Nghiên cứu quá trình và thiết bị hạ thủy phần mật ong đạt tiêu chuẩn xuất khẩu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Họ tên tác giả luận văn PHAN MINH THỤY TÊN ĐỂ TÀI LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ HẠ THỦY PHẦN MẬT ONG ĐẠT TIÊU CHUẨN XUẤT KHẨU THEO NGUYÊN LÝ MÀNG MỎNG Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ Hà nội – 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu trình thiết bị hạ thủy phần Mật Ong đạt tiêu chuẩn xuất theo nguyên lý màng mỏng tự thực hướng dẫn thầy giáo GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày …… tháng……năm 2015 Học viên thực Phan Minh Thụy LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn quan tâm giúp đỡ Ban giám hiệu Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, thầy cô Viện Sau Đại học, Viện Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm, thầy cô Bộ môn Quá trình thiết bị Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm Đặc biệt, xin trân trọng cám ơn bảo giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn quan tâm giúp đỡ gia đình, bạn bè tạo điều kiện vật chất tinh thần để hoàn thành luận văn Tác giả Phan Minh Thụy MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .2 LỜI CẢM ƠN .3 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHŨ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .9 MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẬT ONG 12 1.1 Sơ lược Mật Ong .12 1.1.1 Định nghĩa 12 1.1.2 Tính chất thành phần dinh dưỡng Mật Ong 12 1.1.3 Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng Mật Ong 15 1.1.4 Công dụng Mật Ong 17 1.2 Tình hình sản xuất tiêu thụ Mật Ong 18 1.2.1 Tình hình sản xuất Mật Ong Việt Nam .18 1.2.2 Tình hình tiêu thụ Mật Ong Việt Nam 19 1.3 Các phương pháp hạ thủy phần Mật Ong .21 1.3.1 Thiết bị bốc ẩm .22 1.3.2 Thiết bị trao đổi ẩm 24 1.3.2.1 Thiết bị dạng cánh quay 24 1.3.2.2 Thiết bị hạ thủy phần Mật Ong dạng tháp 25 1.4 Đặt vấn đề nghiên cứu 27 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 Vật liệu nghiên cứu 29 2.2 Cơ sở khoa học 29 2.2.1 Xác định trình chuyển pha lý thuyết .29 2.2.1.1 Các pha vật chất .29 2.2.1.2 Đồ thị pha 30 2.2.1.3 Quá trình bay 31 2.2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình bay phương pháp chảy màng .32 2.2.2 Bản chất kỹ thuật phương pháp chảy màng .34 2.3 Nội dung nghiên cứu 35 2.3.1 Xây dựng hệ thống thiết bị hạ thủy phần Mật Ong 35 2.3.1.1 Nguyên lý hệ thống 35 2.3.1.2 Thân thiết bị 38 2.3.1.3 Thiết bị phụ .42 2.3.1.4 Bộ điều khiển lập trình PLC dụng cụ đo 48 2.3.2 Nghiên cứu, xác định yếu tố ảnh hưởng đến trình trao đổi ẩm 53 2.3.2.1 Xác định thông số thiết bị ảnh hưởng đến cường độ tách ẩm 55 2.3.2.2 Xác định yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến cường độ tách ẩm.56 2.4 Phương pháp nghiên cứu .58 2.4.1 Thí nghiệm khảo sát cường độ tách ẩm dịch theo nồng độ dịch Mật Ong 58 2.4.2 Thí nghiệm khảo sát cường độ tách ẩm dịch theo nhiệt độ không khí 59 2.4.3 Phương pháp tính toán xử lý kết 59 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN .62 3.1 Mô hình thiết bị hạ thủy phần Mật Ong quy mô phòng thí nghiệm 62 3.2 Ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến cường độ tách ẩm 65 3.2.1 Nồng độ dịch Mật Ong 65 3.2.2 Nhiệt độ không khí 66 3.3 Đánh giá hiệu suất hạ thủy phần Mật Ong theo phương pháp chảy màng 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 Kết luận 69 Kiến nghị .69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 Tài liệu sách, giáo trình .70 Tài Liệu Internet 71 PHỤ LỤC 72 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHŨ VIẾT TẮT Ký hiệu Giải thích t Nhiệt độ φ Độ ẩm v Vận tốc kk Không khí A Cường độ lấy ẩm d Lượng chứa ẩm TCVN NXB Tiêu chuẩn Việt Nam Nhà xuất H Chiều cao B Chiều rộng b Độ rộng K Khoảng cách DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần hóa học Mật Ong 14 Bảng 1.2: Tiêu chuẩn chất lượng Mật Ong .15 Bảng 1.3: Tình hình nhập Mật Ong vào Mỹ năm 2013 20 Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật cảm biến JUMO 907021/40 50 Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật cảm biến đo tốc độ gió FST 200 – 2012111 51 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Nguyên lý thiết bị cô đặc chân không 23 Hình 1.2: Thiết bị tách nước dạng cánh quay 24 Hình 1.3: Thiết bị tách nước dạng tháp .25 Hình 2.1 Quá trình chuyển pha vật chất 30 Hình 2.2: Đồ thị pha H2O 31 Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống hạ thủy phần Mật Ong 36 Hình 2.4: Tấm 40 Hình 2.5: Mặt trước sau vỏ bao thiết bị 41 Hình 2.6: Cấu tạo mặt bên thiết bị 42 Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý máy lạnh .43 Hình 2.8: Đồ thị chu trình lạnh 44 Hình 2.9: Bơm bánh ăn khớp 46 Hình 2.10: Bánh ăn khớp 46 Hình 2.11: Bộ điều khiển lập trình PLC 49 Hình 2.12: Cảm biến đo nhiệt độ độ ẩm 50 Hình 2.13: Cảm biến đo tốc độ gió 52 Hình 2.14: Chiết quang kế 52 Hình 2.15: Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ tách ẩm 55 Hình 3.2: Khung đỡ thiết bị 63 Hình 3.3: Hệ thống hạ thủy phần Mật Ong quy mô phòng thí nghiệm 64 Hình 3.4: Đồ thị cường độ tách ẩm dịch Mật ong nồng độ 75 – 82 Brix 65 Hình 3.5: Đồ thị Cường độ tách ẩm dịch mật ong nhiệt độ không khí khác 67 10 A (Kg/m2.h) 0.4 0.35 0.3 Nhiệt độ (oC) 0.25 45 0.2 40 0.15 35 0.1 0.05 Nồng độ (Bx) 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 Hình 3.5: Đồ thị Cường độ tách ẩm dịch mật ong nhiệt độ không khí khác Nhìn vào đồ thị ta thấy cường độ lấy ẩm không khí tỷ lệ thuận với nhiệt độ không khí Cường độ lấy ẩm không khí 45oC giai đoạn đầu cao 0,079 kg ẩm/m2.h so với 40oC, hay nói cách khác cường độ tách ẩm không khí 45oC tăng trung bình 29% so với nhiệt độ 40oC Mức chênh lệch trì nồng độ Bx dịch khoảng từ 73 đến 79 độ Bx Khi giai đoạn cuối hàm lượng nước Mật giảm khoảng 20% cường độ tách ẩm không chênh lệch nhiều 0,054 kg ẩm/m2.h Khi nồng độ dịch Mật 82 độ Bx mức chênh lệch 0,04 kg ẩm/m2.h Cường độ lấy ẩm không khí 35oC thấp nhiệt độ đó, khả bay nước dịch thấp nên trình trao đổi ẩm hai pha hiệu Nhìn chung cường độ lấy ẩm không khí cao, giai đoạn cuối hàm lượng nước dịch thấp, độ nhớt cao dù cường độ tách ẩm giảm đáng kể khả lấy ẩm không khí hiệu 67 3.3 Đánh giá hiệu suất hạ thủy phần Mật Ong theo phương pháp chảy màng Nhờ việc tạo dòng tự chảy liên tục với tốc độ chảy chậm dạng màng mỏng theo bề mặt phẳng làm tăng đáng kể thời gian bề mặt tiếp xúc pha lỏng tác nhân không khí khô, làm tăng khả lấy ẩm dòng tác không khí khô nóng khoảng thời gian từ vào tháp làm khô đến khỏi tháp làm khô chu kỳ Điều đồng nghĩa với hiệu giảm lượng không khí khô cần thiết cho trình tách nước, giảm chi phí lượng Cũng tăng hiệu chuyển khối màng dịch dòng không khí khô, lượng ẩm tách từ màng dịch chu kỳ làm khô tách nước tính từ thời điểm màng dịch bắt đầu vào khoang làm khô tách nước đến khỏi khoang vào khoang chứa sản phẩm tăng đáng kể Điều tăng suất thiết bị giảm số lần phải thực lại trình làm khô tách nước từ dịch Nhờ giảm chí phí lượng cho trình bơm tuần hoàn khối dịch không bị xáo trộn nhiều nên hạn chế khả tạo bọt trình hạ thủy phần So với phương pháp hạ thủy phần Mật Ong thiết bị dạng tháp Mật rơi tự nên thời gian để dịch từ đỉnh tháp xuống đáy tháp ngắn, dịch phải bơm tuần hoàn nhiều lần Như phương pháp hạ thủy phần Mật Ong theo giải phải chảy màng tiết kiệm chi phí lượng để bơm dịch so với thiết bị dạng tháp Công nghệ hạ thủy phần Mật Ong theo phương pháp chảy màng làm việc điều kiện nhiệt độ thấp áp suất thường, cấu tạo đơn giản, dễ vận hành, chi phí vận hành thấp cho phép giữ sản phẩm thành phần dinh dưỡng, vitamin có dịch nguyên liệu, sản phẩm không bị biến đổi màu sắc đạt tiêu chất lượng cảm quan Thể tích thiết bị để hạ thủy phần 1000kg Mật Ong từ 22% xuống 18% theo giải pháp chảy màng chiếm khoảng m3 Với thiết bị dạng tháp khoảng m3 Như với suất thiết bị theo giải phải chảy màng giảm thể tích thiết bị xuống 2,5 lần so với thiết bị dạng tháp 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đã khảo sát phụ thuộc Cường độ tách ẩm vào nồng độ dịch Mật Ong nguyên liệu nhiệt độ tác nhân khí Kết cho thấy:  Cường độ tách ẩm giảm nồng độ nguyên liệu tăng Cụ thể, nhiệt độ trình 40oC cường độ tách ẩm giảm trung bình 26% nồng độ dung dịch tăng 10oBx  Cường độ tách ẩm tăng nhiệt độ trình trao đổi ẩm tăng Cụ thể tách nước dịch Mật Ong nồng độ 73 độ Bx cường độ tách ẩm nhiệt độ trình 45oC tăng trung bình 29% so với nhiệt độ trình 40oC Phương pháp tách ẩm dịch Mật Ong theo phương pháp chảy màng có mật độ bề mặt trao đổi pha lớn đạt 126 m2/m3 Cường độ tách ẩm trung bình nhiệt độ không khí 40oC đạt 0,24 kg ẩm/m2.h hay 30,24 kg ẩm/3.h Ở nhiệt độ không khí 45oC đạt 0,31 kg ẩm/m2.h hay 39,06 kg ẩm/3.h Các kết sở để tính toán, thiết kế thiết bị tách ẩm dung dịch chịu nhiệt theo phương pháp chảy màng điều kiện áp suất thường nhiệt độ thấp quy mô công nghiệp Kiến nghị Với điều kiện tự nhiên thuận lợi nên ngành nuôi ong nước ta phát triển Mật ong sản phẩm có nhiều công dụng đem lại giá trị kinh tế cao, chất lượng Mật ong nước ta chưa cao hàm lượng nước Mật lớn nên không để lâu Phương pháp hạ thủy phần Mật Ong theo phương pháp chảy màng có cường độ tách nước khỏi Mật ong cao hiệu Cần đầu tư giới thiệu ứng dụng phương pháp vào thực tế để nâng cao chất lượng sản phẩm Mật Ong Việt Nam 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu sách, giáo trình Phùng Hữu Chính, Vũ Văn Luyện (1999), Kỹ thuật nuôi ong nội địa Apis cerana Việt Nam, NXB Nông Nghiệp, Hà Nội Eva Crane (1990), Con ong nghề nuôi ong Cơ sở khoa học, thực tiễn nguồn tài nguyên giới, NXB Heinmam Newes – Oxford London Cục chăn nuôi (2001), QUYẾT ĐỊNH Phê duyệt kết điều tra Dự án “Điều tra, đánh giá thực trạng sản xuất ngành ong Việt Nam”, Bộ nông nghiệp phát triển nông thôn, Hà Nội Bùi Hải – Trần Thế Sơn (2007), Kỹ thuật nhiệt, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Minh Hệ, “Quy trình làm khô tách nước dung dịch chịu nhiệt điều kiện nhiệt độ thấp áp suất thường hệ thống thiết bị thực quy trình này”, công bố sở hữu công nghiệp số 316 tập A (07-2014), tr.230 Nguyễn Đức Lợi (2005), Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Analia Manriquez (2013), “Usa International honey market report” Nguyễn Văn May (2007), Bơm quạt máy nén, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Thị Nga (2008), Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố tự nhiên nhân tạo đến tỷ lệ nước Mật Ong nội Apis Cerana, Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp, Trường Đại học nông lâm Thái Nguyên, Thái Nguyên 10 Trần Văn Phú (2002), Tính toán thiết kế hệ thống sấy, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội 11 James L Platt, Jr John R B Ellis (1984), Removing water from honey at ambient pressure, USA 12 James A Riddle (2001), “NOSB Apiculture Task Force Report Draft Organic Apiculture Standards” 70 13 Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5267 – 1:2008, Mật Ong – Phần 1: Sản phẩm chế biến sử dụng trực tiếp 14 Trần Xoa – Nguyễn Trọng Khuông – Hồ Lê Viên (2003), Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 15 Trần Xoa – Nguyễn Trọng Khuông – Phạm Xuân Toản (2003), Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Tài Liệu Internet 16 dost.hochiminhcity.gov.vn ngày 12/07/2012, Nghiệm thu đề tài máy sấy Mật Ong 17 Khoahoc.tv ngày 04/03/2009, Công nghệ tách nước khỏi Mật Ong 18 Viebao.vn ngày 16/02/2006, Mỹ: thị trường Mật Ong lớn Việt Nam 71 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Bảng cường độ tách ẩm dịch Mật Ong nồng độ 73 – 82 Bx STT Nồng độ (Bx) Cường độ tách ẩm (kgẩm/m2.h) 73 0,275 74 0,277 75 0,27 76 0,265 77 0,257 78 0,246 79 0,235 80 0,224 81 0,216 10 82 0,205 Phụ lục 2: Bảng cường độ tách ẩm dịch Mật Ong nhiệt độ khác STT Cường độ tách ẩm (kgẩm/m2.h) Nồng độ (Bx) 45oC 40oC 35oC 73 0,354 0,275 0,18 74 0,358 0,277 0,175 75 0,35 0,27 0,169 76 0,341 0,265 0,162 77 0,332 0,257 0,153 78 0,321 0,246 0,145 72 79 0,295 0,235 0,136 80 0,278 0,224 0,128 81 0,26 0,216 0,12 10 82 0,245 0,205 0,1 73 Phụ lục 3: Bảng hiệu chỉnh nồng độ chất khô (%) đo nhiệt độ 20oC (đo chiết quang kế) Nồng độ chất khô (%) o tC 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 15 0,29 0,30 0,32 0,33 0,34 0,35 0,36 0,37 0,37 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 16 0,24 0,25 0,26 0,27 0,28 0,28 0,29 0,30 0,30 0,30 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,18 0,19 0,20 0,20 0,21 0,21 0,22 0,22 0,23 0,23 0,23 0,23 0,23 0,23 0,23 18 0,12 0,13 0,13 0,14 0,14 0,14 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 19 0,06 0,06 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 21 0,06 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 22 0,13 0,14 0,14 0,14 0,15 0,15 0,15 0,15 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 0,15 0,20 0,21 0,21 0,22 0,22 0,23 0,23 0,23 0,23 0,24 0,24 0,24 0,24 0,23 0,23 24 0,27 0,28 0,29 0,29 0,30 0,30 0,31 0,31 0,31 0,32 0,32 0,32 0,32 0,31 0,31 25 0,34 0,35 0,36 0,37 0,38 0,38 0,39 0,39 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,39 0,39 17 Trừ 20 23 Cộng 74 26 0,42 0,43 0,44 0,45 0,46 0,46 0,47 0,47 0,48 0,48 0,48 0,48 0,48 0,47 0,47 27 0,50 0,51 0,52 0,53 0,54 0,55 0,55 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56 0,55 0,55 28 0,58 0,59 0,60 0,61 0,62 0,63 0,64 0,64 0,64 0,65 0,65 0,64 0,64 0,63 0,63 29 0,66 0,67 0,68 0,70 0,71 0,71 0,72 0,73 0,73 0,73 0,73 0,73 0,72 0,72 0,71 30 0,74 0,76 0,77 0,78 0,79 0,80 0,81 0,81 0,82 0,82 0,81 0,81 0,80 0,80 0,79 31 0,83 0,84 0,85 0,87 0,88 0,89 0,89 0,90 0,90 0,90 0,90 0,89 0,89 0,88 0,87 32 0,92 0,93 0,94 0,96 0,97 0,98 0,98 0,99 0,99 0,99 0,99 0,98 0,97 0,96 0,95 1,01 1,02 1,03 1,05 1,06 1,07 1,07 1,08 1,08 1,08 1,07 1,07 1,06 1,04 1,03 34 1,10 1,11 1,13 1,14 1,15 1,16 1,16 1,17 1,17 1,16 1,16 1,15 1,14 1,13 1,11 35 1,19 1,21 1,22 1,23 1,24 1,25 1,25 1,26 1,26 1,25 1,25 1,24 1,23 1,21 1,19 36 1,29 1,30 1,31 1,33 1,34 1,34 1,35 1,35 1,35 1,34 1,34 1,33 1,31 1,29 1,28 37 1,39 1,40 1,41 1,42 1,43 1,44 1,44 1,44 1,44 1,43 1,43 1,41 1,40 1,38 1,36 38 1,49 1,50 1,51 1,52 1,53 1,53 1,54 1,54 1,53 1,53 1,52 1,50 1,48 1,46 1,44 39 1,59 1,60 1,61 1,62 1,63 1,63 1,63 1,63 1,63 1,62 1,61 1,59 1,57 1,55 1,52 40 1,60 1,70 1,71 1,72 1,73 1,73 1,73 1,73 1,72 1,71 1,70 1,68 1,66 1,63 1,61 33 Cộng 75 Phụ lục 4: Sơ đồ điều khiển điện 220VAC 76 Phụ lục 5: Sơ đồ điều khiển điện 24VDC 77 Phụ lục 6: Sơ đồ đấu nối cảm biến 78 Phụ lục 7: Lập trình PLC – lập trình điều khiển 79 80 Phụ lục 8: Lập trình PLC – lập trình cảm biến 81 ... hành nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu quy trình thiết bị hạ thủy phần Mật Ong đạt tiêu chuẩn xuất theo nguyên lý màng mỏng” 28 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên. .. nói chung  Thiết bị cồng kềnh, suất thấp 1.3.2.2 Thiết bị hạ thủy phần Mật Ong dạng tháp Hiện hầu hết công ty Ong tỉnh sử dụng thiết bị hạ thủy phần Mật Ong dạng tháp Công ty Mật Ong Hoa Việt... nói chung với ngành ong nói riêng Do vậy, để tìm cách giảm tỷ lên nước Mật Ong, tiến hành nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu quy trình thiết bị hạ thủy phần Mật Ong đạt tiêu chuẩn xuất theo nguyên lý