CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN BỘT CÀ RỐT VÀ THẢO LUẬN
3.1.2. Các thông số ban đầu cần thiết cho quá trình tính toán
Điều kiện không khí ngoài trời tại TP. Hồ Chí Minh có nhiệt độ trung bình là t0 = 270C và độ ẩm tương đối trung bình = 0,77 (Trần Đình Xoa và cộng sự, 2006).
Năng suất thiết bị sấy: G2 = 1000 kg/mẻ.
Thời gian tiến hành sấy phun cho một mẻ khoảng từ 4-6 giờ (Sadykhov, et al, 1997). Giả sử một mẻ là 5h G2=200 kg/h.
Độ ẩm của nguyên liệu đầu vào: W1 = ? Độ ẩm của thành phẩm sau khi sấy: W2 = 3%.
Nhiệt độ của nguyên liệu đầu vào: tv1 = 300C.
Nhiệt độ của khí vào thiết bị: tkv = 1800C.
Nhiệt độ của khí ra khỏi thiết bị: tkr = 800C.
Tổn thất năng lƣợng: 20%.
Bảng 9: Thành phần dinh dƣỡng trung bình của cà rốt
Thành phần Tỉ lệ % (w/w) Tỉ lệ trung bình (%w/w)
Nước 86.0 ÷ 89.0 87.5
Chất béo 0.2 ÷ 0.5 0.35
Protein 0.7 ÷ 0.93 0.82
Cacbohydrate 6.0 ÷10.6 8.3
Tro 1.1 1.1
Thành phần khác 1.93
(Nguồn: Sharma et al. (2012), USDA (2018a).
3.1.2.1 Tính thành phần dịch ép cà rốt sau khi cô đặc:
Giả sử ban đầu có m (kg) cà rốt có nồng độ chất khô là 12.5% => Khối lƣợng chất khô là 0.125m (kg). Trong đó:
Khối lƣợng chất béo: 0.0035m (kg).
Khối lƣợng protein: 0.0082m (kg).
Khối lƣợng carbohydrate: 0.083m (kg).
Khối lƣợng tro: 0.011m (kg).
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CNTP 54
Khối lƣợng các thành phần khác: 0.0193m (kg).
Tiến hành cô đặc đến 40% hàm lƣợng chất khô. Trong quá trình cô đặc chỉ bay hơi nước nên khối lượng chất khô không đổi và bằng 0.125m (kg). Lúc này, nồng độ chất khô trong dịch ép cà rốt là 40% nên khối lƣợng dịch dịch ép cà rốt sau khi cô đặc bằng 0.3125m (kg). Suy ra:
Phần trăm chất béo:
Phần trăm protein:
Phần trăm carbohydrate:
Phần trăm tro:
Phầm trăm các thành phần khác:
Ta có bảng thành phần dịch cà rốt sau khi cô đặc đến 40% nhƣ sau:
Bảng 10: Thành phần dịch ép cà rốt sau khi cô đặc đến 40%
Thành phần Tỷ lệ (% w/w)
Nước 60.00
Chất béo 1.12
Protein 2.62
Carbohydrate 26.56
Tro 3.52
Thành phần khác 6.18
3.1.2.2. Xác định khối lƣợng maltodextrin thêm vào dịch ép cà rốt sau khi cô đặc, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng trước khi sấy.
Theo giả thuyết ta có độ ẩm ban đầu của vật liệu trước khi sấy là 50-60% (R.
Murugesan, et al, 2011; G.R. Chegini, et al, 2007). Ta chọn độ ẩm ban đầu của vật liệu trước khi sấy có giá trị là: 55%
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CNTP 55 Giả sử ta bổ sung m (kg) maltodextrin vào (1 – m) (kg) dịch ép cà rốt có nồng độ chất khô là 40% để tạo thành 1 (kg) dịch ép cà rốt có nồng độ chất khô 45%, ta có:
(3.1)
m = 0.083 kg
a. Thành phần dịch cà rốt khi phối trộn thêm maltodextrin.
Sau khi bổ sung maltodextrin, thành phần dịch ép cà rốt thay đổi. Tính toán thành phần dịch ép cà rốt nhƣ sau:
Phần trăm chất béo:
Phần trăm protein:
Phần trăm carbohydrate:
Phần trăm tro:
Phần trăm các thành phần khác:
Phần trăm maltodextrin: 100–(55.0+1.03+2.40+24.35+3.22+5.67) = 8.33%
Bảng 11. Thành phần dịch cà rốt sau khi phối trộn maltodextrin
Thành phần Tỷ lệ (% w/w)
Nước 55.00
Chất béo 1.03
Protein 2.40
Carbohydrate 24.35
Tro 3.22
Thành phần khác 5.67
Maltodextrin 8.33
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CNTP 56 b. Khối lượng riêng của các thành phần trong dịch ép cà rốt trước khi sấy ở 30oC.
Để tính khối lƣợng riêng của các thành phần chất khô ta tính nhƣ sau (Choi, Y. and Okos, M.R., 1986):
Chất béo:
= 925,59 – 0,41757.T = 925,59 – 0,41757.30 = 913,06 (kg/m3)
Protein:
= 1329,9 – 0,5185.T = 1329,9 – 0,5185.30 = 1314,34 (kg/m3)
Carbohydrate (tính cả maltodextrin):
= 1599,1 – 0,31046.T = 1599,1 – 0,31046.30 = 1589,79 (kg/m3)
Tro:
= 2423,8 – 0,28063.T = 2423,8 – 0,28063.30 = 2415,38 (kg/m3)
Nước:
= 997,18 + 0,0031439.T – 0,0037574.T2
= 997,18 + 0,0031439.30 – 0,0037574.302 = 993,89 (kg/m3)
Thành phần khác:
= 1017,29 (kg/m3)
c. Khối lượng riêng của dung dịch trước khi sấy ở 30oC:
Khối lượng riêng (kg/m3) của dung dịch trước khi sấy được tính bởi công thức (Nguyễn Tấn Dũng, 2016):
∑
(3.2)
Trong đó: : Khối lƣợng riêng của các thành phần chất khô (kg/m3)
: Tỷ lệ phần trăm của các thành phần (%) Nên:
= 1166.11 (kg/m3)
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CNTP 57 d. Nhiệt dung riêng của các thành phần trong dịch ép cà rốt trước khi sấy ở 30oC.
Để tính nhiệt dung riêng của các thành phần chất khô ta tính nhƣ sau (Choi, Y. and Okos, M.R., 1986):
Nước:
Cnước = 4176,2 – 90,865.10-3.T + 5473,1.10-6.T2 = 4176,2 – 90,865.10-3.30 + 5473,1.10-6.302
= 4178,40 J/(kg.oC) = 4,1784 (kJ/ kg.K)
Chất béo:
Cbéo = 1984,2 + 1473,3.10-3.T – 4800,8.10-6.T2
= 1984,2 + 1473,3.10-3.30 – 4800,8.10-6.302
= 2024,08 J/(kg.oC) = 2,0241 (kJ/ kg.K)
Protein:
Cprotein = 2008,2 + 1208,9.10-3.T – 1312,9.10-6.T2
= 2008,2 + 1208,9.10-3.30 – 1312,9.10-6.302 = 2043,28 J/(kg.oC) = 2,0433 (kJ/ kg.K)
Carbohydrate và cả maltodextrin:
Ccarbohydrate = 1548,8 + 1962,5.10-3.T – 5939,9.10-6.T2
= 1548,8 + 1962,5.10-3.30 – 5939,9.10-6.302 = 1602,33 J/(kg.oC) = 1,6023 (kJ/ kg.K)
Tro:
Ctro = 1092,6 + 1889,6.10-3.T – 3681,7.10-6.T2
= 1092,6 + 1889,6.10-3.30 – 3681,7.10-6.302 = 1145,98 J/(kg.oC) = 1,1460 (kJ/ kg.K)
Thành phần khác:
Cim = 1296,78 J/(kg.oC) = 1,29678 (kJ/ kg.K) e. Nhiệt dung riêng của dung dịch trước khi sấy ở 30oC.
Nhiệt dung riêng của dung dịch đƣợc tính bởi công thức (Nguyễn Tấn Dũng. 2016):
∑ (3.3)
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CNTP 58 Trong đó: : Nhiệt dung riêng của các thành phần chất khô, (kJ/ kg.K)
: Tỷ lệ phần trăm của các thành phần (%)
Nên: Cdt = 0,55.4,1784 + 0,0103.2,0241 + 0,024.2,0433 + (0,2435+0,0833).1,6023 + 0,0322.1,146 + 0,0567.1,29678= 3,0021 (kJ/ kg.K)