Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu một số thông số kỹ thuật của thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không dạng ống phối hợp công nghệ siêu âm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:179

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp "Nghiên cứu một số thông số kỹ thuật của thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không dạng ống phối hợp công nghệ siêu âm" trình bày mô hình hoá và mô phỏng quá trình trao đổi nhiệt ẩm trong bộ phận cô đặc để xác định một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc nhằm định hướng ban đầu cho việc thiết kế; Xác định được ảnh hưởng của một số thông số như nhiệt độ cô đặc, chiều cao vành dẫn chất lỏng, thời gian phát sóng siêu âm đến chất lượng sản phẩm, thời gian cô đặc, thời gian kết tinh trở lại và chí phí điện năng riêng làm cơ sở để hoàn thiện thiết kế thiết bị cô đặc mật ong.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu một số thông số kỹ thuật của thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không dạng ống phối hợp công nghệ siêu âm

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐẶNG THANH SƠN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ CÔ ĐẶC MẬT ONG KIỂU CHÂN KHÔNG DẠNG ỐNG PHỐI HỢP CÔNG NGHỆ SIÊU ÂM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2022
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐẶNG THANH SƠN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ CÔ ĐẶC MẬT ONG KIỂU CHÂN KHÔNG DẠNG ỐNG PHỐI HỢP CÔNG NGHỆ SÓNG SIÊU ÂM Ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 9 52 01 03 Người hướng dẫn: PGS.TS. Trần Như Khuyên TS. Nguyễn Thanh Hải HÀ NỘI - 2022
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận án “Nghiên cứu một số thông số kỹ thuật của thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không dạng ống phối hợp công nghệ siêu âm” là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những số liệu, kết quả trình bày trong luận án này là trung thực, khách quan và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả luận án Đặng Thanh Sơn i
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ nhiệt tình và tạo điều kiện của các cá nhân và tập thể, để đáp lại sự giúp đỡ đó sau đây là lời cảm ơn chân thành của tác giả: Với sự kính trọng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy cô Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong nhiều năm tháng học tập cũng như trong suốt quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể bộ môn máy Nông nghiệp và Thực phẩm, Ban lãnh đạo khoa Cơ điện, Ban quản lý đào tạo và Ban Giám đốc Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã luôn quan tâm giúp đỡ cũng như đóng góp các ý kiến để tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, các thầy cô giáo khoa Khoa học Sinh học Ứng dụng và các phòng ban Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long đã quan tâm và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành đề tài. Tôi xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, bạn bè, đồng nghiệp, gia đình đã luôn quan tâm, động viên giúp tôi vượt qua mọi khó khăn trong quá trình học tập và hoàn thành bản luận án này. Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả luận án Đặng Thanh Sơn ii
MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ..................................................................................................................... i Lời cảm ơn ........................................................................................................................ ii Mục lục ............................................................................................................................ iii Danh mục chữ viết tắt ...................................................................................................... vi Danh mục các ký hiệu toán học ...................................................................................... vii Danh mục bảng .............................................................................................................. xiii Danh mục hình ................................................................................................................ xv Trích yếu luận án .......................................................................................................... xvii Thesis abstract................................................................................................................ xix Phần 1. Mở đầu ............................................................................................................... 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................ 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 2 1.2.1. Mục tiêu chung...................................................................................................... 2 1.2.2. Mục tiêu cụ thể ...................................................................................................... 2 1.3. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................... 2 1.4. Những đóng góp mới của luận án ......................................................................... 3 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................................. 3 Phần 2. Tổng quan nghiên cứu ...................................................................................... 4 2.1. Đặc điểm, tính chất vật lý, thành phần hóa học và công dụng của mật ong ......... 4 2.1.1. Đặc điểm của mật ong ........................................................................................... 4 2.1.2. Tính chất vật lý và thành phần hoá học ................................................................ 6 2.1.3. Công dụng của mật ong ...................................................................................... 11 2.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ mật ong ............................................................... 11 2.2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ mật ong trên thế giới .......................................... 11 2.2.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ mật ong ở trong nước ......................................... 12 2.3. Quy trình công nghệ chế biến mật ong ............................................................... 13 2.3.1. Quy trình công nghệ chế biến mật ong trên thế giới ........................................... 13 2.3.2. Quy trình công nghệ chế biến mật ong ở Việt Nam ........................................... 15 iii
2.4. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị cô đặc mật ong ................................ 18 2.4.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị cô đặc mật ong trên thế giới ........... 18 2.4.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị cô đặc mật ong ở trong nước .......... 23 2.5. Một số kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về cô đặc mật ong .............. 26 2.5.1. Các công trình nghiên cứu ở trên thế giới ........................................................... 26 2.5.2. Các công trình nghiên cứu ở trong nước ............................................................. 28 2.6. Sự kết tinh của đường và Các phương pháp xử lý kết tinh đường trong mật ong ............................................................................................................... 29 2.6.1. Sự kết tinh của đường mật ong trong quá trình tồn trữ ....................................... 29 2.6.2. Các phương pháp phá kết tinh mật ong quá trình tồn trữ ................................... 30 Phần 3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu .......................................................... 37 3.1. Địa điểm nghiên cứu ........................................................................................... 37 3.2. Thời gian nghiên cứu .......................................................................................... 37 3.3. Đối tượng và vật liệu nghiên cứu ........................................................................ 37 3.3.1. Đối tượng nghiên cứu ......................................................................................... 37 3.3.2. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................................. 41 3.4. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 41 3.5. Phương pháp nghiên cứu..................................................................................... 42 3.5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ..................................................................... 42 3.5.2. Phương pháp thiết kế, chế tạo ............................................................................. 43 3.5.3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ............................................................... 44 3.5.4. Phương pháp xác định một số thông số của quá trình cô đặc ............................. 51 3.5.5. Phương pháp xử lý số liệu nghiên cứu ................................................................ 58 Phần 4. Kết quả và thảo luận ....................................................................................... 59 4.1. Xây dựng mô hình toán quá trình trao đổi nhiệt ẩm trong bộ phận cô đặc......... 59 4.1.1. Mô hình kết cấu bộ phận cô đặc ......................................................................... 59 4.1.2. Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình toán quá trình trao đổi nhiệt trong bộ phận cô đặc.......................................................................................................... 61 4.1.3. Trao đổi nhiệt đối lưu khi sôi của chất lỏng ....................................................... 65 4.1.4. Xây dựng mô hình toán quá trình trao đổi nhiệt ẩm trong bộ phận cô đặc......... 76 4.1.5. Mô phỏng quá trình trao đổi nhiệt ẩm trong bộ phận cô đặc .............................. 81 iv
4.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ...................................................................... 101 4.2.1. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố .................................................... 101 4.2.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố....................................................... 106 4.2.3. Kết quả nghiên cứu tối ưu tổng quát ................................................................. 111 4.2.4. Kết quả thí nghiệm ứng với giá trị tối ưu của các yếu tố vào ........................... 113 4.2.5. Kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm .............................. 115 4.2.6. Hoàn thiện quy trình công nghệ cô đặc mật ong............................................... 115 4.2.7. Ứng dụng các kết quả nghiên cứu để hoàn thiện thiết bị cô đặc mật ong ......... 117 4.3. Kết luận phần 4 ................................................................................................. 119 Phần 5. Kết luận và kiến nghị .................................................................................... 121 5.1. Kết luận ............................................................................................................. 121 5.2. Kiến nghị ........................................................................................................... 122 Danh mục các công trình đã công bố có liên quan đến luận án ............................ 123 Tài liệu tham khảo ...................................................................................................... 124 Phụ lục ......................................................................................................................... 132 v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Diễn giải BKTTCQG Ban Kỹ thuật Tiêu chuẩn Quốc gia CAGR Compounded Annual Growth Rate Tốc độ tăng trưởng hằng năm kép Bộ KH-CN Bộ Khoa học và Công nghệ CKTCLSP Cục kiểm tra chất lượng sản phẩm EU European Union FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations HMF Hydroxymethylfurfural HPLC High Performance Liquid Chromatography RH Độ ẩm tương đối TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam VBA Vietnam Beekeepers Association WHO World Health Organization vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC Ký hiệu Đơn vị Tên gọi A - hệ số ảnh hưởng của chiều dòng nhiệt a m2/s hệ số dẫn nhiệt độ b %(oBrix) nồng độ chất rắn hòa tan trong dung dịch b1, b2 o %( Brix) nồng độ chất rắn hòa tan trong dung dịch bđ o %( Brix) nồng độ chất rắn hòa tan ban đầu bc o %( Brix) nồng độ chất rắn hòa tan sau khi cô đặc bi o %( Brix) nồng độ chất rắn hòa tan của dung dịch thứ i 0 cp kJ/(kg. C) nhiệt dung riêng của dung dịch ck kJ/(kg.0C) nhiệt dung riêng của chất rắn khô hòa tan cn kJ/(kg.0C) nhiệt dung riêng của dung môi (nước) cd1 kJ/(kg.0C) nhiệt dung riêng của dung dịch cd2 kJ/(kg.0C) nhiệt dung riêng của dung dịch ban đầu cpi kJ/(kg.0C) nhiệt dung riêng dung dịch thứ i cđường kJ/(kg.0C) nhiệt dung riêng đường cđạm kJ/(kg.0C) nhiệt dung riêng đạm ctro kJ/(kg.0C) nhiệt dung riêng tro cxơ kJ/(kg.0C) nhiệt dung riêng xơ Ddn m đường kính đáy lớn, đường kính buồng gia nhiệt Dlh m đường kính buồng hơi thứ Dt m đường kính tách ly dth m đường kính ống tuần hoàn dvd m đường kính vành dẫn dnc m đường kính đáy nhỏ, phần xả mật ds1 m đường kính ngoài của ống đun sôi ds2 m đường kính trong của ống đun sôi diện tích bề mặt trao đổi nhiệt giữa nước nóng và dung F m2 dịch f - tần số sinh hơi vii
Ký hiệu Đơn vị Tên gọi G kg khối lượng của dung dịch Gk kg khối lượng chất rắn hòa tan Gd1 kg khối lượng của dung dịch ban đầu Gd2 kg khối lượng dung dịch cuối Grn - hệ số Grashof của nước hệ số Grashof của dịch mật chuyển động trong ống khi Grks - không sôi hệ số Grashof của dịch mật không chuyển động trong Grkc - ống khi sôi Gf kg/s lưu lượng của dịch mật trong ống đun sôi g m/s2 gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2 i kJ/kg enthalpy của nước kth W/(m2.oC) hằng số, kth = 0,13 ÷ 0,19; đối với nước kth = 0,13 kd W/(m2.oC) hằng số xác định bằng thực nghiệm, kd = 0012 k1n W/(m2.oC) hệ số xác định bằng thực nghiệm k2n 2o W/(m . C) hệ số tính đến đặc tính hình học của chùm ống kdn 2o W/(m . C) hệ số truyền nhiệt ở giai đoạn đun nóng kbh 2o W/(m . C) hệ số truyền nhiệt ở giai đoạn bay hơi K 2o W/(m . C) tỷ số hoàn lưu Lnt m chiều dài hình hộp chữ nhật ℓw m chiều dài ống p bar áp suất tuyệt đối ps bar áp suất bảo hòa pck mbar áp suất chân không Prn - hệ số Prant của nước Prfks - hệ số Prant Prfkc - hệ số Prant hệ số Prandt xác định theo nhiệt độ dung dịch tf và bề Prfks, Prw - mặt trong tw Nun - hệ số Nusselt của nước Nufks - hệ số Nusselt dung dịch Q kJ tổng nhiệt lượng cần thiết để đun nóng và bay hơi viii
Ký hiệu Đơn vị Tên gọi dung dịch nhiệt lượng tiêu thụ để đun nóng dung dịch đến nhiệt Qdn kJ độ sôi Qbh kJ Nhiệt lượng tiêu thụ để làm bay hơi dung dịch qth W/m2 mật độ dòng nhiệt tới hạn q W/m2 mật độ dòng nhiệt Rc m bán kính chỗ uốn cong R m bán kính của bọt Ro m kích thước tâm sinh hơi Rnt m chiều rộng hình hộp chữ nhật hệ số Reynolds của dịch mật chuyển động trong ống Refks - khi không sôi hệ số Reynolds của dịch mật không chuyển động trong Refkc - ống khi sôi r kJ/kg nhiệt ẩn hoá hơi s m bước vít tq o C nhiệt độ quá nhiệt ts o C nhiệt độ sôi to o C nhiệt độ môi trường tn o C nhiệt độ nước nóng thd o C nhiệt độ hơi đốt tht o C nhiệt độ hơi thứ tw o C nhiệt độ bề mặt vách ống đun sôi tf o C nhiệt độ trung bình của chất lỏng t1gn o C Nhiệt độ trước khi giãn nở của dung dịch t2gn o C Nhiệt độ sau khi giãn nở của dung dịch tfs o C nhiệt độ sôi của dung dịch o nhiệt độ sôi của hơi thứ ứng với áp suất chân không tsn C pck o khoảng tăng nhiệt độ sôi của dung dịch ứng với nồng tsft C độ ở áp suất chân không pck t2tb o C nhiệt độ trung bình của dung dịch ix
Ký hiệu Đơn vị Tên gọi o nhiệt độ ban đầu của dung dịch lấy bằng nhiệt độ môi tfo C trường, t1ℓb o C nhiệt độ lớp biên giữa nước nóng và vách t2ℓb o C nhiệt độ lớp biên giữa vách và dung dịch t2tb o C nhiệt độ trung bình của dung dịch Hcd m chiều cao buồng cô đặc Hnc m chiều cao hình nón cụt Hgn m chiều cao buồng nạp liệu Hlh m chiều cao toàn bộ buồng hơi thứ hdn m chiều cao buồng phân đun sôi hpt m chiều cao buồng phát triển kích thước hạt bọt hvd m chiều cao vành dẫn hht m chiều cao buồng phân ly hơi thứ Wn kg lượng nước bay hơi trong dịch mật Wht kg/s lưu lượng ẩm bay hơi trong dịch mật lượng hơi thứ bay hơi trung bình trong một vòng tuần Wth kg/vòng hoàn W kg khối lượng dung môi σ N/m sức căng bề mặt Δt o C độ quá nhiệt Δti o C hiệu số nhiệt độ có ích Δtc o C hiệu số nhiệt độ chung  o C tổn thất nhiệt độ Δlh o C tổn thất nhiệt độ lý hóa Δtt o C tổn thất nhiệt độ thủy tĩnh Δtl o C tổn thất nhiệt độ thủy lực độ chênh lệch nhiệt độ của nước nóng và vách ngoài của tn o C ống đun sôi t, tf o C hiệu số nhiệt độ vách ống và nhiệt độ của dung dịch tth o C hiệu số nhiệt độ tới hạn θ độ góc dính ướt của chất lỏng với bề mặt vật rắn  độ góc đặt ống, các ống trong chùm ống bố trí hình vuông x
Ký hiệu Đơn vị Tên gọi τcd phút thời gian cô đặc τkt phút thời gian kết tinh τdn phút thời gian đun nóng τbh phút thời gian bay hơi λ W/(m.oC) hệ số dẫn nhiệt của vách ống c W/(m.oC) hệ số dẫn nhiệt của lớp cặn hệ số dẫn nhiệt của dịch mật chuyển động trong ống fks W/(m.oC) khi không sôi hệ số dẫn nhiệt của dịch mật không chuyển động trong fkc W/(m.oC) ống khi sôi λf W/(m.oC) hệ số dẫn nhiệt dung dịch λfi W/(m.oC) hệ số dẫn nhiệt dung dịch thứ i λn W/(m.oC) hệ số dẫn nhiệt của nước λđường W/(m.oC) hệ số dẫn nhiệt đường λđạm W/(m.oC) hệ số dẫn nhiệt đạm λxơ W/(m.oC) hệ số dẫn nhiệt tro λtro W/(m.oC) hệ số dẫn nhiệt xơ λfkc W/(m.oC) hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ρh kg/m3 khối lượng riêng của hơi thứ ρf kg/m3 khối lượng riêng dung dịch ρi kg/m3 khối lượng riêng dung dịch thứ i ρn kg/m3 khối lượng riêng nước ρđường kg/m 3 khối lượng riêng đường ρđạm kg/m 3 khối lượng riêng đạm ρtro kg/m 3 khối lượng riêng tro ρxơ kg/m 3 khối lượng riêng xơ ρ1gn kg/m3 khối lượng riêng sau khi giãn nở của dung dịch ρ2gn kg/m3 khối lượng riêng trước khi giãn nở của dung dịch µ N.s/m2 độ nhớt động lực f N.s/m2 độ nhớt động lực học của dung dịch νf m2/s độ nhớt động học của dung dịch νn 2 m /s độ nhớt động học của nước xi
Ký hiệu Đơn vị Tên gọi 1dn W/(m2.oC) hệ số cấp nhiệt của nước ở mặt ngoài ống 2dn W/(m2.oC) hệ số tỏa nhiệt của dịch mật ở mặt trong của ống 1bh W/(m2.oC) hệ số cấp nhiệt khi bay hơi của nước ở mặt ngoài ống hệ số toả nhiệt khi bay hơi của dịch mật ở mặt trong w, 2bh W/(m2.oC) của ống hệ số tỏa nhiệt của dịch mật chuyển động trong ống dl, α2ks W/(m2.oC) khi không sôi hệ số tỏa nhiệt của dịch mật không chuyển động trong , 2kc W/(m2.oC) ống khi sôi αh, βh, γh, δh - các hệ số thực nghiệm các hằng số vật lý của chất lỏng ở nhiệt độ của lớp ,,a, - biên tf  m chiều dày vách ống c m chiều dày lớp cặn ωf m/s vận tốc chuyển động của dung dịch trong ống βgn 1/oK hệ số giãn nở thể tích εℓ - hệ số kể đến ảnh hưởng chiều dài của ống xii
DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 2.1. Tiêu chuẩn mật ong trên thế giới và Việt Nam (TCVN 12605:2019)..................... 6 2.2. Trạng thái cân bằng độ ẩm môi trường và độ ẩm của mật ong ............................... 7 2.3. Hàm lượng nước và khả năng lên men của mật ong ............................................... 7 2.4. Sự phụ thuộc của độ nhớt động học vào lượng nước và nhiệt độ của mật ong....... 8 2.5. Sự biến đổi khối lượng riêng của mật ong so với độ ẩm ở 20oC ............................ 8 2.6. Thành phần hóa học chủ yếu của mật ong .............................................................. 9 2.7. Giá trị của các hệ số thực nghiệm để đánh giá độ tăng điểm sôi của các dung dịch đường. ................................................................................................... 27 2.8. Tính chất nhiệt vật lý của các thành phần trong dung dịch đường phụ thuộc vào nhiệt độ ........................................................................................................... 27 3.1 Danh mục các chỉ tiêu cảm quan và hệ số quan trọng tương ứng của mật ong .... 53 3.2. Bảng mô tả nội dung đánh giá 6 bậc ..................................................................... 53 3.3. Cơ sở phân cấp chất lượng sản phẩm thực phẩm dựa trên điểm chung có trọng lượng ............................................................................................................ 54 3.4. Bảng điểm qui định sản phẩm mật ong theo tiêu chuẩn Việt Nam ...................... 55 4.1. Quan hệ giữa độ chân không và nhiệt độ sôi của nước ......................................... 64 4.2. Quan hệ giữa nồng độ chất khô và nhiệt độ sôi ở 705 mmHg .............................. 64 4.3. Thông số vào của chế độ tính toán ........................................................................ 91 4.4. Phân phối nồng độ dung dịch theo giai đoạn ........................................................ 91 4.5. Xác định giá trị các thông số theo nồng độ dung dịch .......................................... 96 4.6. Các thông số chính về cấu tạo và chế độ làm việc của thiết bị cô đặc ................ 100 4.7. Số liệu thí nghiệm xác định ảnh hưởng của nhiệt độ cô đặc ............................... 101 4.8. Số liệu thí nghiệm xác định ảnh hưởng của chiều cao vành dẫn chất lỏng Hvd ... 103 4.9. Số liệu thí nghiệm xác định ảnh hưởng của thời gian phát sóng siêu âm ........... 104 4.10. Mức biến thiên và giá trị mã hoá của các yếu tố Xi ............................................ 106 4.11. Ma trận và kết quả thí nghiệm cô đặc mật ong ................................................... 107 4.12. Các hệ số hồi qui dạng mã và tiêu chuẩn Student của các hàm Yj...................... 107 4.13. Kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán ........................................................... 109 xiii
4.14. Giá trị tối ưu của các yếu tố vào xi và các hàm thành phần Yj ............................ 109 4.15. Kết quả tính toán giá trị hàm tối ưu tổng quát D ................................................. 112 4.16. Kết quả thí nghiệm xác định các thông số kỹ thuật khi cô đặc ở chế độ tối ưu ...... 113 4.17. Kết quả thí nghiệm xác định chất lượng sản phẩm mật ong cô đặc ở chế độ tối ưu.................................................................................................................... 114 4.18. Các thông số kỹ thuật của thiết bị cô đặc mật ong CĐ-1A ................................. 117 4.19. Một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các thiết bị cô đặc mật ong ...................... 118 xiv
DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang 2.1. Các loại mật ong ................................................................................................... 4 2.2. Đồ thị biểu diễn hàm số HMF theo nhiệt độ của mật ong .................................. 10 2.3. Quy trình chế biến mật ong thương mại (Ấn Độ) ............................................... 14 2.4. Sơ đồ quy trình sản xuất mật ong ở Việt Nam .................................................... 16 2.5. Thiết bị cô đặc chân không trong dây chuyền chế biến mật ong ....................... 18 2.6. Thiết bị cô đặc chân không dạng ống ................................................................. 19 2.7. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng đĩa ............................................... 20 2.8. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng cánh quay.................................... 21 2.9. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu dòng chảy ............................................................. 22 2.10. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng ống .............................................. 23 2.11. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không dạng nồi có cánh khuấy .................... 24 2.12. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không dạng nồi có piston chuyển động ....... 25 2.13. Các dãy tần số sóng siêu âm ............................................................................... 31 2.14. Quá trình hình thành và phá vỡ bọt khí............................................................... 32 2.15. Bộ phận phát sóng siêu âm ................................................................................. 33 3.1. Các yếu tố đầu vào và ra của thiết bị .................................................................. 44 3.2. Đồ thị hàm mong muốn thành phần dj khi Yj bị chặn một phía ......................... 50 3.3. Thiết bị đo nhiệt độ CH402................................................................................. 51 3.4. Thiết bị đo Brix kế .............................................................................................. 51 3.5. Đồng hồ đo áp suất.............................................................................................. 52 3.6. Đồng hồ đo thời gian........................................................................................... 52 3.7. Mầm tinh thể kết tinh .......................................................................................... 56 3.8. Đồng hồ điện năng .............................................................................................. 57 3.9. Máy đo sắc ký lỏng HPLC mã số BF-6D-19 ...................................................... 58 4.1. Thiết bị cô đặc mật ong CĐ-1 ............................................................................. 38 4.2. Mô hình kết cấu Thiết bị cô đặc mật ong CĐ-1 .................................................. 60 4.3. Sự hình thành các bọt hơi trên bề mặt vật rắn..................................................... 66 4.4. Sự lớn lên và tách ly các bọt hơi ......................................................................... 68 xv
4.5. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của α và q vào ∆t ................................................ 69 4.6. Các chế độ sôi ..................................................................................................... 70 4.7. Đồ thị thay đổi nhiệt độ trong bộ phận gia nhiệt dung dịch mật ong bằng nước nóng............................................................................................................ 77 4.8. Minh họa phương pháp pháp tích phân hình thang............................................. 92 4.9. Lưu đồ thuật giải quá trình tính toán các thông số.............................................. 93 4.10. Đồ thị hàm Fbh = f(Q) ........................................................................................ 97 4.11. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ cô đặc Tcđ ......................................... 102 4.12. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của chiều cao vành dẫn chất lỏng Hvd .................. 103 4.13. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian phát sóng siêu âm τs ....................... 104 4.14. Sản phẩm mật ong sau khi cô đặc ..................................................................... 106 4.15. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các cặp thông số đối với hàm Y1 ............. 110 4.16. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các cặp thông số đối với hàm Y2 ............. 110 4.17. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các cặp thông số đối với hàm Y3 ............ 110 4.18. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các cặp thông số đối với hàm Y4 ............. 111 4.19. Sơ đồ quy trình công nghệ chế biến mật ong hoàn thiện .................................. 115 xvi
TRÍCH YẾU LUẬN ÁN Tên tác giả: Đặng Thanh Sơn Tên luận án: Nghiên cứu một số thông số kỹ thuật của thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không dạng ống phối hợp công nghệ siêu âm. Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí. Mã số: 9 52 01 03 Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu Mục tiêu chung Thiết kế, chế tạo thiết bị cô đặc nhằm nâng cao chất lượng mật ong đáp ứng yêu cầu xuất khẩu, giảm thời gian cô đặc và chi phí năng lượng riêng. Mục tiêu cụ thể - Mô hình hoá và mô phỏng quá trình trao đổi nhiệt ẩm trong bộ phận cô đặc để xác định một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc nhằm định hướng ban đầu cho việc thiết kế. - Xác định được ảnh hưởng của một số thông số như nhiệt độ cô đặc, chiều cao vành dẫn chất lỏng, thời gian phát sóng siêu âm đến chất lượng sản phẩm, thời gian cô đặc, thời gian kết tinh trở lại và chí phí điện năng riêng làm cơ sở để hoàn thiện thiết kế thiết bị cô đặc mật ong. - Thiết kế chế tạo được thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không dạng ống phối hợp công nghệ siêu âm, năng suất 16 kg/mẻ. Phương pháp nghiên cứu Áp dụng phương pháp mô hình hoá và mô phỏng để nghiên cứu quá trình trao đổi nhiệt ẩm trong buồng cô đặc làm cơ sở xác định các thông số cơ bản về cấu tạo và chế độ làm việc của bộ phận cô đặc. Áp dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố và phương pháp nghiên cứu tối ưu tổng quát E. Harrington để nghiên cứu quy luật biến thiên và thiết lập phương trình hồi quy biểu diễn mối quan hệ giữa các yếu tố vào và các thông số ra làm cơ sở xác định giá trị tối ưu của các thông số. Kết quả chính và kết luận * Những vấn đề khoa học và kỹ thuật đã được nghiên cứu - Kết quả nghiên cứu lý thuyết đã xây dựng được mô hình toán học và chương trình tính toán mô phỏng quá trình trao đổi nhiệt ẩm trong buồng cô 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, nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình cô đặc, hệ số tuần hoàn tự nhiên của xvii
dung dịch mật trong bộ phận cô đặc, thời gian chuyển động của dịch mật trong một vòng tuần hoàn, lượng hơi thứ bay hơi trung bình trong một vòng tuần hoàn, chiều cao bộ phận tách hơi thứ và lượng nước cần thiết để đun nóng dung dịch mật trong quá trình cô đặc. - Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã xác định được giá trị tối ưu của các yếu tố vào: nhiệt độ cô đặc, chiều cao vành dẫn chất lỏng, thời gian phát sóng siêu âm và giá trị tối ưu của các thông số ra: điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc, thời gian kết tinh trở lại trong quá trình tồn trữ, thời gian cô đặc và chi phí điện năng riêng. Kết quả nghiên cứu trên là cơ sở quan trọng để hoàn thiện công nghệ và thiết kế cải tiến thiết bị cô đặc. - Đã hoàn thiện quy trình công nghệ cô đặc mật ong theo các thông số tối ưu với sự hỗ trợ của công nghệ siêu âm. Đây là quy trình công 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. - Đã thiết kế, chế tạo thành công thiết bị cô đặc mật ong CĐ-1A. Đây là thiết bị cô đặc kiểu chân không dạng ống phối hợp công nghệ siêu âm đã tạo ra sản phẩm mật ong có chất lượng cao đáp ứng yêu cầu xuất khẩu với thời gian cô đặc và chi phí điện năng riêng thấp. * Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Kết quả nghiên cứu xây dựng mô hình toán học và chương trình tính toán mô phỏng quá trình trao đổi nhiệt ẩm trong buồng cô đặc làm cơ sở khoa học để tính toán thiết kế thiết bị cô đặc mật ong, đồng thời cũng là tài liệu tham khảo khi tính toán thiết kế Thiết bị cô đặc cho các loại sản phẩm khác có tính chất lý hoá tương tự như: dịch quả, nước mía,... Thiết bị cô đặc mật ong CĐ-1A là thiết bị cô đặc có cấu tạo tương đối đơn giản, làm việc ổn định và bền vững, hoàn toàn 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. xviii