TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHẢO NGHIỆM MÁY SẤY PHUN SỮA ONG CHÚA NĂNG SUẤT 3 kggiờ

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHẢO NGHIỆM MÁY SẤY PHUN SỮA ONG CHÚA NĂNG SUẤT 3 kg/giờ Tác giả TRẦN CÔNG ĐẠT Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành Công nghệ nhiệt lạnh Gi

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHẢO NGHIỆM MÁY SẤY PHUN

SỮA ONG CHÚA NĂNG SUẤT 3 kg/giờ

Họ và tên sinh viên: TRẦN CÔNG ĐẠT Ngành: Công nghệ nhiệt lạnh

Niên khóa: 2007 - 2011

Tháng 06/2011

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHẢO NGHIỆM MÁY SẤY PHUN SỮA ONG

CHÚA NĂNG SUẤT 3 kg/giờ

Tác giả

TRẦN CÔNG ĐẠT

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng kỹ sư ngành Công nghệ nhiệt lạnh

Giáo viên hướng dẫn Tiến sĩ Lê Anh Đức

Kỹ sư Đinh Công Bình

Tháng 6 năm 2011

Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ bộ môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh đã cho phép

và tạo điều kiện thuận lợi cho em thực hiện đề tài này

Toàn thể quý thầy cô trong Khoa Cơ Khí – Công Nghệ đã tận tâm, tận lực dạy bảo, giúp

đỡ, truyền đạt những kiến thức khoa học quí giá cho em trong 4 năm học tập vừa qua

Ơn nghĩa sinh thành và công lao biển trời của ba mẹ để cho con có ngày hôm nay Sự quan tâm, động viên chia sẽ của các anh chị em trong gia đình Cũng như toàn thể các bạn, các thành viên trong tập thể DH07NL đã luôn cùng tôi song hành trong suốt chặng đường Đại Học 4 năm qua

Do có những hạn chế về mặt thời gian và trang thiết bị, cũng như chưa có kinh nghiệm nhiều, nên đề tài của em không tránh khỏi những sai sót và khuyết điểm, rất mong nhận được

sự góp ý của quý thầy cô

Sinh viên Trần Công Đạt

TÓM TẮT

KS Đinh Công Bình

Tên Đề tài: “ Tính toán thiết kế và khảo nghiệm máy sấy phun sữa ong chúa năng suất

3kg/giờ” Tại Công ty TNHH Huy Hoàn- 36 Lê Văn Huân, phường 13,quận Tân Bình, TP

CHM Từ tháng 11/2010 đến 2/2011

1 Mục tiêu

Tính toán, thiết kế máy sấy phun năng suất 3kg/h Khảo nghiệm chọn ra nhiệt độ sấy và chế độ sấy phù hợp cho sản phẩm sữa ong chúa

2 Nội dung thực hiện

Tìm hiểu về sữa ong chúa

Tìm hiểu lí thuyết sấy phun, chọn mô hình máy sấy

Tính toán, thiết kế các bộ phận chính của mô hình máy sấy phun năng suất 3kg/h

Khảo nghiệm máy sấy phun

Tổng hợp nhận xét, đánh giá các kết quả đạt được

3 Kết quả đạt được

+ Tính toán thiết kế mô hình máy sấy phun với các yếu tố chính sau:

- Nguyên lí sấy phun với đĩa xoay li tâm

- Phương pháp gia nhiệt cho TNS bằng điện trở

- Năng suất 3kg sữa / giờ

- Chiều cao buồng sấy :h =1300 mm

- Đường kính buồng sấy : D = 1300 mm

- Lưu lượng gió : Q = 0.174 m3/s

- Công suất điện trở 12kW gồm 6 thanh

+ Kết quả khảo nghiệm trên máy sấy phun

Chế độ sấy phù hợp với các thông số sau:

Nhiệt độ sấy 145oC

Số vòng quay đĩa li tâm 20000 v/ph

MỤC LỤC

Trang

TRANG TỰA i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii

DANH SÁCH CÁC HÌNH ix

DANH MỤC CÁC BẢNG ix

Chương 1 1

MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề: 1

1.2 Mục đích: 2

Chương 2 3

TỔNG QUAN 3

2.1 Tổng quan về ong mật 3

2.1.1 Tình hình nuôi ong ở Việt Nam và trên thế giới 3

2.1.2 Các sản phẩm từ ong mật 4

2.2 Lý thuyết về kỹ thuật sấy 8

2.2.1 Các loại thiết bị sấy nhiệt độ thấp hiện nay 8

2.2.2 Lý thuyết về kỹ thuật sấy phun 11

2.2.3 Lý thuyết tính toán máy sấy phun 17

Chương 3 22

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

3.1 Nội dung nghiên cứu 22

3.2 Phương pháp nghiên cứu 22

3.2.1 Tìm hiểu về sữa ong chúa và phương pháp sấy 22

3.2.2 Tính toán máy sấy phun 22

3.2.3 Tính toán nhiệt quá trình sấy 23

3.2.4 Phương pháp khảo nghiệm 23

Chương 4 24

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24

4.1 Tính toán và thiết kế máy sấy phun 24

4.1.1 Các dữ liệu ban đầu 24

4.1.2 Cấu tạo máy sấy phun 24

4.1.3 Nguyên tắc hoạt động 25

4.1.4 Tính toán quá trình sấy lý thuyết 25

4.1.5 Tính toán quá trình sấy thực 29

4.1.6 Lựa chọn cụm đĩa quay tạo sương 34

4.1.7 Xác định kích thước buồng sấy 34

4.2 Tính chọn các thiết bị 36

4.2.1 Cốc tán xoay 36

4.2.2 Bộ phận phân phối khí 37

4.2.3 Tính toán thiết kế bộ phận giải nhiệt vách buồng sấy 37

4.2.4 Cơ cấu gạt sản phẩm 39

4.2.5 Tính toán, thiết kế bộ phận trao đổi nhiệt 40

4.2.6 Tính chọn xyclon 41

4.2.7 Tính toán chọn quạt 42

4.3 Khảo nghiệm và so sánh 45

4.3.1 Mục đích 45

4.3.2 Phương pháp và phương tiện 45

4.3.2.1 Phương pháp đo đạc thực nghiệm 45

4.3.2.2 Vật liệu và thiết bị dụng cụ đo dùng trong thực nghiệm 45

4.4 Kết quả nghiên cứu 47

4.4.1 Khảo nghiệm không tải 47

4.4.1.1 Vận hành máy 47

4.4.1.2 Điện trở 47

4.4.1.3 Quạt hút tác nhân sấy: 47

4.4.1.4 Quạt giải nhiệt vách buồng sấy 48

4.4.1.5 Bơm nguyên liệu sấy 48

4.4.1.6.Đĩa quay ly tâm 49

4.4.1.7Nhận xét 49

4.4.2 Khảo nghiệm có tải 49

4.4.2.1 Mục đích 49

4.4.2.2 Quy trình sấy sữa ong chúa 50

4.4.2.3Tiến hành khảo nghiệm 50

4.5 Kết luận: 51

Chương 5 52

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 52

5.1 Kết luận 52

5.2 Đề nghị 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

σ dt : Sức căng bề mặt của hỗn hợp d tb : Đường kính trung bình dịch sữa

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1: Kích thước của xyclon, (m) 21 Bảng 4.1: So sánh quá trình sấy lý thuyết và quá trình sấy thực tế 34 Bảng 4.2: Kích thước của xyclon, (m) 41

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1: Tổ ong nuôi 4

Hình 2.2: Mật ong và keo ong 4

Hình 2.3: Phấn hoa 5

Hình 2.4: Sữa ong chúa 6

Hình 2.5: Máy sấy chân không đảo trộn 9

Hình 2.6: Thiết bị sấy thăng hoa dạng tủ đứng 10

Hình 2 7: Máy sấy thăng hoa Đông khô 10

Hình 2.8: Mô hình hệ thống sấy lạnh 11

Hình 2.9: Thiết bị sấy lạnh 11

Hình 2.10: Buồng sấy 12

Hình 2.11: Đĩa phun sương từ dung dịch cần sấy 13

Hình 2.12: Hệ thống sấy phun 13

Hình 2.13: Máy sấy phun sương 15

Hình 2.14: Máy sấy phun đáy phẳng 15

Hình 2.15: Máy sấy phun đáy hình nón 16

Hình 2.16: Máy sấy phun tổ hợp 16

Hình 2.17: Máy sấy phun kiểu trục quay 16

Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy sấy phun 24

Hình 4.2: Các điểm nút của quá trình sấy lý thuyết 26

Hình 4.3: Mô hình bài toán truyền nhiệt qua vách 30

Hình 4.4: Các điểm nút của quá trình sấy thực tế 32

Hình 4.5: Cụm đĩa quay tạo sương 34

Hình 4.6: Buồng sấy 36

Hình 4.7: Cấu tạo cốc tán xoay 37

Hình 4.8: Cấu tạo bộ phận chia gió 37

Hình 4.9: Cơ cấu gạt sản phẩm 40

Hình 4.10: Điện trở sấy 40

Hình 4.11: Bộ phận trao đổi nhiệt 41

Hình 4.12: Kích thước xyclon 42

Hình 4.13: Sữa ong chúa nguyên chất dùng trong thí nghiệm 45

Hình 4.14: Máy sấy phun 3 kg/h dùng trong khảo nghiệm 46

Hình 4.15: Quy trình sơ bộ thực hiện sấy phun sữa ong chúa 50

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề:

Sữa ong chúa là sản phẩm cao cấp nhất trong tất cả các sản phẩm do con ong tạo

ra Nó không chỉ là nguồn thức ăn nuôi dưỡng ong chúa mà còn là dược liệu quý đối với con người, được xem như lại thuốc bổ tự nhiên có nhiều công dụng độc đáo Các sản phẩm từ sữa ong chúa ngày càng tăng lên cùng với sự phát triển của nghề nuôi ong

Với mức độ quý hiếm như vậy việc bảo quản sữa ong chúa là một vấn đề cần được quan tâm chú trọng Tuy nhiên ở nước ta sữa ong chúa thường được sử dụng ở dạng tươi, thường được bảo quản trong tủ lạnh hay tủ đá Vì vậy chất lượng không ổn định, giá thành bảo quản cao, giá trị thương phẩm thấp, thời gian bảo quản ngắn

Vì vậy để nâng cao giá trị cho sản phẩm ong chúa và thời gian bảo quản Phương pháp sấy thăng hoa đã đang được sử dụng để bảo quản sữa ong chúa Tuy nhiên phương pháp sấy này có nhiều nhược điểm khi sấy sữa ong chúa

Bên cạnh đó, sấy phun là phương pháp sấy chuyên dùng để sản xuất ra các sản phẩm dạng bột (từ các hoạt chất sau khi chiết xuất ở dạng cao lỏng 30 - 40%) Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến trong ngành dược phẩm, công nghệ thực phẩm (chế biến sữa làm sữa bột, sản xuất bột ngọt, trà, cà phê hòa tan, tinh bột trái cây…), hóa mỹ phẩm (xà phòng bột) Ưu điểm của phương pháp này là thời gian sấy nhanh, chất lượng sản phẩm được đảm bảo

Vì vậy việc nghiên cứu và ứng dụng phương pháp sấy phun để tiến hành sấy sữa ong chúa là một vấn đề đáng quan tâm, cần đẩy mạnh Nó có ý nghĩa quyết định đến sự tồn tại và phát triển cũng như hiệu quả kinh tế của ngành nuôi ong Việt Nam

Được sự đồng ý của khoa Cơ Khí Công Nghệ trường Đại Học Nông Lâm TP

Hồ Chí Minh và sự hướng dẫn của thầy TS Lê Anh Đức, KS Đinh Công Bình em đã

thực hiện đề tài: ‘tính toán, thiết kế, khảo nghiệm máy sấy phun sữa ong chúa theo

nguyên lý đĩa xoay, năng suất 3kg/h”

và đàn ong lớn nhất thế giới, sản lượng mật chiếm 40% thị trường

Tổng sản lượng mật ong ở tất cả các nước đạt 400 000 tấn/năm

Hiện nay nghề nuôi ong khá phát triển ở các tỉnh Tây nguyên như Đắk Lắk, Lâm Đồng, Gia Lai, Kon Tum

Khu vực nam bộ: Bình Dương, Bình Phước

Đồng bằng sông cửu long: Cà Mau, Bến Tre, Vĩnh Long, Cần Thơ

Phía bắc: Bắc Giang, Lạng Sơn, Phú Thọ

Vụ thu hoạch mật ong ở nước ta kéo dài từ tháng 10 đến tháng 6

Hiện nay Đắc Lắc là tỉnh có số lượng đàn ong và trữ lượng mật đứng đầu cả nước Vụ ong 2007-2008 sản lượng mật 4500 tấn với 15000 đàn ong

Sản lượng mật hàng năm nước ta đạt trung bình 15000 tấn, xuất khẩu khoảng

13000 tấn chiếm 80% tổng sản lượng, tiêu thụ nội địa khoảng 2000 tấn chiếm 20% tổng sản lượng

Hiện nay thì Việt Nam là một trong 10 quốc gia xuất khẩu mật ong hàng đầu trên thế giới xếp thứ hai ở châu Á chỉ sau Trung Quốc

Lợi ích của nghề nuôi ong

- không phải tốn thức ăn, không đòi hỏi bỏ công chăm sóc dọn dẹp phân và các chất thải khác

- Chi phí đầu tư thấp, hiệu quả kinh tế cao

- Các sản phẩm thu được từ con ong : mật ong, phấn hoa, sữa ong chúa điều là nguồn thực phẩm quý giá cho con người

- Là tác nhân thụ phấn cho cây trồng, góp phần tăng năng suất cho nhà nông

2.1.2 Các sản phẩm từ ong mật

a) Mật ong:

Hình 2.1: Tổ ong nuôi Hình 2.2: Mật ong và keo ongMật ong do từ mật hoa mà ra, là chất ngọt không lên men, do bầy ong thợ thu nhặt rồi đem về tổ chế biến, trộn với những chất liệu đặc biệt: cho bốc hơi nước đi và tác động enzym do những con ong thợ tiết ra rồi bảo quản (đã đạt độ chín) trong bánh

tổ mật

Thành phần: Đường đơn 75-80% (glucozo 35%, fructozo 35%, saccarozo <

5%), nước 16-21%, các vitamin nhóm B (B1, B16, B12), vitamin (C, E), nhiều chất khoáng trong đó có lượng kali đáng kể, một số enzym, hoocmon sinh trưởng

Công dụng: Giàu chất dinh dưỡng cung cấp năng lượng cho cơ thể, bồi bổ cơ

thể, chữa nhiều bệnh, …

b) Phấn hoa:

Phấn hoa là phần trên các nhị hoa mà trong khi hút mật, ong gom lại và đem về

tổ Phấn hoa ong là nguồn cung cấp năng lượng, làm hưng phấn thần kinh giảm mệt mỏi

Thành phần: 7–35% protein (10% là các axit amin tự do, ngoài ra còn có các

enzym, vitamin hòa tan, chất khoáng, )

Công dụng: Theo Đông y, phấn hoa ong có vị ngọt, tính bình, thường được

dùng để trị các chứng: Hoa mắt chóng mặt, đau lưng, mỏi gối; mất ngủ, ăn kém, tiểu đêm nhiều lần; suy giảm tình dục, liệt dương, di tinh; mệt mỏi rã rời, bồn chồn, bực bội; xuất tinh sớm, muộn con, tắt kinh sớm

Ngày nay, nhiều nghiên cứu cho thấy phấn hoa ong có tác dụng phòng chống một số bệnh như: Tăng huyết áp, vữa xơ động mạch; đái tháo đường; viêm dạ dày; viêm gan; giảm khả năng phì đại của tuyến tiền liệt; phòng chống ung thư, tăng cường khả năng tình dục

Hình 2.3: Phấn hoa c) Keo ong:

Là chất màu hơi xanh hoặc nâu, đôi khi có ánh hơi đỏ hay hơi vàng Là loại sản phẩm

mà ong kiếm từ cây cỏ sống về để dùng riêng rẽ hoặc trộn với sáp ong trong việc xây dựng và tu sửa tổ của chúng Ong dùng keo này để bao bọc xác những sinh vật có hại chui vào tổ ong phá hoại

Thành phần : nhựa cây 50 – 55%, sáp 30%, tinh dầu gần 10%

Công dụng : có tính sát trùng và diệt khuẩn cao nên dùng làm thuốc chống viêm

nhiễm, làm lành vết thương, chữa bệnh về tai mũi họng…

d) Sáp ong:

Thành phần: gần 50 hợp chất hóa học khác nhau, trong đó este chiếm tới 75%, các

hidrocacbon no 12- 15 %, các acid béo tự do 13- 15% và một số kiềm

Sáp ong lúc nào cũng có giá trị cao trên thị trường, là vật liệu chủ yếu làm nền bánh tổ cho ong Dùng trong các ngành công nghiệp: Y tế , dệt , hàng không, giày da,

e) Sữa ong chúa:

Sữa ong chúa là một chất dịch sánh màu trắng đục, là hỗn dược của mật hoa, chất đạm, và nhiều sinh tố, có được từ sự làm việc cần mẫn của ong thợ để duy trì sự phát triển của ong chúa Đây là một loại dịch đặc biệt do ong thợ từ 5 - 10 ngày tuổi tiết ra từ tuyến hạ hầu hay tuyến thức ăn ấu trùng, dùng để nuôi ấu trùng ong 1 - 3 ngày tuổi và để nuôi ong chúa trong đàn Hỗn dược này là nguồn thức ăn duy nhất của ong chúa nên được gọi là Sữa Ong Chúa Có rất nhiều chất dinh dưỡng thiên nhiên hữu ích cộng với tác dụng chữa trị của sữa ong chúa đã đem lại nhiều kết quả xác thực

Sữa ong chúa là chất giúp sự tăng trưởng và phát triển của con Ong Chúa làm cho nó lớn hơn ong thợ 40-60% và sống lâu hơn đến 50 lần

Thành phần: Bao gồm 22 acid amin cần thiết cho hoạt động của cơ thể và các

vitamins quan trọng như B1, B2 (riboflavin), niacin, B5 (pantothenic acid), B6, biotin, folic acid, B12, inositol, và choline Sữa ong chúa cũng có một số lượng nhỏ của vitamin A, C, D, và E cùng những khoáng chất như canxi, đồng, chất sắt, photpho, kali, silic, lưu huỳnh, hầu hết là những chất dinh dưỡng cần thiết Ngoài ra còn có đường chiếm 9,1% (Chủ yếu là: Glucoza, fructoza, sucroza), nước chiếm khối lượng lớn nhất 66,9% thành phần sữa ong chúa

Hình 2.4: Sữa ong chúa

Công dụng: Thúc đẩy quá trình sinh trưởng, phát dục của cơ thể Chống lão

hóa nâng cao năng lực tư duy và khả năng của trí nhớ Chống ung thư và phóng xạ Kháng khuẩn và chống viêm,tăng cường sức co bóp cơ tim, hạ huyết áp và phòng chống tích cực tình trạng vữa xơ động mạch Bảo hộ và cải thiện công năng tạo huyết của tủy xương, làm tăng số lượng và chất lượng các tế bào máu Thúc đẩy sự hồi phục

và tái sinh của tế bào các tổ chức như thận, gan, thần kinh ; Cải thiện công năng của các tuyến nội tiết, tăng cường khả năng sinh dục và sinh sản Nâng cao sức đề kháng

và miễn dịch của cơ thể Dùng liều cao có tác dụng an thần, phòng chống tình trạng mất ngủ

Sấy thăng hoa: Giữ được màu sắc, chất lượng sản phẩm, bảo quản lâu

Sản lượng và tình hình buôn bán sữa chúa trên thế giới

Pháp: việc sản xuất sữa chúa đã thực sự có lợi và nước này đạt sản lượng mỗi năm 1,5 tấn Hiện nay, giá bán lẻ trên thị trường thế giới tụt xuống 70 - 100 USD/kg Việt Nam trong một số năm vừa qua đã cố gắng phát triển đàn ong chuyên làm sữa, tuy nhiên khả năng công nghệ và thiết bị hiện đại để khai thác sữa ong chúa ở nước ta còn hạn chế nên sản lượng mỗi năm chỉ đạt 35 tấn Đối với thị trường trong nước, người tiêu dùng đã biết đến và sử dụng khá nhiều Hàng năm nhu cầu trong nước vào khoảng 5 – 6 tấn sữa ong chúa Đây là một tín hiệu đáng mừng cho ngành ong Việt Nam

Để bán lẻ trên thị trường, người bán có thể pha mật ong với sữa ong chúa Tuy nhiên cần lưu ý: hàm lượng sữa ong chúa không được quá 12% Dưới mức đó thì mật ong mới có thể bảo quản được lượng sữa ong chúa ở điều kiện bình thường

Phương pháp sấy sữa ong chúa hiện nay: Sấy thăng hoa là phương pháp

được dùng để sấy sữa ong chúa tại Việt Nam và trên thế giới hiện nay Tuy nhiên phương pháp này có nhiều nhược điểm:

 Năng suất thấp, nếu sấy cùng công suất với máy sấy phun thì kích thước của thiết bị sấy thăng hoa sẽ rất lớn

 Thời gian sấy rất lâu so với máy sấy phun

 Sản phẩm sữa ong chúa sau khi sấy thăng hoa ở dạng màng xốp nên phải qua công đoạn nghiền nhuyễn mới đưa vào sử dụng được

Vì vậy việc thay thế phương pháp thăng hoa bằng phương pháp sấy phun khi sấy sữa ong chúa mang lại hiệu quả hơn về kinh tế

2.2 Lý thuyết về kỹ thuật sấy

2.2.1 Các loại thiết bị sấy nhiệt độ thấp hiện nay

Sữa ong chúa là một sản phẩm nhạy nhiệt nên khi bảo quản bằng phương pháp sấy người ta dùng phương pháp sấy nhiệt độ thấp để đảm bảo chất lượng cho sản phẩm sấy

Dưới đây là một số thiết bị sấy nhiệt độ thấp:

Thiết bị sấy chân không : Trong các thiết bị sấy chân không, ẩm tách khỏi vật liệu

sấy không phải do đốt nóng vật mà do tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa bề mặt vật với phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy và do đó cũng tạo ra độ chênh lệch phân áp suất giữa tâm với bề mặt để hơi ẩm trong sản phẩm bay ra thoát ra môi trường nhanh hơn

Ưu điểm :

Máy sấy chân không có ưu điểm so với các máy sấy làm việc ở áp suất khí quyển là sấy được vật liệu không chịu được nhiệt độ cao hay dễ bị ôxy hóa, vật liệu thoát ra dung môi quý hay vật liệu dễ nổ

Nhược điểm : Chi phí năng lượng cao, giá thành thiết bị đắt Chỉ dùng sấy các sản phẩm chất lượng cao

Hình 2.5: Máy sấy chân không đảo trộn.

Thiết bị sấy thăng hoa: Thiết bị này sử dụng phương pháp hóa hơi ẩm là thăng hoa (ở

trạng thái dưới điểm ba thể) Ẩm trong vật liệu sấy trực tiếp biến thành hơi đi vào tác nhân sấy Việc thải ẩm dùng máy hút chân không kết hợp bình ngưng kết ẩm

Các máy sấy thăng hoa bao gồm một buồng chân không có chứa các khay đựng sản phẩm và thiết bị đun nóng để cấp ẩn nhiệt thăng hoa Các ống ruột gà hay các bản dẹt lạnh được sử dụng để ngưng tụ hơi nước trực tiếp thành băng Chúng được gắn với thiết bị làm tan băng để giữ cho bề mặt các dây xoắn ruột gà được trống tối đa cho việc ngưng tụ hơi nước Điều này là cần thiết vì phần lớn năng lượng đầu vào được dùng làm lạnh đông ở các thiết bị ngưng tụ

Ưu điểm: Sấy được hầu hết các thực phẩm mà các phương pháp sấy khác không có

được

Ít gây biến đổi cấu trúc của sản phẩm, khử nước rất nhanh

Hương vị được giữ lại bình thường, màu bình thường, giữ được giá trị dinh dưỡng cao hơn phương pháp khác

Nhược điểm: Tuy nhiên để đạt được các ưu điểm trên yêu cẩu kỹ thuật chế tạo máy và

công nghệ sấy khá khắt khe

Đòi hỏi kỹ thuật chế tạo thiết bị đúng yêu cầu: Chân không đủ sâu với vận tốc hút khí lớn,hệ ngưng tụ hơi nước có nhiệt độ đủ thấp và không đổi trong quá trình sấy ,các thiết bị đo chân không,nhiệt độ, độ ẩm trong buồng sấy phải chính xác

Quy trình công nghệ sấy sản phẩm đòi hỏi chặt chẽ, mỗi loại sản phẩm có quy trình riêng

Vì sản phẩm sau khi sấy quá khô có hệ số trương nở cao nên chúng là những chất hấp thụ nước tốt ,do đó kĩ thuật đóng gói phải bảo đảm môi trường đóng gói có độ

ẩm thấp(<30%) và nhiệt độ thấp (<200C).Cho nên bao bì phải dùng PE

Chi phí đầu tư thiết bị và chi phí năng lượng lớn Dẫn đến giá thành sản phẩm cao

Hình 2.6: Thiết bị sấy thăng hoa dạng tủ đứng.

Hình 2 7: Máy sấy thăng hoa Đông khô Thiết bị sấy bơm nhiệt, sấy lạnh: Trong thiết bị sấy lạnh nhiệt độ sấy t < 40 Tác

nhân sấy là không khí trước hết được khử ẩm (bằng làm lạnh hoặc khử ẩm hấp phụ) sau đó lại được đốt nóng hoặc làm lạnh đến nhiệt độ yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu sấy

Ưu điểm : Các chỉ tiêu về chất lượng như màu bảo quản, mùi vị, khả năng bảo quản vitamin C cao

Thích hợp để sấy các loại vật liệu sấy chất lượng cao, yêu cầu nhiệt độ thấp

Vật liệu bảo quản được lâu ít bị ảnh hưởng bởi yếu tố bên ngoài

Quá trình sấy kín nên ít phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài

Nhược điểm : Giá thành thiết bị cao, tiêu hao điện năng lớn

Vận hành phức tạp, người vận hành cần có trình độ cao

Kết cấu thiết bị phức tạp, thời gian sấy lâu

Hình 2.8: Mô hình hệ thống sấy lạnh

Hình 2.9: Thiết bị sấy lạnh

Nhận xét : sau khi tìm hiểu các phương pháp và thiết bị sấy như trên thì chúng tôi rút

ra kết luận rằng phương pháp sấy phun sẽ đạt kết quả tối ưu nhất đối với sản phẩm là

sữa ong chúa Do đó chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài : “ Tính toán thiết kế và

khảo nghiệm máy sấy phun sữa ong chúa năng suất 3kg/giờ”

2.2.2 Lý thuyết về kỹ thuật sấy phun

Nguyên lý sấy phun: Sấy phun là quá trình sấy mà nguyên liệu đưa vào sấy ở dạng

lỏng (huyền phù) và sản phẩm thu được sau quá trình sấy ở dạng bột (Lê Văn Việt Mẫn, 2004) Trong quá trình sấy phun, mẫu nguyên liệu sẽ được phân tán thành những hạt nhỏ li ti dưới dạng sương trong buồng sấy, chúng được tiếp xúc trực tiếp với tác nhân sấy, thường là không khí nóng Do đó mà lượng hơi nước trong nguyên liệu được bốc hơi nhanh chóng

Thời gian để các hạt sương này chuyển thành bột thường rất ngắn chỉ 1 – 10 giây (Fellow, 2000) Sau đó sản phẩm sẽ được thu hồi tại đáy của buồng sấy hoặc theo tác nhân sấy đi ra khỏi buồng sấy và được thu hồi lại thông qua cyclone

Quá trình sấy phun: Gồm có 4 giai đoạn sau:

 Giai đoạn phun sương: dịch được phun thành dạng sương mù

 Giai đoạn phối trộn: các hạt sương tiếp xúc với TNS là không khí nóng

 Giai đoạn bay hơi ẩm: các hạt sương được làm khô thành dạng bột mịn

 Giai đoạn thu hồi: sản phẩm dạng bột khô được thu hồi từ khí thoát

Cấu tạo của hệ thống sấy phun:

Buồng sấy: Là nơi hòa trộn vật liệu sấy với tác nhân sấy Được chế tạo bằng loại thép

không gỉ Chúng có thể có đáy phẳng hay đáy nón Loại đáy phẳng phải có cơ cấu để tháo sản phẩm khô Còn loại đáy hình nón thì thành phẩm ở dạng bột được đẩy ra dưới tác động của lực ly tâm

Hình 2.10: Buồng sấy

Đĩa phun: Đưa nguyên liệu dạng lỏng vào buồng sấy dưới dạng sương mù

Quá trình tạo sương sẽ quyết định kích thước các hạt sương và sự phân bố của chúng trong buồng sấy Đây là công đoạn quan trọng nhất trong kỹ thuật phun Đĩa có tốc độ quay từ 400 – 20000 vòng/phút và biến nguyên liệu lỏng thành sương mù nhờ lực ly tâm

Hình 2.11: Đĩa phun sương từ dung dịch cần sấy.

Hệ thống thu hồi sản phẩm: Dùng phương pháp lắng xoay ly tâm dùng cyclone Khí

thốt chứa sản phẩm sẽ đi vào phần đỉnh của cyclone theo phương pháp tiếp tuyến Bột sẽ di chuyển theo hình xoắn ốc, do bị giảm động năng và rơi xuống đáy cyclone, khơng khí sạch thốt ra ngồi theo cửa trên của cyclone

Thiết bị sấy phun: Chuyên dùng để sấy các dịch thể Sản phẩm sấy dạng bột hịa tan

như sữa bị, sữa đậu nành, bột trứng, cafe tan,…

Không khí ra

Không khí vào

Sản phẩm

Hình 2.12: Hệ thống sấy phun

Bộ phận cơ bản của thiết bị sấy phun là buồng sấy, thường là tháp hình trụ, trong đĩ dịch thể được nén bởi một bơm cao áp đưa qua vịi phun cùng với tác nhân sấy tạo thành dạng như sương mù và quá trình sấy được thực hiện

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm sấy phun:

Đặc tính của dịch sấy: Thành phần ban đầu của dịch sấy, độ nhớt và nồng độ chất khơ của dịch sấy phun …

Thiết bị sấy: Loại đầu phun, cấu tạo của buồng sấy, hệ thống thu hồi sản phẩm, …

Hàm lượng chất khơ và độ nhớt của dịch: Nếu hàm lượng chất khơ của nguyên liệu càng cao thì lượng nước cần bốc hơi để sản phẩm đạt ẩm độ cho trước sẽ càng thấp

Như vậy sẽ tiết kiệm được thời gian sấy và năng lượng cần cung cấp cho quá trình sấy phun Tuy nhiên hàm lượng chất khô quá cao sẽ làm tăng độ nhớt của dung dịch, gây khó khăn cho quá trình tạo sương trong buồng sấy, vòi phun dễ bị tắc nghẽn và hạt tạo thành có hình dạng và kích thước không đều

Độ nhớt của dung dịch sấy ảnh hưởng đáng kể lên kích thước hạt phun Ở độ nhớt cao kích thước hạt phun sẽ lớn, do đó khả năng làm bốc hơi nước của không khí sấy sẽ thấp và ẩm độ của sản phẩm tạo thành sẽ cao Khi dịch sấy có độ nhớt quá thấp thì quá trình sấy diễn ra với hiệu suất thấp do lượng ẩm bốc hơi quá nhiều

Lưu lượng bơm: Lưu lượng bơm là thể tích dịch nguyên liệu đi qua vòi phun trong

một đơn vị thời gian

Nếu lưu lượng bơm thấp, hiệu suất thu hồi bột sẽ cao nhưng lại gây tổn thất năng lượng đáng kể Tuy nhiên, nếu dịch phun có hàm lượng chất khô cao mà lưu lượng bơm quá thấp thì vòi phun có nguy cơ bị nghẹt Ở lưu lượng bơm quá cao đồng nghĩa với thời gian lưu vật liệu sấy trong buồng sấy giảm nhiều, khả năng làm bay hơi nước của không khí giảm, bột thu hồi có hiệu suất thấp và ẩm độ cao, dịch dính lại trong buồng sấy sẽ tăng lên

Vì vậy tùy theo điều kiện thực tế mà điều chỉnh lưu lượng bơm cho thích hợp

Nhiệt độ không khí sấy: Khi cố định thời gian sấy, nếu tăng nhiệt độ của không khí

sấy, ẩm độ thu hồi của sản phẩm sẽ giảm Khi nhiệt độ sấy quá cao, ẩm độ cuối cùng của sản phẩm không những giảm mà còn làm phân hủy một số thành phần nhạy cảm

của nguyên liệu và làm gia tăng năng lượng cho quá trình sấy phun

Nhiệt độ sấy quá thấp hay quá cao đều ảnh hưởng đến quá trình sấy

Nếu nhiệt độ không khí thấp thì ẩm độ của vật liệu cao và dính nhiều vào thành buồng sấy làm giảm hiệu suất thu hồi sản phẩm Nếu nhiệt độ không khí quá cao sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm

Áp suất khí nén: Áp suất khí nén sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi sản phẩm của

quá trình sấy Khi áp suất khí nén tăng thì các hạt sương sẽ có kích thước nhỏ, diện tích tiếp xúc với không khí nóng tăng nghĩa là khả năng làm khô sản phẩm tăng, nên

ẩm độ sản phẩm sẽ giảm hiệu suất thu hồi cao

Ưu và nhược điểm của phương pháp sấy phun:

Ưu điểm:

Quá trình sấy rất nhanh phù hợp với các nguyên liệu nhạy nhiệt, sản phẩm sau khi sấy có dạng hạt tròn, kích thước đồng đều, độ trơn chảy tốt sản phẩm có độ tinh khiết và chất lượng cao Phạm vi ứng dụng của thiết bị rộng rãi Tùy theo tính chất của nguyên liệu mà có thể ứng dụng nhiệt nóng để sấy hay dùng khí mát để tạo hạt Thiết

bị thực sự hoàn hảo cho nhiều loại nguyên liệu khác nhau

Sản suất liên tục tại quy mô lớn, chi phí nhân công thấp

Vận hành và bảo dưỡng tương đối đơn giản

Nhược điểm:

Chi phí đầu tư cao, yêu cầu độ ẩm ban đầu cao để đảm bảo nguyên liệu có thể bơm đến thiết bị tạo giọt Điều này dẫn đến chi phí năng lượng cao (để tách ẩm) và thất thoát các chất dễ bay hơi cao hơn

Hình ảnh các loại máy sấy phun:

Hình 2.13: Máy sấy phun sương

Hình 2.14: Máy sấy phun đáy phẳng

Hình 2.15: Máy sấy phun đáy hình nón

Hình 2.16: Máy sấy phun tổ hợp

Hình 2.17: Máy sấy phun kiểu trục quay

Ưu , nhược điểm chung của các loại máy sấy phun:

Ưu : Sản phẩm thu hồi có chất lượng tốt, giữ được những dược tính sinh học

Tỷ lệ thu hồi sản phẩm đạt tiêu chuẩn

Nhược : Đầu tư chi phí cho chế tạo, vận hành và tiêu hao năng lượng lớn dẫn đến giá thành sản phẩm không đủ sức cạnh tranh trên thị trường

2.2.3 Lý thuyết tính toán máy sấy phun

Tính chọn cốc tán xoay

a) Đường kính trung bình dtb của các hạt dịch thể

dt

dt tb

R n

d



5 98

ρdt khối lượng riêng của hỗn hợp

b) Công suất tiêu thụ của động cơ quay đĩa

N= 1 , 91 * 10  3G * w,(kg.m/s2)(N)

Trong đó:

- G_lưu lượng khối lượng dịch thể, kg/s

- w_tốc độ quay của đĩa, m/s

Tính chọn kích thước buồng sấy

Buồng sấy của máy sấy phun thường là 1 hình trụ tròn, do đó xác định kích thước buồng sấy là xác dịnh thể tích V, đường kính D và chiều cao H của hình trụ đó

- Thể tích buồng sấy:



.A

W

V , m3 Trong đó :

- Đường kính buồng sấy :

Đường kính buồng sấy được chọn theo điều kiện:

D  Dc

Trong đó Dc là đường kính cực đại của chùm tia phun do đĩa phun tạo ra

Đường kính Dc phụ thuộc vào loại đĩa và bản chất của dịch thể Thực nghiệm ta có Dc

~ 1000 mm

- Chiều cao của buồng sấy:

2

4

D

V h



- Tính toán chiều cao đáy nón :

Ta chọn góc nghiêng của thùng sấy  = 400, từ đó tính được chiều cao đáy nón :

hn =

40

2 tg

D , mm

Tính chọn quạt

Tính toán đường ống dẫn tác nhân sấy

Theo sơ đồ bố trí của hệ thống, ta cần phải chế tạo hệ thống dẫn không khí từ buồng sấy đến xyclon và đường ống từ xyclon đến quạt Diện tích mặt cắt của ống được xác định theo công thức:



 V

F , m2 Trong đó:

F: diện tích tiết diện đường ống dẫn, m2

V: lưu lượng không khí trong đoạn ống, m3/s

- Chiều dài đường ống: chiều dài toàn bộ đường ống được xác định dựa vào sơ

đồ bố trí hệ thống

Tính toán trở lực của hệ thống:

* Tổn thất áp suất trên đường ống gió

- Tổn thất ma sát:

d

lP

2 ms

: khối lượng riêng của không khí tại nhiệt độ 1450C

Tra bảng thông số vật lý của không khí khô:

, W/m2

Vậy:

2

d

lP

2 ms

2

p

2 cb

P1 = Pms + Pcb

* Tổn thất qua các thiết bị của hệ thống

Theo thực nghiệm ta chọn

- Trở lực của xyclon:  = 200 mmHP2 2O

- Trở lực qua bộ trao đổi nhiệt:  = 100 mmHP3 2O

- Trở lực qua bộ phân phối gió:  = 100 mmHP4 2O

* Áp suất động của khí thoát

Pđ =

2 2



Vậy, tổng trở lực của hệ thống là:

P = P1+P2+ +P3  +PP4 đ

Chọn quạt có lưu lượng Qq = 1,5.Vkk

Công suất quạt:

 1000

P Q

 , kW Tính chọn quạt giải nhiệt cho vách buồng sấy

Trong quá trình sấy, để giải nhiệt cho vách buồng sấy, quạt hút gió được sử dụng để hút gió tươi từ môi trường vào giữa 2 vách buồng sấy

Lưu lượng không khí cần thiết được tính toán dựa vào sự chênh lệch nhiệt độ giữa tác nhân sấy và nhiệt độ vách cần làm nguội

Nhiệt độ bên ngoài buồng sấy : t1= t0 = 300C

Nhiệt độ bên trong buồng sấy : tf2 = 1450C

Buồng sấy làm bằng thép không gỉ có hệ số dẫn nhiệt  = 16 W/m.độ

Ta có công thức tính nhiệt lượng:

Q1 = G.Cp.(t2 - t1)

Q2 = q.F = α(tw - tf).F Trong đó:

F là diện tích xung quanh của thùng sấy:

F = 2r.h, m2

Q: nhiệt lượng (W)

G: Lưu lượng khối lượng gió tươi ( kg/s)

Cp: Nhiệt dung riêng của không khí

t1 : Nhiệt độ không khí đầu vào

t2 : Nhiệt độ không khí đầu ra

tw : Nhiệt độ vách buồng sấy

tf : Nhiệt độ trung bình của lớp không khí

α: Hệ số tỏa nhiệt từ vách ngoài tới lớp không khí

Tính chọn bộ phận phân phối tác nhân sấy

Chọn theo thực nghiệm

Tính chọn xyclone

Dựa vào lưu lượng của không khí cung cấp cho quá trình sấy ta chọn đường kính phần hình trụ của xyclon là 0,2 m Tra bảng tiêu chuẩn tính toán xyclon ta có các kích thước của xyclon theo tiêu chuẩn như bảng 3.2

Bảng 2.1: Kích thước của xyclon, (m)

Chi tiết Kích thước, m Đường kính 0,2

Đường kính ống vào 0,05 Chiều cao phần hình trụ 0,26 Chiều cao phần hình nón 0,4

Tính chọn điện trở

Chọn điện trở có sẵn trên thị trường với công suất và hình dạng phù hợp với yêu cầu của bài toán tính nhiệt lượng và lưu lượng TNS

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu về sữa ong chúa: Nguồn gốc, thành phần, công dụng, tình hình sản xuất, phương pháp bảo quản

- Các phương pháp sấy nhiệt độ thấp

- Tính toán máy sấy phun: Buồng sấy, cốc tán xoay, hệ thống phân phối gió,

cơ cấu gạt sản phẩm, xyclone, bộ gia nhiệt điện trở, quạt

- Tính toán nhiệt quá trính sấy

- Tiến hành khảo nghiệm

3.2 Phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Tìm hiểu về sữa ong chúa và phương pháp sấy

Tra cứu các tài liệu có liên quan đến đề tài nghiên cứu

Bao gồm : Các đề tài nghiên cứu, tài liệu từ internet, các giáo trình và các thông tin liên quan do công ty TNHH Huy Hoàn cung cấp

3.2.2 Tính toán máy sấy phun

Buồng sấy: Xác định kích thước buồng sấy là xác định thể tích V, đường kính

D, chiều cao H Tính theo công thức thực nghiệm:

.