Đang tải... (xem toàn văn)
Luận văn, thạc sỹ, tiến sĩ, cao học, kinh tế, nông nghiệp
Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học nông nghiệp I ------------o0o------------ ĐàO quang vinh Nghiên cứu một số thông số chính làm cơ sở cảI tiến thiết bị cô đặc nớc dứa tại công ty cổ phần thực phẩm xuất khẩu đồng giao Luận Văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên nghành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp M số: 60.52.14 Ngời hớng dẫn khoa học :GS.TS. Phạm xuân vợng Hà Nội - 2007 Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun vn Thc s khoa hc -------------------------------------------------------- i Lời cam đoan Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và cha hề đợc sử dụng một học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đ đợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đ đợc chỉ rõ nguồn gốc. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Đào Quang Vinh Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun vn Thc s khoa hc -------------------------------------------------------- ii Lời cảm ơn Trong quá trình thực hiện đề tài này, tôi đ nhận đợc sự hớng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo trong Khoa Cơ Điện và các thầy cô trong trờng. Nhân dịp này, cho phép tôi đợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến: Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS.TS.Phạm Xuân Vợng đ trực tiếp hớng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi thực hiện đề tài này. Tôi xin chân thành cảm cảm ơn tập thể cán bộ, giáo viên bộ môn Bảo quản, chế biến - Khoa Cơ Điện và toàn thể các thầy cô giáo trong Khoa Cơ Điện - Trờng Đại học Nông nghiệp I - Hà Nội. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy cô giáo đ trực tiếp giảng dạy tôi trong quá trình học tập tại trờng và các thầy cô giáo Khoa Sau Đại Học - Trờng Đại học Nông nghiệp I- Hà Nội. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các thầy cô Khoa ôtô thi công - Trờng Cao đẳng nghề Cơ giới Ninh Bình đ tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc, phân xởng cô đặc của Công ty Cổ phần Thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao đ gúp đỡ tôi trong quá trình thực tập và thu thập số liệu. Tác giả Đào Quang Vinh Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun vn Thc s khoa hc -------------------------------------------------------- iii Mục Lục trang Lời cam đoan i Lơi cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các bảng iv Danh mục các hình viii M ở đầu 1 Chơng 1 Tổng quan nghiên cứu 4 1.1. Nguyên liệu dứa 4 1.1.1. Nguồn gốc 4 1.1.2. Các giống dứa phổ biến ở nớc ta 4 1.1.3. Đặc điểm sinh học và tính chất hoá học của dứa 5 1.1.4. Tình hình sản xuất và tiêu thụ dứa trên thế giới 11 1.1.5. Tình hình sản xuất và tiêu thụ dứa ở Việt Nam 13 1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ nớc Dứa cô đặc 16 1.2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ nớc dứa cô đặc trên thế giới 16 1.2.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ nớc dứa cô đặc ở Việt Nam 17 1.3. Quy trình công nghệ chế biến nớc dứa cô đặc 18 1.4. Các phơng pháp cô đặc 19 1.4.2 Phơng pháp cô đặc bằng đun nóng (bốc hơi) 19 1.5. Tình hình nghiên cứu và áp dụng hệ thống thiết bị cô đặc nớc dứa 21 1.5.2. Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài 23 1.5.3. Thiết bị cô đặc loại màng 25 1.5.4. Thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng 26 1.5.5. Bộ phận cô đặc kiểu quay 27 1.6. Thiết bị cô đặc nớc dứa của công ty Cổ phần thực phẩm xuất khẩu đồng giao 28 1.6.1. sơ đồ thiết bị 28 1.6.2. Mô ta nguyên lý hoạt động 28 1.6.3. Những tồn tại trong quá trình sản xuất 29 Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun vn Thc s khoa hc -------------------------------------------------------- iv Chơng 2 Cơ sở lý thuyết về cô đặc 30 2.1. những vấn đề liên quan tới việc loại bỏ nớc 30 2.2. Cơ sở lý thuyết về loại bỏ nớc 30 2.2.1. Loại bỏ nớc bằng đun sôi 32 2.2.2. Pha có xu hớng không đổi 32 2.2.3. Pha có xu hớng giảm dần 33 2.2.4. Về mặt năng lợng 34 2.3. Cô đặc bằng bốc hơi 36 2.4. Bộ phận bốc hơi nhiều cấp và máy nén nhiệt 39 Chơng 3 Những tính toán kỹ thuật thiết bị cô đặc 44 3.1. Lợng dung môi nguyên chất bốc hơi (lợng hơi thứ) khi nồng độ dung dịch thay đổi từ x d đến x c 44 3.2. Lợng nhiệt tiêu tốn cho quá trình cô đặc 44 3.3. Lợng hơi đốt cần thiết cho quá trình 45 3.4. Tổn thất nhiệt ở mỗi nồi 47 3.4.1. Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao 47 3.4.2. Tổn thất nhiệt do áp suất thuỷ tĩnh 47 3.4.3. Tổn thất nhiệt do sức cản thuỷ lực 48 3.5. Phân bố nhiệt độ hữu ích của từng thiết bị trong hệ thống 49 3.6. Bề mặt truyền nhiệt của từng nồi 50 3.7. Tính toán thiết bị ngng tụ Baroomet 50 3.7.1. Lợng không khí và khí không ngng cần hút ra khỏi thiết bị ngng tụ đợc tính theo công thức sau 50 3.7.2. Kích thớc tấm ngăn 51 3.7.3. Chiều cao thiết bị ngng tụ 52 3.7.4. Kích thớc Baromet 52 3.7.5. Chiều cao của ống Baromet 53 Chơng 4 Xác định các thông số cơ bản của hệ thống thiết bị tại công ty cổ phần thực phẩm xuất khẩu đồng giao 54 4.1. Lợng dung môi nguyên chất bốc hơi (lợng hơi thứ) khi nồng độ dung dịch thay đổi từ x đ đến x c , trong toàn hệ thống 54 Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun vn Thc s khoa hc -------------------------------------------------------- v 4.2. Tính nồng độ dung dịch của từng nồi 54 4.3. Phân bố áp suất làm việc ở mỗi nồi 55 4.4. Tổn thất nhiệt độ ở mỗi nồi 56 4.5. Hiệu số nhiệt độ hữu ích 57 4.6. Nhiệt độ sôi của từng dung dịch, từng nồi đợc tính theo công thức 57 4.7. Hệ số truyền nhiệt của mỗi nồi 57 4.8. Cân bằng nhiệt trong từng nồi của hệ thống 58 4.9. Lợng hơi đốt cần thiết đi vào nồi 1 đợc tính theo 58 4.10. Phân bố nhiệt độ hữu ích trong từng nồi 59 4.11. Bề mặt truyền nhiệt của từng nồi 60 Chơng 5 đề xuất phơng án cải tiến 61 5.1. Các thông số của hệ thống cô đặc nớc dứa 3 nồi 61 5.1.1. Lợng dung môi nguyên chất bốc hơi (lợng hơi thứ) khi nồng độ dung dịch thay đổi từ x đ đến x c , trong toàn hệ thống 61 5.1.2. Tính nồng độ dung dịch của từng nồi 62 5.1.3. Phân bố áp suất làm việc ở mỗi nồi 62 5.1.4. Tổn thất nhiệt độ ở mỗi nồi 63 5.1.5. Hiệu số nhiệt độ hữu ích 65 5.1.6. Nhiệt độ sôi của từng dung dịch, từng nồi đợc tính theo công thức 65 5.1.7. Hệ số truyền nhiệt của mỗi nồi 65 5.1.8 Cân bằng nhiệt trong từng nồi của hệ thống 66 5.1.9. Lợng hơi đốt cần thiết đi vào nồi 1 đợc tính theo 66 5.1.10. Phân bố nhiệt độ hữu ích trong từng nồi 67 5.2. Tính toán thiết bị ngng tụ baromet 68 5.3. ứng dụng phần mền Matlap để xác định các thông số cơ bản của hệ thống thiết bị cô đặc nhiều nồi 70 5.4. Nhận xét 75 Kết luận và kiến nghị 76 Tài liệu tham khảo 77 Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun vn Thc s khoa hc -------------------------------------------------------- vi Danh mục các bảng Số bảng Tên bảng Trang Bảng1.1 Thành phần hoá học dứa. 6 Bảng 1.2 Thành phần các chất bay hơi trong mùi các loại quả mùa hè và mùa đông 7 Bảng 1.3 Sản lợng dứa ở một số nớc trên thế giới 13 Bảng 1.4 Nhu cầu nguyên liệu và khả năng chế biến dứa ở một số nhà máy 14 Bảng 1.5 Diện tích và sản lợng dứa vùng vùng Đồng bằng sông Hồng 14 Bảng 1.6 Diện tích và sản lợng dứa vùng Đông Bắc Bộ 14 Bảng 1.7 Diện tích và sản lợng dứa vùng Bắc Trung Bộ 15 Bảng 1.8 Diện tích và sản lợng dứa vùng Duyên Hải Nam Trung Bộ 15 Bảng 1.9 Diện tích và sản lợng dứa vùng Đồng Bằng SCL 15 Bảng 1.10 Giá nớc dứa cô đặc 17 Bảng 1.11. Mức tiêu thụ nớc dứa cô đặc trên thế giới 17 Bảng 3.1 Nhiệt dung riêng của một số nguyên tố 46 Bảng 4.1. Nhiệt hơi thứ và nhiệt bốc hơi ở các nồi 55 Bảng 4.2. Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao 56 Bảng 4.3. Khối lợng riêng của dung dịch theo nồng độ 56 Bảng 4.4 Xác định các thông số tỷ lệ 59 Bảng 4.5 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 60 Bảng 5.1 Nhiệt hơi thứ và nhiệt bốc hơi theo áp suất 63 Bảng 5.2 Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao 63 Bảng 5.3 Khối lợng riêng của dung dịch theo nồng độ 64 Bảng 5.4 Xác định các thông số tính toán 67 Bảng 5.5 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 68 Bảng 5.6 Trị số P trong thiết bị ngng tụ baromet 70 Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun vn Thc s khoa hc -------------------------------------------------------- vii Danh mục các hình Số hình Tên hình Trang Hình 1.1 Sự biến thiên và hàm lợng các chất bay hơi phụ thuộc vào độ chín của quả 8 Hình 1.2 Chỉ số mùi phụ thuộc độ chín của quả 8 Hình 1.3 Sơ đồ các sản phẩm từ dứa 11 Hình 1.4 Sơ đồ quy trình công nghệ chế biến nớc dúă cô đặc 18 Hình1.5 Sơ đồ hệ thống cô đặc có thu hồi chất thơm 20 Hình 1.6 Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm 22 Hình 1.7 Bộ phận bốc hơi kiểu dàn ống leo di chuyển tự nhiên 22 Hình 1.8 Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài thẳng đứng 24 Hình 1.9 Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài nằm ngang 24 Hình 1.10 Thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng 26 Hình 1.11 Bộ phận cô đặc kiểu roto 27 Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý thiét bị cô đặc nớc dứa 28 Hình 2.1 Đờng cong nhả (theo Gornarin 1974) 31 Hình 2.2 Mức chênh lệch nhiệt độ của bề mặt đốt nóng và bề mặt sản phẩm 32 Hình 2.3 Tổng kết nhiệt của một công việc loại bỏ nớc 34 Hình 2.4 Sơ đồ phơng pháp cô dặc bằng bốc hơi 36 Hình 2.5 Thiết bị làm việc phối hợp nhiều cấp và máy nén nhiệt 40 Hình 2.5 Đồ thị tiêu thụ năng lợng với giá đầu t 40 Hình 2.6 Sự tuần hoàn toàn bộ hơi thứ bởi cơ cấu nén lại 41 Hình 2.7 Thống kết năng lợng của cơ cấu nén lại 42 Hình 2.8 Thiết bị 3 nồi liên tiếp RMV 42 Hình 2.9 Thiết bị 3 nồi song song và RMV 43 1 Mở đầu 1. tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, nh chúng ta đ biết thực phẩm đang là mối quan tâm của nhiều ngời tiêu dùng. Để có sức khoẻ tốt con ngời cấn có một chế độ dinh dỡng hợp lý. Trong chế độ dinh dỡng của con ngời rau quả là nguồn cung cấp dinh dỡng quan trọng ngoài các loại ngũ cốc, thịt cá, trứng sữa và càng trở nên quan trọng khi mức sống ngày càng đợc nâng cao. Rau quả là nguồn cung cấp các khoáng chất, vitamin, chất sơ, enzim giúp cơ thể giải độc tiêu hoá thức ăn một cách dễ dàng, rau quả còn làm thuốc để chữa bệnh cho con ngời vì vậy ngành nuôi trồng và chế biến rau quả (các sản phẩm nông sản) đ ra đời rất sớm và ngày một phát triển, đặc biệt phát triển ở những nớc nông nghiệp, những nớc nằm ở vùng cận nhiệt đới trong đó có Việt Nam. Đợc thiên nhiên u đi nên nguồn rau quả của nớc ta rất phong phú quanh năm với chất lợng cao sẽ tạo ra tiềm năng to lớn trong việc phát triển một nền nông nghiệp hiện đại, trong đó trồng trọt đi đôi với chế biến và xuất khẩu. Việc chế biến các sản phẩm nông sản tạo điều ,kiện cho việc phân phối và giải quyết các vấn đề khan hiếm rau quả trong những ngày giáp hạt. Tuy nhiên ngành chế biến rau ở nớc ta còn cha phát triển, cha đáp ứng đợc nhu cầu thị trờng cả về chủng loại và xuất khẩu. Các loại rau nớc ở nớc ta rất phong phú và đa dạng nh: chuối, na, dứa, cam, xoài trong đó 3 loại quả đợc sử dụng để chế biến các loại sản phẩm có khả năng xuất khẩu với hiệu quả kinh tế cao phải kể đến là: chuối, cam, dứa. Trên thị trờng thế giới, dứa và các loại sản phẩm chế biến từ dứa có vị trí cao do có những u điểm nổi bật về giá trị dinh dỡng, màu sắc và hơng thơm. Dứa là loại rau quả chỉ phù hợp với khí hậu và thổ nhỡng và các vùng nhiệt đới nên nó đ sớm trở thành đặc sản của vùng. Xuất khẩu dứa sang thị trờng các nớc (Liên Xô, Nhật) đ đợc nớc ta tiến hành từ lâu (năm 1954) nhng các sản phẩm từ dứa chủ yếu là nớc dứa ép, dứa ngâm đờng, mứt 2 dứa . Nớc dứa có hàm lợng nớc cao nếu xuất khẩu ở trạng thái nớc quả sau ép thì vừa tốn công vận chuyển vừa tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. Vì vậy cô đặc nớc dứa để nâng cao nồng độ chất khô (khoảng 50- 70%) có nghĩa là làm giảm hàm lợng nớc để tăng thời hạn bảo quản sản phẩm cũng nh giảm đợc chi phí vận chuyển là một vấn đề rất đợc quan tâm. ở nớc ta hiện nay dây truyền cô đặc nớc dứa còn rất ít và chủ yếu nhập từ nớc ngoài từ những năm truớc và không đồng bộ nên chất lợng sản phẩm cha đợc tốt và chi phí năng lợng riêng còn cao. Công ty Cổ phần thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao đ nhập dây truyền cô đặc nớc dứa với công suất 5000lit/giờ từ những năm trớc. Thiết bị cô đặc này đ đạt đợc chất lợng sản phẩm nhng tiêu tốn nhiều năng lợng hơi đốt do cha tận dụng đợc nhiều năng lợng hơi thứ dẫn đến giá thành sản phẩm còn rất cao. Với mục đích tận dụng năng lợng hơi thứ để giảm chi phí năng lợng riêng cho quá trình cô đặc sản phẩm chúng tôi đ tiến hành nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu một số thông số chính làm cơ sở sở cải tiến thiết bị cô đặc nớc dứa tại Công ty Cổ phần Thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao 2. đối tợng mục tiêu, ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn Xác định các thông số cơ bản của hệ thống thiết bị cô đặc nớc dứa làm cơ sở cho việc cải tiến hệ thống thiết bị nhằm nâng cao năng suất, giảm chi phí năng lợng. Nghiên cứu đặc điểm, tính chất lý hoá của nớc dứa Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình cô đặc Xác định các thông số cơ bản của thiết bị cô đặc nớc dứa tại Công ty Cổ phần Thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao. Nghiên cứu xác định các thông số cơ bản của hệ thống thiết bị cô đặc . ĐàO quang vinh Nghiên cứu một số thông số chính làm cơ sở cảI tiến thiết bị cô đặc nớc dứa tại công ty cổ phần thực phẩm xuất khẩu đồng giao Luận Văn thạc. trình cô đặc sản phẩm chúng tôi đ tiến hành nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu một số thông số chính làm cơ sở sở cải tiến thiết bị cô đặc nớc dứa tại Công ty Cổ
