Phần 4 Kết quả và thảo luận
4.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm
4.2.5. Kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm
Kết quả tính tốn mơ phỏng và nghiên cứu thực nghiệm khi cô đặc dung dịch mật từ nồng độ 74% đến 82% đã xác định thời gian bay hơi trong quá trình cơ đặc tương ứng là 66,5 phút và 57,4 phút.
So sánh kết quả nghiên cứu thực nghiệm với kết quả nghiên cứu lý thuyết thì sai lệch giữ thời gian nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm là 13,7%. Sai số này có thể chấp nhận được do trong q trình tính tốn phải chấp nhận một số giả thiết, một số tham số được tra theo bảng tính sẵn,... nên khơng tránh khỏi sai số.
4.2.6. Hoàn thiện quy trình cơng nghệ cơ đặc mật ong
Trên cơ sở quy trình chế biến mật ong và kết quả nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số công nghệ tối ưu của thiết bị cô đặc mật ong trong thực tiễn sản xuất, chúng tôi đã bổ sung một số cơng đoạn trong q trình chế biến và xác định chế độ cô đặc phù hợp để hồn thiện quy trình cơng nghệ cơ đặc mật ong nhằm nâng cao chất lượng mật ong sau khi cô đặc. Sơ đồ quy trình sản xuất mật ong trên hình 4.18.
Hình 4.18. Sơ đồ quy trình cơng nghệ chế biến mật ong hoàn thiện
Thu hoạch mật ong
Lọc tinh Lọc thô
Khuấy trộn
Lắng
Cô đặc mật ong
Đóng gói và bảo quản
Quy trình cơng nghệ gồm có các khâu chính như sau:
Thu hoạch mật ong:
Mật ong được thu hoạch khi có 2/3 lỗ tổ trên cầu đã được vít nắp hồn tồn để đảm bảo chất lượng mật ong tốt nhất và lượng nước trong mật thấp nhất. Khi khai thác cần phải tiến hành vào buổi sáng để mật đặc hơn vì khơng lẫn mật hoa mới lấy về trong ngày.
Đưa bánh tổ vào máy quay ly tâm để lấy mật. Trước khi quay phải rũ hết ong bám trên bánh tổ rồi dùng dao cắt vít nắp bằng cách đưa dao từ dưới lên để không làm vỡ bánh tổ. Đặt các cầu đã cắt nắp vào trong thùng quay và quay đều tay với tốc độ tăng dần để mật văng ra khỏi bánh tổ (chú ý không để ấu trùng bị văng ra), sau đó trả các cầu đã quay mật xong trở lại đàn cũ để ong tiếp tục nuôi dưỡng ấu trùng và tiếp tục trữ mật.
Lọc thô mật: Mật ong được lọc để mật được sạch và không bị hỏng. Mật được đưa vào thùng lọc, chảy qua lưới lọc có kích thước lỗ lưới từ 1÷1,5 mm. Ở cơ sở sản xuất nhỏ thường chỉ lọc thô, mật thô sẽ được chuyển đến các nhà máy sản xuất có năng suất lớn được lọc tinh bằng các thiết bị lọc chuyên dụng.
Khuấy trộn: Do mật ong từ nhiều nguồn khác nhau nên sau khi lọc thô ta cho vào bồn trộn để tiến hành hoà trộn mật ong lại với nhau. Khuấy trộn mật ong nhằm làm đồng nhất mật. Bồn trộn gồm có một bồn đứng, bên trong có cánh khuấy, cánh khuấy quay với tốc độ 50÷70 vịng/phút.
Lắng: Lắng nhằm mục đích làm cho mật trong hơn, giảm bớt bọt và loại đi
các tạp chất có khối lượng riêng lớn như: cát, đất,... và các tạp chất như: phấn hoa, râu ong, chân ong,... nhẹ hơn sẽ nổi lên phía trên.
Lọc tinh: Nhằm loại bỏ các tạp chất có kích thước rất nhỏ và mịn thông thường lưới lọc có kích thước từ 0,5÷1,0 mm. Ở các nhà máy sản xuất có năng suất lớn được lọc tinh bằng các thiết bị lọc chuyên dụng. Để lọc được nhanh và thật sạch người ta dùng các thiết bị lọc theo phương pháp hút chân không để mật chảy qua lưới lọc có kích thước nhỏ.
Cơ đặc mật ong: Mật ong sau khi đưa vào buồng cô đặc tiến hành cấp nhiệt,
sau khoảng 20 phút vận hành cho bơm chân và bộ phận phát sóng siêu âm làm việc. Chế độ cô đặc được lựa chọn theo các thông số tối ưu như sau: nhiệt độ cơ đặc 44 45oC, thời gian phát sóng siêu âm 2425 phút. Cần chú ý: trong quá
trình cơ đặc cần thường xun lấy mẫu kiểm tra nồng độ dung dịch mật, khi nồng độ dung dịch đạt yêu cầu thì dừng máy bơm chân khơng và tắt nguồn nhiệt.
Đóng gói và bảo quản mật ong: Sau khi cô đặc đến nồng độ chất khô theo
yêu cầu, dung dịch mật được đưa vào bồn thành phẩm.
Bước cuối cùng là chiết rót, đóng vào chai, hũ chứa đựng và cho ra thành phẩm. Tùy theo cơ sở sản xuất, việc chiết rót, đóng chai, dán nhãn được tiến hành trên thiết bị tự động hay thủ công.
4.2.7. Ứng dụng các kết quả nghiên cứu để hồn thiện thiết bị cơ đặc mật ong
4.2.7.1. Thiết kế cải tiến thiết bị cô đặc mật ong
Kết quả nghiên cứu tối ưu tổng quát xác định các thông số cơ bản về cấu tạo và chế độ cô đặc mật ong như sau: nhiệt độ cô đặc Tcđ = 44,8oC, chiều cao vành dẫn chất lỏng Hvd = 653mm, thời gian phát sóng siêu âm τs = 24,4 phút.
Đã hồn thiện thiết kế và chế tạo thiết bị cô đặc mật ong (ký hiệu CĐ-1A) trên cơ sở các thông số tối ưu đã được xác định ở trên. Các thông số kỹ thuật cơ bản của thiết bị cô đặc mật ong CĐ-1A ghi trong bảng 4.18.
Bảng 4.18. Các thông số kỹ thuật của thiết bị cô đặc mật ong CĐ-1A
Các thông sô Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Khối lượng mẻ cô đặc G kg 16
Nhiệt độ cô đặc Tcd oC 4445
Thời gian phát sóng siêu âm s phút 2425
Chiều cao vành dẫn chất lỏng Hvd mm 653
Thời gian cô đặc một mẻ cd phút 5760
Kích thước buồng đun nóng: Đường kính: Chiều cao: Ddn hdn mm mm 220 880 Kích thước buồng lỏng-hơi:
Đường kính: Chiều cao: Dlh Hlh mm mm 114 1700
Chiều cao phủ bì buồng cơ đặc: Hcd mm 2920
Bộ phận phát sóng siêu âm: Số lượng: Công suất: Tần số: Z N f Cái W kHz 09 100 28
4.2.7.2. Xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của thiết bị cô đặc mật ong
Để đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của thiết bị cô đặc mật ong CĐ-1A, tháng 12 năm 2021 chúng tôi tiến hành khảo nghiệm trong điều kiện sản xuất. Cùng thời gian đó, chúng tơi đã tiến hành khảo nghiệm xác định một số chỉ tiêu
kinh tế kỹ thuật thiết bị cô đặc mật ong CMO tại Trung tâm nghiên cứu ong và nuôi ong nhiệt đới, Học viện Nông nghiệp Việt Nam và tham khảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của thiết bị cô đặc mật ong JEVA của Đại học Nông nghiệp Puhana Ấn Độ để so sánh bảng 4.19.
Bảng 4.19. Một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các thiết bị cô đặc mật ong
TT
Thiết bị cô đặc Các chỉ
tiêu KT-KT
JEVA CMO-40 CD-1A
1 Khối lượng mật ong
trước khi cô đặc(kg) 20 16 16
2 Độ ẩm ban đầu (%) 25,2 26 26
3 Độ ẩm sau khi cô đặc
(%) 16,4 18 18
4 Lượng nước cần bốc
hơi (kg) 2,11 1.56 1,56
5 Khối lượng mật ong
sau khi cô đặc 17,89 14,44 14,44
6 Kết cấu bề mặt bay hơi
Dung dịch mật chảy thành dòng theo phương thẳng đứng Dung dịch mật chảy màng theo bề mặt ngoài ống thẳng đứng Dung dịch mật sôi trong ống thẳng đứng
7 Nguồn nhiệt cấp Nước, khơng khí nóng Khơng khí nóng Nước nóng
8 Điều kiện thốt ẩm Đối lưu
cưỡng bức
Đối lưu
cưỡng bức Chân không
9 Vận chuyển dung dịch
mật Tuần hoàn cưỡng bức
Tuần hoàn cưỡng bức
Tuần hoàn tự nhiên
10 Nhiệt độ cô đặc (oC) 4445 4445 4445
11 Thời gian cô đặc (phút) 642 540 57
12 Điện năng tiêu thụ
(kWh) 9,64 4,05 2,14
13 Thời gian cô đặc riêng (phút/kg SP cô đặc) 35,84 37,4 3,95
14 Chi phí năng lượng
Từ số liệu trong bảng 4.19, so với các hệ thống cơ đặc JEVA và CMO-40 thì hệ thống cơ đặc CĐ-1A có ưu điểm: thời gian cơ đặc riêng là 3,95 (phút/kgSP cô đặc) bằng 10,56% so với thiết bị cô đặc mật ong CMO-40 và bằng 11,02% so với thiết bị cơ đặc mật ong JEVA. Chí phí năng lượng riêng cho một kg nước bốc hơi là 1,37 (kWh/kgH2O) bằng 52,9% so với thiết bị cô đặc CMO-40, bằng 17,02% so với thiết bị cô đặc mật ong JEVA. Ngồi ra, thiết bị cơ đặc làm việc ổn định và bền vững, dễ vận hành, điều chỉnh các thông số kỹ thuật và dễ vệ sinh máy.
4.2.7.3. Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của thiết bị cô đặc
Việc ứng dụng thiết bị cô đặc mật ong CĐ-1A trong thực tiễn sản xuất đã đem lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật như sau:
- Nâng cao chất lượng sản phẩm mật ong cô đặc cả về giá trị dinh dưỡng, giá trị cảm quan và vệ sinh an toàn thực phẩm, đáp ứng yêu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu.
- Giảm được thời gian cô đặc và chi phí vận hành hệ thống thiết bị.
- Sử dụng phá kết tinh bằng sóng siêu âm đã kéo dài thời gian kết tinh trở lại trong quá trình tồn trữ, góp phần nâng cao giá trị cảm quan cho sản phẩm.
- Thiết bị cơ đặc có cấu tạo đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu thấp, làm việc ổn định và bền vững, có thể ứng dụng để cô đặc nhiều loại nông sản thực phẩm lỏng khác có tính chất lý hố tương tự như: dịch quả, nước mía,... nên dễ triển khai áp dụng rộng rãi trong thực tiễn sản xuất.
4.3. KẾT LUẬN PHẦN 4
Kết quả nghiên cứu lý thuyết đã xây dựng được mơ hình tốn học và chương trình tính tốn mơ phỏng q trình trao đổi nhiệt ẩm trong buồng cơ đặc, từ đó xác định được một số thông số cơ bản về cấu tạo và chế độ làm việc của bộ phận cô đặc như: thời gian cô đặc τbh=66,5 phút, nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình cơ đặc Q= 4434,28 kJ, hệ số tuần hoàn tự nhiên của dung dịch mật trong bộ phận cô đặc K=26, lượng hơi thứ bay hơi trung bình trong một vịng tuần hồn Wth= 0,06 kg/vòng, chiều cao bộ phận tách hơi thứ Hlh=1,7m và lượng nước cần thiết để đun nóng dung dịch mật trong q trình cơ đặc Gn=28kg. Kết quả nghiên cứu trên là cơ sở để định hướng ban đầu cho việc thiết kế.
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã xác định được giá trị tối ưu của các yếu tố vào: nhiệt độ cô đặc Tcđ = 44,8oC, chiều cao vành dẫn chất lỏng Hvd = 653mm,
thời gian phát sóng siêu âm s = 24,4 phút và giá trị tối ưu của các thông số ra:
điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc Qcđ = 18,96 điểm, thời gian kết tinh trở lại trong quá trình tồn trữ τkt= 216,5 ngày, thời gian cô đặc τcđ= 57,4 phút và chi phí điện năng riêng Nr = 1,37 kWh/kgH2O. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm là cơ sở quan trọng để hồn thiện cơng nghệ và thiết kế cải tiến thiết bị cô đặc.
PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1. KẾT LUẬN
1. Mơ hình tốn học và chương trình tính tốn mơ phỏng đã xác định được mối quan hệ nhiệt lượng cần thiết của q trình cơ đặc với nhiệt độ, nồng độ dịch mật và thời gian cơ đặc. Kết quả tính tốn mơ phỏng đã xác định được các tham số ảnh hưởng đến q trình cơ đặc như: thời gian bay hơi nước trong dung dịch mật từ nồng độ ban đầu b=74% đến b=82% τbh=66,5 phút, nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình bay hơi là Q=4434,28 kJ, hệ số tuần hoàn tự nhiên của dịch mật trong bộ phận cô đặc K=26, lượng hơi thứ bay hơi trung bình trong một vịng tuần hồn Wth=0,06 kg/vịng, chiều cao buồng lỏng hơi Hlh=1,7m và lượng nước cần thiết để đun nóng dịch mật trong q trình cơ đặc Gn=28kg. Đây là các thông số quan trọng làm cơ sở để định hướng ban đầu cho việc thiết kế.
2. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố đã xác định được ảnh hưởng của các yếu tố: nhiệt độ cô đặc Tcđ (oC), chiều cao vành dẫn chất lỏng Hvd(mm), thời gian phát sóng siêu âm τs(phút), đến các thông số ra: điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc Qcđ(điểm), thời gian kết tinh trở lại τkt (ngày), thời gian cô đặc τcđ (phút) và chi phí điện năng riêng Nr(kWh/kgH2O) và đã lựa chọn được khoảng nghiên cứu thích hợp của các yếu tố làm cơ sở cho phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố như: nhiệt độ cô đặc Tcđ=35÷53oC, chiều cao vành dẫn chất lỏng H-
vd=380÷680mm và thời gian sóng siêu âm τs=15÷30 phút.
3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố và phương pháp tối ưu tổng quát của E.C. Harrington đã xác định được giá trị tối ưu chung của các yếu tố vào: nhiệt độ cô đặc Tcđ=44,8oC, chiều cao vành dẫn chất lỏng Hvd=653mm, thời gian phát sóng siêu âm s = 24,4 phút và giá trị tối ưu chung của tất cả các thông số ra: điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc Qcđ=18,96 điểm, thời gian kết tinh trở lại τkt=216,5 ngày, thời gian cô đặc τcđ=57,4 phút và chi phí điện năng riêng Nr=1,37 kWh/kgH2O.
4. Đã hồn thiện quy trình cơng nghệ cơ đặc mật ong theo các thơng số tối ưu với sự hỗ trợ của công nghệ siêu âm. Đây là quy trình cơng nghệ tiên tiến, dễ áp dụng, phù hợp với khả năng đầu tư thiết bị của các cơ sở chế biến mật ong ở trong nước.
5. Đã thiết kế, chế tạo thành công thiết bị cô đặc mật ong CĐ-1A kiểu chân không dạng ống phối hợp công nghệ siêu âm. Đây là thiết bị cơ đặc có cấu tạo tương đối đơn giản, làm việc ổn định và bền vững, tạo ra sản phẩm cơ đặc có chất lượng cao đáp ứng yêu cầu xuất khẩu, hồn tồn có thể chế tạo được ở trong nước thay cho thiết bị cô đặc nhập ngoại đắt tiền, nhờ đó có thể triển khai áp dụng rộng rãi cho các cơ sở chế biến mật ong ở trong nước hiện nay.
5.2. KIẾN NGHỊ
1. Ứng dụng mơ hình đồng dạng và phân tích thứ ngun để thiết kế chế tạo các cỡ thiết bị cơ đặc mật ong có năng suất khác nhau phù hợp với quy mô của các cơ sở chế biến mật ong trong cả nước.
2. Tiếp tục nghiên cứu lựa chọn công suất và tần số phát sóng siêu âm phù hợp để triển khai cho nhiều thiết bị cô đặc với công suất khác nhau và cho nhiều loại dung dịch cơ đặc khác nhau.
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
1) Đặng Thanh Sơn, Trần Như Khuyên & Nguyễn Thanh Hải (2020). Nghiên cứu một số thông số của thiết bị cơ đặc mật ong kiểu chân khơng có vành dẫn chất lỏng phối hợp phá kết tinh bằng sóng siêu âm. Tạp chí Khoa học Nơng nghiệp Việt Nam. 18(12): 1182-1191.
2) Đặng Thanh sơn, Trần Như Khuyên & Nguyễn Thanh Hải (2022). Ứng dụng qui hoạch thực nghiệm trong nghiên cứu Thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân khơng dạng ống có vành dẫn chất lỏng phối hợp phá kết tinh bằng sóng siêu âm CĐ-1. Tạp chí Nơng nghiệp và Phát triển Nơng thơn. (1): 44-53.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
1. Agritech (2020). Máy hạ thuỷ phần mật ong. Truy cập từ https://m.facebook.com/
1237486733100715/posts/1745777802271603/ ngày 28/6/2020.
2. Bạch Quốc Khang & Phạm Văn Lang (1998). Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực
nghiệm và ứng dụng kỹ thuật trong nông nghiệp. Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội.
3. Nguyễn Bin (2011). Các quá trình, thiết bị trong cơng nghệ hố chất và thực
phẩm. Tập 4. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
4. Bộ Khoa học - Công nghệ (2018). Mật ong-Phân tích cảm quan. Tiêu chuẩn
Quốc gia TCVN 12401-2018.
5. Bộ Khoa học - Công nghệ (2019). Nồi hơi-Hiệu suất Năng lượng và Phương
pháp xác định. Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN:8630-2019.
6. Bộ Khoa học - Công nghệ (2019). Mật ong. Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 12605:
1-86.
7. Bùi Hải, Dương Đức Hồng & Hà Mạnh Thư (2001). Thiết bị trao đổi nhiệt. Nhà
xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà nội.
8. Bùi Hải & Trần Thế Sơn (2015). Kỹ Thuật Nhiệt. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ
thuật, Hà Nội.
9. Chu Khôi (2021). Ngành mật ong Việt Nam có nguy cơ mất thị trường Mỹ.