Luận án tiến sĩ y học nghiên cứu công nghệ sản xuất canxi cacbonat từ vỏ hầu để làm phụ gia thực phẩm

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Những số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực chưa tác giả khác công bố Hà Nội, ngày 16 tháng 01 năm 2019 Giáo viên Hƣớng dẫn Nghiên cứu sinh PGS.TS Nguyễn Duy Thịnh; PGS.TS La Thế Vinh Nguyễn Xuân Thi i LỜI CẢM ƠN Trong q trình học tập, nghiên cứu hồn thành Luận án này, Nghiên cứu sinh nhận giúp đỡ, hướng dẫn tận tình hai Thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Duy Thịnh, PGS.TS La Thế Vinh – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn tới hai Thầy Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy, cô Bộ môn Quản lý chất lượng; thầy, cô Viện Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm, Viện Kỹ thuật Hóa học; thầy, cơ, anh, chị em đơn vị trực thuộc Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giảng dạy, hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho việc hoàn thành luận án nâng cao kiến thức chuyên môn Tôi trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành tập thể Lãnh đạo Viện Nghiên cứu Hải sản Lãnh đạo, anh chị em Phịng Nghiên cứu Cơng nghệ Sau Thu hoạch, Phân Viện nghiên cứu Hải sản phía Nam tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình thực Luận án Cuối cùng, tơi bày tỏ lịng kính u gia đình, vợ, bạn bè, đồng nghiệp động viên, giúp đỡ suốt thời gian học tập, nghiên cứu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Hà Nội, ngày 16 tháng 01 năm 2019 Nghiên cứu sinh Nguyễn Xuân Thi ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết Mục tiêu nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Những điểm luận án Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan canxi cacbonat 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Tên gọi công thức 1.1.3 Tính chất vật lý 1.1.4 Tính chất hóa học 1.1.5 Phân loại canxi cacbonat 1.1.6 Tiêu chuẩn Canxi cacbonat làm phụ gia thực phẩm 1.1.7 Sản xuất canxi cacbonat từ nguyên liệu khác 1.2 Tổng quan vỏ hầu 1.2.1 Phân bố, sản lượng 1.2.2 Tình hình nghiên cứu giới 12 1.2.3 Tình hình nghiên cứu nước 22 1.2.4 Các giải pháp để tinh CaCO3 từ vỏ hầu qua công đoạn 23 1.3 Phụ gia thực phẩm 25 1.3.1 Khái niệm 25 1.3.2 Vai trò phụ gia thực phẩm 26 1.3.3 Chả cá thu 27 1.4 Nhận xét, đánh giá 28 CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2.1 Nguyên vật liệu 31 2.1.1 Vỏ hầu 31 2.1.2 Thịt cá thu 32 iii 2.2 Hoá chất – Thiết bị 32 2.2.1 Hoá chất – dụng cụ 32 2.2.2 Thiết bị 32 2.3 Phương pháp nghiên cứu tạo chế phẩm CaCO3 34 2.3.1 Nghiên cứu làm vỏ hầu 36 2.3.2 Nghiên cứu điều kiện nung vỏ hầu 36 2.3.3 Nghiên cứu điều kiện hydrat hoá CaO tạo Ca(OH)2 37 2.3.4 Nghiên cứu điều chế CaCO3 37 2.3.5 Nghiên cứu trình ly tâm để giảm độ ẩm CaCO3 37 2.3.6 Nghiên cứu điều kiện sấy sản phẩm CaCO3 37 2.3.7 Đánh giá chất lượng sản phẩm CaCO3 38 2.4 Nghiên cứu lựa chọn liều lượng CaCO3 bổ sung vào chế biến chả cá thu 38 2.4.1 Ảnh hưởng nồng độ canxi bổ sung tới cường độ gel chả cá 40 2.4.2 Ảnh hưởng nồng độ canxi bổ sung tới độ uốn lát chả cá 41 2.4.3 Ảnh hưởng nồng độ canxi bổ sung tới chất lượng cảm quan 41 2.5 Các phương pháp phân tích 41 2.5.1 Phương pháp phân tích nhiệt 41 2.5.2 Phương pháp phân tích cấu trúc giản đồ XRD 42 2.5.3 Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét SEM 44 2.5.4 Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại IR 47 2.5.5 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 48 2.5.6 Phương pháp đánh giá chất lượng CaCO3 49 2.5.7 Phương pháp đánh giá mức độ gel chả cá thu 50 2.5.8 Phương pháp đánh giá độ uốn lát cắt chả cá thu 51 2.5.9 Phương pháp đánh giá cảm quan 51 2.5.10 Phương pháp phân tích tiêu hóa học chả cá 52 2.6 Phương pháp xử lý số liệu 52 2.7 Địa điểm tiến hành thí nghiệm, phân tích chất lượng 53 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54 3.1 Nghiên cứu nguyên liệu vỏ hầu 54 3.1.2 Kích thước, hình dạng khối lượng thể tích 54 3.1.3 Phân tích thành phần nguyên liệu vỏ hầu 55 iv 3.2 Các giải pháp để tinh CaCO3 từ vỏ hầu 58 3.3 Nghiên cứu xây dựng Quy trình sản xuất canxi cacbonat từ vỏ hầu 60 3.3.1 Nghiên cứu công đoạn làm vỏ hầu 60 3.3.2 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình nung vỏ hầu 61 3.3.3 Nghiên cứu cơng đoạn Hiđrát hóa CaO tạo Ca(OH)2 loại tạp chất 70 3.3.4 Nghiên cứu điều chế CaCO3 77 3.3.5 Nghiên cứu trình ly tâm để giảm độ ẩm CaCO3 80 3.3.6 Nghiên cứu trình trình sấy sản phẩm CaCO3 81 3.3.7 Phân tích chất lượng sản phẩm CaCO3 84 3.3.8 Tính toán giá thành sản phẩm canxi cacbonat sản xuất từ vỏ hầu 91 3.3.9 Quy trình cơng nghệ sản xuất canxi cacbnat từ vỏ hầu để làm chất phụ gia thực phẩm 92 3.4 Nghiên cứu bổ sung phụ gia CaCO3 vào chả cá thu 94 3.4.1 Cơ sở lựa chọn 94 3.4.2 Đặc tính chức protid chả cá 96 3.4.3 Ảnh hưởng gia vị 97 3.4.4 Ảnh hưởng số công đoạn chế biến đến chất lượng chả cá 98 3.4.5 Ảnh hưởng nồng độ canxi bổ sung tới chất lượng cảm quan chả cá 100 3.4.6 Ảnh hưởng nồng độ canxi bổ sung tới cường độ gel chả cá 101 3.4.7 Ảnh hưởng nồng độ canxi bổ sung tới độ uốn lát chả cá 102 3.4.8 Ảnh hưởng CaCO3 đến cường độ gel, độ uốn lát tính chất cảm quan chả cá 102 3.4.9 Chất lượng chả cá bổ sung canxi 104 3.4.10 Nhận xét chung 105 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 107 Kết luận 107 Kiến nghị 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 PHỤ LỤC 112 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT 10 11 12 13 14 15 16 17 Chữ viết tắt QCVN TCVN FAO WHO CAC JECFA EFSA EU FDA CaCO3 TN DTA TGA XRD SEM IR TEM Chú thích Quy chuẩn Việt nam Tiêu chuẩn Việt Nam Food and Agriculture Organization of the United Nations: Tổ chức Nông lương Liên hợp Quốc World Health Organization: Tổ chức Y tế giới Codex Alimentarius Committee: Ủy ban tiêu chuẩn hóa thực phẩm quốc tế Joint Expert Committee of Food Additives: Uỷ ban chuyên gia Phụ gia Thực phẩm European Food Safety Association: Hiệp hội An toàn thực phẩm châu Âu European Union: Khối thị trường chung Châu Âu Food and Drug Administration: Cục quản l‎ý thực phẩm dược phẩm (Hoa Kỳ) Calcium carbonate: canxi cacbonat Thí nghiệm Phân tích nhiệt vi sai Phân tích nhiệt trọng lượng Phân tích cấu trúc giản đồ Chụp ảnh hiển vi điện tử quét Phân tích phổ hồng ngoại Kính hiển vi điện tử truyền qua vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Các tiêu canxi cacbonat thực phẩm, dược phẩm Bảng 1.2: Tiêu chuẩn CaCO3 phụ gia thực phẩm theo 2008/128/EC JECFA Bảng 1.3: Thành phần vỏ hầu Hàn Quốc sau nung 16 Bảng 1.4: Thành phần hoá học vỏ hầu 22 Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật trình thử nghiệm 40 Bảng 2.2: Thang điểm đánh giá độ uốn cắt lát 51 Bảng 2.3: Thang điểm đánh giá cảm quan chả cá 51 Bảng 3.1: Khối lượng thể tích vỏ hầu số địa phương 55 Bảng 3.2: Thành phần hóa học vỏ hầu số địa phương 55 Bảng 3.3: Kết thí nghiệm q trình rửa vỏ hầu 61 Bảng 3.4: Ảnh hưởng thời gian nung đến hiệu suất tạo CaO 63 Bảng 3.5: Ma trận quy hoạch thực nghiệm theo mơ hình Box-Behnken 65 Bảng 3.6: Bảng phân tích ANOVA 66 Bảng 3.7: Tiên đoán thực nghiệm trình nung theo phương trình (2) 68 Bảng 3.8: Bảng tối ưu hóa theo đường dốc Box - Wilson 74 Bảng 3.9: Khối lượng riêng chất có dịch Ca(OH)2 75 Bảng 3.10: Khối lượng tạp chất bị loại qua thời gian lắng khác 76 Bảng 3.11: Thời gian lắng ảnh hưởng tới trình giảm độ ẩm 79 Bảng 3.12: Thời gian ly tâm giảm độ ẩm 80 Bảng 3.13: Bảng tối ưu hóa theo đường dốc Box – Wilson 84 Bảng 3.14: Kết phân tích theo tiêu chuẩn CaCO3 phụ gia thực phẩm 89 Bảng 3.15: Kết phân tích CaCO3 theo Dược điển Việt Nam IV 90 Bảng 3.16: Sơ tính tốn giá thành sản phẩm canxi cacbonat từ vỏ hầu 91 Bảng 3.17: Ảnh hưởng nồng độ canxi bổ sung tới độ uốn lát chả cá 102 Bảng 3.18: Thành phần hoá học chả cá 104 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Canxi cacbonat Hình 1.2: (a) Khai thác vỏ hầu Vịnh Lăng Cơ (b) Một lị sản xuất vôi từ vỏ hầu 11 Hình 1.3: a)Vỏ hầu đặt buồng phản ứng b)Vỏ hầu xử lý điện phân sau phút; c) Vỏ hầu xử lý khí plasma sau tinh sạch, loại bỏ tạp chất 17 Hình 2.1: Vỏ hầu cửa sơng 31 Hình 2.2: Thịt cá thu dùng sản xuất chả cá 32 Hình 2.3: Thiết bị rửa vỏ hầu 33 Hình 2.4: Thiết bị nung (lị nung) vỏ hầu 33 Hình 2.6: Thiết bị điều chế CaCO3 34 Hình 2.7: Máy ly tâm 34 Hình 2.8: Thiết bị sấy CaCO3 34 Hình 2.9: Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất canxi cacbonat từ vỏ hầu 34 Hình 2.9: Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất canxi cacbonat từ vỏ hầu 35 Hình 2.10: Sự nhiễm xạ tia X bề mặt tinh thể 43 Hình 2.11: Nguyên lý hoạt động kính hiển vi điện tử quét (SEM) 44 Hình 2.12: Nguyên lý chụp phổ hồng ngoại (IR) 47 Hình 2.13: Kính hiển vi điện tử truyền qua JEOLTEM 48 Hình 2.14: Máy đo SUN RHEO TEX 51 Hình 3.1: Hình dạng khác vỏ hầu cửa sông 54 Hình 3.2: Giản đồ phân tích nhiệt mẫu vỏ hầu 57 Hình 3.3: Giản đồ XRD mẫu vỏ hầu Hải Phịng 57 Hình 3.4: Phổ IR mẫu vỏ hầu biển Hải Phòng 58 Hình 3.5: Giản đồ phân tích XRD mẫu vỏ trước (a) 64 Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian đến tỷ lệ thu hồi 67 Hình 3.7: Quan hệ phụ thuộc tốc độ vôi với nhiệt độ nước nhiệt độ nung vôi 70 Hình 3.8: Các thí nghiệm tạo Ca(OH)2 75 Hình 3.9: Sơ đồ điều chế CaCO3 79 viii Hình 3.10: Phổ EDS mẫu sản phẩm CaCO3 85 Hình 3.11: Ảnh TEM mẫu sản phẩm CaCO3 85 Hình 3.12: Giản đồ XRD vỏ hầu, CaO, sản phẩm CaCO3 86 Hình 3.13: Hình ảnh vỏ hầu, CaO sản phẩm CaCO3 87 Hình 3.14: Phổ IR vỏ hầu sản phẩm CaCO3 87 Hình 3.15: Ảnh SEM mẫu sản phẩm CaCO3 88 Hình 3.16: Kết đo BET sản phẩm CaCO3 88 Hình 3.17: Sản phẩm canxi cacbonat sản xuất từ vỏ hầu 89 Hình 3.18: Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất canxi cacbonat từ vỏ hầu 92 Hình 3.19: Ảnh hưởng nồng độ canxi đến chất lượng cảm quan chả cá 100 Hình 3.20: Ảnh hưởng nồng độ canxi bổ sung đến cường độ gel chả cá 101 ix MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Trên giới nói chung Việt Nam nói riêng, canxi cacbonat phụ gia thực phẩm, ký hiệu E 170 [10, 11, 12], canxi cacbonat Việt Nam có ký hiệu 170i [10, 11] Phụ gia có chức làm chất điều chỉnh độ axít, chất chống đơng vón, chất mang, chất làm rắn chắc, chất xử lý bột, chất ổn định bổ sung canxi cho sản phẩm thực phẩm [10, 11, 12] Hiện nay, canxi cacbonat sử dụng phụ gia thực phẩm sản xuất từ 02 nguồn: nguồn nguyên liệu từ vô (đá vôi), nguồn nguyên liệu từ nguồn gốc sinh học (tổng hợp hữu cơ) Sản xuất canxi cacbonat từ vô (đá vôi): đá vôi loại đá trầm tích, sa khống, khối lượng khối lớn, độ cứng cao; để phân cắt phức hợp canxi từ đá vôi, phải tốn nhiều lượng, bên cạnh hàm lượng canxi phức hợp khơng cao mà hàm lượng tạp chất lại lớn, kim loại nặng Sản xuất canxi cacbonat từ vỏ hầu: vỏ hầu nguồn nguyên liệu có nguồn gốc sinh học (tổng hợp hữu cơ), có hàm lượng canxi cao (dạng CaCO thô 96%), cao số vỏ động vật sống nước Lượng tạp chất cịn lại (chiếm 4%), q trình loại bỏ tạp chất dễ dàng, thuận lợi giảm chi phí [1, 4, 23, 24] Ngồi ra, ngành thủy sản nay, công nghiệp sản xuất sản phẩm từ hầu, lượng lớn vỏ hầu (chiếm tỷ lệ 85-90% hầu) thải vấn đề thách thức môi trường [1, 4, 13] Do đó, nghiên cứu tận dụng vỏ hầu để sản xuất canxi cacbonat dùng làm phụ gia thực phẩm hướng khuyến khích Luận án “Nghiên cứu công nghệ sản xuất canxi cacbonat từ vỏ hầu để làm phụ gia thực phẩm” hướng nhằm tận dụng phế liệu từ động vật sống nước để sản xuất sản phẩm ứng dụng phụ gia thực phẩm 38 Hoàng Văn Chước, Trần Văn Phú, Phạm Văn Tuỳ (1987) Giáo trình kỹ thuật sấy Đại học bách khoa Hà Nội 39 Nguyễn Doãn Ý (2009) Xử lý số liệu thực nghiệm kỹ thuật Nhà Xuất Khoa học kỹ thuật 40 Nguyễn Đức Lượng, Phạm Minh Tâm (2002) Vệ sinh an toàn thực phẩm Nhà xuất Đại học Quốc gia Hồ Chí Minh 41 Nguyễn Minh Thi (2012), Nghiên cứu quy trình sản xuất chả cá Thu Nhật nhồi khổ Qua” Trường Đại Học Cần Thơ 42 TCVN 11045-2015 (2015) Hướng dẫn đánh giá cảm quan phòng thử nghiệm cá động vật có vỏ 43 Cho MG , Bae SM, Jeong JY, (2017), Egg Shell and Oyster Shell Powder as Alternatives for Synthetic Phosphate: Effects on the Quality of Cooked Ground Pork Products, Korean Journal for Food Science of Animal Resources, 37(4):571-578] 44 Darioush Alidoust, Masayuki Kawahigashi, Shuji Yoshizawa, Hiroaki Sumida Makiko Watanabe (2015) Mechanism of cadmium biosorption from aqueous solutions using calcined oyster shells, Journal of Environmental Management 150, 103-110 pages 45 Domingo, C.; Loste, E.; Gomez-Morales, J.; Garcia-Carmona, J.; Fraile, J Calcite precipitation by a high-pressure CO2 carbonation route J Supercrit Fluids 2006, 36, 202–215 46 Fabio Seigi Murakami, Patrik Oening Rodrigues, Marcos Antônio Segatto SILVA, Célia Maria Teixeira de CAMPOS (2007) Physicochemical study of CaCO3 from egg shells.Ciênc Tecnol Aliment, Campinas, 27(3): 658-662, jul.-set 47 Feng Feng et al (2011), Highly sensitive and accurate screening of 40 dyes in soft drinks by liquid chromatography-electrospray tandem mass spectrometry, J Chromatogr B, 879, 1813-1818 48 Jong-Hyeon Jung, Kyung-Seun Yoo, Hyun-Gyu Kim, Hyung-Keun Lee, and ByungHyun Shon (2007) Reuse of Waste Oyster Shells as a SO2/NOx Removal Absorbent J.Ind.Eng.Chem., Vol.13, No.4, 2007, 512-517 49 Katsumata Hideyuki, Kaneco Satoshi, Susuki Tohru, Ohta Kiyohisa, Yobiko Yoshihiro (2004) Removal of heavy metals in aqueous solution by adsorption onto oyster shell 50 Michal H Umbreit and Agnieszka Jedrasiewicz, Application of infrared spectrophotometry to the identification of inorganic substances in dosage forms of antacida group, Acta poloniae pharmaceutica – Drug Research, Vol.57 No.2, pp 83-91 (2000) 51 Michele Regina Rosa Hamester, Palova Santos Balzer and Daniela Becker (2012) Characterization of calcium carbonate obtained from oyster and mussel shells and incorporation in polypropylene Mat Res vol.15 no.2 São Carlos Mar./Apr Epub Feb 14, Materials Research 52 Mi Hwa Chong, Byoung Chul Chun, Chung Yong-Chan, Bong Gyoo Cho (1959) Fire-retardant plastic material from oyster-shell powder and recycled polyethylene Journal of applied polymer science ISSN 0021-8995 vol 99, no4, pp 1583-1589 110 53 Nicar, M J and Pak, C Y C (1985) Calcium Bioavailability from Calcium Carbonate and Calcium Citrate Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism 61, 391-393 54 Nobutake Nakatani et al (2009), Transesterification of soybean oil using combusted oyster shell waste as a catalyst Bioresource Technology 100, 1510–1513 pages 55 Nordin (1986) Calcium Journal of Food and Nutrition 42, 67-82 56 Nurfatirah Nordin, Zainab Hamzah, Othman Hashim, Farizul Hafiz, Kasim, Rozaini Abdullah (2015) Effect Of Temperature In Calcination Process Of Seashells, Malaysian Journal of Analytical Sciences, Vol 19 No 1(2015): 65 – 70 57 Ronge Xing, Yukun Qin, Xiaohong Guan, Song Liu, Huahua Yu, Pengcheng Li (2013) Comparison of antifungal activities of scallop shell, oyster shell and their pyrolyzed products Egyptian Journal of Aquatic Research 39, 83–90 pages 58 Rongyuan Liu et al (2011), Simultaneous determination of fifteen illegal dyes in animal feeds and poultry products by ultra high performance liquid chromatography tandem mass spectrometry, J Chromatogr B, 879, 2416-242 59 Sawai J, Shiga H (2006), Kinetic analysis of the antifungal activity of heated scallopshell powder against Trichophyton and its possible application to the treatment of dermatophytosis, Biocontrol Science, 2006, Vol.11, No.3, 125-128 60 Se-Young Jang, Yong-Jin Jeong, Taeg-Kyu Kwon, and Ji-Hyung Seo (2010), Effects of Water-Soluble Calcium Supplements Made from Eggshells and Oyster Shells on the Calcium Metabolism of Growing Rats, J Food Sci Nutr Vol 15, p 78～82 61 Xiaojie Liu, Hui Wang, Changhua Su, Pengwei Zhang, Jinbo Bai, Controlled fabrication and characterization of microspherical FeCO3 and -Fe2O3, Journal of colloid and interface science 351 (2010), pp 427-432 62 Yang Mun Choi et al (2006) The effect of oyster shell powder on the extension of the shelf-life of Kimchi Food Control 17, 695–699 pages 63 Yun-Kyung Lee , Sung Keun Jung , Yoon Hyuk Chang and Hae-Soo Kwak (2017), Highly bioavailable nanocalcium from oyster shell for preventing osteoporosis in rats, International Journal of Food Sciences and Nutrition, 931-940 pages 111 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Tối ƣu hóa trình phản ứng CaO với nƣớc tạo Ca(OH)2 phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm nhiều yếu tố - Tối ưu hóa yếu tố ảnh hưởng theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm nhiều yếu tố Qua trình thực nghiệm nhân tố ảnh hưởng đến phản ứng tỷ lệ nước/CaO, thời gian, tốc độ khuấy đảo Trong tốn tối ưu yếu tố kích thước ban đầu cố định - 9cm (để nguyên Vỏ hầu sau nung), yếu tố lại khảo sát khoảng biến thiên xác định sau: + Tỷ lệ nước/CaO (X1): – lần + Thời gian (X2): 60-90 + Tốc độ khuấy đảo (X3): 80 – 100 vòng/phút - Hàm mục tiêu nồng độ cuối dịch Ca(OH)2 xác định theo độ bômê Các yếu tố ảnh hưởng đến công đoạn mô tả theo sơ đồ sau: Các yếu tố ảnh hưởng Hàm mục tiêu Tỷ lệ nước/CaO X1 (lần) Thời gian X2 (phút) Phản ứng tạo Ca(OH)2 Nồng độ dịch Ca(OH)2 Tốc độ khuấy X3 (v/p) Để tìm thơng số phù hợp với yêu cầu công nghệ, qua thực nghiệm tiến hành tối ưu hóa thực nghiệm khoảng miền biến thiên tỷ lệ nước/ CaO, thời gian, tốc độ khuấy đảo phù hợp xác định Thiết kế phân tích số liệu thí nghiệm phương pháp Quy hoạch thực nghiệm, tối ưu hóa thí nghiệm phương pháp đường dốc nhất, có trợ giúp phần mềm MS-Excel Vận dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm nhiều yếu tố, kế thừa thông số phân tích theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm yếu tố Xây dựng mơ hình giải tốn tối ưu hóa q trình phản ứng tạo dịch Ca(OH)2 theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm nhiều yếu tố * Các yếu tố biến đổi cần tối ưu: Các yếu tố biến đổi cần tối ưu gồm yếu tố: tỷ lệ nước/ CaO, thời gian, tốc độ khuấy đảo Các thông số điều kiện biên yếu tố cụ thể là: - Tỷ lệ nước/CaO (yếu tố X1) thay đổi khoảng từ 2-5 lần - Thời gian phản ứng (yếu tố X2) thay đổi khoảng từ 60-90 phút - Tốc độ khuấy đảo(yếu tố X3) thay đổi khoảng từ 80-100 vòng/ phút Với yếu tố cần tối ưu (k=3), số thí nghiệm cần tiến hành N=23=8 Từ điều kiện biên yếu tố quy hoạch thực nghiệm, lập bảng vẽ mức khoảng biến thiên yếu tố thực nghiệm thể bảng sau 112 Bảng : Bảng biến thiên yếu tố thực nghiệm (TN) Yếu tố TN Mức TN X1 (lần) Tỷ lệ nước/CaO X2 (phút) Thời gian X3 (v/p) Tốc độ khuấy đảo Mức Mức Khoảng biến thiên ∆X Mức sở Xi 1.5 3.5 90 60 15 75 100 80 10 90 * Lập ma trận thực nghiệm: Chuẩn bị mẫu vôi hầu CaO đồng nhất, mẫu 50 kg cho vào thùng (200 lít), để thực phản ứng điều kiện phản ứng khác Bảng: Ma trận thực nghiệm phản ứng tạo dịch Ca(OH)2 Yếu tố TN hệ tọa độ Yếu tố thực nghiệm Số TN Chỉ tiêu tối không thứ nguyên (N) ưu (Y) X1 X2 X3 x1 x2 x3 60 80 -1 -1 -1 15.6 2 60 80 -1 -1 +1 16.1 60 80 -1 +1 -1 16.5 60 80 -1 +1 +1 16.9 5 90 100 +1 -1 -1 15.2 90 100 +1 -1 +1 15.3 90 100 +1 +1 -1 15.6 90 100 +1 +1 +1 15.9 Đưa thêm vào ma trận cột biến ảo x0 = +1 ta có bảng ma trận thực nghiệm với biến ảo bảng Bảng Bảng ma trận thực nghiệm với biến ảo Chỉ tiêu tối ưu Số TN x0 x1 x2 x3 (Y) +1 -1 -1 -1 15.6 +1 -1 -1 +1 16.1 +1 -1 +1 -1 16.5 +1 -1 +1 +1 16.9 +1 +1 -1 -1 15.2 +1 +1 -1 +1 15.3 +1 +1 +1 -1 15.6 +1 +1 +1 +1 15.9 - Tính hệ số phương trình hồi quy: 113 bj  N n x i 1 i (1) yi Trong đó: j = 0,1,2…,k với k yếu tố độc lập i = 0,1,2…,N với N số TN độc lập ma trận thực nghiệm Thay số, ta tính hệ số: b0 = 15.89 b1 = -0.387 b2 = 0.337 b3 = 0.163 Phương trình hồi quy tuyến tính dạng rút gọn là: Y = 15.89 - 0.387x1 + 0.337x2 + 0,163x3 Để viết phương trình hồi quy đầy đủ, cần xác định hiệu ứng tương tác đôi ba yếu tố tính hệ số b12; b23 ; b13 ; b123 Để tính hiệu ứng trên, viết lại bảng ma trận quy hoạch thực nghiệm thành bảng ma trận mở rộng bảng: Bảng : Bảng ma trận mở rộng Số TN x0 x1 x2 x3 x1x2 x1x3 x2x3 x1x2x3 Chỉ tiêu tối ưu (Y) +1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 15.4 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 16.3 +1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 +1 16.6 +1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 -1 16.9 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 15.1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 15.3 +1 +1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 15.7 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 15.9 Bảng : Ma trận thực nghiệm tâm phương án Số TN Y0 (độ bômê ) Y0 - Y Y0 16.9 17 0.100 10 17.1 17 -0.100 11 17 17 0.000 Phương sai tái hiện:  Y S2th   Y0   0,007 Áp dụng công thức (1), thay số ta tính hệ số tương tác là: b12 = - 0.087 b13 = -0.062 b23 = 0.012 b123 = 0.038 Phương trình hồi quy đầy đủ là: 114 Y = 15.89 - 0.387x1 + 0.337x2 + 0,163x3 – 0.087x1x2 - 0,062x1x3 + 0.012x2x3 + 0,038x1x2x3 * Kiểm định tính ý nghĩa hệ số phương trình hồi quy theo tiêu chuẩn student Bố trí thí nghiệm song song sấy điều kiện, theo điều kiện tâm phương án Kết thể bảng => Sth = 0,082 S bj  S th N  0,029 Ước lượng tính ý nghĩa hệ số theo tiêu chuẩn Student: t0  t1  t2  t3  bo S bj b1 S bj b2 S bj b3 S bj b12  550.36 t12   13.423 t13  b13  2.165 Sbj  11.691 t 23  b13  0.433 Sbj  5.629 t123  b123 S bj S bj  3.031  1.299 Tra bảng tiêu chuẩn student với mức ý nghĩa p =0,05, bậc tự f = ta có t20,95 = 4,3 Như vậy, hệ số b12, b13; b23; b123 khơng có ý nghĩa bị loại khỏi phương trình hồi quy Lúc phương trình có dạng: Y = 15.89 - 0.387x1 + 0.337x2 + 0,163x3 (*) * Kiểm định tương thích PT hồi quy (*) theo tiêu chuẩn Fisher Tính F  S S du th  Y i với S du  Y  N l Trong đó: l hệ số có ý nghĩa phương trình hồi quy l = Thay số ta có: Sdu2 =0,045, Sth2 =0,007 F = 6.74 Tra bảng tiêu chuẩn Fisher với p = 0,05; f1 = 3; f2 =2 có: ,2 F04,95  19,2 > F = 6.74 Như vậy, phương trình hồi quy phù hợp Nhận xét: nhìn vào phương trình hồi quy (*) ta có: - Hệ số b1= - 0.387: vùng quy hoạch, tỷ lệ nước tăng dần từ -5 lần so với tỷ lệ vôi hầu phản ứng nồng độ dich Ca(OH)2 (theo độ bơmê) dao động tăng lên giảm giới hạn khảo sát Do CaO (vôi hầu) chất tan, lại phản ứng mạnh với nước, tham gia phản ứng với nước tạo Ca(OH) chất tan, tỷ lệ nước tham gia phản ứng phải đảm bảo cho Ca(OH) tạo thành tồn dạng hydrat hóa (hiện tượng phân tử dung mơi bao quanh phân tử 115 chất tan), tỷ lệ nước tham gia phản ứng phải lớn khối lượng vôi hầu tham gia phản ứng tính theo cân vật chất phương trình Do tỷ lệ nước phải phù hợp để đảm bảo dịch Ca(OH)2 có tỷ trọng lớn Nếu tỷ lệ nước q CaO khơng đủ để phản ứng tỷ trọng dịch thu thấp, mặt khác tỷ lệ nước nhiều dịch thu lỗng tỷ trọng dịch thấp Như vậy, tỷ lệ nước cao thấp ảnh hưởng đến hiệu suất công đoạn khác dây chuyền sản xuất - Hệ số b2 = 0.337, b3 = 0.163: Đây hệ số yếu tố thời gian phản ứng, thời gian phản ứng lâu phản ứng xảy triệt để, thời gian phản ứng ngắn hiệu suất phản ứng thấp Khi cho nước vào vôi hầu cần khoảng thời gian định để phân tử CaO hút nước trương lên, kết hợp với tốc độ khuấy đảo làm tăng khả tiếp xúc phân tử CaO với phân tử nước, hiệu suất phản ứng nâng lên Tốc độ khuấy đảo không nên nhanh chậm, q nhanh gây bắn ngồi dẫn đến hao hụt, tốc độ q chậm khơng đảm bảo tốc độ phản ứng, ảnh hưởng đến yếu tố thời gian Ba yếu tố ảnh hưởng tương quan với nhau, hệ số tương quan chúng khơng có ý nghĩa Ba yếu tố có ảnh hưởng tác động tới nhau, ta dùng yếu tố thay cho yếu tố được, chúng gần độc lập với trong qúa trình xẩy phản ứng Tối ƣu hóa q trình phản ứng theo phƣơng pháp lên dốc Box-Wilson Chọn bước chuyển động thời gian phản ứng  = ( phút), bước chuyển động tỷ lệ nước tốc độ khuấy đảo tính theo cơng thức: b  b 3  2 3 1   1 b2  b2  Ở đây:  2: bước chuyển động chọn yếu tố thời gian phản ứng  j: bước chuyển động chọn yếu tố cần tính bj, b2: hệ số hồi quy yếu tố tương ứng ∆j, ∆2: khoảng biến thiên yếu tố tương ứng Thay số ta có: Bước chuyển động yếu tố tỷ lệ nước/CaO:  1= - 0,229 làm tròn - 0,2 Bước chuyển động yếu tố tốc độ khuấy đảo:  3= 0,644 làm trịn Bố trí mẫu bột sấy với điều kiện mức sở bước nhảy tính chọn ta thu kết ghi bảng sau Bảng : Bảng tồi ưu hóa theo đường dốc Box – Wilson Tên Tỷ lệ nước/CaO Mức sở Hệ số bj Khoảng biến thiên 3.5 - 0.387 1.5 Thời gian phản ứng ( phút) 75 0.337 15 116 Tốc độ khuấy đảo (vòng /phút) 90 0.163 10 Tỷ trọng dịch Ca(OH)2 (%) - bj,Δj -0.581 5.06 1.63 - Bước δj Làm tròn TN 12 -0.229 - 0.2 3.3 2 77 0.644 91 16.8 TN 13 TN 14 3.1 2.9 79 81 92 93 17.0 17.2 TN 15 2.7 83 94 17.1 Tỷ trọng dịch sữa vôi xác định tỷ trọng kế bômê hay thường gọi bômê kế Bômê kế thường dùng để đo tỷ trọng dung dịch nặng nước Tỷ trọng bômê xác định thông qua khối lượng riêng dung dịch (d ) giá trị nhiệt độ xác định Sau công thức xác định tỷ trọng bômê hay cịn gọi độ bơmê dung dịch Độ bômê (0Bé) 144.3 ( d - 1) = d Trong đó: d khối lượng riêng dung dịch (kg/l) Bằng việc xác định tỷ trọng dich Ca(OH)2 sau phản ứng cho mẫu thí nghiệm kiểm trứng, từ mẫu 12 – 15 thấy với hai mẫu 12; 13 tỷ trọng dịch thu vào khoảng 16.8-17 (0Be), thí nghiệm 14;15 tỷ trọng 17.2 17.1 (0Be) Như thí nghiệm 14 tỷ trọng dịch Ca(OH) thu sau phản ứng cao nhất, điều chứng tỏ ứng với tỷ lệ nước từ 3-3.1 lần so với khối lượng vôi hầu tham gia phản ứng, kết hợp với thời gian phản ứng 80 – 81 phút, tốc độ khuấy đảo 93 vịng/phút phản ứng xẩy triệt để nhất, lượng nước phù hợp để lượng Ca(OH)2 tạo thành tồn thể dịch sữa điều kiện thích hợp cho phản ứng tạo dịch Ca(OH)2 là: - Tỷ lệ nước/CaO : 3.1 lần - Thời gian phản ứng: 81 (phút) - Tốc độ khuấy đảo phản ứng: 93 (vòng/phút) Tỷ trọng Tỷ trọng dị ch Ca(OH)2 17.5 Tỷ trọng (độ Bé) 17 16.5 16 15.5 15 14.5 14 10 11 12 13 14 15 Thí nghiệm Hình Sự biến đổi tỷ trọng mẫu thí nghiệm 117 Phụ lục 2: Kết NC công đoạn sấy CaCO3 theo phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm - Tối ưu hóa q trình sấy theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm nhiều yếu tố Qua trình thực nghiệm nhân tố ảnh hưởng đến trình sấy nhiệt độ, thời gian, chiều dày Trong toán tối ưu yếu tố độ ẩm ban đầu CaCO cố định 20%, yếu tố lại khảo sát khoảng biến thiên xác định sau: + Nhiệt độ X1: 110 – 130 0C + Thời gian X2: 8-11 + Chiều dày CaCO3 khay sấy X3: – cm (chiều rộng chiều dài cố định theo chiều dày khay sấy tương ứng 35x26cm) + Độ ẩm ban đầu: 20% - Hàm mục tiêu độ ẩm cuối sản phẩm bột canxi cacbonat xác định theo phương pháp sấy khô Để đảm bảo trình bảo quản sản phẩm theo tiêu chuẩn phụ gia thực phẩm, mục tiêu phải đạt Y(độ ẩm) < 2% Các yếu tố ảnh hưởng đến công đoạn sấy mô tả theo sơ đồ sau: Các yếu tố ảnh hưởng Hàm mục tiêu Nhiệt độ X1:110-1300C Thời gian X2: 8-11 Quá trình Sấy Độ ẩm cuối bột < 2% Chiều dày X3: – cm Để tìm thơng số phù hợp với yêu cầu công nghệ, qua thực nghiệm tiến hành tối ưu hóa thực nghiệm khoảng miền biến thiên nhiệt độ, thời gian, kích thước phù hợp xác định Thiết kế phân tích số liệu thí nghiệm phương pháp Quy hoạch thực nghiệm, tối ưu hóa thí nghiệm phương pháp đường dốc nhất, có trợ giúp phần mềm MS-Excel Vận dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm nhiều yếu tố, kế thừa thơng số phân tích theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm yếu tố Xây dựng mơ hình giải tốn tối ưu hóa q trình sấy bột canxi cacbonate theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm nhiều yếu tố Hàm mục tiêu độ ẩm cuối sản phẩm bột canxi cacbonat xác định theo phương pháp sấy khô Sơ đồ thực nghiệm bố trí sau: No Nhiệt độ X1 (0C) Thời gian X2 (giờ) Chiều dày X3 (cm) 110 2 130 110 11 130 11 110 130 118 110 130 11 11 4 Để kiểm định phương trình hối quy cần thực thí nghiệm tâm phương án No 9,10,11 Nhiệt độ X1 (0C) 120 Thời gian X2 (giờ) 9,5 Chiều dày X3 (cm) Phương trình hồi quy tuyến tính đầy đủ hàm ẩm có dạng : Y0 = b0 + b1X1 + b2X2 + b3X3 + b12 X1 X2 + b13 X1 X3 + b23 X2 X3 + b123 X1 X2 X3 Sau xác định phương trình hồi quy tuyến tính, tối ưu hóa theo phương pháp đường dốc để tìm điểm tối ưu + Tối ưu hóa q trình sấy bột canxi cacbonate phương pháp quy hoạch thực nghiệm nhiều yếu tố * Các yếu tố biến đổi cần tối ưu: Các yếu tố biến đổi cần tối ưu gồm yếu tố: nhiệt độ, thời gian, chiều dày khối bột Các thông số điều kiện biên yếu tố cụ thể là: - Nhiệt độ sấy (yếu tố X1) thay đổi khoảng từ: 110 - 1300C - Thời gian sấy (yếu tố X2) thay đổi khoảng từ: - 11 - Chiều dày khối bột (yếu tố X3) thay đổi khoảng từ: – cm Với yếu tố cần tối ưu (k=3), số thí nghiệm cần tiến hành N=23=8 Từ điều kiện biên yếu tố quy hoạch thực nghiệm, lập bảng vẽ mức khoảng biến thiên yếu tố thực nghiệm thể bảng sau Bảng : Mức khoảng biến thiên yếu tố thực nghiệm (TN) Yếu tố TN Mức TN Mức (+1) Mức (-1) Khoảng biến thiên ∆X Mức sở Xi X1 Nhiệt độ (0C) 130 110 10 120 X2 Thời gian (giờ) 11 1,5 9,5 X3 Chiều dày (cm) * Lập ma trận thực nghiệm: Chuẩn bị mẫu bột canxi cacbonate đồng nhất, cho vào khay với mật độ 4kg/m2 Sử dụng phương pháp sấy đối lưu (phương pháp sấy tĩnh), khay sấy inox, khay làm inox có ưu điểm chịu nhiệt độ cao, truyền nhiệt tốt, tránh tạp từ thành phần khay lẫn vào sản phẩm Bảng Ma trận thực nghiệm sấy bột CaCO3 kết tủa Yếu tố TN hệ tọa độ Chỉ tiêu tối Yếu tố thực nghiệm Số TN không thứ nguyên ưu (N) (Y) X1 X2 X3 x1 x2 x3 110 -1 -1 -1 2,98 119 130 110 130 110 130 110 130 11 11 8 11 11 2 4 4 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 +1 1,59 1,76 1,43 2,87 1,82 2,01 1,63 Đưa thêm vào ma trận cột biến ảo x0 = +1 ta có bảng ma trận thực nghiệm với biến ảo bảng sau Bảng : Bảng ma trận thực nghiệm với biến ảo Chỉ tiêu tối ưu Số TN x0 x1 x2 x3 (Y) +1 -1 -1 -1 2,98 +1 +1 -1 -1 1,59 +1 -1 +1 -1 1,76 +1 +1 +1 -1 1,43 +1 -1 -1 +1 2,87 +1 +1 -1 +1 1,82 +1 -1 +1 +1 2,01 +1 +1 +1 +1 1,63 Tính hệ số phương trình hồi quy: bj  N N x i 1 ji yi (1) Trong đó: j = 0,1,2…,k với k yếu tố độc lập i = 0,1,2…,N với N số TN độc lập ma trận thực nghiệm Thay số, ta tính hệ số: b0 = 2,011 b1 = -0,394 b2 = -0,304 b3 = 0,071 Phương trình hồi quy tuyến tính dạng rút gọn là: Y = 2,011 - 0,394x1 - 0,304x2 + 0,071x3 Để viết phương trình hồi quy đầy đủ, cần xác định hiệu ứng tương tác đôi ba yếu tố tính hệ số b12; b23 ; b13 ; b123 Để tính hiệu ứng trên, viết lại bảng ma trận quy hoạch thực nghiệm thành bảng ma trận mở rộng bảng sau: Bảng : Bảng ma trận mở rộng Số TN x0 x1 x2 x3 x1x2 x1x3 x2x3 x1x2x3 -1 -1 -1 1 -1 120 Chỉ tiêu tối ưu (Y) 2,98 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1 1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 -1 1,59 1,76 1,43 2,87 1,82 2,01 1,63 Bảng : Ma trận thực nghiệm tâm phương án Số TN Y0 (độ ẩm ) Y0 10 11 1,65 1,74 1,68 1,69 1,69 1,69  Y Phương sai tái hiện: S2th   Y0 Y0 - Y -0,04 0,05 -0,01   0,002 Áp dụng cơng thức (1), thay số ta tính hệ số tương tác là: b12 = 0,216 b13 = 0,036 b23 = 0,041 b123 = - 0,049 Phương trình hồi quy đầy đủ là: Y = 2,011 - 0,394x1 - 0,304x2 + 0,071x3 + 0,216x1x2 + 0,036x1x3 + 0.41x2x3 0,049x1x2x3 - Kiểm định tính ý nghĩa hệ số phương trình hồi quy tương thích phương trình hồi quy với thực nghiệm Bố trí thí nghiệm song song sấy điều kiện, theo điều kiện tâm phương án (bảng trên) => Sth = 0,044 S bj  S th N  0,016 Ước lượng tính ý nghĩa hệ số theo tiêu chuẩn Student: t0  t1  t2  t3  bo S bj b1 S bj b2 S bj b3 S bj b12  125,678 t12   24.625 t13  b13  2,25 Sbj  19,0 t 23  b13  2,562 Sbj  4.437 t123  121 S bj b123 S bj  13,5  3,062 Tra bảng tiêu chuẩn student với mức ý nghĩa p =0,05, bậc tự f = ta có t20,95 = 4,3 STT Hệ số chuẩn Student (ti = /bi / / Sbi ) ti Giá trị t0 125,687 t1 24,625 t2 19,0 t3 4,437 t 12 13,5 t 13 2,25 t 23 2,562 t 123 3,062 Hệ số hồi quy bi b0 b1 b2 b3 b 12 b 13 b 23 b 123 Giá trị 2.011 - 0.394 - 3.04 0.071 0.216 0.036 0.041 0.049 So sánh với hệ số student (t20.95 = 4.3) Lớn Lớn Lớn Lớn Lớn Nhỏ Nhỏ Nhỏ Như vậy, hệ số b13; b23; b123 ý nghĩa bị loại khỏi phương trình hồi quy Lúc phương trình có dạng: Y = 2.011 - 0.394x1 - 0,304x2 + 0,071x3 + 0,216x1x2 (*) - Kiểm định tương thích phương trình hồi quy (*) theo tiêu chuẩn Fisher Tính F  S du với S du  S th  Y i Y  N l Trong đó: l hệ số có ý nghĩa phương trình hồi quy l = Thay số ta có: Sdu2 =0,014, Sth2 =0,002 F = Tra bảng tiêu chuẩn Fisher với p = 0,05; f1 = 3; f2 =2 có: ,2 F04,95  19,2 > F = Nhận xét : nhìn vào phương trình hồi quy (*) ta có: - Hệ số b1 = - 0,394: vùng quy hoạch, tăng nhiệt độ sấy, độ ẩm CaCO3 giảm dần Điều phù hợp nhiệt độ tăng chuyển động phân tử nước có vật liệu sấy (tức CaCO3) tăng, q trình khuếch tán ngoại, khuếch tán nội tăng lượng ẩm vật liệu thoát nhiều, độ ẩm sản phẩm CaCO3 giảm, độ ẩm vật liệu sấy tỷ lệ nghịch với tốc độ sấy - Hệ số b2 = - 0,304: vùng quy hoạch, kéo dài thời gian sấy, lượng ẩm vật liệu bị tách nhiều, độ ẩm CaCO3 giảm theo thời gian sấy, độ ẩm sản phẩm sấy tỷ lệ nghịch với thời gian sấy Nhưng thời gian sấy không nên kéo dài 10 giờ, nên khống chế độ ẩm sản phẩm < 2% tốt nhất, kéo dài thời gian độ ẩm CaCO3 giảm, độ ẩm sảm phẩm đạt giá trị nhỏ kéo dài thời gian Khi kéo dài ảnh hưởng đến hiệu kinh tế (tốn điện tiêu thụ) tiến độ trình sản xuất – áp dụng vào thực tiễn (giảm tiến độ sản xuất) Theo tiêu chuẩn phụ gia thực phẩm sản phẩm CaCO3 độ ẩm 0 Khi nghiên cứu tối ưu hóa q trình sấy theo phương pháp truyền thống (thực nghiệm yếu tố) không thấy tác dụng tương hỗ Kết khẳng định ưu điểm phương pháp quy hoạch thực nghiệm nhiều yếu tố so với phương pháp truyền thống Trong yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy, yếu tố nhiệt độ sấy có ảnh hưởng mạnh mẽ nhất, yếu tố thời gian chiều dày 3.6.2 Tối ưu hóa q trình sấy theo phương pháp lên dốc Box-Wilson Để thực q trình tối ưu hóa theo phương pháp Box-Wilson ta cần phải tính giá trị ‫ ׀‬bi ∆i ‫ ׀‬và so sánh chúng để tìm giá trị lớn ‫ ׀‬b1 ∆1 ‫ = ׀‬3,94 ( đạt giá trị lớn nhất) ‫ ׀‬b2 ∆2 ‫ = ׀‬0,46 ‫ ׀‬b3∆3 ‫ = ׀‬0,071 Chọn X1 làm biến sở, chọn cho biến sở bước nhảy thích hợp  = 20 C Bước chuyển động thời gian sấy chiều dày khối bột tính theo cơng thức:  i = bi ∆i *  cs / bcs ∆cs b  b 3  2 3 1   1 b2  b2  Ở đây:  2: bước chuyển động chọn yếu tố thời gian sấy  j: bước chuyển động chọn yếu tố cần tính bj, b2: hệ số hồi quy yếu tố tương ứng ∆j, ∆2: khoảng biến thiên yếu tố tương ứng Thay số ta có: Bước chuyển động yếu tố thời gian sấy  2= -0,233 làm tròn -0,2 Bước chuyển động yếu tố chiều dày khối bột  3= 0,036 làm tròn 0,1 Bố trí mẫu bột sấy với điều kiện mức sở bước nhảy tính chọn ta thu kết ghi bảng sau Tên Mức sở Hệ số bj Khoảng biến thiên bj,Δj Nhiệt độ sấy (0C) 120 -0.394 10 -3.94 Thời gian sấy ( giờ) 9.5 -0.304 1.5 -0.46 123 Chiều dày bột (cm) 0.071 0.071 Độ ẩm cuối (%) - Bước δj Làm tròn TN 12 TN 13 TN 14 TN 15 -2 -2 118 116 114 112 -0.233 -0.2 9,3 9,1 8,9 8,7 0.036 0.1 3,1 3,2 3,3 3,4 1,67 1,73 2,06 2,15 Bảng Bảng tồi ưu hóa theo đường dốc Box – Wilson Bằng việc xác định độ ẩm cuối cho mẫu thí nghiệm kiểm trứng, từ mẫu 12 – 15 thấy với hai mẫu 12; 13 độ ẩm lần lượt: 1.73%; 1.68% (< 2%) đạt theo tiêu chuẩn phụ gia thực phẩm, thí nghiệm 14;15 độ ẩm bột chưa đạt, xét mặt hiệu kinh tế hiệu suất tồn quy trình sản xuất độ ẩm sản phẩm 1.73% tối ưu, để độ ẩm bột thấp phải tăng chi phí sản xuất (tiêu hao lượng cho việc tăng nhiệt độ, kéo dài thời gian quy trình sản xuất, đồng thời làm giảm hiệu suất quy trình sản xuất cacxi cacbonate nói chung, hiệu suất công đoạn sấy ảnh hưởng), từ giá thành chi phí ngun liệu để tạo sản phẩm CaCO3 tăng Mặt khác, theo tiêu chuẩn phụ gia thực phẩm độ ẩm bột canxicacbonat < 2% đạt, đảm bảo chất lượng điều kiện bảo quản vận chuyển Nhiệt độ sấy yếu tố ảnh hưởng lớn có tính chất định đến yếu tố ảnh hưởng khác, hệ số nhiệt độ lớn so với hệ số có ý nghĩa khác phương trình hồi quy Tuy nhiên không lên tăng nhiệt độ sấy lên cao nhiệt độ sấy cao làm cân trình khuếch tán ngoại khuếch tán nội, tạo màng cứng bề mặt sản phẩm, gây khó khăn q trình sấy Vì tạo màng cứng độ khơ vật liệu sấy không đồng đều, thời gian sấy kéo dài, ảnh hưởng đến chất lượng vật liệu sấy hiệu kinh tế trình sản xuất Nếu để nhiệt độ sấy thấp thời gian sấy kéo dài ảnh hưởng đến tốc độ sản xuất hiệu kinh tế Như chế độ sấy tối ưu cho công đoạn sấy bột canxi cacbonate là: - Nhiệt độ sấy: 1160C - Thời gian sấy: 9.1 (giờ) - Chiều dày khối bột cho vào khay sấy: 3.2cm 124 ... nước/CaO ? - Thời gian PƯ ? - Tốc độ khu? ?y đảo ? -Nồng độ Ca(OH)2 ? -Nhiệt độ ? -Thời gian PƯ: - Tốc độ m? ?y ly tâm ? - Thời gian ly tâm ? - Nhiệt độ s? ?y ? - Thời gian s? ?y ? - Chiều d? ?y CaCO3 ? Đánh... trình ly tâm 2.3.6 Nghiên cứu điều kiện s? ?y sản phẩm CaCO3 L? ?y 40 kg CaCO3 có độ ẩm 20% sau ly tâm tủ s? ?y để nghiên cứu ảnh hưởng (biến đổi) nhiệt độ s? ?y, thời gian s? ?y, độ d? ?y sản phẩm khay s? ?y 37... bền vững) 1.1.5.2 Canxi cacbonat thực phẩm Canxi cacbonat thực phẩm, phụ gia thực phẩm dược phẩm (gọi chung canxi cacbonat thực phẩm) Tại Việt Nam, canxi cacbonat sử dụng phụ gia thực phẩm [10,11,12],