Bài báo cáo Đề tài thiết bị sấy phun và Ứng dụng kỹ thuật sấy phun trong sản xuất bột chanh dây

Phương pháp sấy phun tuy chưa phổ biến, nhưng là một phương pháp tiên tiến, tạo nên những sản phẩm dạng bột có chất lượng cao, tốc độ sấy nhanh, thích hợp để tạo sản phẩm bột trái cây từ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ KHOA CƠ KHÍ VÀ CÔNG NGHỆ



BÀI BÁO CÁO

ĐỀ TÀI: Thiết bị sấy phun và ứng dụng kỹ thuật sấy phun trong sản xuất bột chanh dây.

Học phần: Công nghệ sấy nông sản thực phẩm.

GVHD: PGS.TS Võ Văn Quốc Bảo.

Sinh viên thực hiện:

Lê Thị Hương – 22L1030045Nguyễn Lê Phương Huyền – 22L1030046Lớp: Công nghệ thực phẩm 56A

III Thiết bị sấy phun: 6

3.1 Cấu tạo chung: 6

3.2 Nguyên tắc hoạt động: 9

3.3 Thông số kỹ thuật: 10

3.4 Ưu và nhược điểm của phương pháp sấy phun: 10

3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy: 10

3.6 Phân loại thiết bị sấy: 11

3.7 Một số thiết bị sấy phun: 11

IV Ứng dụng trong sản xuất cà phê hòa tan: 13

4.1 Giới thiệu chung về cà phê hòa tan: 13

4.2 Sơ đồ quy trình sản xuất cà phê hòa tan: 15

4.3 Thuyết minh công đoạn: 16

4.4 Thuyết minh hệ thống sấy phun trong sản xuất cà phê hoà tan: 22

4.5 Một số sản phẩm cà phê hoà tan trên thị trường hiện nay: 23

C KẾT LUẬN: 25

D TÀI LIỆU THAM KHẢO: 26

vị của dịch quả cũng rất đặc biệt.

Hiện nay, sản phẩm chế biến từ chanh dây trên thị trường chủ yếu là nước giảikhát đóng chai Các sản phẩm khác cũng đang được nghiên cứu sản xuất thử

nghiệm Bột chanh dây được nghiên cứu sản xuất thử dựa trên mục đích kéo dài thời gian bảo quản, tăng tính tiện dụng, tạo ra một dạng sản phẩm mới từ quả chanhdây

Phương pháp sấy phun tuy chưa phổ biến, nhưng là một phương pháp tiên tiến, tạo nên những sản phẩm dạng bột có chất lượng cao, tốc độ sấy nhanh, thích hợp để tạo sản phẩm bột trái cây từ dịch quả, là nguyên liệu rất nhạy cảm với nhiệt

độ, cần giảm thiểu thời gian sấy

Mục đích của chúng em là nghiên cứu quá trình sấy phun tạo bột chanh dây với hiệu suất thu hồi sản phẩm của quá trình sấy phun đạt cao nhất Độ ẩm sản phẩm không được vượt quá 5%

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

B NỘI DUNG :

I Sấy và sấy phun :

Sấy: là quá trình dùng nhiệt để làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu.

Trong quá trình sấy, nước được tách ra khỏi vật liệu sấy nhờ sự khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu; chênh lệch giữa áp suất riêng phần của ẩm trên bề mặt vật liệu và áp suất riêng phần của hơi nước trong môi trường xung quanh

Mục đích của quá trình sấy:

- Làm giảm khối lượng vật liệu (giảm công chuyên chở)

- Tăng độ bền và thời gian bảo quản

- Hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và các phản ứng sinh hóa

- Tăng tính cảm quan cho sản phẩm

- Tạo hình cho sản phẩm: mì ống, mì ăn liền cần sấy nhẹ trước khi đóng gói (để thoát ẩm)

Sấy phun: Sấy phun là phương pháp sản xuất bột khô từ chất lỏng hoặc bùn bằng

cách làm khô nhanh bằng khí nóng Đây là phương pháp sấy ưa thích của nhiều vật liệu nhạy cảm với nhiệt như thực phẩm và dược phẩm Sự phân bố kích thước hạt phù hợp là một lý do để sấy phun một số sản phẩm công nghiệp như chất xúc tác Không khí là môi trường sấy nóng; tuy nhiên, nếu chất lỏng là dung môi dễ cháy như ethanol hoặc sản phẩm nhạy cảm với oxy thì nitơ được sử dụng

Sấy phun là một mô hình sấy hiệu quả do truyền nhiệt và truyền khối đồng thời Sản phẩm của quá trình sấy phun là những sản phẩm dạng bột mịn như là bột sữa, bột cà phê, bột cam, bột chanh dây, bột đậu nành, bột trứng gà, bột chanh, bột

cà chua,…

II Nguyên lí chung của phương pháp sấy phun :

Hình 1: Thiết bị sấy phun.

Đặc thù công nghệ sấy phun đó là không phải tất cả nguyên liệu nào cũng có thể sấy thành công.Nguyên liệu cần sấy phải có độ nhớt phù hợp (đặc quá sẽ khó bơm cấp được nguyên liệu do không đủ tải, dễ tắc vòi, khó phun tạo sương, còn lỏng quá sẽ tốn rất nhiều điện năng và thời gian sấy phun)

Một hệ phân tán mịn của nguyên liệu từ chất lỏng hòa tan, nhũ tương, huyền phù đã được cô đặc trước (40% – 60% độ ẩm) được phun để hình thành những giọt mụn, rơi vào trong luồng không khí nóng cùng chiều hoặc ngược chiều ở nhiệt độ khoảng 155oC - 165oC trong buồng sấy lớn Hơi nước sẽ được bốc hơi đi nhanh chóng Các hạt sản phẩm được tách ra khỏi tác nhân sấy nhờ hệ thống thu hồi riêng.Mẫu nguyên liệu đưa vào sấy phun có dạng lỏng còn sản phẩm thu được sau khi sấy có dạng bột

Sấy phun gồm có 3 giai đoạn chính:

- Giai đoạn 1: Chuyển nguyên liệu cần sấy sang dạng sương mù (các hạt lỏng phân tán trong không khí) nhờ cơ cấu phun sương trong thiết bị sấy phun Kích thước các giọt nhỏ sau giai đoạn phun sương dao động trong khoảng 10 - 200µm

- Giai đoạn 2: Hòa trộn sương mù với dòng tác nhân sấy trog buồng sấy Đây chính là giai đoạn tách ẩm ra khỏi nguyên liệu Do nguyên liệu đượcphun sương nên diện tích tiếp xúc giữa các giọt lỏng và tác nhân sấy là rất lớn Do đó ẩm trong nguyên liệu được bay hơi nhanh chóng Thời

- Giai đoạn 3: Tách sản phẩm ra khỏi dòng tác nhân sấy Người ta có thể

sử dụng cyclone, túi lọc hoặc phương pháp kết tủa trong trường tĩnh điện,phổ biến nhất là sử dụng cyclone Hiệu suất thu hồi sản phẩm trong thiết

bị sấy phun dao động trong khoảng 90% – 98%

III Thiết bị sấy phun:

3.1 Cấu tạo chung:

Hình 2: Sơ đồ hệ thống sấy phun.

1-Buồng sấy; 2-Calorife; 3-Thùng chứa nguyên liệu cần sấy; 4-Bơm nguyên liệu; 5-Cơ cấu phun mẫu; 6-Cyclone thu hồi sản phẩm; 7-Cyclone vận chuyển sản phẩm;

8-Hệ thống quạt hút và màng lọc.

Tất cả các thiết bị sấy phun đều bao gồm: cơ cấu phun, buồng sấy, quạt,

calorife cấp nhiệt cho tác nhân sấy, bộ phận thu hồi sản phẩm (cyclone, túi lọc,…) Trong đó cơ cấu phun sương và buồng sấy là bộ phận quan trọng và đặc trưng nhất cho hệ thống sấy phun, những bộ phận còn lại cũng tương tự như những hệ thống sấy khác

3.1.1 Cơ cấu phun:

Có chức năng đưa nguyên liệu ( dạng lỏng ) vào buồng dưới dạng hạt mịn ( sương mù ) Quá trình tạo sương mù sẽ quyết định kích thức các giọt lỏng và sự phân bố của chúng trong buồng sấy, do đó sẽ ảnh hưởng đến bề mặt truyền nhiệt vàtốc độ sấy Giai đoạn tạo sương mù là quan trọng nhất trong quá trình sấy phun

Nhiệm vụ của cơ cấu phun là phun dung dịch thành những hạt phân tán có kích thước theo yêu cầu Loại cơ cấu phun không chỉ quyết định đến sự phân bố kích thước và sự phân tán, mức độ và quỹ đạo của hạt sương, tốc độ sấy và kích thước hạt sản phẩm sau khi sấy.

Cơ cấu phun có các dạng như: cơ cấu phun áp lực, cơ cấu phun khí động

Hình 4: Cơ cấu sấy phun sương dạng đĩa quay áp lực.

Hình 5: Cơ cấu phun bằng khí động.

Kích thước của buồng sấy được thiết kế phụ

thuộc vào loại cơ cấu phun sương tự động

Hình 6: Buồng sấy.

3.1.3 Calorife cấp nhiệt cho tác nhân sấy:

Không khí nóng là tác nhân sấy thông dụng nhất Hơi là tác nhân gia nhiệt phổbiến nhất Nhiệt độ hơi sử dụng thường dao động trong khoảng 150oC – 250oC Nhiệt độ trung bình của không khí nóng thu được thấp hơn nhiệt độ hơi sử dụng là

10oC

Vì trong quá trình sấy phun, tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy nên tác nhân sấy phải sạch, không chứa bụi bẩn, vi sinh vật, cũng như các chất có hại khác

3.1.4 Hệ thống thu hồi sản phẩm:

Vật liệu sấy sau khi sấy phun được thu hồi ở cửa đáy buồng sấy Để tách sản phẩm ra khỏi khí thoát, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau: lắngxoáy tâm, lọc, lắng tĩnh điện,… Phổ biến nhất là phương pháp lắng xoáy tâm, sử dụng cyclone

3.1.5 Quạt:

Để tăng lưu lượng tác nhân sấy, người ta sử dụng quạt ly tâm

Ở quy mô công nghiệp, các thiết bị sấy phun được trang bị hệ thống hai quạt Quạt chính được đặt sau thiết bị thu hồi bột sản phẩm từ dòng khí thoát Còn quạt phụ được đặt trước thiết bị gia nhiệt không khí trước khi vào buồng sấy Ưu điểm của việc sử dụng hệ thống hai quạt là người ta có thể kiểm soát dễ dàng áp lực trong buồng sấy

Trong trường hợp chỉ sử dụng một quạt ly tâm đặt sau cyclon thu hồi sản phẩm, buồng sấy sẽ hoạt động dưới áp lực chân không rất cao Chính áp lực chân không này sẽ ảnh hưởng đến lượng bột sản phẩm bị cuốn theo dòng khí thoát, do

đó sẽ ảnh hưởng đến năng suất hoạt động và hiệu quả thu hồi bột sản phẩm của cyclon

Hình 7: Quạt ly tâm.

3.2 Nguyên tắc hoạt động:

Hình 12: Sơ đồ hệ thống sấy phun.

1-Buồng sấy; 2-Calorife; 3-Thùng chứa nguyên liệu cần sấy; 4-Bơm nguyên liệu; 5-Cơ cấu phun mẫu; 6-Cyclone thu hồi sản phẩm; 7-Cyclone vận chuyển sản phẩm;

đến 120m2 Không khí nóng thổi qua calorife (2) đưa vào buồng sấy Không khí nóng và nguyên liệu ở dạng mù tiếp xúc với nhau trong vài giây tại cơ cấu phun mẫu (5) đặt trong buồng sấy, nước từ nguyên liệu bốc hơi sau đó thoát ra ngoài, sảnphẩm khô được thu gom tại đáy cyclone (6), được làm nguội và thu hồi Một phần bụi mịn theo không khí qua cyclone (7), sau đó qua bộ lọc vải (8) nhằm thu hồi lại các hạt bụi mịn còn sót lại và thải ra ngoài.

Không khí nhờ quạt thổi qua bộ phận trao đổi nhiệt calorife và nâng lên nhiệt

độ cần thiết theo yêu cầu của chế độ sấy Không khí trước khi qua bộ phận trao đổi nhiệt được lọc sạch bởi thiết bị lọc

3.3 Ưu và nhược điểm của phương pháp sấy phun:

3.3.1 Ưu điểm:

- Quá trình sấy nhanh

- Có thể điều khiển được tỷ trọng sản phẩm

- Bột sau khi sấy có độ hòa tan cao ( 90 – 100% ), độ ẩm thấp ( 3 – 4%)

- Chất lượng bột được đảm bảo trong quá trình sấy

- Vật liệu hầu như không tiếp xúc với bề mặt kim loại của thiết bị

- Áp dụng cho các sản phẩm bền nhiệt và không bền nhiệt, nguyên liệu ở dạng dung dịch, gel, huyền phù,…

- Chi phí công nhân thấp

3.3.2 Nhược điểm:

- Chi phí đầu tư cao

- Thất thoát các chất dễ bay hơi cao

- Yêu cầu độ ẩm ban đầu cao để đảm bảo nguyên liệu có thể bơm đến thiết

bị tạo sương

- Chi phí năng lượng cao để tách ẩm

3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy:

Nồng độ chất khô của nguyên liệu

Nồng độ cao: giảm được thời gian bốc hơi nhưng lại tăng độ nhớt của nguyên liệu, gây khó khăn cho quá trình sấy phun

Nồng độ thấp: tốn nhiều thời gian và năng lượng cho quá trình

Thực tế nồng độ vào khoảng: 45% – 52%

Nhiệt độ tác nhân sấy: đây là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến độ ẩm của sản phẩm sau này Nếu nhiệt độ tác nhân sấy quá cao sẽ gây phân hủy, biến tính một sốchất, làm tăng mức tiêu hao năng lượng của quá trình

Kích thước, số lượng và quỹ đạo chuyển động của các hạt nguyên liệu trong buồng sấy: nếu đường kính hạt nguyên liệu càng nhỏ thì tổng diện tích bề mặt các hạt thu được từ một đơn vị thể tích nguyên liệu sẽ càng lớn Như vậy diện tích bề mặt truyền nhiệt trong quá trình sấy phun sẽ càng tăng Tuy nhiên khi đó hình dạng

và kích thước các hạt sản phẩm cũng thay đổi

Các yếu tố khác cũng sẽ ảnh hưởng đến quá trình sấy phun như: cấu tạo và kích thước buồng sấy, tốc độ bơm dòng nguyên liệu, lưu lượng không khí nóng vàobuồng sấy,…

3.5 Phân loại thiết bị sấy:

Phân loại theo chiều của tác nhân sấy:

- Cùng chiều

- Ngược chiều

- Kết hợp

Hình 13: Phân loại theo chiều tác nhân sấy.

a Cùng chiều; b Ngược chiều; c Kết hợp;

Phân loại theo cấp độ sấy:

- Sấy một cấp

- Sấy hai cấp

3.6 Một số thiết bị sấy phun:

 Máy sấy phun áp lực cao:

Phạm vi ứng dụng của thiết bị rộng rãi, tùy theo tính chất của nguyên liệu mà

có thể ứng dụng nhiệt nóng để sấy hay dùng khí mát để tạo hạt Trong công nghệ thực phẩm máy phun sương áp lực cao dùng để sản xuất axit amin, đồ gia vị,

protein, tinh bột, sữa, cà phê,…

Hình 14: Máy sấy phun tạo hạt áp lực cao kí hiệu YPG.

 Máy sấy phun sương:

Thiết bị sấy phun sương phù hợp cho sấy các loại nguyên liệu như: hóa chất, thực phẩm, dược phẩm, … Trong công nghệ thực phẩm, thiết bị sấy phun sương được dùng để sản xuất sữa bột, bột hương hoa quả, sản xuất bột thịt thực phẩm, sảnxuất bột ngọt, cà phê hòa tan, …

Hình 15: Máy sấy phun sương.

IV Ứng dụng trong sản xuất cà phê hòa tan:

4.1 Giới thiệu chung về cà phê hòa tan:

Cuộc sống ngày càng bận rộn, lo toan khiến mọi người ít có thời gian để chờ đợi từng giọt cà phê được hãm tí tách chảy xuống đem lại một ly cà phê phin trọn vẹn Vì vậy, cà phê hòa tan đã trở thành thức uống thay thế vô cùng tiện lợi mà vẫngiữ lại được hương vị thơm ngon chuẩn vị mà không tốn quá nhiều thời gian pha chế

Cà phê hòa tan là một trong những thức uống được tiêu thụ phổ biến nhất trên toàn thế giới; khoảng 118 tỷ đô la trong số đó đã được bán trên thị trường toàn cầu vào năm 2019 Thị trường cà phê hòa tan trên toàn thế giới có kỳ vọng tăng trưởng cao: dự kiến tăng trưởng 11,6% trong 5 năm tới Cà phê có hàm lượng chất chống oxy hóa cao, vitamin B và khoáng chất Nó có lợi cho hoạt động thể chất và kích thích hệ thần kinh trung ương Cà phê được bán dưới dạng cà phê nguyên hạt, cà phê xay, cà phê hòa tan, cà phê vỏ và viên nén Trong số này, cà phê hòa tan đang nhanh chóng trở nên phổ biến trên toàn thế giới do vận chuyển rẻ hơn và thuận tiện trong pha chế, làm tăng nhu cầu của người tiêu dùng thành thị Nhiều nhà máy quy

mô công nghiệp đã được thành lập xung quanh từ để sản xuất loại cà phê này Quá trình sản xuất cà phê bột hòa tan bắt đầu bằng việc rang hạt cà phê và xaychúng Sau đó, chúng đi qua quá trình chiết chất rắn lỏng Chất lỏng chiết xuất sau

đó được cô đặc và cuối cùng, nó được làm khô bằng cách phun Quá trình sấy làm giảm lượng nước trong cà phê và cho phép tăng thời hạn sử dụng của cà phê

Đầu tiên, sau quá trình trồng trọt và chăm non những cây cà phê thì các nhà nông sẽ thu hoạch hạt cà phê, hái những hạt chính thơm do chính tay họ trồng nên

Hình 16,17: Thu hoạch cà phê.

Hình 18: Hình ảnh quảng cáo cà phê.

Sau khi đã có hạt, muốn làm đem đi sấy hay chế biến chúng ta rửa cà phê, loại

bỏ những tạp chất không mong muốn và bỏ những loạt hạt không đạt tiêu chuẩn, loại bỏ chất nhầy của chúng

Hình 19,20: Cà phê trong công đoạn rửa.

Cho dù cà phê được chế biến như thế nào, đến một lúc nào đó, nó sẽ cần phải được làm khô Cà phê được làm khô theo hai cách chính Đầu tiên là phơi dưới ánh nắng mặt trời trên luống cao hoặc sân phơi Thứ hai là sử dụng máy sấy cà phê cơ chuyên dụng Bằng một trong hai cách này, độ ẩm của hạt cà phê từ xấp xỉ 60% sẽ còn lại 10% - 12%

Hình 21,22: Công đoạn làm khô cà phê.

4.2 Sơ đồ quy trình sản xuất cà phê hòa tan:

tâm

Hồi hương

4.3 Thuyết minh công đoạn:

4.3.1 Sàng cà phê:

Phải chọn nguyên liệu tốt thì sản phẩm cuối cùng - cà phê hòa tan- mới có chất lượng cao, đực tuyển chọn và rang theo công nghệ tiên tiến để có hương vị tốt nhất, nhất là tránh thất thoát hương trong quá trình rang

4.3.2 Rang cà phê:

Đây là giai đoạn xử lý nhiệt cho hạt cà phê tại nhiệt độ cao (190oC – 240oC) nhằm đạt được các mong muốn về màu sắc, hương vi, độ acid Nhiệt độ được giữ dều và tăng dần trong quá trình Rang này.Hạt cà phê được chín đều từ trong ra ngoài, không bị chai, hạt nở to đều, không bị cháy cạnh

Sau đó, cà phê phải được làm nguội nhanh để tránh những biến đổi không mong muốn do nhiệt gây ra Mức độ hao hụt khối lượng sau khi Rang là 17%, thay đổi về thể tích hơn 15% kích thước hạt ban đầu Màu sắc sau khi Rang sẽ thay đổi Hao hụt sau khi Rang chủ yếu là sự hao hụt về Nước và CO2

Tiếp theo, hạt cà phê Rang sẽ được đem đi xay thành cà phê bột

Hình 23: Máy rang hạt cà phê Hình 24: Hạt cà phê đã rang.

4.3.3 Nghiền bột cà phê:

Hạt cà phê sau khi được Rang sẽ được chuyển qua giai đoạn Nghiền bột cà phê (hay còn gọi là Nghiền thô) để chuẩn bị cho giai đoạn Trích ly cà phê Bột cà phê dùng để sản xuất cà phê hòa tan cần xay ở kích thước lớn

Trong sản xuất cà phê hòa tan hiện nay có 3 phương pháp nghiền thô cà phê

- Để nguyên hạt: Quá trình trích ly sẽ lâu hơn nhưng có ưu điểm là không

bị tắc nghẽn đường ống, không cần phải sử dụng máy xay hạt

Hình 25,26: Máy nghiền bột cà phê được sử dụng phổ biến hiện nay.

Hình 27: Cà phê sau khi nghiền bột.