nghiên cứu thiết kế thiết bị sấy cá kiểu đối lưu cưỡng bức có gia nhiệt bổ sung làm thức ăn chăn nuôi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI        NGUYỄN THANH HẢI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY CÁ KIỂU ðỐI LƯU CƯỠNG BỨC CÓ GIA NHIỆT BỔ SUNG LÀM THỨC ĂN CHĂN NUÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông, lâm nghiệp Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. TRẦN NHƯ KHUYÊN HÀ NỘI - 2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và hoàn toàn chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ ñể thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2010 Tác giả luận văn Nguyễn Thanh Hải Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ii LỜI CẢM ƠN ðể hoàn thành ñề tài nghiên cứu ngoài sự cố gắng của bản thân, tôi ñã nhận ñược rất nhiều sự quan tâm giúp ñỡ nhiệt tình của thầy cô, bạn bè và người thân. Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến thầy giáo PGS-TS. Trần Như Khuyên ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành ñề tài nghiên cứu. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô Bộ môn Thiết bị bảo quản và chế biến nông sản Khoa Cơ ñiện, Viện sau ñại học - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, Ban Giám Hiệu, các Phòng, Khoa và toàn thể cán bộ, giáo viên, công nhân viên của Trường Cao ñẳng Kỹ thuật Công nghiệp, các ñồng nghiệp và người thân, bạn bè ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2010 Tác giả Nguyễn Thanh Hải Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt v Danh mục bảng vi Danh mục hình vii MỞ ðẦU 1 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 1.1 Tình hình sản xuất bột cá làm thức ăn chăn nuôi 3 1.1.1 Nhu cầu bột cá làm thức ăn chăn nuôi ở nước ta hiện nay 3 1.1.2 Nguyên liệu sản xuất bột cá làm thức ăn chăn nuôi 4 1.2 Công nghệ sản xuất bột cá làm thức ăn chăn nuôi 12 1.2.1 Quy trình công nghệ sản xuất bột cá không tách dầu và nước 12 1.2.2 Quy trình công nghệ sản suất bột cá có tách dầu, tách nước 14 1.3 Tình hình nghiên cứu công nghệ và hệ thống thiết bị sấy cá 17 1.3.1 Công nghệ sấy cá 17 1.3.2 Hệ thống thiết bị sấy cá 20 1.3.3. Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy 24 1.3.4 Quy trình công nghệ sấy cá làm thức ăn chăn nuôi ở nước ta 31 1.4 Mục ñích và nhiệm vụ nghiên cứu của ñề tài 33 1.4.1 Mục ñích nghiên cứu 33 1.4.2 Nhiệm vụ nghiên cứu 33 Chương 2 ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1 ðối tượng nghiên cứu 34 2.2 Phương pháp nghiên cứu 37 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp iv 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 37 2.2.2 Phương pháp xác ñịnh các thông số nghiên cứu của quá trình sấy 38 Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ SẤY CÁ 41 3.1 Xác ñịnh các thông số cơ bản của hệ thống thiết bị sấy 41 3.1.1 Các ñiều kiện ban ñầu 41 3.1.2 Khối lượng sản phẩm sau khi sấy 41 3.1.3 Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ 42 3.2 Tính toán thiết kế các bộ phận chính của hệ thống thiết bị sấy 42 3.2.1 Tính toán thiết kế buồng sấy 42 3.2.2 Tính toán thiết bị trao ñổi nhiệt 55 3.2.3 Tính toán và chọn quạt 65 Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 68 4.1 Vật liệu và dụng cụ thí nghiệm 68 4.1.1 Vật liệu thí nghiệm 68 4.1.2 Dụng cụ thí nghiệm 68 4.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 68 4.2.1 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ñơn yếu tố 68 4.2.2 Kết quả nghiên cứu lựa chọn chế ñộ sấy 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 Kết luận 77 Kiến nghị 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TB: Trung bình TL: Trọng lượng TV: Thành viên TH: Tổng hợp HTS: Hệ thống sấy TNS: Tác nhân sấy VLS: Vật liệu sấy TN: Thí nghiệm Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp vi DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 1.1 Thành phần hoá học của một số loại cá biển 7 1.2 Thành phần hoá học trung bình của một số loại cá nước ngọt 8 1.3 Thành phần hoá học của các loại bột cá 11 1.4 ðặc tính kỹ thuật của máy sấy bơm nhiệt 21 3.1 ðặc tính kỹ thuật của hệ thống sấy cá SC-500 67 4.1 Kết quả thí nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy x 1 69 4.2 Ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy x 2 tới hàm Y j 71 4.3 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các khay sấy x 3 tới hàm Y j 72 4.4 Kết quả thí nghiệm lựa chọn chế ñộ sấy cá 75 4.5 Một số chỉ tiêu hóa học sản phẩm cá trước và sau khi sấy 75 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp vii DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 1.1 Một số loại cá nguyên con ñược sử dụng ñể sản xuất bột cá làm thức ăn chăn nuôi 5 1.2 Công nghệ sản xuất bột cá không tách dầu tách nước 13 1.3 Sơ ñồ quy trình công nghệ sản xuất bột cá có tách dầu và tách nước 15 1.4 Sơ ñồ nguyên lý máy sấy DAIKA 20 1.5 Sơ ñồ thiết bị sấy gián tiếp bằng không khí nóng 23 1.6 Thiết bị sấy cá ñảo chiều không khí SRA 24 1.7 ðồ thị quá trình sấy 27 1.8 Sơ ñồ qui trình công nghệ sấy cá 32 2.1 Thiết bị sấy cá SC – 500 có bộ phận gia nhiệt trung gian 34 2.2 Thiết bị phân tích các chỉ tiêu hóa học của cá tại phòng thí nghiệm trung tâm trường ðHNN Hà Nội 40 3.1 Biểu diễn quá trình sấy lý thuyết trên ñồ thị I – d 43 3.2 Sơ ñồ cấu tạo thiết bị trao ñổi nhiệt dạng ống 55 4.1 Dụng cụ thí nghiệm 68 4.2 ðồ thị ảnh hưởng của x 1 ñến các hàm Y J 70 4.3 ðồ thị ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy x 2 ñến các hàm Y J 71 4.4 ðồ thị ảnh hưởng của x 3 ñến các hàm Y J 73 4.5 Hình ảnh cá trước và sau khi sấy 76 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 1 MỞ ðẦU Trong những năm qua ngành nông nghiệp ñã gặt hái ñược những thành tựu ñáng tự hào với tốc ñộ tăng trưởng nhanh. ðó là ñiều kiện cho ngành chăn nuôi phát triển. Thực tế chăn nuôi ở nước ta trong thời gian qua cho thấy sự tiến bộ về công nghệ và thiết bị chế biến thức ăn gia súc, sự ña dạng về nguyên liệu ñã có tác ñộng rất lớn làm tăng trưởng mạnh ñàn gia súc, gia cầm, diện tích nuôi trồng thuỷ sản cả về số lượng và chất lượng. Theo các số liệu thống kê thì nhu cầu thức ăn chăn nuôi ngày một tăng nhanh. Trong thành phần thức ăn chăn nuôi gia súc ngoài ngô, ñỗ tương, khoáng lượng bột cá chiếm tỉ lệ khá lớn từ 5 -10% nguyên liệu ñối với thức ăn gia cầm, 20 - 60 % với thức ăn gia súc và nuôi trồng thủy sản, ðể ñáp ứng ñược nhu cầu thức ăn chăn nuôi, chúng ta cần khoảng 1,2 -1,5 triệu tấn bột cá/năm làm nguyên liệu cho các nhà máy chế biến. Trong chế biến thức ăn chăn nuôi bột cá ñược sản xuất từ các loại cá có chất lượng thấp hay còn gọi là cá tạp sau khi ñược phơi hoặc sấy khô chúng ñược nghiền nhỏ thành bột. Bột cá sẽ ñược trộn cùng các loại nguyên liệu khác ñể tạo thành thức ăn. Việt nam là nước có bờ biển trải dài cùng với hệ thống sông ngòi, ao hồ dày ñặc, nuôi trồng, ñánh bắt thuỷ hải sản là một nghề truyền thống của người dân ven biển và các sông lớn. Sản lượng thuỷ hải sản và ñặc biệt là cá ñánh bắt ñược là rất lớn, trong tổng lượng cá ñánh bắt ñược và nuôi trồng khoảng 3,4 triệu tấn thì các loại cá tạp có chất lượng thấp, các sản phẩm ñể lại của các nhà máy trong quá trình chế biến cá xuất khẩu chiếm khoảng từ 30-40%. Phần lớn lượng cá này ñược tiến hành phơi hoặc sấy khô làm nguồn nguyên liệu cho ngành công nghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi. Trước ñây và hiện nay, ñể làm khô các loại cá này người ta sử dụng phương pháp truyền thống là phơi nắng hoặc làm khô trong các lò sấy thủ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 2 công, các phương pháp làm khô trên còn tồn tại rất nhiều nhược ñiểm như năng suất và chất lượng sản phẩm thấp, thời gian sấy kéo dài, gây ô nhiễm môi trường. ðặc biệt trong trường hợp phơi nắng thường rất bị ñộng, nếu gặp thời tiết xấu có thể làm hỏng cả mẻ cá, gây thiệt hại lớn, còn sấy bằng lò sấy thủ công do sử dụng trực tiếp khói lò làm tác nhân sấy, sản phẩm dễ nhiễm các chất ñộc từ khói, ảnh hưởng xấu ñến sức khỏe vật nuôi và chất lượng thực phẩm. Hơn nữa cá là loại vật liệu keo rất dễ biến ñổi chất lượng khi nhiệt ñộ cao, vì vậy ñể ñảm bảo chất lượng cá, thường phải sấy ở nhiệt ñộ thấp, khi ñó thời gian sấy kéo dài, vi khuẩn nấm mốc có thể làm hư hỏng sản phẩm ngay trong quá trình sấy. Những năm gần ñây, một số các công ty ñã ñầu tư hệ thống thiết bị máy móc ñể sấy thuỷ, hải sản và ñã nhập nhiều những dây truyền thiết bị hiện ñại từ Thái Lan, Nhật, Mỹ Hầu hết các loại máy sấy trên là những loại máy hiện ñại, năng xuất cao, nhưng giá thành rất lớn và chi phí nhiên liệu trong quá trình sấy rất lớn. Như máy sấy ñĩa dây trong chuyền 20 tấn tươi/ ngày của Thái Lan nói trên; ở ñầu vào là cá tạp nguyên liệu, ở ñầu ra là bột cá khô, giá thành máy khá ñắt 250.000USD (khoảng 4,8 tỷ VNð), hơn nữa sử dụng nhiên liệu là dầu hỏa, làm chi phí sấy tăng nhiều nên hầu hết các cơ sở sản xuất trong nước không chấp nhận. Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo ra các thiết bị sấy nhằm tạo ra sản phẩm sấy có chất lượng cao, kết cấu ñơn giản, giá thành hạ, phù hợp với qui mô, khả năng ñầu tư tài chính của các cơ sở sản xuất trong nước là vấn ñề có ý nghĩa thực tiễn rất lớn. Xuất phát từ tình hình thực tiễn trên, ñược sự hướng dẫn của PGS.TS. Trần Như Khuyên Bộ môn Thiết bị bảo quản và chế biến nông sản khoa Cơ ðiện-Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, tôi thực hiện ñề tài: “ Nghiên cứu thiết kế thiết bị sấy cá kiểu ñối lưu cưỡng bức có gia nhiệt bổ sung làm thức ăn chăn nuôi ”. [...]... Nguyên li u s n xu t b t cá làm th c ăn chăn nuôi[ 10] Nguyên li u ñ s n xu t b t cá có th là cá nguyên con ho c ph ph m c a cá 1.1.2.1 Cá nguyên con a M t s lo i cá dùng trong ch bi n th c ăn chăn nuôi Cá nguyên con dùng trong ch bi n th c ăn chăn nuôi thư ng là các Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ nông nghi p 5 lo i cá có ch t lư ng th p bao g m cá nư c ng t như: cá di c, mè hoa, mè... lòng canh, và cá nư c m n như: cá n c s , cá m i, cá phèn hai s c, các cơm, cá mòi, cá l p, cá chu n, nh m t s lo i cá nguyên con ñư c s d ng ñ s n xu t b t cá làm th c ăn chăn nuôi ñư c th hi n trên hình 1.1 Cá cơm Cá di c Cá mương Cá phèn Hình 1.1 M t s lo i cá nguyên con ñư c s d ng ñ s n xu t b t cá làm th c ăn chăn nuôi b ð c ñi m c u trúc và thành ph n hóa h c C u trúc th t cá là h keo ñ c... Th c t chăn nuôi nư c ta trong th i gian qua cho th y s ti n b v công ngh và thi t b ch bi n th c ăn gia súc, s ña d ng v nguyên li u ñã có tác ñ ng r t l n làm tăng trư ng m nh ñàn gia súc, gia c m, di n tích nuôi tr ng th y s n c v s lư ng và ch t lư ng Song ñi u ñáng lo ng i có th c n tr s phát tri n c a ngành chăn nuôi là giá th c ăn gia súc chăn nuôi quá cao, giá thành thành s n ph m chăn nuôi còn... văn th c sĩ nông nghi p 3 Chương 1 T NG QUAN TÀI LI U 1.1 Tình hình s n xu t b t cá làm th c ăn chăn nuôi 1.1.1 Nhu c u b t cá làm th c ăn chăn nuôi nư c ta hi n nay Hi n nay ph n l n cá cung c p cho các nhà máy ch bi n th c ăn chăn nuôi gia súc trong nư c ñ u nh p kh u chi m kho ng 70%, giá r t cao (20.000 – 25.000 ðVN/kg) t các nư c như: Peru, Chilê, Nh t, Trung Qu c Tình hình giá các lo i th c ăn. .. hơn so v i các nư c trong khu v c, làm cho ngư i chăn nuôi ít lãi ho c không có lãi, kh năng c nh tranh trên th trư ng th gi i th p, th m chí m t s s n ph m chăn nuôi không xu t kh u ñư c ðây là thách th c l n ñ t ra cho ngành chăn nuôi c n có bi n pháp h giá th c ăn b ng cách s n xu t, t o ngu n nguyên li u trong nư c thay th nh p kh u Nguyên nhân làm cho giá th c ăn chăn nuôi gia súc tăng cao do... t th c ăn chăn nuôi, có như v y m i góp ph n bình n giá thành giá thành th c ăn chăn nuôi, giúp ngư i nuôi b t ph p ph ng theo giá Hàng năm trên th gi i s n lư ng thu s n ñ t g n 100 tri u t n 70% s n lư ng cá làm th c ph m tr c ti p cho con ngư i, còn l i 30% cá dùng làm s n xu t th c ăn chăn nuôi ( 25,5 tri u t n) V ch t lư ng dinh dư ng ñ n có th Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c... thu ñư c ph n có có giá tr nh t c a cá là th t, tr ng và gan,… Các b ph n còn l i như: ñ u, xương, vây, v y n i t ng ñư c ch bi n thành d ng b t làm th c ăn chăn nuôi B t cá: Nguyên li u ñ ch bi n là cá nguyên hay cá ph ph m c a các nhà máy cá h p Tuỳ theo nguyên li u ch bi n, ngư i ta chia ra 2 lo i: b t cá nhi u ch t béo và b t cá ít ch t béo Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ nông... Ch t béo c a th t cá không có màu ho c có màu vàng nh t, m t s có màu ñ vì có nhi u caroten Ch t béo c a cá chi m t l khá cao (0,7÷20%) Nh ng gi ng cá có gan nh thì ch t béo l i tích lu th t (cá mòi 8 ÷ 20%, cá ng 23%, cá trích 7÷30%) M cá và các ñ ng v t s ng dư i nư c có thành ph n tương t như m c a ñ ng v t s ng trên c n Chúng ch a ch y u là các glyxerit Thành ph n axit c a d u cá khác xa v i d u... c n ph i có phương pháp và thi t b thích h p ñ b o qu n cá nguyên li u ñ tránh quá trình bi n ñ i gây hư h ng nguyên li u ð i v i cá dùng làm th c ph m ngư i ta thư ng áp d ng phương pháp b o qu n l nh ho c l nh ñông ð i v i cá làm th c ăn chăn nuôi c n ph i ñư c làm khô ngay ñ gi m chi phí cho quá trình v n chuy n, bao gói và b o qu n 1.1.2.2 Các s n ph m ph c a cá Trong quá trình gi t m cá, ngư i... n l n các lo i v t li u s y ñ u có d ng chung như trên ñ th hình 1.7 Căn c vào s bi n thiên c a t c ñ s y, có th chia hai giai ño n ch y u: t c ñ s y không ñ i (giai ño n I) và t c ñ s y gi m (giai ño n II) N u căn c theo trình t th i gian thì quá trình s y ñư c chia theo 3 giai ño n: - Giai ño n ñ u làm nóng v t li u, ng v i th i gian r t ng n τo nh m Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th . HẢI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY CÁ KIỂU ðỐI LƯU CƯỠNG BỨC CÓ GIA NHIỆT BỔ SUNG LÀM THỨC ĂN CHĂN NUÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới. bột cá làm thức ăn chăn nuôi 3 1.1.1 Nhu cầu bột cá làm thức ăn chăn nuôi ở nước ta hiện nay 3 1.1.2 Nguyên liệu sản xuất bột cá làm thức ăn chăn nuôi 4 1.2 Công nghệ sản xuất bột cá làm thức. hệ thống thiết bị sấy cá 17 1.3.1 Công nghệ sấy cá 17 1.3.2 Hệ thống thiết bị sấy cá 20 1.3.3. Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy 24 1.3.4 Quy trình công nghệ sấy cá làm thức ăn chăn nuôi ở