Thiết kế hệ thống sấy phun sữa bột năng suất 200kgh

Hệ thống sấy phun ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: thực phẩm, y tế,...Trong đó, hệ thống được áp dụng nhiều ở thực phẩm sữa và ngày càng có nhiều nghiên cứu trong sản xuất loại thực phẩm này

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THUẬT THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN SỮA BỘT VỚI

NĂNG SUẤT 200kg/h

GVHD: TRẦN VĂN HÙNG

SVTH:

NGUYỄN THỊ KIM LIÊN

PHAN PHƯỚC THIỆN

TP HỒ CHÍ MINH, 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN SỮA BỘT

VỚI NĂNG SUẤT 200kg/h

LỜI MỞ ĐẦU

Từ lâu con người đã biết sử dụng sữa như một loại thực phẩm cao quý rất

bổ ích cho cơ thể, nhất là đối với trẻ sơ sinh Sữa là một loại thức ăn bổ dưỡng đặtnền móng cho sức khỏe và trí tuệ của nhân loại.Chế biến sữa đã được bắt đầu từ

6000 năm trước đây, thậm chí còn sớm hơn nữa Ở nước ta công nghệ chế biếnsữa chỉ bắt đầu phát triển mạnh vào những năm cuối thập kỷ 80 của thế kỷ 20 khiđất nước bước vào thời kỳ đổi mới, cho đến ngày nay đã có rất nhiều các nhà máysữa lớn nhỏ trên khắp cả nước

Trong các sản phẩm từ sữa thì sữa bột giữ một vai trò rất quan trọng vàchiếm một số lượng lớn Việc chế biến và sản xuất sữa bột có nhiều ý nghĩa quantrọng, trong đó ưu điểm lớn nhất là tăng được thời gian bảo quản sữa và giảm chiphí vận chuyển do đó nó có ý nghĩa quan trọng đối với nền kinh tế

Ngày nay chất lượng cuộc sống càng tăng lên, nhu cầu sử dụng sữa cũngngày một tăng theo, trong đó có sữa bột, do vậy mà công nghệ chế biến và sản xuấtsữa bột cũng ngày một phát triển Có nhiều phương pháp để sản xuất sữa bột, mỗiphương pháp sẽ cho ra một loại sản phẩm có chất lượng khác nhau Giới hạn trong

đồ án môn học Kỹ thuật thực phẩm này, nhóm em xin trình bày phương pháp sảnxuất sữa bột bằng phương pháp sấy phun nhằm phần nào hiểu rõ hơn công nghệsản xuất sữa bột

Nhóm em xin chân thành cảm ơn khoa công nghệ thực đã tạo điều kiện chochúng em có cơ hội thực hiện đề tài Đặc biệt là thầy Trần Văn Hùng, với sựhướng dẫn nhiệt tình và tận tâm của thầy đã giúp chúng em hoàn thành đồ án mônhọc này

Dù đã cố gắng hết sức nhưng với một khoảng thời gian có hạn và là lần đầutính toán thiết kế hệ thống thiết bị nên chắc chắn không thể tránh khỏi những saisót, chúng em rất mong nhận được thêm sự chỉ dạy từ các thầy cô

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 7

1.1 Tổng quan về nguyên liệu 7

1.1.1 Tính chất vật lý 7

1.1.2 Thành phần hóa học 8

1.1.3 Những biến đổi của sữa trong quá trình bảo quản 14

1.2 Giới thiệu về quá trình sấy 14

1.2.1 Khái niệm và mục đích 14

1.2.2 Cơ sở khoa học của quá trình sấy phun 15

1.2.3 Những biến đổi của sữa trong quá trình sấy phun: 15

1.2.4 Tác nhân sấy 16

1.2.5 Ứng dụng của phương pháp sấy phun trong công nghệ thực phẩm 16 1.3 Quy trình công nghệ sản xuất sữa: 18

1.3.1 Sơ đồ quy trình sản xuất sữa: 18

1.3.2 Thuyết minh quy trình: 18

1.4 Thiết bị sấy phun 21

1.4.1 Cấu tạo: 21

1.4.2 Phân loại: 22

1.4.3 Giới thiệu hệ thống sấy phun một giai đoạn 23

1.4.4 Ưu và nhược điểm của thiết bị sấy phun: 24

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

2.1 Các thông số ban đầu 25

2.2 Tính toán cân bằng vật chất 25

2.3 Quá trình sấy lý thuyết 27

2.4 Quá trình sấy thực tế 29

2.5 Số liệu tính toán được 31

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 33

3.1 Thông số thiết bị: 33

3.2 Kích thước thiết bị chính: 33

3.3 Tính bền cho thiết bị chính 36

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 38

4.1 Tính thiết bị truyền nhiệt 38

4.2 Tính và chọn xyclon lắng 41

4.3 Buồng đốt 42

4.3.1 Cấu tạo 42

4.3.2 Tính toán buồng đốt 44

4.4 Tính chọn quạt 46

4.5 Tính chọn bơm cao áp 49

4.6 Tính chân đỡ cho thiết bị chính 50

4.7 Cửa quan sát 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Hình ảnh sữa bột hòa tan 17

Hình 1.2 Hình ảnh bột chanh dây 18

Hình 1.3 Hình ảnh bột lòng trắng trứng 18

Hình 1.4Hình ảnh sản phẩm bột cà phê 18

Hình 1.5Một số sản phẩm bột rau quả 19

Hình 1.6Hình ảnh buồng sấy 23

Hình 1.7 Hướng đi của tác nhân sấy 24

Hình 1.8 a) cơ cấu phun áp lực; b) cơ cấu phun bằng khí động 24

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống thiết bị sấy phun một giai đoạn 24

Hình 2.1 Đồ thị I-d của quá trình sấy lý thuyết 29

Hình 4.1 Cấu tạo của buồng đốt dùng nhiên liệu lỏng 44

Hình 4.2 Cấu tạo của buồng đốt ghi ngang bán cơ khí 45

1.1

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng) 10

Bảng 1.2 Thành phần chất béo trong sữa bò 11

Bảng 1.3 Các acid béo trong sữa 11

Bảng 4.1 Các đặc trưng của buồng đốt nhiên liệu rắn 46

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.2 Tổng quan về nguyên liệu

Nguyên liệu chính cho quá trình sản xuất sữa bột là sữa đặc được cô đặc từsữa tươi Sữa là chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồnthức ăn để nuôi sống động vật non Sữa có đầy đủ dinh dưỡng cần thiết cho sựphát triển của cơ thể và dễ háp thu, vì vậy từ lâu con người đã biết sử dụng sữa từvật nuôi để chế biến thành nhiều loại thực phẩm quý giá, bổ dưỡng Hiện nayngành công nghiệp chế biến sữa trên thế giới sản xuất trên 3 nguồn chính: sữa bò,sữa dê và sữa cừu Ở nước ta, sữa bò là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho côngnghiệp sản xuất sữa Ngoài nguyên liệu chính là sữa tươi còn có các nguyên liệuphụ khác như đường, vitamin, chất ổn định, chất tạo nhũ, chất chống oxyhóa nhằm mục đích tạo độ đặc cho sản phẩm sữa, tạo độ ngọt, và màu vàng đặctrưng cho sữa Đường maltosedextrin còn có tác dụng làm cho sản phẩm sữa bộtbền nhiệt, không bị biến tính khi sấy và sản phẩm sữa bột không bị vón cục

1.2.1 Tính chất vật lý

Sữa là một chất lỏng màu trắng, đục Độ đục của sữa bò là do các chất béo,protein và một số khoáng trong sữa tạo nên Màu sắc của sữa thường từ màu trắngđến vàng nhạt, phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng β-caroten có trong chất béo củasữa Sữa có độ nhớt lớn hơn hai lần so với nước, có vị ngọt nhẹ và có mùi đặctrưng

Sữa tươi thường có những đặc điểm và tính chất sau:

- pH (ở 20oC): 6.5-6.7 Khi sữa bị nhiễm vi sinh vật, giá trị pH của sữagiảm

- Độ chua tính bằng Domic – oD: 15-18

oD: là số ml dung dịch NaOH N/9 cần dùng để chuẩn độ hỗn hợp 100mlsữa và 200ml nước cất có bổ sung vài giọt phenolphtalein cho đến khixuất hiện màu hồng bền trong 20 giây

- Tỷ trọng (ở 15.5 C): 1.028-1.036 g/cm Giá trị này thay đổi và phụthuộc vào loài giống gia súc, chu kỳ tiết sữa và nhiệt độ của môi trường.

Tỷ trọng sữa do hàm lượng các chất khô trong sữa quyết định Hàmlượng chát béo trong sữa càng cao, tỷ trọng sữa càng thấp

- Độ nhớt của sữa: phụ thuộc vào nhiệt độ và trạng thái phân tán của cácchất có trong sữa Thông thường độ nhớt của sữa có giá trị khoảng 20cp

ở 20oC

- Áp suất thẩm thấu của sữa: được tạo bởi những chất có khả năng phântán cao như đường lactose, muối Thông thường ap suất thẩm thấu củasữa có giá trị vào khoảng 6.6atm ở 0 oC

- Điểm đông đặc: thường dao động từ -0.54 đến -0.59 oC Người ta thường

sử dụng chỉ tiêu này xem sữa có bị pha loãng với nước không

Sữa bò gồm khoảng 87% là nước và 13% là chất khô Hàm lượng cácthành phần chính của sữa có thể dao động cách đáng kể, phụ thuộc vào sự khácbiệt về giống,điều kiện tự nhiên và diều kiện chăn nuôi Số liệu trong bảng dướiđây cho biết giới hạn dao động hàm lượng các thành phần trong sữa

Bảng 1.1 Hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng)

Các thành phần chính Khoảng biến thiên Giá trị trung trung

13.0

4.83.43.90.8

Nguồn: Diary processing handbook

 Nước:

Trong sữa, nước chiếm tỷ lệ lớn nhất, tồn tại chủ yếu ở dạng tự do (chiếm96-97% tổng lượng nước), là môi trường hòa tan các thành phần chất khô có trongsữa Nước còn là môi trường cho các phản ứng sinh hóa, trong đó có phản ứng lênmen sữa Nước trong sữa một phần tồn tại ở dạng hydrat hóa với đường lactose vàkhoáng còn một phần khác liên kết với protein

 Chất béo:

Chất béo sữa là một thành phần quan trọng về mặt dinh dưỡng (sinh nănglượng, chứa nhiều vitamin, ) Chất béo ảnh hưởng nhiều đến mùi vị và trạng tháisản phẩm trong quá trình chế biến, bảo quản

Thành phần: chất béo sữa chủ yếu là các lipid đơn giản (chiếm 98.5%),phần còn lại là lipid phức tạp và các hợp chất tan trong chất béo

Bảng 1.2 Thành phần chất béo trong sữa bò

Monoglyceride

- Choleseride ( ester của acid béo

và cholesterol)

- Ceride (ester của acid béo và

rượu cao phân tử)

0.10.03

Trong sữa có 18 aicid béo, tạo nên đến vài ngàn loại triglyceride khác nhaucủa chất béo sữa

Bảng 1.3 Các acid béo trong sữa

Các acid béo Tỷ lệ so với

tổng số, %

Điểmnhiệt độnóngchảy,

oC

Số lượngnguyên tử

-7.9-1.5+16.5

81216

468

222

Chất lỏng

ở nhiệt độphòng

Capric Acid

Lauric Acid

Myristic Acid

1.8 – 3.82.0 – 5.07.0 – 11.0

+31.4+43.6+53.8

202428

101214

222

Chất rắn ởnhiệt độphòng

Palmitic Acid

Stearic Acid

25.0 – 29.07.0 – 13.0

+62.2+69.3

3236

1618

22Các acid béo

Dưới 1%

+14.0-5.0-5.0-49.5

34323032

18281820

2222

Chất lỏng

ở nhiệt độphòng

Nguồn: Diary processing handbook

Chất béo sữa được tạo thành từ các triglyceride khác nhau nên có khoảngnhiệt độ nóng chảy 28 – 35oC và đông đặc ở 19 – 26 oC

 Protein

Protein được xếp vào nhóm những hợp chất chứa nito trong sữa, là mộttrong những hợp chất quan trọng của sữa Trong sữa, các hợp chất chứa nito trungbình chiếm 3.4%, trong đó, 3.3% là protein và 0.1% là các hợp chất chứa nito phiprotein (bao gồm acid amin tự do, nucleotide, ure, acid uric Trong sữa có hainhóm protein chính là casein và protein nước sữa (whey protein)

- Casein:

Casein là thành phần quan trọng nhất của protein trong sữa chiếm 75 – 80

% lượng protein Trong sữa, các casein này tồn tại dưới dạng micell Mỗi micellchứa khoảng 65% là nước, phần còn lại là khoáng (calci, magie, phosphat vàcitrate) và các loại casein như α-casein, β-casein, κ-casein, γ-casein

- Whey protein:

Whey - là phần còn lại sau khi kết tủa casein bằng acid, chiếm 20% tổnglượng nito có trong sữa và chủ yếu gồm α-lactalbumin, β-lactoglobulin Các wheyprotein, đặc biệt α-lactalbumin có giá trị dinh dưỡng rất cao Thành phần aminoacid của chúng rất giống với thành phần amino aicd lý tưởng Khi sữa bị gia nhiệt,các whey protein bị biến tính và liên kết với casein, làm giảm khả năng đông tụ

các casein bằng rennin và giảm khả năng liên kết với ion Ca

 Đường lactose:

Lactose là disaccharide tự nhiên được hợp thành từ hai loại đường đơn làglucose và galactose, tạo năng lượng, có khả năng lên men, có độ ngọt kém 30 lầnsucrose, độ hòa tan trong nước cũng kém hơn; là thành phầm đường chủ yếu cótrong sữa, chiếm khoảng 4.8%

Lactose tồn tạo chủ yếu ở 2 dạng: khan (β-lactose anhydrous) và ngậmmột phân tử nước (α-lactose monohydrate) Tỷ lệ hàm lượng giữa 2 loại này tùyvào giá trị nhiệt độ và pH của sữa Ở 20oC, α-lactose chiếm 40%, và β-lactosechiếm 60% Khi nhiệt độ thay đổi, có sự chuyển đổi từ dạng α sang β và ngược lại.Khi nhiệt độ giảm thì cân bằng giữa 2 dạng bị phá vỡ, một phần α-lactose chuyểnthành β-lactose Trong sữa đường lactose tồn tại ở dạng hòa tan Ngoài đườnglactose còn có một số loại đường khác với hàm lượng nhỏ

 Các thành phần khác:

- Khoáng và muối

Hàm lượng khoáng trong sữa dao động từ 8-10% Các muối trong sữa tồntại ở dạng hòa tan hoặc dung dịch keo (kết hợp với casein) Trong sữa có rất nhiềuloại khoáng, gồm 25 loại nguyên tố nhóm đa lượng và 10 nguyên tố nhóm vilượng, chiếm hàm lượng cao nhất là calci, magie và phosphore Do trong sữa cómặt các cation K+, Na+, Mg2+, Ca2+ và các anion của các acid phosphoric, limonic,clohydride nên trong sữa có nhiều loại muối khác nhau, gồm: các muối clorua(KCl, NaCl, CaCl2 ), các muối phosphate (KH2PO4, NaH2PO4, K2HPO4 ), cácmuối citrate (K2(C6H6O7), Na2(C6H6O7), Ca3(C6H6O7)2 ) Trong các muối trên,muối calci có ý nghĩa lớn đối với người, đặc biệt là trẻ em

vitamin A, D do thức ăn của bò cung cấp Các vitamin nhóm B phần lớn được tổnghợp trong dạ cỏ nhờ vi sinh vật dạ cỏ và sau đó di chuyển vào tuyến sữa.

- Các chất khí và sắc tố của sữa:

Các chất khí: các chất khí hòa tan trong sữa có tỷ lệ chung gồm 70ml/l sữa

trong đó có: CO2 chiếm 50-10% so với tổng lượng khí, O2 chiếm 5-10% so vớitổng lượng khí , N2 chiếm 20-30% so với tổng lượng khí, ngoài ra trong sữa còn cóNH3

Sắc tố trong sữa: sữa có màu ngà vàng là do sự có mặt của nhóm

carotenoid mà đại diện là carotene Hàm lượng carotene phụ thuộc vào thức ăn giasúc, giống bò, và thời vụ Sữa có màu xanh là do có chứa chlorophille Màu xanhvàng của nước sữa (whey) là do sắc tố riboflavin (vitamin B1) Màu trắng của sữa

là do sự khuếch tán ánh sáng bởi các micell protein

- Các enzyme:

Enzyme là những chất xúc tác phản ứng, có bản chất là protein Trong sữa

có chứa nhiều loại enzyme có trong tự nhiên, chúng có mặt trong sữa từ tuyến sữa,

từ vi sinh vật có trong không khí và từ nhiều nguồn khác, những enzyme này làmbiến đổi thành phần hóa học của sữa trong quá trinh bảo quản từ đó làm giảm chấtlượng hoặc làm hư hỏng sữa Tuy nhiên có một số enzyme trong sữa nhưlactoperoxidase, lysozyme có vai trò kháng khuẩn, giúp ổn định sữa trong quátrình bảo quản Các enzyme trong sữa được chia làm hai nhóm: các enzyme thủyphân (lipase, phosphatase, galactase, và amylase) và các enzyme oxy hóa sinh học(Peroxidase, Oxydase, ) Về phương diện kỹ thuật chế biến sữa, người ta quantâm nhiều đến các enzyme sau: lipase, catalase, peroxidase, phosphatase

1.2.3 Những biến đổi của sữa trong quá trình bảo quản

Sữa là chất lỏng có giá trị dinh dưỡng cao, thành phần dinh dưỡng trongsữa tươi rất cân đối, dễ hấp thụ nên sữa tươi là môi trường rất thích hợp cho sựphát triển của vi sinh vật Mặc khác trong sữa lại có chứa nhiều enzyme do vậy màsau khi vắt ở sữa xẩy ra nhiều nhiều quá trình biến đổi làm giảm chất lượng củasữa mà ta cần chú ý để hạn chế, bao gồm các quá trình chủ yếu sau đây:

- Phản ứng lên men đường: thông thường các vi sinh vật phân hủy đường tạo

ra các rượu và aldehyde làm giảm chất lượng của sữa

- Phản ứng phân hủy chất béo: chất béo trong sữa bị phân hủy có thể là do

enzyme lipase của vi sinh vật hoặc có thể là do quá trình oxy hóa Các sản phẩmcủa quá trình oxy hóa chất béo là CO2, H2O, aldehyde, cetone, peroxide và cáchydroperoxide làm sữa có mùi khó chịu

- Phản ứng phân hủy protein: hiện tượng sữa tươi bị thối rữa là do nhiều loại

vi sinh vật có trong sữa phát triển và phân hủy protein của sữa Những vi khuẩngây thối rữa đã tiết các enzyme protease, enzyme này tác động làm phân hủyprotein Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy này là các acid béo mạchngắn, NH3, CO2, H2S, làm cho sữa có mùi ôi thối khó chịu và độc đối với cơthể

1.3 Giới thiệu về quá trình sấy

1.3.1 Khái niệm và mục đích

- Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu dưới tác dụng của nhiệt.Trong quá trình sấy, nước được tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do:

+ Chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu

+ Chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môitrường xung quanh

- Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền vàbảo quản sản phẩm được lâu hơn

- Quá trình sấy phun: mẫu đưa vào có dạng lỏng còn sản phẩm thu được códạng bột Nguyên tắc: vật liệu lỏng được phun thành những hạt nhỏ li ti trongbuồng sấy Thời gian tiếp xúc giữa vật liệu và không khí nóng rất ngắn nên nhiệt

độ vật liệu không tăng quá cao, sản phẩm thu được ở dạng bột mịn

1.3.2 Cơ sở khoa học của quá trình sấy phun

- Quá trình sấy phun trãi qua 3 giai đoạn sau:

+ Giai đoạn phân tán dòng nhập liệu thành những hạt sương nhỏ li ti, còn

được gọi là giai đoạn phun sương.

+ Giai đoạn trộn mẫu cần sấy vào không khí nóng, khi đó sẽ xãy ra quá trìnhsấy trong mẫu

+ Giai đoạn thu hồi sản phẩm sau khi sấy từ dòng khi thoát

- Ưu điểm của quá trình sấy phun:

+ Thời gian tiếp xúc giữa hạt chất lỏng và tác nhân sấy trong thiết bị ngắn Do

đó nhiệt độ mẫu nguyên liệu đem sấy không tăng quá cao Nhờ đó có thể giữ đượcgiá trị dinh dưỡng và giá trị cảm quan cho sản phẩm

+ Sản phẩm thu được có hình dạng và kích thước hạt đồng nhất Tỷ lệ khốilượng giữa các cấu tử không bay hơi trong sản phẩm tương tự như mẫu ban đầu.+ Thiết bị sấy phun thường có công suất cao và làm việc liên tục Điều nàygóp phần làm hiện đại hóa quy trình sản xuất công nghiệp

1.3.3 Những biến đổi của sữa trong quá trình sấy phun:

Khi được phân tán vào trong thiết bị sấy dưới dang giọt, dưới tác dụng của dòngkhí có nhiệt độ cao các giọt sữa se giảm đường kính, khối lượng và thể tích Trongđiều kiện sấy lí tưởng khối lượng sẽ bị giảm khoảng 50% , thể tích giảm 40% , cònđường kính giảm khoảng 70% so với giọt lỏng ban đầu từ vòi phun Ngoài nhữngbiến đổi trên thì trong quá trìng sấy sữa còn có một số biến đổi bất lợi khác như sau:

- Protein bị biến tính gây ra mùi khó chịu, giảm độ hòa tan của sữa làm giảmgiá trị cảm quan và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm

- Trong điều kiện sấy ở nhiệt độ cao , có thể xẩy ra phản ứng caramel hóađường lactose có trong thành phần của sữa, phản ứng Maillardd… tạo mùi vàmàu không tốt , bất lợi cho sản phẩm

- Sự oxy hóa của các lipite có trong sữa( do sự có mặt của emzim lizase cótrong sữa trong trường hợp xử lí không triệt để).Vì vậy đối với nguyên liệusữa tươi dung dễ sản xuất sữa bột nguyên kem thì thường phải chú ý nâng caonhiệt độ khi thanh trùng so với nguyên liệu dể làm sữa bột không béo để đảmbảo vô hoạt hoàn toàn enzim lizase

1.3.4 Tác nhân sấy

Không khí nóng là tác nhân sấy thông dụng dụng nhất, được cung cấp từ caloriphe,trong đó hơi là tác nhân gia nhiệt phổ biến nhất Nhiệt độ hơi dao động trongkhoảng 150-250oC Nhiệt độ trung bình của không khí nóng thu được thấp hơn nhiệt

độ hơi sử dụng là 10oC

1.3.5 Ứng dụng của phương pháp sấy phun trong công nghệ thực phẩm

- Sản xuất sữa bột

Hình 1.1 Hình ảnh sữa bột hòa tan

- Sản xuất bột chanh dây

Hình 1.2 Hình ảnh bột chanh dây

- Sản xuất lòng trắng trứng sấy

1.4 Quy trình công nghệ sản xuất sữa:

1.4.1 Sơ đồ quy trình sản xuất sữa:

75-85oC20-30 phút

P1= 200barP2=50bar120-180oCP=300-450 bar

Sơ đồ 1.1 Sơ đồ quy trình sản xuất sữa bột 1.4.2 Thuyết minh quy trình:

 Sữa nguyên liệu

Nguyên liệu chính để sản xuất sữa bột là sữa tươi Để ổn định chất lượngsữa bột thành phẩm, phải đảm bảo về các yêu cầu về hóa lý, vi sinh và cảm quan

Để làm giảm mật độ vi sinh vật, người ta thường dùng phương pháp thanh trùnghoặc tiệt trùng, có thể sử dụng kết hợp phương pháp ly tâm Để tăng hiệu quả tách

vi sinh vật, phương pháp phổ biến ngày nay là vi lọc (lọc membrane) Sau khi đạtyêu cầu sữa nguyên liệu được đưa vảo thiết bị để thực hiện quá trình chuẩn hóa

 Chuẩn hóa

Quá trình này có mục đích hiệu chỉnh hàm lượng chất béo có trong nguyênliệu Tùy vào chỉ tiêu chất béo trong sản phẩm để hiệu chỉnh hàm lượng béo thíchhợp cho nguyên liệu và được thực hiện trên dây chuyền tự động

Sữa bột

 Thanh trùng

Quá trình thanh trùng nhằm làm giảm số VSV trong sữa xuống dưới mứcthấp nhất, đồng thời vô hoạt các enzyme, đặc biệt là nhóm enzyme bền nhiệtlipase, nhằm mục đích là bảo quản

Thông thường sữa được thanh trùng ở 80 – 85oC trong vài giây Để đảmbảo tiêu diệt VSV và hạn chế các biến đổi về chất lượng sữa do nhiệt độ, hiện naymột số nhà máy sử dụng kết hợp phương pháp ly tâm hoặc vi lọc để tách bớt VSVtrước khi xử lý nhiệt

Các biến đổi của nguyên liệu:

- Sinh học và hóa sinh: một số loài vi sinh vật và enzyme sẽ bị ức chế trongquá trình thanh trùng

- Hóa học: một số phản ứng hóa học xảy ra:phản ứng Maillard, phản ứngphân hủy vitamin, phản ứng oxi hóa chất béo,… Mức độ biến đổi các phản ứng sẽthay đổi theo nhiệt độ và thời gian thanh trùng

60oC

Các biến đổi của nguyên liệu:

- Vật lý: kích thước hạt cầu béo giảm, nhiệt độ tăng nhẹ do tác động của ápsuất

- Hóa lý: diện tích bề mặt giữa hai pha dầu và nước sẽ gia tăng, do đó làmtăng sức căng bề mặt của các hạt cầu béo.

 Sấy

Quá trình sấy tách nước trong sữa dưới tác dụng của nhiệt độ để hàm ẩmtrong sản phẩm cuối cùng không quá 5% và thu được sản phẩm dạng bột

 Mục đích của quá trình sấy:

- Chế biến: chuyển sữa nguyên liệu từ dạng lỏng sang sữa bột thành phẩm

- Bảo quản: tách nước ra khỏi nguyên liệu, kéo dài thời gian bảo quản

 Các biến đổi của nguyên liệu

- Vật lý: tỷ trọng, nhiệt độ sữa sẽ thay đổi

- Hóa học: phản ứng oxi hóa chất béo, phản ứng Maillard Các phản ứng sẽlàm giảm giá trị dinh dưỡng và cảm quan của sữa,tuy nhiên thời gian lưu của sữatrên các thiết bị khá ngắn nên không ảnh hưởng đáng kể

- Hóa lý:

+ Sự chuyển hóa của nước từ dạng lỏng sang hơi, làm giảm ẩm của sảnphẩm

+ Sự biến tính nhiệt của phân tử protein sữa

- Sinh học và hóa sinh: gây ức chế vi sinh vật và enzyme có trong sữa

Người ta có thể sử dụng các thiết bị sấy như: thiết bị sấy thăng hoa (freeze

dryer), thiết bị sấy trục (drum/roller dryer) hoặc thiết bị sấy phun (spray dryer).

 Rót sản phẩm

Mục đích là hoàn thiện

Thông thường, sản phẩm được đựng trong bao bì giấy hoặc bao bì kimloại Yêu cầu chung của bao bì là phải hạn chế sự tiếp xúc của ánh sáng, không khí

và độ ẩm từ môi trường xung quanh đến sản phẩm

 Sữa bột

Sữa thành phẩm được vận chuyển vào kho chờ xuất ra thị trường

1.5 Thiết bị sấy phun

- Buồng sấy: là nơi hòa trộn mẫu sấy (dạng sương mù) và tác nhân sấy (khôngkhí nóng) Buồng sấy phun có thể có nhiều hình dạng khác nhau nhưng phổ biến nhất là buồng sấy hình trụ đứng, đáy côn Kích thước buồng sấy (chiều cao, đườngkính ) được thiết kế phụ thuộc vào kích thước các hạt lỏng và quỹ đạo chuyển động của chúng, tức phụ thuộc vào loại cơ cấu phun sương sử dụng

Hình 1.6 Hình ảnh buồng sấy

- Hệ thống thu hồi sản phẩm: bột sau khi sấy phun được thu hồi tại cửa đáy buồng sấy Để tách sản phẩm ra khỏi khí thoát, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau: lắng xoáy tâm, lắng xoáy tĩnh điện

Phổ biến nhất là phương pháp lắng xoáy tâm, sử dụng cyclone

- Quạt: sử dụng quạt ly tâm để vận chuyển toàn bộ tác nhân sấy qua hệ thống,

để tăng lưu lượng tác nhân sấy Người ta có thể một quạt hay hai quạt, ở đầu và cuối hệ thống có gắn bộ phận chắn gió để điều khiển vận tốc khí

- Cơ cấu phun: có chức năng đưa nguyên liệu (dạng lỏng) vòa buồng dưới dạng hạt mịn (sương mù) Quá trình tao sương mù sẽ quyết định kích thước các giọt lỏng và sự phân bố của chúng trong buồng sấy, do đó sẽ ảnh hưởng đến giá trị

bề mặt truyền nhiệt và tốc độ sấy Cơ cấu phun có các dạng như: cơ cấu phun áp

lực, cơ cấu phun bằng khí động, đầu phun ly tâm

1.5.2 Phân loại:

- Phân loại thiết bị theo chiều tác nhân sấy

a-Cùng chiều b-Ngược chiều c-Kết hợp

Hình 1.8 a) cơ cấu phun áp lực; b) cơ cấu phun bằng khí động

- Phân loại theo cấp độ sấy:

+Sấy một cấp

+Sấy hai cấp

Hình 1.7 Hướng đi của tác nhân sấy

1.5.3 Giới thiệu hệ thống sấy phun một giai đoạn

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống thiết bị sấy phun một giai đoạn

2 Caloriphe 6 Cyclon thu hồi sản phẩm từ khí thải

3 Thùng chứa nguyên liệu sấy 7 Cyclon vận chuyển sản phẩm

4 Bơm nguyên liệu 8 Hệ thống quạt hút và màng lọc

Nguyên tắc hoạt động

Nguyên liệu từ thùng chứa (3) được bơm số (4) bơm vào buồng sấy (1), khivào buồng sấy được phân bố mẫu thành hạt nhỏ li ti (dạng mù) nhờ cơ cấu phun 1lít dung dịch có thể được phun thành 1,5*1010 giọt với tổng diệ tích bề mặt lên đến120m2 Không khí nóng thổi qua caloriphe (2) đưa vào buồng sấy Không khí nóng

và nguyên liệu bốc hơi sau đó thoát ra ngoài, sản phẩm khô được thu gom tại đáycyclon (6), được làm nguội và thu hồi Một phần bụi min theo không khí quacyclon (7), sau đó qua bộ lọc vải (8) nhằm thu hồi các hạt bụi mịn còn sót lại vàthải ra ngoài

1.5.4 Ưu và nhược điểm của thiết bị sấy phun:

+Vận hành liên tục và có thể tự động hóa hoàn toàn.

+Chi phí nhân công thấp

+Áp dụng cho các sản phẩm bền nhiệt và không bền nhiệt, nguyên liệu ở dạng dungdịch, gel,paste, huyền phù,…

- 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 tạogiọt lỏng

+Chi phí năng lượng cao để tách ẩm

+Thất thoát các chất dễ bay hơi cao

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 2.1 Các thông số ban đầu

Năng suất theo sản phẩm sấy: 200kg/h

Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy: 50%

Độ ẩm của vật liệu sau sấy: 3%

2.2 Tính toán cân bằng vật chất

Kí hiệu:

+ G1: Lượng vật liệu ẩm đi vào máy sấy (kg/h)

+ G2: Lượng vật liệu ra khỏi máy sấy (kg/h)

+ W1,W2: Độ ẩm ban đầu và cuối của vật liệu (tính theo khối lượng, %)

+ W: Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy, (kg/h)

+ Gk: Lượng vật liệu khô tuyệt đối, (kg/h)

Tính toán cân bằng vật chất:

Theo phương trình cân bằng vật liệu, ta có:

- Lượng vật liệu ẩm đi vào máy sấy:

G1=G2100−W2

100−W1=200

1 00−3 100−50=388¿ ¿

- Lượng ẩm bốc hơi trong quá trình sấy:

Tính lượng không khí cần cho quá trình sấy

Chọn không khí vào calorifer có nhiệt độ to = 30 oC, o = 0,77 Không khí vàothiết bị sấy có nhiệt độ là t1 = 180o C, ra khỏi thiết bị sấy có nhiệt độ là t2=

90oC

- Hàm ẩm của không khí là:

d0=0,622∗P bh0∗φ0P−P bh0∗φ0 (VII.11, sổ tay QTTB 2,105)[1]

- Áp suất hơi nước bão hòa tại t0 = 30 C được tính bằng:

- Enthapy được tính bằng công thức:

I0= Ck.t0 + (r0 + Cht0)d0 = 1.004.t0 + (2500 + 1,842t0)d0 (VII.13, sổ tay QTTB2,105)[1]

(Trong đó :

C0 - Nhiệt dung riêng đẳng áp của không khí khô Ck= 1,004 kJ/kg.oC

Ch - Nhiệt dung riêng đẳng áp của hơi nước ở 0oC : Ch = 1,842 kJ/kg.oC

ro - Nhiệt ẩn hóa hơi của nước ở 0oC : ro = 2500 kJ/kg)

- Lượng không khí khô tiêu tốn riêng cho 1kg ẩm bốc hơi là :

g= 1

d2−d0=

1 0,055−0,02 = 28,57 (kg kk khô/kg ẩm) (VII.12, Sổ tay QTTB2/T105 )[1]

- Lượng không khí tiêu hao chung trong quá trình sấy