BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN TRÀ – CÀ PHÊ CACAO PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TRONG SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN TRÀ – CÀ PHÊ - CACAO PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TRONG SẢN XUẤT CÀ PHÊ HỊA TAN NHĨM SVTH: ĐÀO DUY ĐẠT 1811846 LÊ TRỊNH HOÀNG DƯƠNG 1811811 PHAN THỊ QUỲNH LOAN 1811034 LÊ NGỌC DIỄM QUỲNH 1811188 LỚP: HC18TP GVHD: TS LẠI QUỐC ĐẠT TP HỒ CHÍ MINH, 04/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN TRÀ – CÀ PHÊ - CACAO PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TRONG SẢN XUẤT CÀ PHÊ HỊA TAN NHĨM SVTH: ĐÀO DUY ĐẠT 1811846 LÊ TRỊNH HOÀNG DƯƠNG 1811811 PHAN THỊ QUỲNH LOAN 1811034 LÊ NGỌC DIỄM QUỲNH 1811188 LỚP: HC18TP GVHD: TS LẠI QUỐC ĐẠT TP HỒ CHÍ MINH, 04/2021 NỘI DUNG BÁO CÁO DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT CÀ PHÊ HỊA TAN 1.1 QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN 1.2 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG TRONG QUY TRÌNH 1.3 TỔNG QUAN VỀ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG 2.1 RANG 2.1.1 Mục đích, yêu cầu 2.1.2 Yếu tố ảnh hưởng 11 2.1.3 Phương pháp rang 12 2.1.4 Phân tích hiệu lượng 20 2.1.5 Giải pháp đề xuất 23 2.2 TRÍCH LY 27 2.2.1 Mục đích, yêu cầu 27 2.2.2 Yếu tố ảnh hưởng 27 2.2.3 Phương pháp trích ly 29 2.2.4 Phân tích hiệu lượng: 31 2.3 CÔ ĐẶC 33 2.3.1 Mục đích yêu cầu 33 2.3.2 Yếu tố ảnh hưởng 33 2.3.3 Phương pháp cô đặc 34 2.3.4 Phân tích hiệu lượng 40 2.4 SẤY 42 2.4.1 Mục đích yêu cầu 42 2.4.2 Yếu tố ảnh hưởng 42 2.4.3 Phương pháp sấy 43 2.4.4 Phân tích hiệu lượng 46 2.4.5 Giải pháp đề xuất 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Quy trình cơng nghệ sản xuất cà phê hòa tan Hình 1.2 Lượng khí thiên nhiên dùng cho q trình sản xuất cà phê hịa tan Hình 1.3 Mức tiêu thụ lượng từ loại nhiên liệu ngành sản xuất thực phẩm Hoa kỳ năm 2002 Hình 2.1 Thiết bị rang trống quay nằm ngang 12 Hình 2.2 Thiết bị rang trống quay nằm ngang liên tục 14 Hình 2.3 Thiết bị rang trống đứng cố định có cánh khuấy 15 Hình 2.4 Thiết bị rang chảo quay gián đoạn 16 Hình 2.5 Thiết bị rang tầng sôi 17 Hình 2.6 Sơ đồ q trình rang có hồi lưu xử lí khí thải 19 Hình 2.7 Afterburners dùng để xử lí khí thải 19 Hình 2.8 Dịng nhiệt khí thải thiết bị rang qua giai đoạn rang 21 Hình 2.9 Quá trình rang đại với thiết bị gia nhiệt sơ hạt đầu vào 24 Hình 2.10 Đồ thị lượng tiết kiệm gia nhiệt sơ hạt cà phê 24 Hình 2.11 Thiết bị tank trích ly 29 Hình 2.12 Thiết bị trích ly Hildebrandt 30 Hình 2.13 Sơ đồ cân vật chất cho q trình trích ly cà phê 31 Hình 2.14 Hệ thống cô đặc nồi 34 Hình 2.15 Sơ đồ hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi chiều 35 Hình 2.16 Mơ tả hoạt động thẩm thấu ngược 36 Hình 2.17 Mơ tả hoạt động thẩm thấu xuôi 37 Hình 2.18 Ước lượng chi phí để đầu tư vận hành hệ thống thẩm thấu xuôi 38 Hình 2.19 Tiêu thụ lượng chi phí cho phương pháp đặc 39 Hình 2.20 Chi phí đầu tư đến thời điểm năm (dự đoán) phương pháp 40 Hình 2.21 Sơ đồ hệ thống thiết bị sấy phun 44 Hình 2.22 Lượng khí thiên nhiên sản phẩm trình sấy phun (m3/kg) 44 Hình 2.23 Giản đồ pha nước 45 Hình 2.24 Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa 46 Hình 2.25 Hệ thống thu hồi nhiệt thiết bị sấy 49 Hình 2.26 Sơ đồ hoạt động máy bơm nhiệt 50 Hình 2.27 Mối liên hệ COP, SMER MER 50 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Nhiệt lượng cần cho trình để sản xuất cà phê hòa tan Bảng 2.1 Sự biến đổi màu sắc cà phê theo nhiệt độ rang 11 Bảng 2.2 Đánh giá thiết bị rang trống quay nằm ngang 13 Bảng 2.3 Đánh giá thiết bị rang chảo quay gián đoạn 17 Bảng 2.4 Đánh giá thiết bị rang tầng sôi 18 Bảng 2.5 QSR QTOT cho chế độ rang đốt sau (afterburning) khác 22 Bảng 2.6 Một số giải pháp giúp tiết kiệm lượng với trình rang cà phê 23 Bảng 2.7 Hiệu lượng việc tái sử dụng nhiệt thải 25 Bảng 2.8 Đánh giá phương pháp trích ly gián đoạn 29 Bảng 2.9 Đánh giá phương pháp trích ly liên tục 30 Bảng 2.10 Năng lượng tiêu thụ sản xuất cà phê hòa tan từ cà phê nhân 32 Bảng 2.11 Lượng nhiệt thất khả thu hồi q trình trích ly 33 Bảng 2.12 Đánh giá phương pháp cô đặc nồi 34 Bảng 2.13 Đánh giá phương pháp cô đặc nhiều nồi 35 Bảng 2.14 Đánh giá phương pháp cô đặc kết tinh 36 Bảng 2.15 Đánh giá phương pháp thẩm thấu ngược 37 Bảng 2.16 Đánh giá phương pháp thẩu thấu xuôi 38 Bảng 2.17 So sánh hiệu FO cô đặc bốc (dạng màng mỏng) 39 Bảng 2.18 Đánh giá phương pháp sấy phun 44 Bảng 2.19 Đánh giá phương pháp sấy thăng hoa 46 Bảng 2.20 Các phương án tiết kiệm lượng tiềm công nghiệp Anh 48 Phân tích HQSDNL SX cà phê hịa tan CHƯƠNG 1: 1.1 GVHD:TS LẠI QUỐC ĐẠT TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÀ PHÊ HỊA TAN QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT CÀ PHÊ HỊA TAN Hình 1.1 Quy trình cơng nghệ sản xuất cà phê hịa tan SVTH: Nhóm 05 Trang GVHD:TS LẠI QUỐC ĐẠT Phân tích HQSDNL SX cà phê hòa tan 1.2 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG TRONG QUY TRÌNH Cà phê hòa tan loại thực phẩm tiêu tốn nhiều lượng quy trình sản xuất Ước tính lượng để sản xuất cà phê hịa tan theo công nghệ sấy phun 12,930 kcal/kg Nguồn lượng dạng nhiệt chiếm đến khoảng 95% lại điện Tổn thất nhiệt lượng trình vận hành 55% so với lượng sử dụng Các trình thu hồi nhiệt kỹ thuật cách nhiệt sử dụng để giữ lại khoảng 70% lượng nhiệt mát [1] Bảng 1.1 Nhiệt lượng cần cho trình để sản xuất cà phê hịa tan Q trình Nhiệt (MJ/kg cà phê hịa tan) Rang 3.73 Trích ly 8.50 Cơ đặc 7.45 Sấy phun 21.10 Hình 1.2 Lượng khí thiên nhiên dùng cho trình sản xuất cà phê hịa tan Đối với q trình rang, thiết bị rang liên tục tiêu thụ khoảng 0,5 MJ/kg cà phê nhân thiết bị rang theo mẻ sử dụng đến 1,84 MJ/kg Các liệu vào năm 2013 báo cáo tổng lượng để sản xuất cà phê 23,24 MJ/kg Sản xuất cà phê sử dụng lượng nhiệt lớn SVTH: Nhóm 05 Trang Phân tích HQSDNL SX cà phê hịa tan GVHD:TS LẠI QUỐC ĐẠT nhiều so với điện Nhiệt lượng cần cho công đoạn sản xuất cà phê hịa tan trình bày bảng … Có thể nhận thấy lượng lượng cần tiêu thụ lớn đến chủ yếu từ trình sấy phun Sấy thăng hoa sử dụng để thay cho sấy phun, đem lại hương vị tự nhiên lượng sử dụng chí cao sấy phun Năng lượng để làm lạnh đơng ước tính khoảng 0.42 MJ/kg 31 MJ/kg để sấy [1] 1.3 TỔNG QUAN VỀ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG Các trình chế biến thực phẩm sử dụng lượng lao động đáng kể, máy móc lượng để chuyển đổi nguyên liệu thô ăn thành sản phẩm thực phẩm có giá trị cao Do giá lượng ngày tăng nỗ lực giảm phát thải khí nhà kính, việc nâng cao hiệu sử dụng lượng, thay trình tiêu tốn nhiều lượng trình có mức độ sử dụng lượng hiệu tăng cường sử dụng lượng tái tạo ngành công nghiệp thực phẩm trở nên ngày quan trọng (Wang 2008) Cải thiện hiệu sử dụng lượng ngành công nghiệp thực phẩm cần xem xét để khơng mang lại lợi ích kinh tế mà cịn mang lại lợi ích bảo vệ môi trường, bền vững xã hội, an ninh cung cấp lượng khả cạnh tranh ngành công nghiệp Fischer cộng (2007) báo cáo khoảng 57% lượng đầu vào sơ cấp cho toàn ngành bị trước đạt hoạt động xử lý dự định Ước tính từ số nghiên cứu rằng, trung bình, tiết kiệm 20 đến 30% lượng đạt mà khơng cần đầu tư vốn, sử dụng thay đổi thủ tục hành vi (Fischer et al 2007) Mức tiêu thụ lượng cơng nghiệp giảm cách hiệu mặt chi phí từ 10 đến 20% thơng qua chương trình quản lý lượng có cấu trúc tốt kết hợp cơng nghệ tiết kiệm lượng, thực hành vận hành thực hành quản lý (Fischer cộng 2007) Các giải pháp tương lai nhằm cải thiện hiệu sử dụng lượng phải khả thi mặt kỹ thuật kinh tế Cải thiện hiệu lượng sở chế biến thực phẩm đòi hỏi phải đánh giá nhiều biện pháp triển vọng để tăng lượng hiệu sử dụng tiện ích nước, khí nén điện Các nguồn lượng sử dụng ngành sản xuất thực phẩm bao gồm dầu mỏ, khí đốt tự nhiên, than đá, lượng tái tạo điện Hình cho mức tiêu thụ loại nhiên liệu ngành chế biến thực phẩm Hoa Kỳ năm 2002 (US EPA 2007) Khí đốt tự nhiên điện hai nguồn nguồn lượng sử dụng ngành công nghiệp thực phẩm Hoa Kỳ, chiếm 52 21% tổng lượng tiêu thụ 2002, theo thứ tự [2] SVTH: Nhóm 05 Trang Phân tích HQSDNL SX cà phê hịa tan GVHD:TS LẠI QUỐC ĐẠT Hình 1.3 Mức tiêu thụ lượng từ loại nhiên liệu ngành sản xuất thực phẩm Hoa kỳ năm 2002 CHƯƠNG 2: 2.1 PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG RANG 2.1.1 Mục đích, yêu cầu Rang trình gia nhiệt cho cà phê nhân để tạo nên biến đổi sâu sắc hạt, hình thành nên tính chất đặc trưng cho cà phê màu sắc, mùi vị thông qua biến đổi màu sắc, cấu trúc thành phần hóa học hạt Q trình rang cà phê nhằm thực hai mục đích cơng nghệ sau: Chế biến: quy trình cơng nghệ sản xuất cà phê rang xay hay sản xuất cà phê hòa tan từ cà phê nhân, rang công đoạn quan trọng mang tính chất định đến chất lượng cà phê thành phẩm Trong trình rang cà phê, tác động nhiệt độ, phản ứng hóa học diễn cách mạnh mẽ tạo hợp chất hóa học giúp hình thành hương vị, màu sắc đặc trưng cà phê thành phẩm Có thể theo cách đơn giản cà phê bộc lộ phẩm chất tốt sau rang, dậy mùi hương, thêm vị ngọt, chua độ đậm đà, hạt cà phê sống có mùi vị cỏ khơ hay thảo dược SVTH: Nhóm 05 Trang ... CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN TRÀ – CÀ PHÊ - CACAO PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TRONG SẢN XUẤT CÀ PHÊ HỊA TAN NHĨM SVTH: ĐÀO DUY ĐẠT 1811846 LÊ TRỊNH HOÀNG DƯƠNG... phê hịa tan CHƯƠNG 1: 1.1 GVHD:TS LẠI QUỐC ĐẠT TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT CÀ PHÊ HỊA TAN QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT CÀ PHÊ HỊA TAN Hình 1.1 Quy trình cơng nghệ sản xuất cà phê hịa tan SVTH:... SX cà phê hịa tan 1.2 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG TRONG QUY TRÌNH Cà phê hòa tan loại thực phẩm tiêu tốn nhiều lượng quy trình sản xuất Ước tính lượng để sản xuất cà phê hịa tan theo cơng