Phần 5 Kết luận và kiến nghị
2.6. Thiết bị cô đặc chân không dạng ống
1- Buồng cô đặc; 2- Thùng chứa thành phẩm; 3- Bộ phận ngưng tụ hơi thứ; 4- Ống dẫn hơi thứ; 5- Ống xả; 6- Cửa vào nguyên liệu; 7- Đường dẫn hơi đốt; 8- Cửa ra nước ngưng; 9- Ống tuần hoàn;
10- Van hồi lưu; 11- Đầu dò độ Baume; 12- Van xả mật; 13- Bơm mật; 14- Đồng hồ lưu lượng; 15- Áp kế; 16- Nhiệt kế, 17- Hơi thứ; 18- Cửa ra hơi thứ; 19- Cửa thốt khí khơng ngưng tụ;
20- Cửa cấp nước lạnh; 21- Ống dẫn nước ngưng; 22- Thùng chứa nước ngưng; 23- Kính quan sát; 24- Buồng bay hơi; 25- Buồng gia nhiệt; 26- ống đun sơi.
Hình 2.6. Thiết bị cơ đặc chân khơng dạng ống
Nguồn: Xingwu & Liyu (2014)
Mật ong được đưa vào buồng cô đặc 1 qua cửa nạp liệu 6 và được đun nóng trong buồng gia nhiệt 25. Trong buồng gia nhiệt 25 có chùm ống nhỏ được đặt thẳng đứng dùng để đun nóng dung dịch mật ong trong ống đến nhiệt độ sơi (cịn gọi ống đun sôi). Các ống này được gia nhiệt bởi hơi đốt bên ngoài qua cửa dẫn hơi đốt 7. Khi dung dịch mật ong đạt nhiệt độ sôi, hơi thứ được tạo thành đi về bộ phận ngưng tụ hơi thứ 3 (baromet). Ở đây hơi thứ sẽ ngưng tụ, trộn lẫn với nước do đường nước ngưng 20 chuyển đến về thùng nước ngưng 22, khơng khí
và các khí khơng ngưng thốt ra ngoài qua cửa 19. Khi dung dịch được cô đặc đến nồng độ cần thiết, được bơm 13 bơm về thùng thành phẩm 2 (Xingwu & Liyu, 2014).
Ưu điểm của thiết bị cơ đặc này là tốc độ chuyển động tuần hồn của dung dịch trong ống đun sơi cao do ống có tiết diện nhỏ, nhờ đó khả năng bốc hơi lớn, thời gian cô đặc nhanh, hệ số truyền nhiệt từ hơi đốt cho dung dịch lớn nên hiệu quả truyền nhiệt cao do tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt của các ống lớn.
Nhược điểm: khó làm sạch bề mặt trong của các ống đun sôi.
2.4.1.3. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng đĩa
Thiết bị cô đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng đĩa Normit do Slovakia chế tạo (hình 2.7). Cấu tạo thiết bị cô đặc mật ong với bộ phận làm việc là các đĩa, máy khuấy xoắn ốc hoặc phiến, bộ phận ngưng tụ, nhiệt kế điện tử đo độ ẩm, khi các đĩa quay mật ong bám vào và khơng khí nóng thổi qua các đĩa làm giảm lượng nước trong mật, máy cô đặc này chỉ phù hợp với quy mô sản xuất mật ong nhỏ. Nguyên tắc hoạt động dựa trên nguyên lý ngưng tụ ẩm. Khơng khí khơ, nóng hấp thụ ẩm bay hơi từ mật ong, sau khi ra khỏi buồng cô đặc, qua dàn lạnh của bơm nhiệt được ngưng tụ thành dạng lỏng, khơ và lạnh được đi qua dàn nóng nhận nhiệt trở thành khơng khí khơ, nóng thành vịng tuần hồn kín. Các đĩa quay đưa mật lên để tăng diện tiếp xúc giữa mật ong với khơng khí khơ, nóng nhằm làm tăng khả năng bốc hơi. Mật ong được cô đặc ở nhiệt độ 40oC, làm giảm độ ẩm của mật ong khoảng 6% trong một chu kỳ 24 giờ. Máy có năng suất từ 50÷100 kg/mẻ (Normit, 2022).
Ưu điểm: máy vận hành đơn giản, khơng địi hỏi chuyên môn cao.
Nhược điểm: Thời gian cô đặc dài và năng suất thấp, phù hợp với hộ gia đình.
a) Hình ảnh thiết bị b) Sơ đồ nguyên lý cấu tạo
1- Khung máy; 2- Động cơ bơm; 3- Ống tuần hồn mật ong; 4- Piston cơngxơn; 5- Đĩa quay mật; 6- Nắp che; 7- Bộ phận điều khiển.
Hình 2.7. Thiết bị cơ đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng đĩa
2.4.1.4. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng cánh quay
Thiết bị cô đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng cánh quay trên hình 2.8. Thiết bị có dạng ly tâm, thẳng đứng, sự bay hơi nước trong mật ong do tiếp xúc trực tiếp của luồng khơng khí khơ với mật ong, mật ong được bơm lên từ hệ thống phun với vòi phun 4, bộ phận trộn 3. Thiết bị này gồm hai phần chính: hệ thống làm bay hơi nước trong mật ong và hệ thống làm khơ khơng khí. Dịng khơng khí lưu thơng trong một mạch kín giữa bể mật ong và hệ thống làm khơ khơng khí. Luồng khơng khí được thổi cưỡng bức bằng quạt, làm khơ khơng khí được thực hiện bằng một thiết bị làm khơ 2. Một bể cách nhiệt chứa mật ong được trang bị một bộ phận trộn và thiết bị gia nhiệt với công suất điều chỉnh. Bể được trang bị hệ thống bơm mật 6 chạy bằng động cơ 7, dùng để bơm mật cho vòi phun 4 nằm ở phần trên cùng của bể. Bộ phận trộn được quay nhờ động cơ điện 5 để tăng diện tích tiếp xúc giữa khơng khí và mật. Nước ngưng được đưa ra ngồi qua cửa xả 14 (Malec & cs., 2020).
Ưu điểm của phương pháp này là dùng nhiệt độ cô đặc thấp nên hàm lượng HMF không bị tăng cao, các chỉ tiêu về chất lượng mật ong đảm bảo.
Nhược điểm: thời gian cơ đặc dài.
a) Hình ảnh thiết bị b) Sơ đồ nguyên lý cấu tạo
1- Bể chứa mật; 2- Hệ thống làm khơ khí; 3- Bộ phận trộn mật; 4-Vịi phun mật ong; 5- Động cơ trộn; 6- Bộ phận bơm mật ong; 7- Động cơ bơm; 8- Ống bơm; 9- Ống phân phối; 10- Ống đầu ra; 11- Ống đầu
vào; 12- Hộp điều khiển; 13- Van ngắt; 14- Ống xả nước ngưng; 15- Bộ phận gia nhiệt; 16- Tấm lỗ; 17- Cân điện tử.
Hình 2.8. Thiết bị cơ đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng cánh quay
Nguồn: Malec & cs. (2020)
2.4.1.5. Thiết bị cơ đặc mật ong kiểu dịng chảy
nghiệp Puhana, Ấn Độ. Cấu tạo thiết bị gồm có hệ thống làm nóng mật ong, hệ thống tuần hồn mật ong, buồng cơ đặc. Các chi tiết thể hiện ở sơ đồ (hình 2.9) (Gill & cs., 2015).
Mật ong được đưa vào thùng chứa bên dưới và được gia nhiệt bằng nước nóng xung quanh thùng chứa bởi lớp áo nước đến nhiệt độ theo yêu cầu công nghệ cô đặc. Khi đạt được nhiệt độ yêu cầu, mật ong được bơm lên máng đục lỗ ở phía trên để mật ong chảy thành dòng vào buồng bay hơi ẩm. Đồng thời, khơng khí được làm nóng đến nhiệt độ yêu cầu (3040oC) được thổi qua các dòng mật ong để loại bỏ độ ẩm, với lưu lượng khơng khí nóng 1,98 m3/phút. Trong quá trình cơ đặc, do độ nhớt mật ong tăng lên nên tốc độ dòng chảy giảm, vì vậy trong hệ thống có lắp bộ phận điều chỉnh lưu lượng dòng chảy cho phù hợp. Sau đó, mật ong chảy vào trong thùng chứa và được tái tuần hoàn nhờ bơm mật. Để nhiệt độ trong lớp áo nước được duy trì cố định, bên ngồi có hệ thống bơm và bể nước nóng có nhiệt độ điều chỉnh theo yêu cầu (4045oC) luôn luân chuyển trong lớp áo nước.
a) Hình ảnh thiết bị b) Sơ đồ nguyên lý cấu tạo
1- Bơm nước; 2- Hộp chứa mật ong; 3- Nước nóng; 4- Van; 5- Bơm mật ong; 6- Van xả; 7- Đường ống bơm mật; 8- Đường vào khơng khí bên ngồi; 9- Thiết bị sấy; 10- Quạt gió; 11- Đường vào khơng khí nóng; 12- Lười thép; 13- Máng đục lỗ; 14- Buồng cơ đặc; 15- 11- Đường ra khơng khí; 16- Dịng mật; 17- Lớp áo nước; 18- Lớp cách nhiệt; 19- Đường ống xả nước; 20- Thùng nước nóng; 21- Điện trở nhiệt.
Hình 2.9. Thiết bị cơ đặc mật ong kiểu dòng chảy
Nguồn: Gill & cs. (2015)
Kết quả thí nghiệm với 20kg mật ong có độ ẩm đầu 25,2% được cô đặc đến độ ẩm 16,4%, ứng với nhiệt độ khơng khí nóng là 40oC và nhiệt độ nước nóng là 45oC đã xác định được lượng nước bốc hơi trong một giờ: 197g/h, thời gian cô đặc một mẻ 10,71h, tổng điện năng chi phí điện năng cho một mẻ cô đặc 17kWh/mẻ; chi phí điện năng riêng cho 1 kg sản phẩm cơ đặc là 0,94 kWh, chi phí điện năng riêng cho 1 kg nước bốc hơi là 8,05 kWh/kgH2O.
Ưu điểm của thiết bị cô đặc này là dùng nhiệt độ cô đặc thấp nên hàm lượng HMF không bị tăng cao, chất lượng mật ong đảm bảo, giữ được hương vị và màu sắc. Nhược điểm: thời gian cơ đặc dài.
2.4.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị cơ đặc mật ong ở trong nước
2.4.2.1. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng ống
Thiết bị cô đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng ống CMO-40 có dung tích 40 lít được lắp đặt tại Trung tâm nghiên cứu ong và nuôi ong nhiệt đới, Học viện Nơng nghiệp Việt Nam (hình 2.10).
Mật ong cho vào buồng chứa 1, được bơm 4 bơm lên vòi phun kiểu hoa sen, chảy vào bên trong các ống 7 thành dạng màng mỏng chảy từ trên xuống còn gọi là màng “rơi”. Quạt 13 hút khơng khí ẩm ở trong chùm ống 7 theo ống dẫn 10, qua dàn lạnh của máy lạnh, hơi nước được ngưng tụ, khơng khí ẩm được làm khơ tiếp tục qua dàn nóng của máy lạnh để nâng nhiệt độ lên đến nhiệt độ theo yêu cầu của công nghệ cô đặc. Nước ngưng được xả ra qua van 12, mật ong sau khi cô đặc được xả qua van 2. Nhiệt độ trong buồng cô đặc được hiển thị thông qua đồng hồ đo nhiệt 14.
Ưu điểm của phương pháp này là dùng nhiệt độ cô đặc thấp nên hàm lượng HMF không bị tăng cao, chất lượng mật ong đảm bảo, giữ được hương vị và màu sắc. Nhược điểm: thời gian cô đặc dài.
a) Hình ảnh thiết bị b) Sơ đồ nguyên lý cấu tạo
1- Buồng chứa mật; 2- Van xả mật; 3- Bộ phận lọc; 4- Bơm mật; 5- Cửa nạp mật; 6- Thân máy; 7- Chùm ống; 8- Vòi phun kiểu hoa sen; 9- Nắp chắn; 10- Ống dẫn khơng khí ẩm; 11- Cụm bơm nhiệt;
12- Van xả nước ngưng, 13- Quạt; 14- Đồng hồ đo nhiệt độ buồng cơ đặc.
Hình 2.10. Thiết bị cơ đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng ống
2.4.2.2. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân khơng dạng nồi có cánh khuấy
Thiết bị cô đặc kiểu chân khơng dạng nồi có cánh khuấy, năng suất 100 lít/mẻ do Cơng ty AGRITECH Việt Nam chế tạo (hình 2.11). Đây là thiết bị cô đặc chân khơng và có thiết bị gia nhiệt điều khiển nhiệt độ tự động. Buồng cơ đặc có 3 lớp, lớp trong cùng là lớp chứa nguyên liệu, lớp giữa là lớp chứa vật liệu gia nhiệt, lớp ngồi cùng là lớp bảo ơn chống thất thốt nhiệt, bên trong buồng cô đặc có cánh khuấy để đảo trộn mật, nhiệt độ sơi của mật ong có thể điều chỉnh dưới 45oC, giảm 2% lượng nước trong mật sau 2 giờ. Đặc biệt có thêm thiết bị lọc tinh và bộ phận phát sóng siêu âm đặt bên ngồi thùng chứa mật ong để phá kết tinh và kéo dài thời gian kết tinh trở lại trong quá trình tồn trữ, đồng thời loại bỏ nấm, men trong mật ong, xử lý những tạp chất lơ lửng, cặn bẩn phát sinh trong quá trình sơ chế mật ong.
Ưu điểm của thiết bị này là cấu tạo tương đối đơn giản, chi phí đầu tư thấp và đặc biệt là có bộ phận siêu âm nên đã phá được hiện tượng kết tinh của mật ong trong q trình cơ đặc và kéo dài thời gian kết tinh trở lại trong quá trình tồn trữ, đồng thời tiêu diệt nấm men và vi sinh vật trong mật ong.
Nhược điểm: thời gian cô đặc dài do diện tích bốc hơi nhỏ (diện tích bốc hơi chỉ là diện tích mặt thống của dung dịch trong nồi cơ đặc), đồng thời trong q trình cơ đặc cần phải có bộ phận khuấy đảo để tăng khả năng bốc hơi và tránh cho dung dịch không bị cháy ở phần tiếp giáp với đáy nồi, phát sinh thêm chí phí điện năng cho động cơ khuấy.
1- Khung máy; 2- Thùng khuấy-siêu âm; 3- Cánh khuấy; 4- Động cơ khuấy; 5- Đồng hồ chân khơng; 6- Dàn lạnh; 7- Kính quan sát; 8- Bộ phận cô đặc; 9- Tủ điện; 10- Van xả; 11- Hệ thống bơm.
Hình 2.11. Thiết bị cơ đặc mật ong kiểu chân khơng dạng nồi có cánh khuấy
2.4.2.3. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân khơng dạng nồi có piston chuyển động
Thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân khơng dạng nồi có piston chuyển động của Trung tâm Cơng nghệ và thiết bị lạnh Trường Đại học Nông lâm thành phố Hồ Chí Minh chế tạo hình 2.12(Nguyễn Hay & cs., 2012).
a) Hình ảnh thiết bị b) Sơ đồ nguyên lý cấu tạo
1- Máy nén khí; 2- Van điện từ 3 ngã; 3- Thùng dự trữ; 4- Bơm ly tâm; 5- Bơm chân khơng; 6- Bình tách lỏng; 7- Dàn nóng; 8- Máy nén lạnh; 9- Dàn lạnh; 10- Dàn ống ngưng tụ ẩm; 11- Tủ điện; 12- Điện trở;
13- Van cấp nước; 14- Piston khí nén; 15- Buồng cơ đặc; 16- Đường ống cấp khí nén; 17- Van phao; 18- Ống thủy quan sát mật; 19- Lớp cách nhiệt; 20- Ống thủy quan sát mực nước; 21- Khay đảo mật;
22- Van điện từ; 23- Ống dẫn nước.
Hình 2.12. Thiết bị cơ đặc mật ong kiểu chân khơng dạng nồi có piston chuyển động
Nguồn: Nguyễn Hay & cs. (2012)
Mật ong được đưa vào buồng cô đặc, lớp áo nước bên ngoài gia nhiệt cho mật ong đúng nhiệt độ đã chọn, piston khí nén có nhiệm vụ đưa mật ong từ đáy thùng đi lên và tản ra nhờ khay có đột lỗ tạo thành màng mỏng, giọt nhỏ để tăng diện tích thốt ẩm (q trình này được lặp lại trong suốt q trình cơ đặc). Bơm chân khơng có nhiệm vụ đưa hơi ẩm ra ngồi thơng qua chùm ống ngưng tụ và bình tách lỏng. Mật sau khi đạt độ ẩm yêu cầu sẽ được xả ra ngoài.
Ưu điểm: Dùng nhiệt độ cô đặc thấp nên hàm lượng HMF không bị tăng cao, chất lượng mật ong đảm bảo, giữ được hương vị và màu sắc.
2.5. MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM VỀ CÔ ĐẶC MẬT ONG VỀ CÔ ĐẶC MẬT ONG
2.5.1. Các cơng trình nghiên cứu ở trên thế giới
(Schellart, 2011) đã nghiên cứu tính lưu biến và tỷ trọng của đường trong xi-rô và mật ong. Kết quả đã xác định được hệ số giãn nở thể tích αv do nhiệt là:
2 1 v 1 2 1 V V 1 . V T T (2.1)
Trong đó: V1, V2- thể tích, m3; ở nhiệt độ T1, T2 (oC), tương ứng; Hoặc: 1 2 v 2 1 2 1 . T T (2.2)
Với ρ1 và ρ2 là khối lượng riêng ở nhiệt độ T1, T2 (oC), tương ứng.
Bakier (2007) đã nghiên cứu tính chất lưu truyền của mật ong ở trạng thái lỏng và kết tinh. Nghiên cứu được thực hiện trên vài trăm mẫu mật ong trong một phạm vi nhiệt độ rộng từ 260330 K đã xác định được sự phụ thuộc của độ nhớt động lực học với nồng độ và nhiệt độ dung dịch mật ong theo phương trình:
22
1, 27.10 .exp( 38,363.W 0,1398.T)
Trong đó: - độ nhớt động lực học của dung dịch, N.s/m2 ; W- nồng độ dung dịch, %;
T- nhiệt độ dung dịch, K.
Crapiste & Lozano (1988) đã nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và áp suất
đến điểm sơi. Một quy trình thử nghiệm được nghiên cứu để đo điểm sôi của dung dịch đường sucrose, đường chuyển hóa. Độ tăng điểm sôi của các dung dịch glucose, fructose và sucrose đã được xác định ở các áp suất và nồng độ khác nhau, nằm trong khoảng từ 72700 mbar và 1782° Brix tương ứng. Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng cả nồng độ và áp suất đều ảnh hưởng đáng kể đến độ tăng