Thiết kế thiết bị đun nóng sữa đậu nành

`  Giảng viên hƣớng dẫn : ThS ĐÀO THANH KHÊ Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Chung 2005100068 Huỳnh Tấn Đạt 2005100054 Trần Thị Huỳnh Xuân 2005100072 Phạm Thị Trang Đài 2005100081 Nguyễn Ngọc Anh 2005100046 Nguyễn Ngọc Thanh Huế 2005100056 Nguyễn Thị Hiền 2005100071 Nguyễn Thị Kim Tài 2005100049 Nguyễn Thị Nhàn 2005100084 Hoàng Thị Diễm Hƣơng 2005100067 Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Khóa học : 2010-2014 Năm học : 2012-2013 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2012 ` BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN: KỸ THUẬT THỰC PHẨM 2 TIỂU LUẬN KỸ THUẬT THỰC PHẨM 2 THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐUN NÓNG SỮA ĐẬU NÀNH Giảng viên hƣớng dẫn : ThS ĐÀO THANH KHÊ Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Chung 2005100068 Huỳnh Tấn Đạt 2005100054 Trần Thị Huỳnh Xuân 2005100072 Phạm Thị Trang Đài 2005100081 Nguyễn Ngọc Anh 2005100046 Nguyễn Ngọc Thanh Huế 2005100056 Nguyễn Thị Hiền 2005100071 Nguyễn Thị Kim Tài 2005100049 Nguyễn Thị Nhàn 2005100084 Hoàng Thị Diễm Hƣơng 2005100067 Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Khóa học : 2010-2014 Năm học : 2012-2013 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2012 ` BẢNG NHIỆM VỤ CÁC THÀNH VIÊN LÀM TIỂU LUẬN KỸ THUẬT THỰC PHẨM 2_NHÓM 1.02_CHIỀU THỨ 5_TIẾT 7,8,9 STT TÊN THÀNH VIÊN MSSV NHIỆM VỤ KÝ TÊN 1 Nguyễn Văn Chung 2005100068  Tham gia tính toán  Làm chương 1  Tìm thông số N.V.Chung 2 Huỳnh Tấn Đạt 2005100054  Tham gia tính toán  Tổng hợp và biên tập hoàn chỉnh H.T.Đạt 3 Trần Thị Huỳnh Xuân 2005100072  Tham gia tính toán  Vẽ sơ đồ thiết bị T.T.H.Xuân 4 Phạm Thị Trang Đài 2005100081  Tham gia tính toán  Tìm thông số  Phác họa sơ đồ thiết bị P.T.T.Đài 5 Nguyễn Ngọc Anh 2005100046 Tham gia tính toán N.N.Anh 6 Nguyễn Ngọc Thanh Huế 2005100056  Tham gia tính toán  Chương 2 và kết luận N.N.T.Huế 7 Nguyễn Thị Hiền 2005100071  Tham gia tính toán  Vẽ sơ đồ thiết bị N.T.Hiền 8 Nguyễn Thị Kim Tài 2005100049  Tham gia tính toán  Chương 2 và kết luận  Vẽ sơ đồ thiết bị N.T.K.Tài 9 Nguyễn Thị Nhàn 2005100084  Tham gia tính toán  Chương 1 N.T.Nhàn 10 Hoàng Thị Diễm Hương 2005100067  Tham gia tính toán  Chương 1 H.T.D.Hương LỜI MỞ ĐẦU Nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa nên một số ngành công nghiệp hiện nay đang từng bước phát triển và hứa hẹn sẽ có nhiều đột phá trong tương lai, trong đó có công nghiệp thực phẩm. Sản xuất thực phẩm ở quy mô công nghiệp luôn đi kèm theo sự cải tiến, áp dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất, trong đó máy và thiết bị thực phẩm luôn là ưu tiên hàng đầu của các nhà máy, công ty thực phẩm hiện nay. Để giảm chi phí và tăng tính sáng tạo, đột phá trong công nghiệp thực phẩm, các kỹ sư luôn phải đưa ra ý tưởng và cố gắng thiết kế các loại thiết bị khác nhau dùng trong ngành công nghiệp đầy triển vọng này. Nắm bắt được tình hình đó, nay nhóm chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Thiết Kế Thiết Bị Đun Nóng Sữa Đậu Nành” nhằm cụ thể hóa vấn đề thiết kế máy và thiết bị dùng trong ngành công nghiệp thực phẩm hiện nay. Đề tài được nhóm chúng tôi chia làm 3 chương: Chƣơng 1. Tổng quan về lý thuyết Chƣơng 2. Tổng quan về nguyên liệu Chƣơng 3. Tính toán thiết kế thiết bị đun nóng sữa đậu nành Dù đã cố gắng rất nhiều nhưng do điều kiện và vốn kiến thức còn hạn chế, rất khó tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ phía Thầy để các bài tiểu luận tiếp theo sẽ đầy đủ hơn. TẬP THỂ NHÓM MỤC LỤC Lời mở đầu Danh mục các đại lượng tính toán .......................................................................... i Danh mục các hình .................................................................................................. ii Danh mục bảng biểu ................................................................................................ iii CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT .................................................. 1 1.1. Lý thuyết về đun nóng ............................................................................... 1 1.1.1. Khái niệm ............................................................................................ 1 1.1.2. Các phương pháp đun nóng ................................................................ 2 1.1.2.1. Đun nóng bằng hơi nước bão hòa ................................................ 2 1.1.2.2. Đun nóng bằng khói lò ................................................................. 2 1.1.2.3. Đun nóng bằng dòng điện ............................................................ 3 1.1.2.4. Đun nóng bằng chất tải nhiệt đặc biệt ......................................... 3 1.1.2.5. Đun nóng bằng khí thải, chất thải ................................................ 3 1.1.3. Các thiết bị trao đổi nhiệt .................................................................... 4 1.1.3.1. Khái niệm ..................................................................................... 4 1.1.3.2. Phân loại ....................................................................................... 4 1.1.4. Thiết bị trao đổi nhiệt dùng trong ngành thực phẩm .......................... 6 1.1.4.1. Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống ............................................ 6 1.1.4.2. Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm .................................................. 8 1.1.4.3. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm ................................................... 9 CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU ............................................. 11 2.1. Sữa đậu nành .............................................................................................. 11 2.2. Dầu truyền nhiệt ......................................................................................... 13 CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐUN NÓNG SỮA ........... 16 3.1. Các thông số ban đầu ................................................................................. 16 3.2. Tính toán thiết bị ........................................................................................ 18 3.3. Sơ đồ thiết bị .............................................................................................. 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 23 i DANH MỤC CÁC ĐẠI LƢỢNG TÍNH TOÁN Đại lƣợng Kí hiệu Đơn vị Nhiệt độ t 0C Hệ số cấp nhiệt  2/W m .độ Hệ số dẫn nhiệt  /W m .độ Bề dày vách  m Đường kính ống d,D m Mật độ dòng nhiệt q 2/W m Hệ số truyền nhiệt k 2/W m .độ Nhiệt lượng, công suất Q Kj, KW Diện tích bề mặt truyền nhiệt F 2m Nhiệt dung riêng Cp /Kj kg .độ Khối lượng riêng  3/kg m Lưu lượng khối lượng GN, GL /kg s Lưu lượng thể tích Gsữa lít/h Chiều dài h m Số vòng xoắn n vòng ii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Thiết bị trao đổi nhiệt vỏ bọc ống chùm ................................................... 4 Hình 1.2. Các dạng chuyển động của lưu chất trong ống chùm nằm ngang ........... 5 Hình 1.3. Cấu tạo thiết bị trao đổi nhiệt có cánh ..................................................... 5 Hình 1.4. Thiết bị trao đổi nhiệt có tấm gợn sóng ................................................... 5 Hình 1.5. Thiết bị trao đổi nhiệt loại hồi nhiệt......................................................... 6 Hình 1.6. Thiết bị trao đổi nhiệt loại hỗn hợp.......................................................... 6 Hình 1.7. Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống ......................................................... 7 Hình 1.8. Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm .............................................................. 8 Hình 1.9. Mô phỏng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm .............................................. 9 Hình 1.10. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm ............................................................. 9 Hình 3.1. Sơ đồ thiết bị ống lồng ống dùng để đun nóng sữa đậu nành ................ 21 iii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Giá trị dinh dưỡng của sữa đậu nành .................................................. 11 Bảng 3.1. Nhiệt dung riêng của dầu truyền nhiệt theo nhiệt độ ......................... 16 Bảng 3.2. Thành phần các chất trong 100g sữa đậu nành Fami ........................ 16 Bảng 3.3. Hàm nhiệt dung riêng các thành phần của sữa theo nhiệt độ ........... 17 Bảng 3.4. Hàm khối lượng riêng các thành phần của sữa theo nhiệt độ ........... 17 Chương 1. Tổng quan về lý thuyết GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 1.1. Lý thuyết về đun nóng 1.1.1. Khái niệm Bản chất: Đun nóng là một quá trình gia nhiệt làm tăng nhiệt độ để làm chín thực phẩm, hay để ức chế, tiêu diệt hoàn toàn enzyme và hệ vi sinh vật có trong thực phẩm, hạn chế sự hư hỏng thực phẩm. Ngoài ra đun nóng còn là một phương tiện cần thiết để thực hiện các quá trình khác như cô đặc, chưng cất … Mục đích công nghệ: Chuẩn bị: Trong thực tế có khi việc tiến hành đun nóng chỉ nhằm mục đích chuẩn bị cho các quá trình khác. Ví dụ: để bóc vỏ cam người ta thường chần trong nước sôi trong thời gian 5-10 phút, đun nóng trước khi cô đặc sản phẩm lỏng để quá trình bốc hơi nước nhanh hơn. Đun nóng sản phẩm trước khi vào hộp để ghép mí nhằm mục đích bài khí. Khai thác: quá trình đun nóng có thể làm tăng hiệu suất thu nhận sản phẩm từ một loại nguyên liệu nào đó.Ví dụ ở nhiệt độ 60-700 C sẽ làm tăng khả năng hoạt động của amylase làm cho khả năng thuỷ phân tinh bột cao hơn để thu lượng đường cao hơn. Nhiệt độ cao có thể làm tăng khả năng trích ly các chất hoà tan, tăng hiêuu suất ép, tăng sự hoà tan chất màu... Chế biến: Dưới tác dụng của nhiệt độ cao nhiều loại nguyên liệu bị biến đổi về cấu trúc, tính chất hoá học, vật lý... làm cho chất lượng nguyên liệu biến đổi hẳn. Những biến đổi về chất lượng có thể xấu đi hoặc tốt hơn. Trong CNTP người ta lợi dụng những biến đổi tốt của chất lượng để tạo ra sản phẩm có ích. Bảo quản: Khi nguyên liệu được đun nóng ở nhiệt độ trên 700C sẽ làm vô hoạt các enzyme có trong nguyên liệu, ngăn ngừa những biến đổi xấu. Nhiệt độ cao hơn 900C có thể tiêu diệt vi sinh vật có trong thực phẩm. Do đó trong chế biến thực Chương 1. Tổng quan về lý thuyết GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 2 phẩm thường đun nóng sản phẩm ở nhiệt độ và thời gian nhất định nhằm tiêu diệt vi sinh vật , ngăn ngừa sự hư hỏng sản phẩm. Đó là các quá trình thanh trùng nhiệt. Hoàn thiện: Một số thực phẩm thường tồn tại ở dạng bán thành phẩm, để có thể sử dụng được cần phải qua công đoạn đun nóng để hoàn thiện sản phẩm, làm cho sản phẩm chín. Trong thực tế quá trình đun nóng thường được thực hiện kết hợp với quá trình thanh trùng tiêu diệt vi sinh vật và làm chín sản phẩm. 1.1.2. Các phƣơng pháp đun nóng 1.1.2.1. Đun nóng bằng hơi nƣớc bão hòa Ƣu điểm:  Hệ số cấp nhiệt lớn (α= 10000-15000W/m2.độ).  Lượng nhiệt cung cấp lớn ( tính theo đơn vị chất tải nhiệt).  Đun nóng được đồng đều.  Dễ điều chỉnh nhiệt độ đun nóng.  Vận chuyển xa được dễ dàng theo đường ống Nhƣợc điểm: Không thể đun nóng được ở nhiệt độ cao 1.1.2.2. Đun nóng bằng khói lò Ƣu điểm: Có thể tạo được nhiệt độ cao Nhƣợc điểm:  Hệ số cấp nhiệt rất nhỏ ( không quá 100W/m2.độ) do đó thiết bị cồng kềnh.  Nhiệt dung riêng thể tích nhỏ.  Đun nóng không được đồng đều.  Khó điều chỉnh nhiệt độ đun nóng nên dễ có hiện tượng quá nhiệt cục bộ Chương 1. Tổng quan về lý thuyết GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 3 và gây ra phản ứng phụ không cần thiết.  Khói lò thường có bụi và khí độc của nhiên liệu do đó khi đun nóng gián tiếp bề mặt truyền nhiệt sẽ bị bám cặn.  Khi đun nóng trực tiếp sẽ bị hạn chế: nếu đun nóng các chất dễ cháy, dễ bay hơi thì không an toàn.  Trong khói luôn có một lượng oxy dư, khi tiếp xúc thiết bị sẽ oxy hóa kim loại làm hỏng thiết bị.  Hiệu suất sử dụng thiết bị thấp, lớn nhất là 30%. 1.1.2.3. Đun nóng bằng dòng điện Ƣu điểm:  Có thể tạo được nhiệt độ cao ( tới 3200 độ C) mà các phương pháp khác không thể thực hiện được.  Điều chỉnh nhiệt độ dễ dàng và chính xác.  Hiệu suất cao, có thể đạt tới 95% điện tiêu hao. Nhƣợc điểm:  Thiết bị phức tạp  Gía thành cao 1.1.2.4. Đun nóng bằng chất tải nhiệt đặc biệt Dùng các chất tải nhiệt như: nước quá nhiệt, chất lỏng có nhiệt độ sôi cao ở áp suất bão hòa nhỏ, không bị phân hủy ở nhiệt độ cao. Các chất tải nhiệt hữu cơ thường dung là điphenyl, etediphenyl, hỗn hợp các muối, các kim loại nóng chảy… 1.1.2.5. Đun nóng bằng khí thải, chất thải Đun nóng tiết kiệm, sử dụng nhiệt trong khí thải hoặc chất lỏng chảy ra từ các nhà máy, xí nghiệp mà nhiệt độ của chúng còn cao. Chương 1. Tổng quan về lý thuyết GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 4 1.1.3. Các thiết bị trao đổi nhiệt 1.1.3.1. Khái niệm Thiết bị trao đổi nhiệt là thiết bị trong đó thực hiện các quá trình truyền nhiệt giữa các chất mang nhiệt. 1.1.3.2. Phân loại Bao gồm 3 dạng:  Trao đổi nhiệt dạng vách ngăn.  Trao đổi nhiệt loại hồi nhiệt.  Trao đổi nhiệt loại hỗn hợp a) Thiết bị trao đổi nhiệt dạng vách ngăn -Loại vỏ bọc ống chùm: Hình 1.1. Thiết bị trao đổi nhiệt vỏ bọc ống chùm Các dạng chuyển động của lưu chất trong vỏ bọc ống chùm nằm ngang: Chương 1. Tổng quan về lý thuyết GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 5 Hình 1.2. Các dạng chuyển động của lưu chất trong vỏ bọc ống chùm nằm ngang -Loại trao đổi nhiệt có cánh: Hình 1.3. Cấu tạo thiết bị trao đổi nhiệt có cánh -Loại trao đổi nhiệt có tấm gợn sóng: Hình 1.4. Thiết bị trao đổi nhiệt có tấm gợn sóng Chương 1. Tổng quan về lý thuyết GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 6 b) Thiết bị trao đổi nhiệt loại hồi nhiệt Hình 1.5. Thiết bị trao đổi nhiệt loại hồi nhiệt c) Thiết bị trao đổi nhiệt loại hỗn hợp Hình 1.6. Thiết bị trao đổi nhiệt loại hỗn hợp 1.1.4. Thiết bị trao đổi nhiệt dùng trong ngành thực phẩm 1.1.4.1. Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống Chương 1. Tổng quan về lý thuyết GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 7 a) Cấu tạo Hình 1.7. Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống 1. Ống trong 3. Khủy nối 5. Mối hàn 2. Ống ngoài 4. Ống nối Một ống có đường kính lớn bọc một hoặc nhiều ống nhỏ bên trong; hoặc gồm nhiều ống nối tiếp với nhau, mỗi đoạn có hai đoạn ống lồng vào nhau. Ống trong có thể trơn hoặc có cánh dọc theo chiều dài của ống. b) Nguyên lý làm việc  Chất tải nhiệt một đi giữa hai ống, chất tải nhiệt hai đi trong ống trong.  Chuyển động của môi chất thường được bố trí ngược chiều nhau c) Ƣu nhƣợc điểm Ƣu điểm:  Có hệ số truyền nhiệt lớn  Dễ điều chỉnh tốc độ chảy của môi chất  Chế tạo đơn giản Nhƣợc điểm:  Cồng kềnh, giá thành cao Chương 1. Tổng quan về lý thuyết GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 8  Khó vệ sinh, sửa chữa d) Ứng dụng Dùng để ngưng tụ hoặc bay hơi môi chất lạnh, làm quá lạnh môi chất lạnh ở thể lỏng, hay dùng đun nóng nước, làm mát dầu… 1.1.4.2. Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm a) Cấu tạo Có vỏ hình trụ, bên trong lắp các ống trao đổi nhiệt. Trên vỏ và nắp thiết bị có các cửa để dẫn chất tải nhiệt vào và ra. Các ống trao đổi nhiệt bên trong có thể bố trí theo hình lục giác đều, hình tròn đồng tâm, hình vuông. Hình 1.8. Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm 1. Vỏ thiết bị truyền nhiệt 3. Ống truyền nhiệt 2. Lưới đỡ ống 4. Đáy thiết bị b) Nguyên lý làm việc Hai môi chất trao đổi nhiệt với nhau thông qua vách ống. Môi chất lỏng thường đi trong ống, môi chất khí và hơi đi ngoài ống. Môi chất nóng cũng thường được bố trí đi trong ống. Chương 1. Tổng quan về lý thuyết GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 9 Hình 1.9. Mô phỏng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm c) Ƣu nhƣợc điểm Ưu điểm:  Kết cấu gọn, chắc chắn, công nghệ chế tạo không phức tạp  Bề mặt truyền nhiệt lớn, dễ vệ sinh, sửa chữa Nhược điểm:  Khó chế tạo bằng vật liệu dòn, giá thành cao d) Ứng dụng Dùng làm bình ngưng tụ và hơi môi chất, làm bình quá lạnh 1.1.4.3. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm a) Cấu tạo Hình 1.10. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm Chương 1. Tổng quan về lý thuyết GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 10 Có thành phần cơ bản là các tấm trao đổi nhiệt cơ bản. Bề mặt gồm nhiều tấm xếp lên một khung đỡ, bên trong có các khe rãnh để lưu chất chuyển động. Vật liệu thường là thép không gỉ,nhôm… b) Nguyên lý hoạt động Khi chất lỏng lưu động qua các khe rãnh, môi chất sẽ chuyển động dưới dạng màng mỏng nên tạo ra hệ số trao đổi nhiệt rất cao tạo điều kiện tốt để đốt nóng hay làm lạnh môi chất. Các tấm thường đặt song song với nhau tạo ra các khoảng không gian hẹp tạo nên các kênh dẫn riêng biệt cho các môi chất khác nhau. c) Ƣu nhƣợc điểm Ƣu điểm:  Đảm bảo hệ số truyền nhiệt cao với hiệu số trở kháng thủy lực thấp  Thiết bị gọn nhẹ, chi phí chế tạo thấp  Làm việc đáng tin cậy, không bị rò rỉ  Kết hợp hài hòa giữa lắp đặt và bảo dưỡng thiết bị Nhƣợc điểm: Chế tạo các tấm truyền nhiệt thường phải qua xử lý nhiệt và gia công phức tạp. Chương 2. Tổng quan về nguyên liệu GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 11 CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 2.1. Sữa đậu nành Sữa đậu nành là một trong những thức uống khá phổ biến làm từ đậu tương, vị mát, hơi ngậy, khi uống có thể thêm chút đường. Ở các thành phố tại Việt Nam, sữa đậu làm theo phương pháp thủ công thường được rao bán các buổi sáng. Sữa đậu nành đóng hộp, được sản xuất theo quy trình công nghiệp, cũng rất thơm ngon. Chúng có thể có thêm hương vị như vani, sô-cô-la hoặc các hương vị khác. Một số nghiên cứu cho thấy thành phần dinh dưỡng trong sữa đậu nành cũng bổ dưỡng gần bằng sữa bò tươi. Sữa đậu nành được thu từ quá trình nấu dịch sữa đậu (tức dung dịch thu được từ khi tiến hành trích ly hạt đậu nành). Đây là dạng nhũ tương có giá trị dinh dưỡng tương tự sữa bò, có ưu điểm là tránh được những bệnh truyền nhiễm từ động vật lây sang. Ngoài ra, do một số tính chất riêng, sữa đâu nành đặc biệt dùng rất tốt cho người già, người bệnh đái thào đường,phong thấp, táo bón và trẻ em mà cơ thể dị ứng với sữa bò. Sữa đậu nành là một nguồn dinh dưỡng và vitamin nhóm B. Sữa đậu nành chứa isoflavons, đây là chất làm giảm LDL (choresterol có hại). Tuy nhiên trong sữa đậu nành không chứa nhiều Calcium nên các nhà sản xuất thường bổ sung Calcium trong thực phẩm. Bảng 2.1. Giá trị dinh dưỡng của sữa đâu nành Thành Phần Sữa Ðậu Nành Sữa Bò Sữa Mẹ Water (gram) 88.60 88.60 88.60 Protein (gram) 4.40 2.90 1.40 Calories (Kcal) 52.00 59.00 62.00 Fat (gram) 2.50 3.30 3.10 Chương 2. Tổng quan về nguyên liệu GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 12 Carbohydrates (gram) 3.80 4.50 7.20 Ash (gram) 0.62 0.70 0.20 Calcium (mg) 18.50 100.00 35.00 Sodium 2.50 36.00 15.00 Phosphorus 60.30 90.00 25.00 Iron 1.50 0.10 0.20 Vitamin B-1 0.04 0.04 0.02 Vitamin B-2 0.02 0.15 0.03 Niacin 0.62 0.20 0.20 Ðược biết, sữa đậu nành dễ dùng, mát, và bổ khỏe, có thể uống nóng, lạnh, trộn với cereal ăn sáng hay biến chế thành sữa chua. Vì có giá trị dinh dưỡng cao, giá cả lại rẻ, nên nó đang trở thành một phần dinh dưỡng của chúng ta hàng ngày. Trên cơ sở dinh dưỡng, sữa đậu nành có giá trị tương đương với sữa bò, như chúng ta xem bảng so sánh nêu trên và những điểm phân tích dưới đây:  Theo bảng so sánh trên chúng ta thấy rằng, sữa đậu nành chứa nhiều hơn 51 phần trăm protein, 16 phần trăm ít hơn carbohydrate, 12 phần trăm ít hơn calories và 24 phần trăm ít hơn chất fat. Trong khi ấy, sữa đậu nành chứa nhiều hơn 15 lần chất sắt iron và đặc biệt không cholesterol. Sau cùng sữa đậu nành không có các chất hóa học và chất cặn của các loại thuốc anti-biotic hoặc các chất kích thích tố BGH (Bovine Growth Hormone) mà sữa bò thường bị nhiễm.  Cũng chính vì giá trị dinh dưỡng cao và giá thành rẻ, có thể trong tương lai sữa đậu nành nói chung và sữa cho trẻ em nói riêng sẽ thay thế thị trường sữa bò, nên đã bắt đầu có sự đánh phá dai dẳng của kỹ nghệ sản xuất sữa Hoa Kỳ Chương 2. Tổng quan về nguyên liệu GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 13 qua những tài liệu nghiên cứu thuê viết dưới hình thức tài trợ học bổng cho các sinh viên viết luận án cao học hay Tiến sĩ của một vài trường đại học không tên tuổi.  Ðể thẩm định các kết quả nghiên cứu, hội nghị quốc tế lần thứ 2 về vai trò của đậu nành trong việc ngăn ngừa và trị liệu bệnh đã được tổ chức tại Brussells, Belgium từ ngày 15 đến 18 tháng 09 năm 1996 để thảo luận về sữa đậu nành cho trẻ sơ sinh và hội nghị đã công bố kết quả của các nghiên cứu là không có một tác dụng xấu nào.  Ở Nhật Bản cũng như ở Hong Kong và Hoa Kỳ, sữa đậu nành nước được vô hộp giấy và sữa đậu nành bột trong lon được bầy bán ở các tiệm health food stores và một số siêu thị. Sữa cho baby bầy bán tại các nhà thuốc tây và siêu thị, ngoài Soyalac, còn có Bonlac, GerberSoy, Nursoy và Isomilk. 2.2. Dầu truyền nhiệt Một số loại dầu truyền nhiệt tiêu biểu sử dụng trong công nghiệp thực phẩm: Dầu truyền nhiệt Caltex Texatherm 46:  Dầu truyền nhiệt công nghiệp  Dầu pa - ra - fin tinh lọc từ dầu mỏ, bền nhiệt, được pha chế để làm dầu truyền nhiệt cho các hệ thống truyền nhiệt tuần hoàn cưỡng bức kín và hở.  Ứng dụng: Có thể sử dụng cho hệ thống truyền nhiệt trong các thiết bị sấy công nghiệp, ngành công nghiệp cao su và chất dẻo, hệ thống gia nhiệt bể chứa nhựa đường và dầu FO, hệ thống xử lý, chế biến và đóng hộp thực phẩm, hệ thống gia nhiệt trong phân xưởng, nhà máy sản xuất xà phòng, nhựa, keo, phẩm nhuộm, sơn dược phẩm và mỡ bôi trơn, nhà máy sản xuất gỗ ván, ván ép từ xơ sợi và gỗ vơ - nia, hệ thống gia nhiệt và sấy trong nông nghiệp, hệ thống xử lý hoá chất, dầu mỏ và sáp.  Hệ thống hở hoạt động ở nhiệt độ lên đến 20000C Chương 2. Tổng quan về nguyên liệu GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 14  Hệ thống kín ( có lớp phân cách bằng dầu nguội hay khí trơ) hoạt động với nhiệt độ dầu lên đến 32000C  Để các hệ thống kín hoạt động lâu dài và không sự cố, nên giới hạn nhiệt độ tối đa trên bề mặt tiếp xúc với dầu của thiết bị cấp nhiệt ở 34000C  Khi vận hành, dầu truyền cần phải tuần hoàn cưỡng bức. Uƣ điểm: Hiệu suất truyền nhiệt tối đa  Các đặc tính truyền nhiệt tuyệt vời giúp dầu tuần hoàn dễ dàng và truyền nhiệt hiệu quả.  Chống hình thành cặn bám: Khả năng bền ôxy hoá và bến nhiệt rất cao của dầu giúp chống sinh ra cặn bùn và cặn cácbon, do đó kéo dài thời gian sử dụng dầu.  Thiết bị khởi động nhanh: Tính năng lưu động ở nhiết độ thấp cho phép dầu tuần hoàn nhanh chóng.  Kinh tế khi vận hành ở áp suất thấp: Áp suất hơi thấp ở nhiệt độ cao giúp giảm thiểu sự bay hơi, hạn chế hiện tượng tạo nút khí và xâm thực bơm, cho phép vận hành hữu hiệu khi áp suất hệ thống nhỏ. Vì vậy, không cần dùng thiết bị trao đổi nhiệt và hệ thống ống chịu áp lực cao đắt tiền Dầu truyền nhiệt shell thermia b:  Shell Thermia B được pha chế từ dầu gốc khoáng tinh chế, nhằm đem lại những tính năng ưu việt trong các hệ thống truyền nhiệt kín gián tiếp.  Sử dụng: Các hệ truyền nhiệt kín, tuần hoàn trong công nghiệp chế biến, nhà máy hoá chất, dệt và dân dụng như bộ tản nhiệt bằng dầu.  Có thể được sử dụng trong các thiết bị truyền nhiệt làm việc liên tục ở nhiệt độ cao trong điều kiện làm việc giới hạn như sau:  Nhiệt độ màng dầu max: 3400C Chương 2. Tổng quan về nguyên liệu GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 15  Nhiệt độ bể dầu max: 3200C Ƣu điểm kỹ thuật:  Tính ổn định nhiệt và chống oxy hóa cao  Được pha chế từ dầu khoáng tinh chế cao được chọn lọc một cách cẩn thận. Mức độ cắt mạch phân tử và sự oxy hóa dầu rất nhỏ nên kéo dài tối đa tuổi thọ dầu, với điều kiện bộ trao đổi nhiệt hiệu quả và bơm tuần hoàn tốt để nhiệt độ màng dầu trên bề mặt bộ trao đổi nhiệt không vượt quá giới hạn đã nêu.  Độ nhớt thấp, hệ số truyền nhiệt cao  Độ nhớt thấp nên dầu có khả năng linh động và truyền nhiệt tốt ở cả nhiệt độ thấp.  Hòa tan tốt  Không ăn mòn  Áp suất bốc hơi thấp  Không độc và dễ dàng thải bỏ  Dầu truyền nhiệt gốc khoáng an toàn hơn, dễ xử lý hơn so với dầu tổng hợp. Sau thời gian sử dụng dễ dàng thu hồi dầu đã sử dụng để tái tạo hoặc thải bỏ. Chương 3. Thiết kế thiết bị đun nóng GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 16 CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐUN NÓNG SỮA Bài toán thiết kế là dạng bài toán nghịch được sử dụng để tính toán và thiết lập các thông số và thiết bị phù hợp phục vụ cho những mục đích khác nhau trong công nghiệp nói chung và công nghiệp thực phẩm nói riêng. Ở đây, bài toán cụ thể là tính toán và thiết kế thiết bị đun nóng dung dịch sữa đậu nành phục vụ cho mục đích thanh trùng và tiệt trùng sữa. Bài toán: Cần đun nóng dung dịch sữa đậu nành từ nhiệt độ 27 độ C lên 121 độ C, lượng sữa là 1000lit/h, quá trình truyền nhiệt bằng dầu truyền nhiệt. Thiết bị truyền nhiệt là gián tiếp. Dùng điện trở đun nóng dầu lên 250 độ, sau đó bơm dầu và sữa vào thiết bị truyền nhiệt. Hãy tính toán, vẽ và bố trí dòng chảy, thiết bị theo dạng sơ đồ, hình vẽ đáp ứng các yêu cầu trên. Tính toán: Mấu chốt của bài toán là ta phải tính được tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt là bao nhiêu để lựa chọn ống và bố trí dòng chảy cho phù hợp. 3.1. Các thông số ban đầu Bảng 3.1. Nhiệt dung riêng của dầu truyền nhiệt theo nhiệt độ Nhiệt độ ( o C) 0 20 40 100 150 200 250 300 340 Nhiệt dung riêng ( / .kj kg độ) 1.8 1.882 1.954 2.173 2.355 2.538 2.72 2.902 3.048 Bảng 3.2. Thành phần các chất trong 100g sữa đậu nành Fami Thành phần Khối lượng (g) Tỉ lệ (%) Carbohydrat 9.5 0.095 Chương 3. Thiết kế thiết bị đun nóng GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 17 Protein 1.9 0.019 Chất béo 1 0.01 Khoáng 0.3 0.003 Nước 87.3 0.873 Bảng 3.3. Hàm nhiệt dung riêng các thành phần của sữa theo nhiệt độ Thành phần sữa Hàm nhiệt dung riêng theo nhiệt độ Protein 263 103129.1102089,10082.2 TTC p   Fat 263 108008.4103.34.19842.1 TTC p   Carbohydrat 263 109339.5109625.15488.1 TTC p   Ash 263 106817.3108896.10926.1 TTC p   Water 265 104731.5100864.91762.4 TTC p   Bảng 3.4. Hàm khối lượng riêng các thành phần của sữa theo nhiệt độ Thành phần sữa Hàm khối lƣợng riêng theo nhiệt độ Protein T  13 101840.5103299.1 Fat T 12 101757.4102559.9 Carbohydrat T 13 101046.3105991.1 Ash T 13 108063.2104238.2 Water 2333 107574.3101439.3109718.9 TT   Chương 3. Thiết kế thiết bị đun nóng GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 18 3.2. Tính toán thiết bị Tính nhiệt dung riêng của sữa đậu nành: Protein: 263 103129.1102089,10082.2 TTC p    đôkgkj ./09.274103129.174102089,10082.2 263   Fat: 263 108008.4103.34.19842.1 TTC p    đôkgkj ./06.274108008.47410334.19842.1 263   Carbohydrat: 263 109339.5109625.15488.1 TTC p    đôkgkj ./662.174109339.574109625,15488.1 263   Ash: 263 106817.3108896.10926.1 TTC p    đôkgkj ./212.174106817.374108896.10926.1 263   Water: 265 104731.5100864.91762.4 TTC p    đôkgkj ./199.474104731.574100864.91762.4 263   Từ bảng % thành phần các chất trong 100gram sữa ta tính được Cp của sữa như sau: → 873.0199.403.0212.101.0662.1019.006.2095.009.2 PC  đôkgkj ./8904.3 Tính khối lƣợng riêng của sữa Protein: T  13 101840.5103299.1  313 /129274101840.5103299.1 mkg  Fat: T 12 101757.4102559.9  313 /89574101757.4102559.9 mkg  Carbohydrat: T 13 101046.3105991.1  313 /157674101046.3105991.1 mkg  Ash: T 13 108063.2104238.2  313 /240374108063.2104238.2 mkg  Water: 2333 107574.3101439.3109718.9 TT    32333 /97774107574.374101439.3109718.9 mkg  Từ bảng % thành phần các chất trong 100gram sữa ta tính được khối lượng riêng của sữa như sau: →  3/1043873.097703.0240301.01576019.0895095.01292 mkg Chương 3. Thiết kế thiết bị đun nóng GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 19 Tính toán diện tích bề mặt truyền nhiệt - Nội suy Cp dầu tại 235 0 C: 0(235 ) 2,72 2,538 2,72 .(235 200) 2,5926( / 250 200p C C kj kg       .độ) - Nhiệt lượng dòng lạnh (sữa): 22 2 2 . .( )L p r vQ G C t t  31000.10 1043,348 3,8904 (121 27) 105,986( ) 3600 kW        - Chọn nhiệt độ đầu ra của dòng nóng (dầu truyền nhiệt): 0 1 220rt C - Tính lưu lượng dầu truyền nhiệt: Ta có: 11 1 . .N L p LQ Q G C t Q    1 1 1 105,9861 1,3627( / ) . 2,5926 (250 220) L p Q G kg s C t        - Chọn nhiệt độ vách: 1 01 1 250 220 235 2 2f v rt tt C      ; 2 02 2 27 121 74 2 2 v r f t t t C      - Chọn: 1 0232vt C , 2 0230vt C , 1 2/ 30 / 34d d  - Chọn thiết bị là inox (304) có 25  W/m.độ - Tính mật độ dòng nhiệt: 1 2 2 3 25 ( ) (232 230) 25.000( / ) 2 10 v vq t t W m        - Tính hệ số truyền nhiệt: Ta có: 1 2 ( )f fq k t t  1 2 225.000 155,2795( / 235 74f f q k W m t t       .độ) - Tính t :  0 min 1 2 250 121 129v rt t t C       0 max 1 2 220 27 193r vt t t C      Chương 3. Thiết kế thiết bị đun nóng GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 20 0max min max min 193 129 158,857 193 nln 129 tb t t t C t t                   - Tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: Ta có: . . tbQ F k t  3 2105,9861.10 4,2966( ) . 155,2795tb Q F m k t       Vậy ta chọn 25F m Ta có: . .F d h Với 2d d , h là chiều dài Vậy 3 5 46,8( ) . 34.10 F h m d     Vậy ta chọn 48h m . 3.3. Sơ đồ thiết bị Chọn thiết bị ống lồng ống với chiều dài mỗi ống là 3m. Gọi n là số vòng xoắn. Ta có chiều dài một vòng xoắn là 6m 48 8 6 n   (vòng) Với 1 2/ 30 / 34d d  , ta chọn 1 2/ 50 / 54D D  . Chương 3. Thiết kế thiết bị đun nóng GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 21 Hình 3.1. Sơ đồ thiết bị ống lồng ống dùng để đun nóng sữa đậu nành 1. Bể chứa dung dịch dầu 9. Ống ngoài 2. Bơm dung dịch dầu 10. Ống trong 3. Lưu lượng kế đo lưu lượng dung dịch dầu 11. Ống nối 4. Con phao bên trong lưu lượng kế 12. Ống dẫn dầu hoàn lưu 5. Điện trở 13. Bể chứa sữa sản phẩm 6. Bể chứa sữa nguyên liệu V1: Van điều chình dung dịch dầu 7. Bơm dung dịch sữa nguyên liệu V2: Van điều chỉnh sữa nguyên liệu 8. Lưu lượng kế đo lưu lượng sữa V3: . Van xả sữa sản phẩm Chương 3. Thiết kế thiết bị đun nóng GVHD: ThS Đào Thanh Khê Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 22 Nguyên lý hoạt động của thiết bị: - Dầu truyền nhiệt từ bể chứa số (1) được bơm số (2) đưa qua hệ thống điện trở để đun nóng dầu lên 2500C trước khi đưa vào đỉnh của thiết bị, lưu lượng dầu truyền nhiệt được hiệu chỉnh bằng van 1. Lưu lượng được biểu thị trên lưu lượng kế lỏng số (3). - Dòng dung dịch sữa đậu nành mang đi đun nóng chứa trong bể (6) được bơm (7) bơm vào đáy thiết bị theo chiều từ dưới lên, được điều chỉnh lưu lượng bằng van 2, lưu lượng dòng dung dịch sữa được hiển thị trên lưu lượng kế lỏng số (8). - Bên trong, thiết bị, quá trình trao đổi nhiệt là ngược chiều. Dòng nóng (dầu truyền nhiệt) đi phía ống và đi từ trên xuống. Dòng lạnh (sữa đậu nành) đi phía vỏ và đi từ dưới lên. Ta không bố trí dòng nóng đi phía vỏ vì sẽ tổn thất năng lượng rất lượng rất lớn, trong khi đó nếu bố trí dòng nóng đi phía ống như trên thì diện tích bề mặt trao đổi nhiệt là lớn nhất, lượng sữa sẽ nhận hết năng lượng từ dầu truyền nhiệt để nóng lên mà không bị tổn thất năng lương ra môi trường xung quanh. - Dầu truyền nhiệt sau khi thực hiện quá trình trao đổi nhiệt sẽ được hoàn lưu về thùng chứa ban đầu để tiếp tục quá trình tiếp theo. Sữa sau khi được đun nóng sẽ được bơm vào thùng chứa (13). Kỹ thuật thực phẩm 2 Trang 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng việt [1]. Lê Văn Việt Mẫn, Công nghệ chế biến thực phẩm, NXB Đại học quốc gia TP.HCM, 2010. [2]. Phạm Xuân Toản, Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thựcphẩm,Tập 3,Các quá trình và thiết bị Truyền Nhiệt, NXB Khoa học & Kỹ thuật, 2003 [3]. Hoàng Đình Tín, Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, NXB Khoa học & Kỹ thuật, 2001. Tài liệu internet [4]. Texatherm-46.html [5]. thermia-b [6].