài ra gồm các phần phụ như: lời cảm ơn, lời cam đoan, mục lục, danh mục hình ảnh, danh mục bảng, lời nói đầu, kết luận, kiến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục Tất cả được trình bày trong 156 trang.
TỔNG QUAN
Tổng quan về nguyên liệu
1.1.1 Giới thiệu chung về ngô ngọt
Ngô ngọt (Zea mays convar saccharata var rugosa), còn được gọi là ngô đường và ngô cực (pole corn), là một loại ngô được trồng để làm thức ăn cho con người với hàm lượng đường cao Ngô ngọt là kết quả của đột biến lặn xảy ra tự nhiên ở các gen kiểm soát quá trình chuyển hóa đường thành tinh bột bên trong nội nhũ của hạt ngô Ngô ngọt được hái khi còn non (giai đoạn sữa) và được chế biến và ăn như một loại rau, thay vì ngô ngoài đồng, được thu hoạch khi hạt khô và trưởng thành (giai đoạn lõm) Vì quá trình trưởng thành liên quan đến việc chuyển hóa đường thành tinh bột nên ngô ngọt dự trữ kém và phải ăn tươi, đóng hộp hoặc đông lạnh trước khi hạt trở nên dai và nhiều tinh bột
Hình 1 1 Ngô ngọt Ở thời điểm chín muồi tối ưu trên thị trường, ngô ngọt sẽ chứa 5 - 6% đường, 10 - 11% tinh bột, 3% polysacarit hòa tan trong nước và 70% nước Ngô ngọt cũng chứa hàm lượng protein, vitamin A (giống màu vàng) và kali vừa phải Chỉ sử dụng những giống sớm nhất để trồng vào cuối mùa hè và mùa thu để đảm bảo một vụ mùa thu bội thu Con ngọt chín vào mùa thu hầu như sẽ luôn có chất lượng cao nhất (Haddadi và cộng sự, 2016)
Ngô ngọt là một trong những loại rau phổ biến nhất ở Hoa Kỳ và Canada Mức tiêu thụ ngày càng tăng ở Đông Á, Châu Âu và Nam Mỹ Ở Mỹ nó là biểu tượng của mùa hè; người tiêu dùng biết tên các ngô yêu thích của họ và mỗi mùa hè đều có những bài báo phổ biến về cách trồng và chế biến ngô ngọt Khi nhiều người Mỹ nghĩ đến thân cây, họ nghĩ đến ngô ngọt, dường như không biết đến hàng triệu mẫu thân cây hình thành nên nền tảng của nền nông nghiệp Mỹ Bất kỳ loại ngô nào được tiêu thụ ở giai đoạn chưa trưởng thành đều có thể được gọi là ngô ngọt, nhưng gần như tất cả ngô ngọt thương mại đều dựa trên một hoặc nhiều alen lặn đơn giản làm thay đổi hàm lượng carbohydrate trong nội nhũ (Tracy và cộng sự, 2000)
Cho đến năm 1961, alen Sugaryl (sul) trên nhiễm sắc thể số 4 đã xác định ngô ngọt Năm 1961, John Laughnan của Đại học Illinois đã cho ra đời loại siêu ngọt đầu tiên Hiện nay, ít nhất 8 gen ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp carbohydrate trong nội nhũ đang được sử dụng, đơn lẻ hoặc kết hợp, ở các giống ngô ngọt Các loại nội nhũ khác nhau khác nhau về chất lượng ăn, khả năng giữ (thời hạn sử dụng) và khả năng nảy mầm trên đồng Họ thường yêu cầu sản xuất hạt giống chuyên biệt, kỹ thuật trồng trọt và cách ly với nhau trên ruộng của nông dân để ngăn chặn sự thụ phấn chéo Các loại nội nhũ mới có quy trình sản xuất hạt giống và cây trồng phức tạp hơn nhưng chúng đã nâng cao chất lượng của cả ngô ngọt tươi và chế biến Điều này đã làm tăng sự hài lòng của người tiêu dùng, từ đó mang lại lợi ích cho nhà sản xuất Trong khi sự khác biệt chính giữa ngô ngọt và ngô ngọt là thành phần carbohydrate bị thay đổi Ở nội nhũ, ngô ngọt được phân biệt với các loại ngô khác bởi nhiều gen ảnh hưởng đến tất cả các giai đoạn phát triển của cây Những gen này ảnh hưởng đến chất lượng bữa ăn hoặc chất lượng ăn uống (hương vị, độ mềm và kết cấu), hình thức bên ngoài của bắp và cây cũng như khả năng sống của hạt giống (Tracy và cộng sự, 2000)
Sữa là một trong số ít thực phẩm được tiêu thụ mà không cần chế biến thêm và thường được coi là thực phẩm gần như hoàn hảo nhất Các nhà dinh dưỡng trên toàn thế giới đồng ý rằng nó có giá trị to lớn trong việc thúc đẩy sự tăng trưởng và phát triển của trẻ em và động vật non Mặc dù rất quan trọng trong việc nuôi dưỡng trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ, sữa (và các sản phẩm từ sữa) vẫn tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong chế độ ăn của chúng ta trong suốt cuộc đời trưởng thành của chúng ta (Kailasapathy, 2015)
Một số ứng dụng đã được tìm thấy đối với sữa trong chế độ ăn uống, từ việc cho trẻ sơ sinh ăn và dinh dưỡng, một chất phụ gia cho các đồ uống như trà và cà phê, một thành phần cho thực phẩm chế biến (ví dụ: kẹo, bánh kẹo, bánh mì, bánh ngọt) và là thành phần chính trong các sản phẩm sữa chế biến (ví dụ: kem, pho mát, sữa chua và bơ) Sữa có thể được chế biến và bảo quản dưới một số dạng (ví dụ: sữa bột, sữa đặc) và nhằm khắc phục tính chất dễ hỏng của sữa ở trạng thái tự nhiên (Kailasapathy, 2015)
1.1.2 Nguồn gốc và phân loại
Ngô ngọt có nội nhũ sul tồn tại ở Trung và Nam Mỹ vào thời kỳ tiền Colombia Ngô ngọt bản địa Nam Mỹ thuộc phức hợp Chullpi Trung tâm phân bố của Chullpi là Sierra ở miền nam Peru, nơi nó được trồng ở độ cao 2400 đến 3400m Chullpi cũng được tìm thấy ở Chile và Argentina, và các dạng có nguồn gốc được tìm thấy ở Ecuador và Bolivia, nơi chúng được đặt tên tương ứng là Chulpi và Chuspill Ở dạng thuần khiết nhất, Chullpi có tai hình trứng, ngắn, rất rộng với 20 đến 30 hàng hạt nhân (Tracy và cộng sự, 2000)
Giống ngô ngọt thứ hai thời tiền Colombia là Maiz Dulce của Mexico Maiz Dulce là trung tâm ở bang Jalisco và được trồng chủ yếu ở độ cao từ 1000 đến 1500m Kelly và Anderson tin rằng Maiz Dulce có quan hệ họ hàng với Chullpi Wellhausen và cộng sự đồng ý, nói rằng không có loại ngô nào được biết đến ở Mexico mà từ đó nó có thể được tạo ra thông qua đột biến, nhiều hàng giống như ngô ngọt của Nam Mỹ Ducillo del Noroeste, một loại ngô ngọt không giống Chullpi, được tìm thấy ở bang Sonora phía tây bắc Mexico
Nó có đôi tai dài hơn, thon hơn với các hạt nhân đều đặn hơn so với Maize Dulce hoặc Chullpi Không giống như các loại ngô ngọt khác của Mỹ Latinh, Ducillo del Noroeste thích nghi với điều kiện vùng đất thấp, khô cằn, cận nhiệt đới Ducillo del Noroeste có thể là nguồn gốc của sự lai tạo giữa Maize Dulce và Reven tador, một loại bỏng ngô được trồng ở cùng vùng với cả Maize Dulce và Ducillo del Noroeste (Tracy và cộng sự, 2000)
Các loại ngô ngọt được phân loại dựa vào nhiều yếu tố như độ ngọt, hàm lượng tinh bột, và hàm lượng carbohydrate trong hạt Hiện có bốn kiểu gen chính của ngô ngọt được xác định:
- Giống Sugary (Su): Đây là giống ngô ngọt tiêu chuẩn, xuất hiện những đột biến gen
Su Trong giai đoạn sữa non, chúng có hàm lượng saccharose khoảng 10,2% và polysaccharide hòa tan trong nước khoảng 22,8%, cao gấp từ 3 đến 8 lần so với ngô thường
Mặc dù ngô đường có hương vị ngon, nhưng hàm lượng đường có thể giảm đáng kể nếu không được bảo quản đúng cách (Trần Thị Thu Hoài, 2012)
- Giống Sugary enhanced (Se): Giống này có hàm lượng đường gấp đôi so với ngô ngọt thường Hạt ngô Se mềm, với hương vị ngon kéo dài hơn trong thời gian sau thu hoạch Có hai loại chính trong giống Se là homozygous và heterozygous, với hàm lượng đường khác nhau (Trần Thị Thu Hoài, 2012)
Có 2 nhóm khác biệt trong giống có chứa giống Se là homozygous và heterozygous Loại homozygous có đường cao hơn (20%-35%) trong 100% hạt Loại heterozygous có hàm lượng đường thấp hơn (14% - 25%) và chỉ có 25% của hạt loại Se và 75% của loại Su Do đó loại homozygous thường là ngọt hơn loại heterozygous (Trần Thị Thu Hoài, 2012)
- Giống Super sweet (sh2): Trong giai đoạn sữa non, giống này có hàm lượng saccharose lên đến 29,9%, cao gấp 3-8 lần so với giống Su (10,2%) và ngô thường (3,5%) Đặc biệt, hạt ngô sh2 không chuyển đổi đường thành tinh bột và giữ được độ ngọt lâu sau thu hoạch (Trần Thị Thu Hoài, 2012)
- Giống gen SB: Đây là giống tạo ra ngô siêu ngọt với kiểu gen hỗn hợp
Ngoài ra, các giống ngô ngọt cũng khác nhau về màu sắc hạt và thời gian thu hoạch Các loại gen sh2 cần được trồng cách xa các giống khác hoặc trồng ở thời gian khác biệt để tránh sự thụ phần với các giống ngô khác và để tránh tạo ra tinh bột (Trần Thị Thu Hoài,
Bên cạnh đó, sự đột biến gen cũng ảnh hưởng đến kết cấu nội nhũ của ngô, được chia thành hai nhóm đột biến khác nhau:
- Nhóm đột biến 1: các giống bt1, bt2, sh2 có sự tích tụ đường từ tinh bột và có hàm lượng hydrrocacbon tổng giảm nhiều ở hạt trưởng thành (Trần Thị Thu Hoài, 2012)
- Nhóm đột biến 2: gồm các giống ae1, dul, sul, wx1 làm thay đổi loại và tổng lượng polysacarit tạo thành (Trần Thị Thu Hoài, 2012)
Tổng quan về quá trình sấy
1.2.1 Tổng quan về sấy vật liệu ẩm
Những vật đem sấy đều là những vật ẩm có chứa một khối lượng chất lỏng đáng kể (chủ yếu là nước) Trong quá trình sấy ẩm chất lỏng trong vật bay hơi, độ ẩm của nó giảm Trạng thái của vật liệu ẩm được xác định bởi độ ẩm và nhiệt độ của nó Độ ẩm của vật có thể biểu thị qua độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm toàn phần, độ chứa ẩm và nồng độ ẩm (Hoàng Văn Chước,
1999) a- Độ ẩm tuyệt đối Độ ẩm tuyệt đối là tỷ giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng khô tuyệt đối Độ ẩm tuyệt đối được ký hiệu 𝜔 𝑜 Ta có:
𝐺 𝐾 − 𝑘ℎố𝑖 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑣ậ𝑡 𝑘ℎô 𝑡𝑢𝑦ệ𝑡 đố𝑖 [𝑘𝑔] Độ ẩm tuyệt đối có giá trị từ 0% đến ∞ Vật có độ ẩm tuyệt đối 0% là vật khô tuyệt đối và vật có độ ẩm ∞ là vật chứa toàn bộ nước (Hoàng Văn Chước, 1999) b- Độ ẩm tương đối Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng của vật ẩm, ký hiệu là 𝜔 Ta có:
𝐺 − 𝑘ℎố𝑖 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑣ậ𝑡 ẩ𝑚: 𝐺 = 𝐺 𝑛 + 𝐺 𝐾 [𝑘𝑔] Độ ẩm tương đối có giá trị từ 0 đến 100% Vật có độ ẩm toàn phần 0% là vật khô tuyệt đối và 100% là vật toàn nước Như vậy, độ ẩm tương đối luôn luôn nhỏ hơn 100% (Hoàng Văn Chước, 1999)
Từ các biểu thức (1.1) và (1.2) , ta có được quan hệ giữa độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm tương đối Ta có:
(1.4) c- Độ ẩm cân bằng Độ ẩm cân bằng là độ ẩm của vật khi ở trạng thái cân bằng với môi trường xung quanh vật đó Ở trạng thái này độ chứa ẩm trong vật là đồng đều và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật ẩm bằng phân áp suất hơi nước trong không khí ẩm Lúc này không tồn tại sự trao đổi chất ẩm giữa vật và môi trường Như vậy độ ẩm cân bằng phụ thuộc trạng thái của môi trường bao quanh vật Độ ẩm cân bằng ký hiệu 𝜔 𝑐𝑏 , 𝜔 𝑜𝑐𝑏 , 𝑢 𝑐𝑏 ,… Trong kỹ thuật sấy độ ẩm cân bằng có ý nghĩa lớn, nó xác định giới hạn quá trình sấy và dùng để xác định độ ẩm bảo quản của mỗi loại vật liệu trong những điều kiện môi trường khác nhau Một vật ẩm có độ ẩm 𝜔 1 đặt trong môi trường không khí ẩm có trạng thái nhất định t1, 𝜑 1 Nếu độ ẩm của vật 𝜔 1 lớn hơn độ ẩm cân bằng tương ứng với trạng thái không khí t1, phi1 thì vật ẩm sẽ thoát ẩm cho tới khi đạt tới trị số độ ẩm cân bằng 𝜔 𝑐𝑏1 : Ngược lại nếu 𝜔 1
