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

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

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

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

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

European Union

Food and Agriculture Organization of the United Nations

FAO

Hydroxymethylfurfural

HMF

HPLC High Performance Liquid Chromatography

Độ ẩm tương đối

Tiêu chuẩn Việt Nam

TCVN

Vietnam Beekeepers Association

VBA

World Health Organization

WHO

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC

Ký hiệu

Đơn vị

Tên gọi

hệ số ảnh hưởng của chiều dòng nhiệt

hệ số dẫn nhiệt độ

nồng độ chất rắn hòa tan trong dung dịch

b1, b2

nồng độ chất rắn hòa tan ban đầu

bđ

nồng độ chất rắn hòa tan sau khi cô đặc

nồng độ chất rắn hòa tan của dung dịch thứ i

nhiệt dung riêng của dung dịch

nhiệt dung riêng của chất rắn khô hòa tan

- m2/s %(oBrix) %(oBrix) %(oBrix) %(oBrix) %(oBrix) kJ/(kg.0C) kJ/(kg.0C) kJ/(kg.0C)

nhiệt dung riêng của dung môi (nước)

nhiệt dung riêng của dung dịch

cd1

kJ/(kg.0C)

nhiệt dung riêng của dung dịch ban đầu

cd2

kJ/(kg.0C)

nhiệt dung riêng dung dịch thứ i

cpi

kJ/(kg.0C)

nhiệt dung riêng đường

cđường

kJ/(kg.0C)

nhiệt dung riêng đạm

cđạm

kJ/(kg.0C)

nhiệt dung riêng tro

ctro

kJ/(kg.0C)

nhiệt dung riêng xơ

cxơ

kJ/(kg.0C)

đường kính đáy lớn, đường kính buồng gia nhiệt

Ddn

đường kính buồng hơi thứ

Dlh

đường kính tách ly

đường kính ống tuần hoàn

dth

đường kính vành dẫn

dvd

đường kính đáy nhỏ, phần xả mật

dnc

đường kính ngoài của ống đun sôi

ds1

đường kính trong của ống đun sôi

ds2

diện tích bề mặt trao đổi nhiệt giữa nước nóng và dung

dịch

tần số sinh hơi

vii

Ký hiệu

Đơn vị

Tên gọi

khối lượng của dung dịch

khối lượng chất rắn hòa tan

khối lượng của dung dịch ban đầu

Gd1

khối lượng dung dịch cuối

Gd2

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

kg/s m/s2

lưu lượng của dịch mật trong ống đun sôi gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2

kJ/kg

enthalpy của nước

kth

k1n

k2n

kdn

kbh

W/(m2.oC) hằng số, kth = 0,13 ÷ 0,19; đối với nước kth = 0,13 W/(m2.oC) hằng số xác định bằng thực nghiệm, kd = 0012 W/(m2.oC) hệ số xác định bằng thực nghiệm W/(m2.oC) hệ số tính đến đặc tính hình học của chùm ống W/(m2.oC) hệ số truyền nhiệt ở giai đoạn đun nóng W/(m2.oC) hệ số truyền nhiệt ở giai đoạn bay hơi W/(m2.oC)

tỷ số hoàn lưu

chiều dài hình hộp chữ nhật

Lnt

chiều dài ống

ℓw

bar

áp suất tuyệt đối

bar

áp suất bảo hòa

mbar

áp suất chân không

pck

hệ số Prant của nước

Prn

hệ số Prant

Prfks

hệ số Prant

Prfkc

hệ số Prandt xác định theo nhiệt độ dung dịch tf và bề

Prfks, Prw

mặt trong tw

hệ số Nusselt của nước

Nun

hệ số Nusselt dung dịch

Nufks

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

độ sôi

Nhiệt lượng tiêu thụ để làm bay hơi dung dịch

Qbh

mật độ dòng nhiệt tới hạn

qth

kJ W/m2 W/m2

mật độ dòng nhiệt

bán kính chỗ uốn cong

bán kính của bọt

kích thước tâm sinh hơi

chiều rộng hình hộp chữ nhật

Rnt

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

kJ/kg

nhiệt ẩn hoá hơi

bước vít

nhiệt độ quá nhiệt

nhiệt độ sôi

nhiệt độ môi trường

nhiệt độ nước nóng

nhiệt độ hơi đốt

thd

nhiệt độ hơi thứ

tht

nhiệt độ bề mặt vách ống đun sôi

nhiệt độ trung bình của chất lỏng

Nhiệt độ trước khi giãn nở của dung dịch

t1gn

Nhiệt độ sau khi giãn nở của dung dịch

t2gn

m oC oC oC oC oC oC oC oC oC oC oC

nhiệt độ sôi của dung dịch

tfs

nhiệt độ sôi của hơi thứ ứng với áp suất chân không

tsn

pck

khoảng tăng nhiệt độ sôi của dung dịch ứng với nồng

tsft

độ ở áp suất chân không pck

nhiệt độ trung bình của dung dịch

t2tb

Ký hiệu

Đơn vị

Tên gọi

nhiệt độ ban đầu của dung dịch lấy bằng nhiệt độ môi

tfo

trường,

nhiệt độ lớp biên giữa nước nóng và vách

t1ℓb

nhiệt độ lớp biên giữa vách và dung dịch

t2ℓb

nhiệt độ trung bình của dung dịch

oC oC oC

t2tb

chiều cao buồng cô đặc

Hcd

chiều cao hình nón cụt

Hnc

chiều cao buồng nạp liệu

Hgn

chiều cao toàn bộ buồng hơi thứ

Hlh

chiều cao buồng phân đun sôi

hdn

chiều cao buồng phát triển kích thước hạt bọt

hpt

chiều cao vành dẫn

hvd

chiều cao buồng phân ly hơi thứ

hht

lượng nước bay hơi trong dịch mật

lưu lượng ẩm bay hơi trong dịch mật

kg/s

Wht

lượng hơi thứ bay hơi trung bình trong một vòng tuần

kg/vòng

Wth

hoàn

khối lượng dung môi

sức căng bề mặt

độ quá nhiệt

Δt

hiệu số nhiệt độ có ích

Δti

hiệu số nhiệt độ chung

N/m oC oC oC

Δtc

tổn thất nhiệt độ

tổn thất nhiệt độ lý hóa

Δlh

tổn thất nhiệt độ thủy tĩnh

Δtt

tổn thất nhiệt độ thủy lực

oC oC oC

Δtl

độ chênh lệch nhiệt độ của nước nóng và vách ngoài của

tn

ống đun sôi

hiệu số nhiệt độ vách ống và nhiệt độ của dung dịch

t, tf

hiệu số nhiệt độ tới hạn

tth

góc dính ướt của chất lỏng với bề mặt vật rắn

độ

góc đặt ống, các ống trong chùm ống bố trí hình vuông

độ



Ký hiệu

Đơn vị

Tên gọi

thời gian cô đặc

phút

τcd

thời gian kết tinh

phút

τkt

thời gian đun nóng

phút

τdn

thời gian bay hơi

τbh

phút W/(m.oC)

hệ số dẫn nhiệt của vách ống

hệ số dẫn nhiệt của lớp cặn

W/(m.oC)

c

hệ số dẫn nhiệt của dịch mật chuyển động trong ống

W/(m.oC)

fks

khi không sôi

hệ số dẫn nhiệt của dịch mật không chuyển động trong

W/(m.oC)

fkc

ống khi sôi

hệ số dẫn nhiệt dung dịch

λf

hệ số dẫn nhiệt dung dịch thứ i

λfi

hệ số dẫn nhiệt của nước

λn

hệ số dẫn nhiệt đường

λđường

hệ số dẫn nhiệt đạm

λđạm

hệ số dẫn nhiệt tro

λxơ

hệ số dẫn nhiệt xơ

λtro

hệ số dẫn nhiệt của dung dịch

λfkc

khối lượng riêng của hơi thứ

ρh

khối lượng riêng dung dịch

ρf

khối lượng riêng dung dịch thứ i

ρi

khối lượng riêng nước

ρn

khối lượng riêng đường

ρđường

khối lượng riêng đạm

ρđạm

khối lượng riêng tro

ρtro

khối lượng riêng xơ

ρxơ

khối lượng riêng sau khi giãn nở của dung dịch

ρ1gn

khối lượng riêng trước khi giãn nở của dung dịch

ρ2gn

W/(m.oC) W/(m.oC) W/(m.oC) W/(m.oC) W/(m.oC) W/(m.oC) W/(m.oC) W/(m.oC) kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 N.s/m2

độ nhớt động lực

N.s/m2

độ nhớt động lực học của dung dịch

f

độ nhớt động học của dung dịch

νf

m2/s m2/s

độ nhớt động học của nước

νn

Ký hiệu

Đơn vị

Tên gọi

W/(m2.oC) hệ số cấp nhiệt của nước ở mặt ngoài ống

1dn

W/(m2.oC) hệ số tỏa nhiệt của dịch mật ở mặt trong của ống

2dn

W/(m2.oC) hệ số cấp nhiệt khi bay hơi của nước ở mặt ngoài ống

1bh

hệ số toả nhiệt khi bay hơi của dịch mật ở mặt trong

W/(m2.oC)

w, 2bh

của ống

hệ số tỏa nhiệt của dịch mật chuyển động trong ống

W/(m2.oC)

dl, α2ks

khi không sôi

hệ số tỏa nhiệt của dịch mật không chuyển động trong

W/(m2.oC)

, 2kc

ống khi sôi

các hệ số thực nghiệm

αh, βh, γh, δh

các hằng số vật lý của chất lỏng ở nhiệt độ của lớp

,,a,

biên tf

chiều dày vách ống



chiều dày lớp cặn

c

vận tốc chuyển động của dung dịch trong ống

ωf

m/s 1/oK

hệ số giãn nở thể tích

βgn

hệ số kể đến ảnh hưởng chiều dài của ống

εℓ

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

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

THESIS ABSTRACT

PhD. Candidate: Dang Thanh Son

Thesis title: Study on several technical parameters of a vacuum tube-type honey concentrator combined with ultrasonic technology

Major: Mechanical engineering.

Code: 9 52 01 03

Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA). Research Objectives

General objectives

Design and manufacture a system of concentrators to improve the quality of honey to meet export requirements, reduce concentration time and specific energy costs.

Specific objectives

- Model and simulate the heat-moisture transfer process in the concentrator to determine several parameters of structure and working mode for the initial designing guidance.

the

- Determine

influence of several parameters such as concentration temperature, the height of liquid conduction ring, ultrasonic time on product quality, concentration time, re-crystallization time and specific electricity cost as the basis for perfecting the honey concentrator.

- Creates a vacuum tube-type honey concentrator combined with ultrasonic

technology, with a capacity of 16 kg/batch.

Research methods

- Applying modeling and simulating methods to study the heat-moisture transfer process in the concentration chamber as a basis for determining the primary parameters of the structure and working mode of the concentrator.

- Applying single-factor empirical research method, multi-factor experimental research method and general optimization research method of E. Harrington to study the rule of variation and establish regression equation representing the relationship between the input factors and the output parameters for determining the optimal values of the parameters.

Main results and findings

* Scientific and technical issues have been studied

- Theoretical study results have built a mathematical model and a calculation program to simulate the process of heat-moisture transfer in the concentration chamber, thereby determining some primary parameters of the structure and working mode of the

xix

concentrator such as: concentration time, heat consumption during concentration process, natural circulation coefficient of honey solution in the concentrator, moving time of honey in one cycle of recirculation, the average amount of secondary vapor evaporated in one cycle, the height of the secondary vapor separator, and the amount of water required to heat honey solution during concentration.

- Experimental research results determined the optimal value of the input factors: concentration temperature, the height of liquid conduction ring, ultrasonic time, and

optimal value of output parameters: a total score of concentrated product quality, re- crystallization time during storage, concentration time and specific electricity costs. The

above study results are an important basis for perfecting the technology and improving the design of the concentrator.

- The technical process of honey concentration has been completed. This is an

advanced concentration technology process, easy to apply to honey processing manufacturers in Vietnam.

- The CD-1A honey concentrator has been designed, improved and successfully manufactured. This is a vacuum tube-type concentrator combined with ultrasonic

technology to create a high quality honey product that meets export requirements with low concentration time and specific electricity costs.

* Scientific and practical significance

- The study results of mathematical models and a predicting calculation program of the heat-moisture transfer in the concentrating chamber are the scientific basis for

calculating and designing of the honey concentrator system, as well as the reference document when calculating and designing the system of concentrators for other

products such as milk, fruit juice, sugarcane juice,…

- The CD-1A honey concentrator is a concentrator system with a relatively simple structure, stable and sustainable working, which can be domestically manufactured

instead of expensive imported concentrator, so that it can be widely applied to honey processing manufacturers in Vietnam.

PHẦN 1. MỞ ĐẦU

1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Mật ong là sản phẩm có giá trị kinh tế cao được sử dụng để làm thực phẩm,

dược phẩm và mỹ phẩm. Vì vậy, nhu cầu tiêu thụ mật ong ở trong nước và trên thế giới không ngừng tăng lên. Năm 2017 sản lượng là 14,21 nghìn tấn, kim

ngạch xuất khẩu là 63,274USD. Năm 2020 sản lượng là 21,5 nghìn tấn, kim

ngạch xuất khẩu là 70,66 triệu USD và 9 tháng đầu năm 2021 kim ngạch xuất

khẩu là 83 triệu USD (UN Comtrade, 2021; WITS, 2019; Tridge, 2020; Chu Khôi, 2021). Theo số liệu thống kê của Tổng cục Hải quan, mỗi năm Việt Nam

xuất khẩu được khoảng 80÷85% sản lượng mật ong ra thị trường thế giới và Việt

Nam trở thành nước xuất khẩu mật ong lớn thứ 6 thế giới và thứ 2 châu Á, sau

Trung Quốc. Tuy nhiên, giá xuất khẩu mật ong của Việt Nam còn khá thấp so với

các quốc gia khác, chỉ bằng khoảng 70% mức giá trung bình của thế giới.

Nguyên nhân chủ yếu là chất lượng mật ong của Việt Nam còn thấp, chưa đáp

ứng được các tiêu chuẩn được đặt ra bởi các nhà nhập khẩu.

Đặc điểm của mật ong Việt Nam cũng như ở một số nước vùng nhiệt đới

có khí hậu nóng ẩm sau khi khai thác thường có độ ẩm 22÷24%, đặc biệt khi thu

hoạch non, vào lúc trời mưa hoặc hút ẩm từ môi trường không khí vào, độ ẩm

của mật ong có thể tới 25÷28% (Vũ Thục Linh, 2015), rất dễ bị hư hỏng bởi các

loại vi khuẩn, nấm mốc, nấm men (Bogdanov, 2014). Vì vậy, trong quy trình

công nghệ chế biến mật ong, việc cô đặc mật ong sau thu hoạch đến độ ẩm 18%

(theo tiêu chuẩn xuất khẩu) là rất cần thiết để đảm bảo không bị hư hỏng trong

quá trình tồn trữ.

Trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị cô đặc

mật ong như: thiết bị cô đặc kiểu chân không, thiết bị cô đặc theo nguyên lý sấy

thăng hoa, sấy bơm nhiệt,... Đây là những thiết bị cô đặc tiên tiến, mức độ cơ khí

hóa và tự động hóa cao, tạo ra sản phẩm mật ong có chất lượng cao nhưng giá

thành thiết bị, chi phí chuyển giao công nghệ, chi phí vận hành, bảo trì và sửa

chữa còn khá cao nên các cơ sở sản xuất ở nước ta khó chấp nhận.

Ở Việt Nam hiện nay, để cô đặc mật ong vẫn sử dụng chủ yếu thiết bị cô

đặc làm việc theo nguyên lý sấy phun hoặc dùng bơm nhiệt với tác nhân sấy là không khí nóng ở nhiệt độ cao (45÷55oC), thời gian cô đặc kéo dài, hàm lượng

dinh dưỡng, màu sắc và mùi vị đều bị giảm sút, đặc biệt là hàm lượng HMF

(Hydroxymethylfurfural) tăng cao làm ảnh hưởng đến sức khoẻ người sử dụng.

Ngoài ra, có một số loại mật ong có hàm lượng glucose cao thường bị kết tinh trở

lại sau 2÷3 tháng thu hoạch, gây hiện tượng phân lớp làm giảm giá trị cảm quan

của sản phẩm. Đây là những nguyên nhân chính làm cho thị trường xuất khẩu

mật ong của nước ta không ổn định, khó bán hoặc phải chấp nhận giá bán thấp

gây thiệt hại lớn cho người sản xuất.

Vì vậy, việc nghiên cứu một số thông số về cấu tạo và chế độ cô đặc làm cơ sở thiết kế Thiết bị cô đặc mật ong nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm theo yêu cầu xuất khẩu với kết cấu đơn giản, giá thành hạ để có thể triển khai áp dụng rộng rãi cho các cơ sở chế biến mật ong ở trong nước là vấn đề cấp thiết.

1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

1.2.1. 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.

1.2.2. 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.

1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Bộ phận cô đặc mật ong kiểu chân không dạng ống phối hợp công nghệ

siêu âm, năng suất 16 kg/mẻ.

- Các thông số kỹ thuật chính của thiết bị cô đặc mật ong: nhiệt độ cô đặc,

kích thước vành dẫn chất lỏng và thời gian phát sóng siêu âm.

- Các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của thiết bị cô đặc: chất lượng mật ong sau khi cô đặc (thành phần hóa học, chỉ tiêu cảm quan, tiêu chuẩn vệ sinh an toàn

thực phẩm), thời gian cô đặc, thời gian kết tinh trở lại của mật ong trong quá

trình tồn trữ và chi phí điện năng riêng.

1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

- Ứng dụng công nghệ cô đặc chân không với nhiệt độ cô đặc thấp nên đã

nâng cao được chất lượng mật ong cả về giá trị dinh dưỡng và giá trị cảm quan.

- Nhờ có lắp vành dẫn chất lỏng với nhiều khe hẹp hình vành khăn đồng

tâm đã phá vỡ hạt các bọt hơi để giải phóng hơi nước, đồng thời cũng làm tăng

diện tích bề mặt bốc hơi và tăng tốc độ chuyển động của các màng dung dịch mật

trên bề mặt của vành dẫn chất lỏng theo hướng từ dưới lên, nhờ đó đã làm tăng

cường độ bốc hơi nước, giảm thời gian cô đặc.

- Do sử dụng công nghệ siêu âm nên đã phá được kết tinh trong mật ong khi

cô đặc, kéo dài được thời gian kết tinh trở lại của dung dịch mật trong quá trình

tồn trữ, đồng thời tăng cường quá trình tạo bọt khí – hơi làm tăng cường độ thoát

ẩm ra khỏi dung dịch mật, góp phần giảm thời gian cô đặc.

1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

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 là 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 trong nước.

PHẦN 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

2.1. ĐẶC ĐIỂM, TÍNH CHẤT VẬT LÝ, THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ

CÔNG DỤNG CỦA MẬT ONG

2.1.1. Đặc điểm của mật ong

2.1.1.1. Các loại mật ong

Mật ong có tên khoa học là mel, là một chất lỏng, sánh, có vị ngọt do ong hút mật của nhiều loại hoa đem về tổ chế biến cô đặc mà thành. Mật ong là một sản phẩm sẵn có ở thiên nhiên, có giá trị dinh dưỡng và giá trị kinh tế cao, được người tiêu dùng trong và ngoài nước ưa chuộng.

Trong quá trình tạo mật, ong mật có khả năng thu mật hoa và các dịch ngọt tiết trên lá, nụ, búp non của các loại cây nguồn mật về tổ để luyện thành mật ong. Sự đa dạng và phong phú của các loại cây nguồn mật đã tạo nên các loại mật ong khác nhau như mật ong hoa vải, mật ong hoa nhãn, mật ong hoa bạch đàn, mật ong hoa rừng (mật bạc hà, cỏ lào, chân chim, ...). Các loại mật ong khác nhau có màu sắc, hương vị đặc trưng riêng như mật hoa bạch đàn có màu nâu đỏ, mùi nếp lên men, mật hoa táo có mùi thơm dịu, màu vàng chanh, mật hoa bạc hà có mùi thơm hắc.

Sản phẩm mật ong

Mật ong đa hoa (90%)

Mật ong đơn hoa (10%)

Cà phê

Nhãn

Các loại khác

Phần lớn mật ong của Việt Nam là mật ong đa hoa (ong hút mật từ nhiều loại hoa khác nhau). Ngoài ra, còn có nhiều loại mật ong đơn hoa khác như mật ong cà phê, nhãn, táo, vải, bạc hà, cao su, điều,… Tuy nhiên, những sản phẩm này chỉ có số lượng nhỏ (Vũ Thục Linh, 2015).

Nguồn: Vũ Thục Linh (2015) Năng suất và chất lượng mật ong phụ thuộc vào nguồn mật hoa và loài ong.

Hình 2.1. Các loại mật ong

Nguồn mật hoa phụ thuộc vào điều kiện của từng vùng lãnh thổ. Ở nước ta,

nguồn mật hoa lớn nhất có ở các tỉnh: Đắk Lắk (cây cà phê, điều, cao su), Đồng

Nai (cà phê, cao su và chôm chôm), Lâm Đồng (cây cà phê), Bình Phước (cây

điều, cao su), Bắc Giang (cây vải), Hưng Yên (cây nhãn),...(Vũ Thục Linh, 2015).

Loài ong cũng là yếu tố có ảnh hưởng lớn đến năng suất và chất lượng mật

ong. Ở Việt Nam thường có 6 loài chính là: ong châu Âu (ong ngoại): Apis

mellifera; ong châu Á (ong nội địa): Apis cerana; ong Khoái (ong gác kèo): Apis

dorsata; ong ruồi đỏ: Apis florea; ong ruồi đen: Apis andreniformis; ong mật đá: Apis laboriosa, trong đó có 2 loài ong được nuôi phổ biến nhất là: ong nội Apis

cerana và ong ngoại Apis mellifera.

Ong nội địa Apis cerana đã được người dân nuôi từ hàng nghìn năm nay,

chủ yếu là nuôi trong các tổ. Trong tự nhiên, chúng phân bố rất rộng rãi. Lượng mật dự trữ từ 10÷15 kg/đàn/năm. Đến nay ở nước ta cũng như một số nước trên

thế giới đã chuyển loài ong này sang nuôi trong thùng có cầu di động, do đó mà

năng suất mật tăng lên đáng kể.

Ong ngoại Apis mellifera có năng suất mật cao và cho nhiều loại sản phẩm.

Loại ong này có đặc tính xây tổ giống như ong Apis cerana, nhưng do kích thước

cơ thể lớn, số quân đông, vì vậy tổ của chúng phải rộng, lỗ tổ to hơn lỗ tổ ong

Apis cerana, lượng mật dự trữ lớn từ 25÷30 kg/đàn/năm và chúng đòi hỏi nguồn

hoa tập trung (EatuHoney, 2022; Thai & Toan, 2018).

2.1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mật ong

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mật ong, trong đó, một số yếu tố

chính ảnh hưởng đến chất lượng mật ong, đó là:

Cây nguồn mật: mỗi loại cây nguồn mật có hương vị và chất lượng đặc

trưng riêng. Một số loại cây nguồn mật có hàm lượng đường cao như mật hoa

vải, hoa nhãn, hoa táo, hoa bạch đàn, hoa chôm chôm,…

Giống ong và cách quản lý đàn ong khai thác mật cũng ảnh hưởng đến chất lượng mật. Nhiều ý kiến cho rằng mật ong nội thơm hơn mật ong ngoại (có thể do men ong tiết ra) nhưng mật ong ngoại đặc hơn mật ong nội do đàn ong ngoại mạnh, khả năng quạt gió tốt. Đàn ong mạnh thì chất lượng mật tốt vì đàn ong

mạnh quạt gió tốt, làm cho tất các lỗ tổ chứa mật đều được vít nắp hoàn toàn. Khi thu mật, chỉ thu ở cầu không nhộng và ấu trùng được giữ nguyên trong đàn nên

mật trong hơn, các chỉ tiêu chất lượng đều cao.

Chất lượng thùng nuôi ong và điều kiện thời tiết có ảnh hưởng rõ đến chất lượng mật. Thùng nuôi ong hở có thể gây khó khăn cho việc điều hoà độ ẩm, nếu

ẩm độ bên ngoài cao, mật sẽ hút nước vào. Cầu cũ, chất lượng kém khi quay mật

sẽ dễ bị vỡ, mật ong thu được bị lẫn nhiều tạp chất.

Bên cạnh các yếu tố trên, dụng cụ thu mật, phương pháp quay mật, bảo

quản và tinh lọc mật cũng ảnh hưởng khá lớn tới chất lượng mật. Máy quay mật,

các dụng cụ chứa mật bằng kim loại (dễ bị ăn mòn) làm cho mật có màu đen. Do

vậy, sau khi lọc mật, nên chứa mật vào can, chai sẫm màu có nút kín. Không nên chứa mật trong các thùng miệng rộng vì mật dễ hút nước, nếu ẩm độ bên ngoài cao,

lượng nước trong mật có thể tăng 1÷2% trong vài ngày (Ngô ĐắcThắng, 1999).

2.1.1.3. Tiêu chuẩn mật ong

Chất lượng mật ong được đánh giá qua các chỉ tiêu chính như tỷ lệ nước,

đường khử (glucose và fructose), đường saccharose, HMF, enzyme, hoạt tính

diastase, axit, màu sắc, hương vị và độ trong của mật. Tuỳ theo mỗi quốc gia và

vùng lãnh thổ, các chỉ tiêu trên được tiêu chuẩn hoá.

Trong bảng 2.1 giới thiệu tiêu chuẩn mật ong của một số nước trên thế giới

và Việt Nam.

Bảng 2.1. Tiêu chuẩn mật ong trên thế giới và Việt Nam (TCVN 12605:2019)

Tiêu chuẩn Việt Nam

Tiêu chuẩn

TT

Chỉ tiêu

FAO/WHO/EU

Mật hoa Mật lá Hỗn tạp

1 Hàm lượng nước (%)

< 20

< 23

< 21

2 Hàm lượng đường khử tự do (%)

> 60

> 45

> 60

3 Hàm lượng đường sucrose (%)

< 5

4 Độ acid tự do (mili đương lượng/kg)

<50

< 50

<50

5 Diastase (Schade)

6 Chất rắn không tan trong nước (%)

< 0,1

7 Tỷ lệ HMF (mg/kg)

<40

Nguồn: FAO (2019); Bộ KH-CN (2019)

2.1.2. Tính chất vật lý và thành phần hoá học

2.1.2.1. Tính chất vật lý

Màu sắc của mật ong phụ thuộc vào nguồn gốc và độ tuổi của sản phẩm. Nhìn chung, màu sắc của mật ong Việt Nam dao động từ màu hổ phách nhạt đến màu hổ phách thường, nhưng phổ biến nhất là mật ong có màu hổ phách nhạt. Thông thường mật ong cao su và keo (là các loại mật được lấy từ loài ong hút mật hoa của cây cao su và cây keo) có màu sắc đậm hơn so với các sản phẩm mật

ong hoa thông thường. Màu sắc của mật ong keo dao động từ màu hổ phách nhạt

cho đến màu hổ phách đậm. Mật ong keo của các tỉnh phía Bắc Việt Nam thường có màu hổ phách nhạt.

Độ ẩm cũng là một trong những yếu tố có ảnh hưởng lớn đối với chất lượng

sản phẩm mật ong Việt Nam (thường dao động từ 2228%) do khí hậu Việt Nam

có độ ẩm cao (Vũ Thục Linh, 2015).

Độ ẩm cân bằng: Ở Việt Nam có độ ẩm cao và sự chênh lệch ẩm giữa các

mùa lớn nên mật ong được bảo quản ở ẩm độ dưới 18% là phù hợp (Vũ Kế

Hoạch & cs., 2010).

Độ ẩm cân bằng cũng là một trong những yếu tố có ảnh lớn đối với chất lượng sản phẩm mật ong. Do mật ong có tính hút ẩm mạnh nên cần lưu ý trong quá trình

chế biến và bảo quản. Theo Bogdanov (2014), mật ong bình thường có ẩm độ nhỏ

hơn 18% sẽ hấp thụ ẩm từ không khí có độ ẩm tương đối trên 60% (Bảng 2.2).

RH không khí (%) Độ ẩm cân bằng (%)

50 15,9

55 16,8

60 18,3

65 20,9

70 24,2

75 28,3

80 33,1

Nguồn: Bogdanov (2014)

Bảng 2.2. Trạng thái cân bằng độ ẩm môi trường và độ ẩm của mật ong

Hàm lượng nước và khả năng lên men của mật ong là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng của mật ong. Lượng nước trung bình

trong mật ong khi thu hoạch có ẩm độ từ 22÷23%, sau khi tách nước có hàm

lượng từ 18÷19% để tránh hiện tượng lên men. Hàm lượng nước cao hơn 20% thường dễ bị lên men, khi bị lên men sẽ sinh ra khí CO2 làm cho mật bị chua, chất lượng mật giảm. Đặc biệt, nếu sử dụng các đồ đựng mật bằng kim loại, mật

có thể bị biến chất, gây ngộ độc cho người sử dụng vì trong mật ong có chứa axit

hữu cơ và đường, dưới tác dụng của men, sẽ sinh ra axit etylenic ăn mòn lớp kim

loại và làm tăng thêm hàm lượng kim loại trong mật ong.

Bảng 2.3. Hàm lượng nước và khả năng lên men của mật ong

Hàm lượng nước

Khả năng lên men

Nhỏ hơn 17,1% 17,7÷18,0% 18,1÷19,0% 19,1÷20,0% Trên 20%

Không lên men Không lên men nếu số lượng nấm men <1000 tế bào/g Không lên men nếu số lượng nấm men <10 tế bào/g Không lên men nếu số lượng nấm men <1 tế bào/g Rất dễ lên men

Nguồn: Chichester (1978); Bogdanov (2014)

Độ nhớt động học: Độ nhớt động học của mật ong phụ thuộc vào nhiệt độ

và hàm lượng nước trong mật ong. Nếu nhiệt độ và hàm lượng nước càng tăng

thì độ nhớt càng giảm và ngược lại (Abu-Jdayil & cs., 2002). Theo Bogdanov

(2014), độ nhớt của mật ong phụ thuộc vào lượng nước có trong mật và nhiệt độ

bảo quản (Bảng 2.4).

Bảng 2.4. Sự phụ thuộc của độ nhớt động học vào lượng nước và nhiệt độ

của mật ong

Nhiệt độ oC

15oC

20oC

25oC

30oC

35oC

Độ ẩm (%)

14,2

>800

540

250

120

15,5

650

250

130

17,1

293

115

18,0

200

Nguồn: Bogdanov (2014)

Khối lượng riêng (tỷ trọng) của mật ong phụ thuộc vào hàm lượng nước và

nhiệt độ, nếu nhiệt độ và hàm lượng nước tăng thì tỷ trọng của mật ong giảm, và

ngược lại (Bảng 2.5).

Bảng 2.5. Sự biến đổi khối lượng riêng của mật ong so với độ ẩm ở 20oC

Độ ẩm (%) Khối lượng riêng (kg/m3) Độ ẩm (%) Khối lượng riêng (kg/m3)

1504,4

1486,5

1501,8

1484,0

1499,2

1481,5

1496,6

1479,0

1494,0

1476,5

1491,5

1474,0

1489,0

Nguồn: Bogdanov (2014)

2.1.2.2. Thành phần hoá học

Thành phần hoá học của mật ong khá phức tạp vì chứa đến 80 các loại chất khác nhau có liên quan đến dinh dưỡng. Thành phần và tỷ lệ các chất hoá học

quan trọng của mật ong được trình bày ở bảng 2.6.

Bảng 2.6. Thành phần hóa học chủ yếu của mật ong

TT

Thành phần hóa học

Tỷ lệ trung bình (%) Biên độ dao động (%)

I

Thành phần chủ yếu %

1 Nước

17,90

13,21 ÷ 26,50

Fructose

39,44

37,07 ÷ 42,65

3 Glucose

28,15

18,20 ÷ 32,10

Sucrose

3,19

0,36 ÷ 16,57

5 Đường khác

8,5

0,1 ÷ 16,0

II Thành phần phụ %

1 Khoáng chất

0,36

0,11 ÷ 0,72

2 Nitrogen (protein)

1,13

0,22 ÷ 2,93

3 Acid tổng số

0,17 ÷ 1,17

4 Vitamins, Enzyme

< 0,1%

5 Hợp chất phenolic

0,1

0,02÷2

Nguồn: Alvarez-Suarez (2017)

Đường là thành phần chính của mật ong, trong đó glucose và fructose

chiếm tới 80÷95% tổng lượng đường của mật ong. Đường sucrose chiếm khoảng

1÷5%, còn lại là các đường khác như: maltose, isomaltose, melezitose, erlose.

Mật ong chứa nhiều glucose hoặc melezitose thì nhanh bị kết tinh ngay trong các

lỗ tổ. Mật ong chứa nhiều đường fructose thì thường không bị kết tinh hoặc ít bị

kết tinh. Thành phần đường trong mật ong là một trong những chỉ tiêu để đánh

giá chất lượng của mật ong (Fuente & cs., 2011; D’Arcy, 2007).

Tỷ lệ đường glucose và fructose trong mật ong Việt Nam rất đa dạng, tùy

thuộc vào loại mật. Thông thường, tỷ lệ này lớn hơn 1,1 với hàm lượng glucose

và fructose chiếm từ 65-70% tổng lượng đường trong mật. Các loại mật ong đơn

hoa, đặc biệt là mật ong bạc hà và mật ong nhãn được đánh giá là những loại mật

ong tốt nhất nhờ vào mùi hương của chúng. Mật ong bạc hà có nguồn gốc từ Hà Giang (phía Bắc Việt Nam). Ngoài mật ong bạc hà, không có số liệu cụ thể nào nói về tính vật lý và hóa học của các loại mật ong đơn hoa của Việt Nam, ngay cả

đối với sản phẩm mật ong nhãn (Vũ Thục Linh, 2015).

Chỉ số axit: Trong quá trình luyện mật, ong tiết ra một số axit hữu cơ có tác dụng làm cho các loại đường khử trong mật ong không bị lên men, làm tăng tính sát khuẩn của mật. Nhưng nếu quay mật non (mật chưa vít nắp) và bảo quản

không tốt, mật ong sẽ bị lên men, sinh ra nhiều axit tự do, làm mật biến chất.

Hàm lượng enzyme diastase: trong mật ong có chứa một lượng enzyme invertase, hàm lượng enzyme invertase là một chỉ số cần thiết trong việc đánh giá tiêu chuẩn chất lượng mật ong. Tuy nhiên, do khó phân tích enzyme invertase nên người ta đã dùng chỉ số enzyme diastase tỉ lệ thuận với enzyme invertase. Chỉ số enzyme diastase đánh giá độ chín của mật ong. Mật ong có chỉ số diastase cao khi đàn ong mạnh và có thời gian luyện mật thích hợp. Vào vụ rộ hoa, đặc biệt là vụ hoa vải và vụ hoa nhãn, ong đi lấy mật về nhiều, không có thời gian luyện mật mà đổ ngay vào đầy lỗ tổ. Do vậy, lúc này ta thu được mật hoa đang trong giai đoạn chuyển hoá thành mật ong chứ chưa phải là mật ong. Mặt khác, thường thì vào những vụ ít hoa, ong luyện mật kỹ hơn nên chất lượng mật cũng tốt hơn.

Hàm lượng HMF là sản phẩm phân hủy của đường fructose (Ajlouni & Sujirapinyokul, 2010). Trên thế giới, hàm lượng HMF được sử dụng như là một tiêu chuẩn để đánh giá độ tươi của mật ong. Tiêu chuẩn EU qui định lượng HMF tối đa là 40 mg/kg dung dịch mật ong, mật ong từ vùng nhiệt đới và những hỗn hợp với chúng thì không quá 80 mg/kg mật. Tổ chức những người nuôi ong của vài nước như Đức, Ý, Phần Lan công bố không vượt mức 15 mg/kg mật cho những nhãn hiệu mật ong chất lượng. Hàm lượng HMF phụ thuộc nhiệt độ, khi nhiệt độ vượt quá 50oC sẽ làm hàm lượng HMF tăng cao (Tosi &cs., 2004; Tosi &cs., 2002; Nguyễn Hay & cs., 2012). Vì vậy, cần khống chế nhiệt độ cô đặc an toàn < 50oC (Dimins & cs., 2013). Nhiệt độ tăng tác động đến quá trình hình thành và gia tăng hàm lượng HMF có trong mật ong. Khi khoảng nhiệt độ từ 45÷50oC thì HMF bắt đầu tăng nhưng rất ít. Khi nhiệt độ trên 51oC thì HMF tăng rất nhanh. Do vậy, nhiệt độ để chế biến mật ong không vượt quá 51oC (Dimins & cs., 2013).

Nguồn: Dimins & cs. (2013)

Hình 2.2. Đồ thị biểu diễn hàm số HMF theo nhiệt độ của mật ong

2.1.3. Công dụng của mật ong

Mật ong và các sản phẩm từ mật ong khá đa dạng và có giá trị cao, được sử dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày. Mật ong có mặt trong các sản phẩm thô

cho tới các sản phẩm tinh tế, được sử dụng trong sản xuất thực phẩm, dược phẩm

và mỹ phẩm đáp ứng nhu cầu sức khỏe cho con người.

2.1.3.1. Trong công nghiệp sản xuất thực phẩm

Mật ong chứa nhiều chất bổ dưỡng như axít amin, protein, vitamin, khoáng

chất, các đường hấp thu nhanh (Fructose, Glucose) và sự đa dạng các enzyme

làm kích thích hệ tiêu hóa nên tác dụng bồi bổ, chống mệt mỏi, tăng cường sức

khỏe. Trong công nghiệp sản xuất thực phẩm, mật ong và các sản phẩm từ mật

ong được chế biến như mật ong nguyên chất, nước màu, các sản phẩm phối hợp

với mật ong (đông trùng hạ thảo, sâm, tỏi, gừng, chanh đào ngâm mật ong).

2.1.3.2. Trong công nghiệp sản xuất dược phẩm

Mật ong được dùng để chế biến các loại thuốc: làm lành vết thương, chữa

mất ngủ, giảm các triệu chứng ho khan, ho đờm, chữa ung thư thận, phổi và giúp

an thần. Ngoài ra, mật ong còn được sử dụng để điều trị các bệnh về đường tiêu

hóa như tiêu chảy, khó tiêu, viêm dạ dày, viêm đại tràng (Ristic, 2021; Đỗ Văn

Hiếu, 2021).

2.1.3.3. Trong công nghiệp sản xuất mỹ phẩm

Mật ong được sử dụng để trị mụn trứng cá, làm mờ vết thâm, dưỡng ẩm và

làm trắng da, tẩy tế bào chết trên da, làm sạch lỗ chân lông, làm dầu xả tóc và

chăm sóc tóc bóng mượt,...

Nhờ công dụng và lợi ích của việc sử dụng mật ong đã làm cho nhu cầu sử

dụng mật ong ngày càng tăng cao trên toàn thế giới.

2.2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ MẬT ONG

2.2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ mật ong trên thế giới

Tính đến năm 2019, có khoảng 90 triệu tổ ong trên thế giới, tăng khoảng 80

triệu đàn ong so với năm 2010. Sản lượng mật ong sản xuất toàn cầu đạt đỉnh vào năm 2015 vào khoảng 1,87 triệu tấn và từ đó giảm xuống còn khoảng 1,85 triệu

tấn vào năm 2020.

Thị trường tiêu thụ mật ong toàn cầu khoảng 8 tỷ đô la Mỹ vào năm 2020 (Shahbandeh, 2021). Ấn Độ là quốc gia có số lượng đàn ong cao nhất (khoảng 12

triệu đàn), tiếp theo là Trung Quốc và Thổ Nhĩ Kỳ. Tuy Trung Quốc có số lượng

đàn ong ít hơn nhưng vượt xa Ấn Độ về sản lượng (khoảng 444.000 tấn mật ong trong cùng năm đó), chiếm khoảng 30% khối lượng thị trường mật ong toàn

cầu. Nếu so sánh, Mỹ chỉ có khoảng 2,8 triệu đàn ong, nhưng có sản lượng mật

ong đứng hàng đầu trên thế giới và cũng là nước nhập khẩu mật ong lớn (thu mua khoảng 441 triệu USD mật ong) từ các nước khác vào năm 2020

(Shahbandeh, 2021).

Thị trường tiêu thụ mật ong tự nhiên toàn cầu được phân khúc theo Địa lý

(Bắc Mỹ, Châu Âu, Nam Mỹ, Châu Á Thái Bình Dương, Trung Đông và Châu

Phi). Dự báo thị trường mật ong tự nhiên toàn cầu được sẽ đạt tốc độ tăng trưởng

(CAGR) là 5,4% trong giai đoạn từ năm 20212026. Trong khi Ấn Độ, Trung

Quốc và Thổ Nhĩ Kỳ là những nước sản xuất mật ong lớn thì Đức và Nhật Bản là

những nước nhập khẩu mật ong lớn nhất.

Với nhu cầu ngày càng tăng từ người tiêu dùng và lợi ích sức khỏe cao, thị

trường tiêu thụ mật ong dự kiến sẽ tăng trưởng trong giai đoạn tới bắt đầu từ năm

2022 (Intelligence, 2022).

2.2.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ mật ong ở trong nước

Theo Hội nuôi ong Việt Nam, ước tính nước ta hiện có trên 1,7 triệu đàn

ong. Số người nuôi ong khoảng 35 nghìn người và có khoảng trên 30 doanh

nghiệp xuất khẩu mật ong (Uyên-Hương, 2022).

Nhìn chung, các nhà nuôi ong và đàn ong nằm rải rác khắp cả nước, nhưng tập

trung chủ yếu ở Đắc Lắc, Đồng Nai, Gia Lai, Lâm Đồng, Bình Phước, Bắc Giang,

Hưng Yên,... Quy mô của các trang trại ong ở phía Bắc nhỏ hơn nhiều so với khu

vực miền Nam. Tuy nhiên, người nuôi ong có thể di chuyển đàn ong từ vùng này

sang vùng khác tùy vào nguồn mật hoa.

Hiện tại, tỉnh Đắk Lắk là địa phương có sản lượng mật ong và xuất khẩu lớn nhất cả nước (thương hiệu Dak Honey). Điều kiện tự nhiên của Đắk Lắk có nhiều thuận lợi cho phát triển ngành chăn nuôi ong mật. Đắk Lắk không chỉ có diện

tích rừng tự nhiên lớn nhất nước mà còn có hàng trăm ngàn ha cà phê, cao su, điều,... Đây là nguồn thức ăn dồi dào, ổn định theo mùa để phát triển ngành chăn nuôi ong với năng suất và chất lượng cao trên cơ sở các nguồn thức ăn thiên

nhiên. Quy mô đàn ong ở Đắk Lắk lên đến gần 300.000 đàn. Sản lượng bình

quân hàng năm lên đến 10.000 tấn mật ong (Quang-Huy, 2017).

Đồng Nai cũng là một trong những địa phương có nghề nuôi ong phát triển

sau Đắk Lắk, với quy mô trên 200.000 đàn ong. Sản lượng bình quân hàng năm

lên đến 6.000 tấn mật ong (Vũ Thục Linh, 2015).

Ngoài ra còn một số địa phương khác nuôi ong như: Gia Lai, Bình Phước,

vùng Tây Nam Bộ, Bắc Giang, Hưng Yên,... với quy mô đàn ong nhỏ hơn.

Do nhu cầu tiêu thụ và giá trị xuất khẩu mật ong trên thế giới tăng cao nên

trong những năm qua, Chính phủ đã ưu tiên nhiều cơ chế, chính sách để thực

hiện tái cơ cấu nông nghiệp, trong đó có chủ trương, chính sách phát triển nuôi

ong đối với cây trồng gắn ứng dụng khoa học công nghệ để nâng cao chất lượng

sản phẩm ong mật theo định hướng tái cơ cấu ngành nông nghiệp, nhằm nâng cao

giá trị sản phẩm, tăng thu nhập cho người sản xuất.

Hiện nay,Việt Nam nằm trong số 6 nước xuất khẩu mật ong hàng đầu trên

thế giới và sản phẩm mật ong của Việt nam được xuất khẩu sang 12 quốc gia và

lãnh thổ, trong đó 95% xuất khẩu sang Mỹ, 5% xuất khẩu sang EU và một số

nước khác (Chu Khôi, 2021).

Theo số liệu Thống kê thương mại Quốc tế hàng năm (HSO2), sản lượng và

kim ngạch xuất khẩu mật ong ở nước ta không ngừng tăng lên. Năm 2017 sản

lượng là 14,21 nghìn tấn, kim ngạch xuất khẩu là 63,274USD. Năm 2018 sản

lượng là 14,77 nghìn tấn, kim ngạch xuất khẩu là 65,783 triệu USD. Năm 2020

sản lượng là 21,5 nghìn tấn, kim ngạch xuất khẩu là 70,66 triệu USD và 9 tháng

đầu năm 2021 kim ngạch xuất khẩu là 83 triệu USD (UN Comtrade, 2021;

WITS, 2019; Tridge, 2020; Chu Khôi, 2021).

Như vậy ngành nuôi ong mật là ngành có hiệu quả kinh tế cao và có tiềm

năng phát triển, đóng góp nguồn ngoại tệ lớn cho ngân sách quốc gia, đồng thời

nâng cao mức thu nhập và ổn định công ăn việc làm cho người nuôi ong.

2.3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN MẬT ONG

2.3.1. Quy trình công nghệ chế biến mật ong trên thế giới

Đối với các nước có độ ẩm không khí thấp, mật ong khi khai thác sẽ có hàm lượng nước thấp hơn những nước có độ ẩm không khí cao nhất là vùng nhiệt đới. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất mật ong ở những vùng có có độ ẩm không

khí thấp trên hình 2.3 (Baglio, 2018).

Chiết xuất ban đầu

Hút ẩm

Hóa lỏng và phối trộn

Xử lý nhiệt

Thanh trùng

Đóng gói và bảo quản

Nguồn: Baglio (2018)

Hình 2.3. Quy trình chế biến mật ong thương mại (Ấn Độ)

Quy trình công nghệ sản xuất gồm có các khâu chính như sau:

Chiết xuất ban đầu

Sau khi thu hoạch ban đầu các bánh tổ được đưa vào máy quay ly tâm để chiết xuất mật ra khỏi bánh tổ. Hoạt động phải được thực hiện trong các phòng đặc biệt, có khả năng sưởi ấm. Việc chiết xuất phải được thực hiện ở mức độ tinh sạch với mục đích loại bỏ sáp các hạt và bọt khí trộn lẫn với mật ong trong quá trình khai thác. Sau đó mật được gạn và lọc.

Đối với mật ong có tỷ lệ nước cao, ảnh hưởng đến quá trình bảo quản, do đó,

cần thực hiện bước khử ẩm và giá trị độ ẩm tương đối từ 1818,5%.

Nhiệt độ phòng sẽ được duy trì ổn định nhiệt ở nhiệt độ không đổi. Nhiệt độ

phải từ 3235°C. Quá trình xử lý nên được kéo dài trong khoảng thời gian 1236 giờ tùy thuộc vào độ ẩm bên trong.

Hóa lỏng và phối trộn

Trạng thái vật lý của mật ong chiết xuất thường có thể yêu cầu một bước hóa lỏng, tùy thuộc vào độ đông đặc hoặc độ dính. Tuy nhiên, do khả năng ổn định nhiệt thấp của một số thành phần mật ong (enzyme, vitamin,...) và các biến đổi có thể có hại và không thể phục hồi sau khi đun nóng, quá trình hóa lỏng phải diễn ra ở nhiệt độ không quá 40oC trong thời gian ngắn nhất.

Về hóa học một lượng phân tử nước sẽ bay hơi, đồng thời làm giảm enzyme

trong mật.

Mật ong cung cấp thường khác nhau, cần phải tiến hành một bước phối trộn để thu được sản phẩm cuối cùng đồng nhất (các thông số là màu sắc, kết cấu và độ ẩm). Bước trộn được thực hiện trong các thùng chứa mật sau khi gia nhiệt. Một trục quay được đặt ở tâm của thùng chứa: trục chính và các cánh xoắn đặt ở các độ cao khác nhau để dung dịch trộn đều.

Xử lý nhiệt

Phương pháp xử lý gia nhiệt có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến các tính năng cơ bản của mật ong theo quan điểm cảm quan. Đun nóng mật ong dẫn đến chuyển sang màu nâu dần dần và sự mất đi các chất dễ bay hơi đặc trưng cho mùi thơm, thay đổi cấu trúc tinh thể, tăng lượng đường tổng số và đồng thời giảm lượng đường đơn, tăng tổng độ axit, tích hoạt một phần các enzyme, tăng lượng (HMF).

Các dụng cụ chế biến và gia nhiệt để sản xuất mật ong là máy lạnh truyền thống (điều chỉnh nhiệt độ phù hợp) và các phòng nóng (có lưu thông không khí cưỡng bức bằng bộ điều chỉnh nhiệt). Ngoài ra, có thể sử dụng các bồn có lớp áo nước bên ngoài để lưu thông nước nóng liên tục và máy khuấy trung tâm.

Thanh trùng

Quá trình thanh trùng là một quá trình làm nóng, các hạt tinh thể nhỏ chẳng hạn như phấn hoa, bụi,… sẽ tự kết tụ xung quanh các bọt khí cực nhỏ và các tinh thể nhỏ đóng vai trò là hạt nhân kết tụ. Quá trình này có thể giúp mật ong kết tinh.

Thông thường, nhiệt độ phải được tăng nhanh lên đến 72oC, nhiệt độ này

được duy trì trong khoảng 120s, sau đó cần làm lạnh nhanh dung dịch mật ong

Đóng gói và bảo quản

Đối với cơ sở sản xuất có sản lượng mật ong vừa hoặc lớn, có thể sử dụng thiết bị bơm định lượng và dán nhãn tự động vào các lọ để đóng gói và bảo quản (Baglio, 2018).

2.3.2. Quy trình công nghệ chế biến mật ong ở Việt Nam

Hình 2.4 là sơ đồ qui trình công nghệ chế biến mật ong ở Việt Nam được

tổng hợp từ nhiều cơ sở sản xuất khác nhau. Mỗi cơ sở có qui trình công nghệ chế biến mật ong riêng tùy thuộc vào qui mô sản xuất, chất lượng sản phẩm và

nguồn nguyên liệu. Vì vậy để đảm bảo chất lượng mật ong xuất khẩu sơ đồ qui trình công nghệ chung cho các cơ sở chế biến mật ong trong nước được thể hiện

trên hình 2.4.

Thu hoạch mật ong

Lọc thô

Khuấy trộn

Lắng

Lọc tinh

Cô đặc mật ong

Đóng gói và bảo quản

Nguồn: Matilak (2020)

Hình 2.4. Sơ đồ quy trình sản xuất mật ong ở Việt Nam

Quy trình công nghệ gồm có các khâu chính như sau:

Thu hoạch mật ong: Việc khai thác mật ong phụ thuộc vào địa điểm và thay thế đàn ong. Đối với đàn ong mạnh có lượng ong lớn, ong phủ đầy cầu thì số lượng ong thợ đi làm việc ngoài trời nhiều hơn dẫn đến năng suất cao hơn. Việc khai thác mật được tiến hành khi có 2/3 lỗ tổ trên cầu đã được vít nắp hoàn toàn có như vậy hàm lượng nước trong mật ong thấp và chất lượng mật mới được đảm bảo. Khi khai thác cần phải tiến hành vào buổi sáng để mật đặc hơn vì không lẫn mật hoa mới lấy về trong ngày. Dùng máy quay mật loại ly tâm để ấu trùng không bị văng ra. Trước khi quay phải rũ hết ong bám trên bánh tổ rồi dùng dao cắt vít nắp bằng cách đưa dao từ dưới lên để không làm vỡ bánh tổ. Đặt các cầu đã cắt nắp vào trong thùng quay và quay đều tay với tốc độ tăng dần để mật văng ra khỏi tay quay, sau đó trả các cầu đã quay mật xong trở lại đàn cũ để ong tiếp tục nuôi dưỡng ấu trùng và tiếp tục trữ mật.

Lọc thô mật: Mật ong mới quay ly tâm xong thường lẫn nhiều tạp chất như: ấu trùng, xác ong, cát bụi và các mẫu sáp ong,… Cần phải tiến hành lọc mật để mật được sạch và không bị hỏng. Ở các cơ sở nuôi ong, mật ong vừa ly tâm xong cho chảy qua lưới có kích thước lỗ lưới từ 1,0÷1,5 mm. Với mặt lưới nhỏ thì lưới được thiết kế theo hình bán cầu để tăng diện tích hữu ích, để mật chảy nhanh.

Khuấy trộn: Do mật ong từ nhiều nguồn khác nhau nên sau khi lọc thô ta cho vào bồn trộn để tiến hành hoà trộn mật ong lại với nhau. Khuấy trộn mật ong nhằm làm đồng nhất mật. Bồn trộn gồm có một bồn đứng có thể tích khoảng 16÷20 ngàn lít, bên trong có cánh khuấy, cánh khuấy quay với tốc độ 50÷70 vòng/phút.

Lắng: Lắng nhằm mục đích làm cho mật trong hơn, giảm bớt bọt và loại đi các chất có khối lượng riêng lớn hơn hay nhỏ hơn mật. Các tạp chất như: cát, đất,... có khối lượng riêng lớn hơn sẽ chìm xuống đáy bồn (hay còn gọi là cặn), sau một thời gian lớp cặn này càng nhiều ta tiến hành rửa bồn lắng để loại bỏ chúng, tạp chất như: phấn hoa, râu ong, chân ong,... nhẹ hơn sẽ nổi lên phía trên. Sau khi khuấy trộn, mật ong được bơm lên chứa trong bồn (16.000÷20.000lít), để lắng trong vòng 3÷5 ngày có thể loại đi các tạp chất nặng.

Lọc tinh: Nhằm loại bỏ các tạp chất có kích thước rất nhỏ như: sáp, phấn hoa, côn trùng,... Mật ong sau khi qua lọc tinh có thể lọc các tạp chất rắn có kích thước từ 0,5÷1,0 mm. Sau khi lọc các hạt tạp chất rắn còn lại trong mật có kích thước từ vài trăm đến vài micromet. Hiện nay có nhiều thiết bị lọc như: lưới lọc, khay lọc, máy lọc ép, lọc theo phương pháp hút chân không. Sau khi lọc tinh vẫn còn một số tạp chất rất nhỏ li ti, thường là phấn hoa. Các tạp chất này đối với thị trường châu Âu thì chấp nhận, còn thị trường Mỹ thì không được.

Cô đặc mật ong: Thông thường mật ong được khai thác từ các trại có hàm lượng nước lớn hơn 20%, điều kiện bảo quản mật rất khó khăn, sau nhiều tháng bảo quản mật ong sẽ bị lên men và bị chua. Thể hiện trên miệng chai có nhiều bọt, màu mật trở nên sẫm, nếm có vị chua, nếu để quá lâu còn có vị cay (HMF cao) là mật đã hỏng. Một số mật thu hoạch sau vài tháng sẽ chuyển sang dạng tinh thể gọi là mật kết tinh vì trong mật có tỷ lệ đường glucose cao. Để duy trì chất lượng sản phẩm một trong những giải pháp được sử dụng là phương pháp lọc phiến để tách nước trong mật ra. Giải pháp này có ưu điểm là chất lượng mật không thay đổi đảm bảo đạt tiêu chuẩn xuất khẩu với hàm lượng nước <18,5%. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là tốc độ lọc thấp, thời gian lọc kéo dài. Vì vậy, hiện nay người ta thường dùng thiết bị hạ thuỷ phần hay thiết bị cô đặc.

Đóng gói và bảo quản mật ong: Sau khi giảm thủy phần đến tiêu chuẩn, tại các Công ty, mật được cho vào các thùng phi lớn (200 lít) để xuất khẩu hay các hũ nhỏ hay chai nhỏ (250ml, 500ml,...) để tiêu dùng nội địa. Mật ong là một loại thực phẩm cao cấp do vậy việc bảo quản tại các trại nuôi ong rất khó khăn trong điều kiện nhiệt độ trung bình hằng năm ở nước ta rất cao làm ảnh hưởng đến chất

lượng mật ong. Vì thế, người nuôi ong không nên trữ mật quá lâu tại kho mà phải bán ngay để thu hồi vốn. Mật đã được lọc chứa trong thùng đựng thực phẩm, bồn inox và phải có nắp đậy để tránh việc hút ẩm từ không khí. Các dụng cụ trữ mật phải được đặt ở nơi thoáng mát (nếu bảo quản lâu phải bảo quản ở nhiệt độ dưới 10oC). Mật ong đạt tiêu chuẩn có màu sắc và hương vị đặc trưng.

2.4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

MẬT ONG

Cô đặc sản phẩm là quá trình loại dung môi ra khỏi dung dịch để thu lại chất hòa tan không bay hơi có nồng độ cao hơn. Đối với sản phẩm thực phẩm lỏng, dung môi chủ yếu là nước, vì vậy để loại bỏ nước, người ta có thể dùng phương pháp làm cho nước kết tinh (cô đặc đông lạnh tương tự như sấy thăng hoa) hoặc làm cho nước bốc hơi bằng cách đun sôi.

2.4.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị cô đặc mật ong trên thế giới

2.4.1.1. Thiết bị cô đặc mật ong chân không kiểu phun

1- Động cơ; 2- Thùng thành phẩm; 3- Bảng điều khiển; 4- Thùng gia nhiệt; 5- Động cơ quạt không khí

nóng; 6- Buồng cô đặc; 7- Bộ phận khuấy; 8- Bơm chân không; 9- Bơm mật ong.

- Thiết bị cô đặc mật ong chân không kiểu phun dung dịch mật do Ấn Độ sản xuất (hình 2.5). Mật ong được bơm vào ống xoắn làm bằng đồng, đi qua bể chứa nước nóng (52÷60oC), mật sẽ được làm nóng lên 40÷45oC và được phun vào buồng cô đặc chân không, khi đó nước trong dung dịch mật sẽ bốc hơi nhanh và được bơm chân không hút qua dàn lạnh, ngưng tụ lại thành dạng lỏng và được thải ra ngoài. Công nghệ này có thể giảm được 1,1÷1,8% nước trong mật ong sau mỗi lần tuần hoàn. Vì vậy, để giảm độ ẩm trong mật ong xuống mức đạt yêu cầu cần phải thực hiện tuần hoàn qua nhiều lần.

Hình 2.5. Thiết bị cô đặc chân không trong dây chuyền chế biến

Nguồn: Indiamart (2022)

mật ong

Ưu điểm: thời gian cô đặc ngắn do dung dịch mật được phun thành dạng

sương mù làm tăng diện tích tiếp xúc giữa bề mặt vật liệu với tác nhân sấy, nhiệt độ cô đặc thấp nên hàm lượng HMF không bị tăng cao, hoạt độ của Diastase ít bị ảnh

hưởng, mật ong thương phẩm thường có màu sáng trong và chậm kết tinh hơn trong

thời gian tồn trữ so với các loại mật khi cô đặc không áp dụng công nghệ này.

Nhược điểm: giá thành thiết bị cao, tiêu thụ năng lượng lớn, vận hành phức tạp.

2.4.1.2. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không dạng ống

Thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không dạng ống do Trung Quốc sản xuất

1- Buồng cô đặc; 2- Thùng chứa thành phẩm; 3- Bộ phận ngưng tụ hơi thứ; 4- Ống dẫn hơi thứ; 5- Ống xả; 6- Cửa vào nguyên liệu; 7- Đường dẫn hơi đốt; 8- Cửa ra nước ngưng; 9- Ống tuần hoàn;

10- Van hồi lưu; 11- Đầu dò độ Baume; 12- Van xả mật; 13- Bơm mật; 14- Đồng hồ lưu lượng;

15- Áp kế; 16- Nhiệt kế, 17- Hơi thứ; 18- Cửa ra hơi thứ; 19- Cửa thoát khí không ngưng tụ; 20- Cửa cấp nước lạnh; 21- Ống dẫn nước ngưng; 22- Thùng chứa nước ngưng;

23- Kính quan sát; 24- Buồng bay hơi; 25- Buồng gia nhiệt; 26- ống đun sôi.

(hình 2.6).

Nguồn: Xingwu & Liyu (2014)

Hình 2.6. Thiết bị cô đặc chân không dạng ống

Mật ong được đưa vào buồng cô đặc 1 qua cửa nạp liệu 6 và được đun nóng

trong buồng gia nhiệt 25. Trong buồng gia nhiệt 25 có chùm ống nhỏ được đặt

thẳng đứng dùng để đun nóng dung dịch mật ong trong ống đến nhiệt độ sôi (còn

gọi ống đun sôi). Các ống này được gia nhiệt bởi hơi đốt bên ngoài qua cửa dẫn

hơi đốt 7. Khi dung dịch mật ong đạt nhiệt độ sôi, hơi thứ được tạo thành đi về

bộ phận ngưng tụ hơi thứ 3 (baromet). Ở đây hơi thứ sẽ ngưng tụ, trộn lẫn với

nước do đường nước ngưng 20 chuyển đến về thùng nước ngưng 22, không khí

và các khí không ngưng thoát ra ngoài qua cửa 19. Khi dung dịch được cô đặc

đến nồng độ cần thiết, được bơm 13 bơm về thùng thành phẩm 2 (Xingwu &

Liyu, 2014).

Ưu điểm của thiết bị cô đặc này là tốc độ chuyển động tuần hoàn của dung

dịch trong ống đun sôi cao do ống có tiết diện nhỏ, nhờ đó khả năng bốc hơi lớn, thời gian cô đặc nhanh, hệ số truyền nhiệt từ hơi đốt cho dung dịch lớn nên hiệu

quả truyền nhiệt cao do tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt của các ống lớn.

Nhược điểm: khó làm sạch bề mặt trong của các ống đun sôi.

2.4.1.3. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng đĩa

Thiết bị cô đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng đĩa Normit do Slovakia chế tạo (hình 2.7). Cấu tạo thiết bị cô đặc mật ong với bộ phận làm việc là các đĩa, máy khuấy xoắn ốc hoặc phiến, bộ phận ngưng tụ, nhiệt kế điện tử đo độ ẩm, khi các đĩa quay mật ong bám vào và không khí nóng thổi qua các đĩa làm giảm lượng nước trong mật, máy cô đặc này chỉ phù hợp với quy mô sản xuất mật ong nhỏ. Nguyên tắc hoạt động dựa trên nguyên lý ngưng tụ ẩm. Không khí khô, nóng hấp thụ ẩm bay hơi từ mật ong, sau khi ra khỏi buồng cô đặc, qua dàn lạnh của bơm nhiệt được ngưng tụ thành dạng lỏng, khô và lạnh được đi qua dàn nóng nhận nhiệt trở thành không khí khô, nóng thành vòng tuần hoàn kín. Các đĩa quay đưa mật lên để tăng diện tiếp xúc giữa mật ong với không khí khô, nóng nhằm làm tăng khả năng bốc hơi. Mật ong được cô đặc ở nhiệt độ 40oC, làm giảm độ ẩm của mật ong khoảng 6% trong một chu kỳ 24 giờ. Máy có năng suất từ 50÷100 kg/mẻ (Normit, 2022).

a) Hình ảnh thiết bị

b) Sơ đồ nguyên lý cấu tạo

1- Khung máy; 2- Động cơ bơm; 3- Ống tuần hoàn mật ong; 4- Piston côngxôn; 5- Đĩa quay mật; 6- Nắp che; 7- Bộ phận điều khiển.

Ưu điểm: máy vận hành đơn giản, không đòi hỏi chuyên môn cao. Nhược điểm: Thời gian cô đặc dài và năng suất thấp, phù hợp với hộ gia đình.

Nguồn: Normit (2022)

Hình 2.7. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng đĩa

2.4.1.4. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng cánh quay

Thiết bị cô đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng cánh quay trên hình 2.8. Thiết bị có dạng ly tâm, thẳng đứng, sự bay hơi nước trong mật ong do tiếp xúc trực tiếp của luồng không khí khô với mật ong, mật ong được bơm lên từ hệ thống phun với vòi phun 4, bộ phận trộn 3. Thiết bị này gồm hai phần chính: hệ thống làm bay hơi nước trong mật ong và hệ thống làm khô không khí. Dòng không khí lưu thông trong một mạch kín giữa bể mật ong và hệ thống làm khô không khí. Luồng không khí được thổi cưỡng bức bằng quạt, làm khô không khí được thực hiện bằng một thiết bị làm khô 2. Một bể cách nhiệt chứa mật ong được trang bị một bộ phận trộn và thiết bị gia nhiệt với công suất điều chỉnh. Bể được trang bị hệ thống bơm mật 6 chạy bằng động cơ 7, dùng để bơm mật cho vòi phun 4 nằm ở phần trên cùng của bể. Bộ phận trộn được quay nhờ động cơ điện 5 để tăng diện tích tiếp xúc giữa không khí và mật. Nước ngưng được đưa ra ngoài qua cửa xả 14 (Malec & cs., 2020).

Ưu điểm của phương pháp này là dùng nhiệt độ cô đặc thấp nên hàm lượng

HMF không bị tăng cao, các chỉ tiêu về chất lượng mật ong đảm bảo.

a) Hình ảnh thiết bị

b) Sơ đồ nguyên lý cấu tạo

1- Bể chứa mật; 2- Hệ thống làm khô khí; 3- Bộ phận trộn mật; 4-Vòi phun mật ong; 5- Động cơ trộn;

6- Bộ phận bơm mật ong; 7- Động cơ bơm; 8- Ống bơm; 9- Ống phân phối; 10- Ống đầu ra; 11- Ống đầu vào; 12- Hộp điều khiển; 13- Van ngắt; 14- Ống xả nước ngưng; 15- Bộ phận gia nhiệt; 16- Tấm lỗ;

17- Cân điện tử.

Nhược điểm: thời gian cô đặc dài.

Nguồn: Malec & cs. (2020)

Hình 2.8. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng cánh quay

2.4.1.5. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu dòng chảy

Thiết bị cô đặc mật ong kiểu dòng chảy do khoa Cơ khí Đại học Nông

nghiệp Puhana, Ấn Độ. Cấu tạo thiết bị gồm có hệ thống làm nóng mật ong, hệ thống tuần hoàn mật ong, buồng cô đặc. Các chi tiết thể hiện ở sơ đồ (hình 2.9) (Gill & cs., 2015).

a) Hình ảnh thiết bị b) Sơ đồ nguyên lý cấu tạo

1- Bơm nước; 2- Hộp chứa mật ong; 3- Nước nóng; 4- Van; 5- Bơm mật ong; 6- Van xả; 7- Đường ống

bơm mật; 8- Đường vào không khí bên ngoài; 9- Thiết bị sấy; 10- Quạt gió; 11- Đường vào không khí nóng; 12- Lười thép; 13- Máng đục lỗ; 14- Buồng cô đặc; 15- 11- Đường ra không khí; 16- Dòng mật;

17- Lớp áo nước; 18- Lớp cách nhiệt; 19- Đường ống xả nước; 20- Thùng nước nóng; 21- Điện trở nhiệt.

Mật ong được đưa vào thùng chứa bên dưới và được gia nhiệt bằng nước nóng xung quanh thùng chứa bởi lớp áo nước đến nhiệt độ theo yêu cầu công nghệ cô đặc. Khi đạt được nhiệt độ yêu cầu, mật ong được bơm lên máng đục lỗ ở phía trên để mật ong chảy thành dòng vào buồng bay hơi ẩm. Đồng thời, không khí được làm nóng đến nhiệt độ yêu cầu (3040oC) được thổi qua các dòng mật ong để loại bỏ độ ẩm, với lưu lượng không khí nóng 1,98 m3/phút. Trong quá trình cô đặc, do độ nhớt mật ong tăng lên nên tốc độ dòng chảy giảm, vì vậy trong hệ thống có lắp bộ phận điều chỉnh lưu lượng dòng chảy cho phù hợp. Sau đó, mật ong chảy vào trong thùng chứa và được tái tuần hoàn nhờ bơm mật. Để nhiệt độ trong lớp áo nước được duy trì cố định, bên ngoài có hệ thống bơm và bể nước nóng có nhiệt độ điều chỉnh theo yêu cầu (4045oC) luôn luân chuyển trong lớp áo nước.

Nguồn: Gill & cs. (2015)

Hình 2.9. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu dòng chảy

Kết quả thí nghiệm với 20kg mật ong có độ ẩm đầu 25,2% được cô đặc đến độ ẩm 16,4%, ứng với nhiệt độ không khí nóng là 40oC và nhiệt độ nước nóng là 45oC đã xác định được lượng nước bốc hơi trong một giờ: 197g/h, thời gian cô đặc một mẻ 10,71h, tổng điện năng chi phí điện năng cho một mẻ cô đặc 17kWh/mẻ; chi phí điện năng riêng cho 1 kg sản phẩm cô đặc là 0,94 kWh, chi

phí điện năng riêng cho 1 kg nước bốc hơi là 8,05 kWh/kgH2O.

Ưu điểm của thiết bị cô đặc này là dùng nhiệt độ cô đặc thấp nên hàm lượng

HMF không bị tăng cao, chất lượng mật ong đảm bảo, giữ được hương vị và màu

sắc. Nhược điểm: thời gian cô đặc dài.

2.4.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị cô đặc mật ong ở trong nước

2.4.2.1. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng ống

Thiết bị cô đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng ống CMO-40 có dung tích 40 lít được lắp đặt tại Trung tâm nghiên cứu ong và nuôi ong nhiệt đới, Học viện Nông nghiệp Việt Nam (hình 2.10).

Mật ong cho vào buồng chứa 1, được bơm 4 bơm lên vòi phun kiểu hoa sen, chảy vào bên trong các ống 7 thành dạng màng mỏng chảy từ trên xuống còn gọi là màng “rơi”. Quạt 13 hút không khí ẩm ở trong chùm ống 7 theo ống dẫn 10, qua dàn lạnh của máy lạnh, hơi nước được ngưng tụ, không khí ẩm được làm khô tiếp tục qua dàn nóng của máy lạnh để nâng nhiệt độ lên đến nhiệt độ theo yêu cầu của công nghệ cô đặc. Nước ngưng được xả ra qua van 12, mật ong sau khi cô đặc được xả qua van 2. Nhiệt độ trong buồng cô đặc được hiển thị thông qua đồng hồ đo nhiệt 14.

a) Hình ảnh thiết bị b) Sơ đồ nguyên lý cấu tạo

1- Buồng chứa mật; 2- Van xả mật; 3- Bộ phận lọc; 4- Bơm mật; 5- Cửa nạp mật; 6- Thân máy; 7- Chùm ống; 8- Vòi phun kiểu hoa sen; 9- Nắp chắn; 10- Ống dẫn không khí ẩm; 11- Cụm bơm nhiệt;

12- Van xả nước ngưng, 13- Quạt; 14- Đồng hồ đo nhiệt độ buồng cô đặc.

Ưu điểm của phương pháp này là dùng nhiệt độ cô đặc thấp nên hàm lượng HMF không bị tăng cao, chất lượng mật ong đảm bảo, giữ được hương vị và màu sắc. Nhược điểm: thời gian cô đặc dài.

Nguồn: Phạm Hồng Thái (2019)

Hình 2.10. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu bơm nhiệt dạng ống

2.4.2.2. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không dạng nồi có cánh khuấy

Thiết bị cô đặc kiểu chân không dạng nồi có cánh khuấy, năng suất 100 lít/mẻ do Công ty AGRITECH Việt Nam chế tạo (hình 2.11). Đây là thiết bị cô đặc chân không và có thiết bị gia nhiệt điều khiển nhiệt độ tự động. Buồng cô đặc có 3 lớp, lớp trong cùng là lớp chứa nguyên liệu, lớp giữa là lớp chứa vật liệu gia nhiệt, lớp ngoài cùng là lớp bảo ôn chống thất thoát nhiệt, bên trong buồng cô đặc có cánh khuấy để đảo trộn mật, nhiệt độ sôi của mật ong có thể điều chỉnh dưới 45oC, giảm 2% lượng nước trong mật sau 2 giờ. Đặc biệt có thêm thiết bị lọc tinh và bộ phận phát sóng siêu âm đặt bên ngoài thùng chứa mật ong để phá kết tinh và kéo dài thời gian kết tinh trở lại trong quá trình tồn trữ, đồng thời loại bỏ nấm, men trong mật ong, xử lý những tạp chất lơ lửng, cặn bẩn phát sinh trong quá trình sơ chế mật ong.

Ưu điểm của thiết bị này là cấu tạo tương đối đơn giản, chi phí đầu tư thấp và đặc biệt là có bộ phận siêu âm nên đã phá được hiện tượng kết tinh của mật ong trong quá trình cô đặc và kéo dài thời gian kết tinh trở lại trong quá trình tồn trữ, đồng thời tiêu diệt nấm men và vi sinh vật trong mật ong.

1- Khung máy; 2- Thùng khuấy-siêu âm; 3- Cánh khuấy; 4- Động cơ khuấy; 5- Đồng hồ chân không;

6- Dàn lạnh; 7- Kính quan sát; 8- Bộ phận cô đặc; 9- Tủ điện; 10- Van xả; 11- Hệ thống bơm.

Nhược điểm: thời gian cô đặc dài do diện tích bốc hơi nhỏ (diện tích bốc hơi chỉ là diện tích mặt thoáng của dung dịch trong nồi cô đặc), đồng thời trong quá trình cô đặc cần phải có bộ phận khuấy đảo để tăng khả năng bốc hơi và tránh cho dung dịch không bị cháy ở phần tiếp giáp với đáy nồi, phát sinh thêm chí phí điện năng cho động cơ khuấy.

Nguồn: Agritech (2022)

Hình 2.11. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không dạng nồi có cánh khuấy

2.4.2.3. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không dạng nồi có piston chuyển

động

Thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không dạng nồi có piston chuyển động

của Trung tâm Công nghệ và thiết bị lạnh Trường Đại học Nông lâm thành phố

a) Hình ảnh thiết bị

b) Sơ đồ nguyên lý cấu tạo

1- Máy nén khí; 2- Van điện từ 3 ngã; 3- Thùng dự trữ; 4- Bơm ly tâm; 5- Bơm chân không; 6- Bình tách

lỏng; 7- Dàn nóng; 8- Máy nén lạnh; 9- Dàn lạnh; 10- Dàn ống ngưng tụ ẩm; 11- Tủ điện; 12- Điện trở; 13- Van cấp nước; 14- Piston khí nén; 15- Buồng cô đặc; 16- Đường ống cấp khí nén; 17- Van phao;

18- Ống thủy quan sát mật; 19- Lớp cách nhiệt; 20- Ống thủy quan sát mực nước; 21- Khay đảo mật;

22- Van điện từ; 23- Ống dẫn nước.

Hồ Chí Minh chế tạo hình 2.12 (Nguyễn Hay & cs., 2012).

Hình 2.12. Thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không dạng nồi có piston

Nguồn: Nguyễn Hay & cs. (2012)

chuyển động

Mật ong được đưa vào buồng cô đặc, lớp áo nước bên ngoài gia nhiệt cho mật ong đúng nhiệt độ đã chọn, piston khí nén có nhiệm vụ đưa mật ong từ đáy thùng đi lên và tản ra nhờ khay có đột lỗ tạo thành màng mỏng, giọt nhỏ để tăng

diện tích thoát ẩm (quá trình này được lặp lại trong suốt quá trình cô đặc). Bơm chân không có nhiệm vụ đưa hơi ẩm ra ngoài thông qua chùm ống ngưng tụ và

bình tách lỏng. Mật sau khi đạt độ ẩm yêu cầu sẽ được xả ra ngoài.

Ưu điểm: Dùng nhiệt độ cô đặc thấp nên hàm lượng HMF không bị tăng

cao, chất lượng mật ong đảm bảo, giữ được hương vị và màu sắc.

2.5. MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM

VỀ CÔ ĐẶC MẬT ONG

2.5.1. Các công trình nghiên cứu ở trên thế giới

(Schellart, 2011) đã nghiên cứu tính lưu biến và tỷ trọng của đường trong

xi-rô và mật ong. Kết quả đã xác định được hệ số giãn nở thể tích αv do nhiệt là:

(2.1)

Trong đó: V1, V2- thể tích, m3; ở nhiệt độ T1, T2 (oC), tương ứng;

Hoặc:

(2.2)

Với ρ1 và ρ2 là khối lượng riêng ở nhiệt độ T1, T2 (oC), tương ứng.

Bakier (2007) đã nghiên cứu tính chất lưu truyền của mật ong ở trạng thái

lỏng và kết tinh. Nghiên cứu được thực hiện trên vài trăm mẫu mật ong trong một

phạm vi nhiệt độ rộng từ 260330 K đã xác định được sự phụ thuộc của độ nhớt

động lực học  với nồng độ và nhiệt độ dung dịch mật ong theo phương trình:

Trong đó: - độ nhớt động lực học của dung dịch, N.s/m2 ;

W- nồng độ dung dịch, %;

Crapiste & Lozano (1988) đã nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và áp suất

T- nhiệt độ dung dịch, K.

đến điểm sôi. Một quy trình thử nghiệm được nghiên cứu để đo điểm sôi của

dung dịch đường sucrose, đường chuyển hóa. Độ tăng điểm sôi của các dung

dịch glucose, fructose và sucrose đã được xác định ở các áp suất và nồng độ khác

nhau, nằm trong khoảng từ 72700 mbar và 1782° Brix tương ứng. Kết quả thí

nghiệm chỉ ra rằng cả nồng độ và áp suất đều ảnh hưởng đáng kể đến độ tăng điểm sôi. Phương trình thực nghiệm có dạng:

(2.3)

Trong đó: ΔTr – độ tăng điểm sôi, oC;

W- nồng độ khối lượng của chất rắn hòa tan, (oBrix);

p- áp suất chân không (mbar);

α, β, γ, δ- các hệ số thực nghiệm, được liệt kê trong bảng 2.7.

Bảng 2.7. Giá trị của các hệ số thực nghiệm để đánh giá độ tăng điểm sôi

Đường sucrose

α.102 3,0612

0,09417

γ.102 5,329

0,1356

0,999

0,083

Đường chuyển hóa

2,2271

0,5878

3,593

0,1186

0,997

0,078

Nước táo

1,3602

0,7489

3,390

0,1054

0,998

0,062

Nguồn: Crapiste & Lozano (1988)

của các dung dịch đường

r2 = hệ số tương quan (bình phương)

σ = sai số chuẩn

Heldman & cs. (2019) đã nghiên cứu quá trình truyền nhiệt để làm nóng và làm

lạnh nước trái cây, dung dịch đường, sữa và mật ong. Tác giả mô tả toán học về cả

truyền nhiệt ở trạng thái ổn định và trạng thái không ổn định. Mô tả về các đặc tính

nhiệt quan trọng của thực phẩm bằng các mô hình toán học. Bảng 2.8 giới thiệu tính

chất nhiệt vật lý của các thành phần của dung dịch đường phụ thuộc vào nhiệt độ.

Bảng 2.8. Tính chất nhiệt vật lý của các thành phần trong dung dịch đường

phụ thuộc vào nhiệt độ

Điều kiện nhiệt độ T(oC)

Tính chất nhiệt

Thành phần chính

Đạm

Đường

k(W/m.oC)

Xơ

Tro

Đạm

Đường

α(mm2/s)

Xơ

Tro

Đạm

Đường

ρ(kg/m3)

Xơ

Tro

Đạm

Cp(kJ/kg.oC)

Điều kiện nhiệt độ T(oC)

Tính chất nhiệt

Thành phần chính

Đường

Xơ

Tro

Hàm nhiệt độ của nước

Nước

Cpw1 trong khoảng nhiệt độ từ - 40  0oC.

Cpw2 trong khoảng nhiệt độ từ 0 150oC

Nguồn: Heldman & cs. (2019)

Nguyễn Hay & cs. (2012) đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm

2.5.2. Các công trình nghiên cứu ở trong nước

thiết bị cô đặc mật ong theo nguyên lý chân không với năng suất 20 kg/mẻ.

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định ảnh hưởng của nhiệt độ

cô đặc và tần số đảo trộn của bộ phận đảo trộn mật trong quá trình cô đặc đến

hàm lượng HMF của mật ong sau cô đặc và chi phí năng lượng riêng cho kết quả

như sau:

HMF = 91,5774 - 3,86516.t + 0,553626.f + 0,0595.T2 - 0,03625.T.f +

0,0382812.f2 (2.4)

Ar=0,796893-0,0296074.T-4,98077.10-3.f+3,275.10-1.T2+2,61719.10-4.f2 (2.5)

Với T (nhiệt độ); f (tần số đảo trộn).

Các thông số hoạt động tối ưu và các chỉ tiêu tối ưu của thiết bị cô đặc mật ong xác định là HMFmin=27 mg/kg và Armin=0,114 kWh/kg tại nhiệt độ 39,9oC

Vũ Kế Hoạch & cs. (2010) đã nghiên cứu thiết kế chế tạo và khảo nghiệm xác

và tần số đảo trộn 10 lần/phút.

định các thông số tối ưu máy sấy lạnh mật ong với năng suất 30 kg/mẻ.

Kết quả khảo nghiệm đã xác định được phương trình biểu diễn sự ảnh

hưởng của nhiệt độ sấy, vận tốc sấy và đường kính lỗ sàng đến hàm lượng HMF

trong mật ong sau khi sấy và mức chi phí điện năng riêng theo phương án thực

nghiệm bậc hai:

Ar = 4,61613 – 0,0911846.T - 0,999206.v – 0,833025.d + 2,25.10-3.T.d +

0,04375.v.d + 7,87531.10-4 + 0,425915.v² + 0,0858241.d² (2.6)

HMF = 20,438 - 0,288468.T - 3,85298.v – 5,39652.d + 0,0375.T.v +

(2.7) 2,62943.10-3T + 1,06887.v2 + 0,665994.d2

Với T (nhiệt độ sấy); v (tốc độ sấy); d (đường kính lỗ sàng).

Bài toán tối ưu đa mục tiêu được lập trên cơ sở hai chỉ tiêu HMF và chi phí

điện năng riêng được giải bằng phần mềm Excel. Kết quả giải bài toán tối ưu đã

xác định được chế độ làm việc tối ưu của máy như sau: nhiệt độ tác nhân sấy

48,3°C, tốc độ tác nhân sấy 0,95 m/s và đường kính lỗ sàng 4 mm.

2.6. SỰ KẾT TINH CỦA ĐƯỜNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KẾT TINH ĐƯỜNG TRONG MẬT ONG

2.6.1. Sự kết tinh của đường mật ong trong quá trình tồn trữ

Mật ong có thuộc tính tự nhiên sẽ kết tinh trong quá trình bảo quản. Điều

này không đáp ứng được thị hiếu của người tiêu dùng (Tosi & cs., 2004). Ngoài

ra, sự kết tinh sẽ dẫn đến sự lên men và sự phát triển của nấm do độ ẩm cao. Để

hạn chế được quá trình kết tinh tự nhiên và giảm hàm lượng nước trong mật ong

trong quá trình bảo quản, mật ong thường được chế biến trước khi đưa ra thị

trường. Cho đến nay, phương pháp phổ biến nhất trong chế biến mật ong là

phương pháp sấy bơm nhiệt, hấp,... (Tosi & cs., 2004). Sự gia nhiệt sẽ giúp phá

kết tinh, giảm hàm lượng nước và diệt nấm men trong mật ong. Tuy nhiên, gia nhiệt được chứng minh gây ảnh hưởng không tốt tới chất lượng mật ong như phá huỷ dinh dưỡng, làm giảm hoạt động của enzym, và làm tăng hàm lượng HMF (Tosi & cs., 2004; D’Arcy, 2007). Do đó, các phương pháp chế biến mật ong

không dùng nhiệt đã được đề xuất.

Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các tạp chất trong mật ong như các phần của con ong, sáp ong và phấn hoa góp phần rất lớn vào việc tạo mầm đẩy nhanh

quá trình kết tinh trong mật ong. Do đó, nếu mật ong được lọc kỹ sẽ làm giảm quá trình kết tinh trong mật ong. Dựa trên cơ sở này, các phương pháp vi lọc đã

được giới thiệu vào quá trình chế biến mật ong. Phương pháp vi lọc phổ biến là

sử dụng đất xốp từ tảo cát. Đất xốp từ tảo cát được sử dụng để chế tạo màng lọc

với kích thước lỗ từ 0,51,0µm. Màng lọc từ loại đất đặc biệt này cho lọc tất cả

các tạp chất như phấn hoa, sáp ong và đặc biệt có thể lọc được một số loại vi

khuẩn và bất kỳ tạp chất có kích thước từ µm. Trong phương pháp này, mật ong

được hâm nóng nhẹ để có thể đi qua được lỗ lọc có kích thước µm.

2.6.2. Các phương pháp phá kết tinh mật ong quá trình tồn trữ

2.6.2.1. Phá kết tinh mật ong bằng phương pháp cơ lý

a. Phá kết tinh mật ong theo phương pháp sử dụng nhiệt kết hợp cánh khuấy

Quá trình phá kết tinh mật ong được thực hiện theo nguyên lý gia nhiệt làm

nóng mật và tiến hành khuấy đảo trong quá trình xử lý. Nhiệt lượng được cung cấp bằng gas hoặc hơi quá nhiệt thông qua lớp áo nước bên ngoài thùng chứa mật có cánh khuấy. Nhiệt độ mật ong bên trong thùng được cấp nhiệt khoảng 55oC kết hợp khuấy liên tục trong khoảng 1,5 giờ góp phần phá tan các tinh thể trong

mật ong. Tuy nhiên, phương pháp xử lý này sẽ làm cho mật không đồng đều và

lớp mật tiếp xúc với đáy thùng có nhiệt độ cao hơn nên dễ làm thay đổi chất

lượng mật.

b. Phá kết tinh mật ong theo nguyên lý chân không ở nhiệt độ thấp

Mật ong được đun nóng ở nhiệt độ thấp trong điều kiện chân không làm

nóng chảy các tinh thể đường trong mật. Trong điều kiện chân không nên mật

ong được đun nóng kết hợp với cánh khuấy phù hợp đến điểm các tinh thể bị nóng

chảy nhưng chất lượng mật ong đảm bảo. Tuy nhiên, chi phí đầu tư và độ phức tạp

của thiết bị chân không là trở ngại lớn cho phương pháp phá kết tinh này.

c. Phá kết tinh mật ong bằng phòng ủ

Để phá kết tinh theo nguyên lý phòng ủ, mật được cho vào thùng chứa có hệ số dẫn nhiệt lớn như kim loại để tăng cường khả năng trao đổi nhiệt từ phòng ủ với mật bên trong. Nhiệt độ bên trong phòng ủ duy trì ở 40÷45oC. Tuy nhiên, phương pháp này mất rất nhiều thời gian.

2.6.2.2. Phương pháp phá kết tinh mật ong bằng sóng siêu âm

a. Cơ chế hoạt động sóng siêu âm

Sóng âm thanh là sự rung động truyền qua môi trường, chẳng hạn như

không khí, nước và kim loại. Sóng siêu âm được định nghĩa là “âm thanh không

nghe được với tần số cao đối với con người”, tần số thường vượt quá 20 kHz

(hình 2.13) (Sonotec, 2022).

Nguồn: Sonotec (2022)

Hình 2.13. Các dãy tần số sóng siêu âm

Sóng siêu âm là sóng cơ học hình thành do sự lan truyền dao động của các

phần tử trong không gian có tần số lớn hơn giới hạn trên ngưỡng nghe của con

người. Sóng siêu âm có bản chất là sóng kéo và sóng nén, nghĩa là trong trường

siêu âm các phần tử dao động theo phương cùng với phương truyền của sóng

(Blog, 2022; Villamiel & Montilla, 2017). Trong quá trình phát sóng siêu âm đã

tạo ra chu trình kéo và nén, khi nén các phân tử ở gần nhau hơn tạo nên các bọt

khí nhỏ, khi kéo sẽ làm cho các phân tử tách nhau tạo ra áp suất âm, khí và hơi

nước xâm nhập vào trong bọt làm cho các bọt khí - hơi nước lớn dần (hình 2.14).

Sau một số chu trình kéo-nén, kích thước của bọt tăng đến trị số tối đa, bọt sẽ bị

vỡ, khí và hơi được thoát ra ngoài. Ngoài ra, sóng siêu âm truyền vào trong lòng

chất lỏng sẽ gây nên sự kích thích mãnh liệt. Tại bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha lỏng-

rắn hay khí-rắn, sóng siêu âm gây nên sự hỗn loạn cực độ do tạo thành những vi

xoáy. Hiện tượng này làm giảm ranh giới giữa các pha, tăng cường sự chuyển

khối đối lưu và thúc đẩy quá trình khuếch tán, nhờ đó đã làm tăng nhanh sự đồng

nhất giữa pha lỏng và pha rắn mà ở một vài trường hợp quá trình khuấy trộn

thông thường không đạt được (Ye, 2015; Villamiel & Montilla, 2017).

Nguồn: Blog (2022)

Hình 2.14. Quá trình hình thành và phá vỡ bọt khí

Sóng siêu âm phân thành 3 loại: Siêu âm tần số thấp (20÷100kHz): Ứng

dụng trong điều khiển quá trình kết tinh, loại khí khỏi thực phẩm dạng lỏng, vô

hoạt enzyme. Siêu âm tần số cao (100kHz÷MHz): Xác định tính chất hóa lý của

thực phẩm cũng như thành phần cấu trúc và trạng thái vật lý của thực phẩm. Siêu

âm chẩn đoán (5÷10MHz): Phần lớn, những nghiên cứu về sóng siêu âm trong

thực phẩm thường giới hạn trong khoảng 20÷40kHz (Pmg, 2021).

b. Thiết bị phát sóng siêu âm

Thiết bị phát sóng siêu âm gồm 3 bộ phận chính: máy phát điện, bộ chuyển

đổi và bộ phận phát sóng.

Máy phát điện là một nguồn cung cấp năng lượng cho hệ thống siêu âm,

làm cho bộ chuyển đổi hoạt động sinh ra dòng điện với một mức năng lượng

được xác định và hiệu chỉnh một cách gián tiếp qua việc cài đặt hiệu điện thế (V)

và cường độ dòng điện (I). Hiệu điện thế biểu thị bằng thế năng, cường độ dòng

điện biểu thị bằng điện tích của các electron di chuyển qua một đơn vị diện tích

trong một đơn vị thời gian. Thông thường các máy phát điện được thiết kế trong

khoảng tần số (2040 kHz).

Bộ chuyển đổi: xem như một chi tiết trung tâm, vai trò của nó dùng để phát

sóng siêu âm, chuyển đổi điện năng thành cơ năng, năng lượng âm thanh bằng việc rung động cơ học tại những tần số siêu âm, thường tạo ra tiếng huýt trong

chất lỏng.

Bộ phận phát có nhiệm vụ phát ra sóng siêu âm từ bộ chuyển đổi vào

trong môi trường. Bộ phận phát có hai dạng chính: bộ phận phát gắn cố định vào mặt dưới của bể siêu âm và bộ phận phát dạng thanh gắn trực tiếp vào bể

siêu âm.

Trong sóng siêu âm, rung động âm thanh thường được tạo ra bởi một bộ

chuyển đổi áp điện, bao gồm hai phần tử gốm luôn thay đổi kích thước của chúng một cách chính xác và có thể lập lại để đáp ứng với điện trường. Vì vậy, nếu một

điện trường xoay chiều được đặt vào, các phần tử gốm di chuyển lên, xuống và

có thể lập đi, lập lại ở mức độ cao hình 2.15 (Bermudez-Aguirre, 2017).

a) Gắn cố định vào mặt ngoài của bể siêu âm

b) Gắn trực tiếp vào trong bể siêu âm

Nguồn: Bermudez-Aguirre (2017)

Hình 2.15. Bộ phận phát sóng siêu âm

c. Ý nghĩa và ứng dụng công nghệ siêu âm

Ứng dụng của sóng âm tần số 20kHz trong thực phẩm dùng để bảo quản, chiết xuất và biến đổi các chất chống oxy hóa, hoạt tính sinh học. Siêu âm gây

ra sự phá hủy các hạt tinh thể, mô cơ học bởi chu trình kéo và nén, đồng nhất

hóa pha lỏng-rắn hoặc khí-rắn,… Sóng siêu âm tần số trên 20 kHz có thể tiêu

diệt vi khuẩn bằng cách làm thủng thành tế bào vi khuẩn và màng tế bào

(Mumtaz & cs., 2019).

Mật ong là một dung dịch đường có xu hướng kết tinh. Đây là một quá trình

không mong muốn cần phải tránh trong qui trình sản xuất mật ong. Công nghệ

siêu âm giúp hòa tan các tinh thể monohydrat D- glucosa (phá kết tinh) đồng thời

loại bỏ các tinh thể xuất hiện trong mật ong góp phần làm chậm quá trình kết tinh

trở lại của mật ong trong quá trình tồn trữ.

Rahima (2014) đã sử dụng phương pháp gia nhiệt và sóng siêu âm có tần số

20 kHz để nghiên cứu phá kết tinh trong mật ong. Kết quả cho thấy sóng siêu âm

với tần số 20kHz có thể phá kết tinh trong 150g mật ong với thời gian 3 phút. Trong khi đó, mặc dù được làm nóng tới 70oC phương pháp gia nhiệt không thể

phá huỷ hoàn toàn kết tinh trong 150g mật ong sau 34 phút. Kết quả nghiên cứu

cũng chỉ ra rằng, mật ong được xử lý bằng sóng siêu âm không bị kết tinh trở lại

sau 350 ngày. Nghiên cứu khác đã cho thấy rằng nếu mật ong được xử lý bằng sóng siêu âm tại tần số 18kHz dưới nhiệt độ từ 10 đến 38oC trong thời gian 5 phút

thì sự kết tinh và lên men trong mật ong sẽ được ngăn chặn hoàn toàn.

Nghiên cứu Tosi & cs. (2004) và Turhan & cs. (2008) cho thấy, việc sử dụng nhiệt độ cao 80oC trong thời gian ngắn 30÷60 giây làm giảm độ nhớt, nấm, vi sinh vật, ức chế quá trình phát triển kết tinh từ 4÷8 tuần.

Kết quả nghiên cứu của Rahima, (2014) cho thấy mật ong được xử lý siêu âm ở tần số 40kHz và nhiệt độ 40÷50oC trong thời gian 120 phút có khả năng tiêu diệt được 50% một số nấm men Saccharomyces cerevisiae. Khả năng tiêu diệt được vi sinh vật cũng như chuyển hóa glucose, hạn chế sẫm màu trong mật ong được xác định có liên quan đến enzyme glucose-oxidase.

Nghiên cứu của Janghu & cs. (2017) cho thấy mật ong được xử lý siêu âm ở tần số 20kHz và giữ nhiệt độ ổn định 40÷50oC cũng có khả năng kiểm soát một số vi sinh vật hiếu khí như coliforms, nấm men và nấm mốc; đồng thời tại điều kiện tối ưu hóa khả năng hoạt động của enzyme diastase.

Nghiên cứu Kabbani & cs. (2011) cho thấy sóng siêu âm tần số 40 kHz ở 40÷60oC trong thời gian 60 phút có khả năng phá tinh thể và tiêu diệt nấm men trong mật ong, không làm mật ong sinh ra HMF và duy trì tốt các yếu tố chất lượng. Quá trình phá kết tinh thể hiện rõ ràng và giữ trạng thái lỏng dài hơn so với xử lý nhiệt đơn thuần mà không cần tăng nhiệt độ.

Nghiên cứu Thrasyvoulou & cs. (1994) phá kết tinh mật ong bằng sóng siêu âm 23kHz ở 60oC trong 30 phút, sự gia tăng trung bình của hàm lượng HMF thấp hơn đáng kể (86%) so với xử lý nhiệt (129%), giữ ở trạng thái lỏng trong thời gian dài hơn so với mật ong đã qua xử lý nhiệt.

Nghiên cứu Lê Anh Đức (2019), thiết kế chế tạo và khảo nghiệm thiết bị phá kết tinh mật ong ứng dụng sóng siêu âm, tần số 28kHz thời gian 50 phút. Kết quả cho thấy hiệu quả rõ rệt khi ứng dụng sóng siêu âm xử lý mật ong so với phương pháp xử lý dùng nhiệt, thời gian xử lý giảm 45% và năng lượng cho quá trình xử lý phá kết tinh giảm 30%.

Do những hạn chế của những phương pháp phá kết tinh của mật ong theo

phương pháp truyền thống là không kiểm soát được sự kết tinh của mật ong,

cũng như các điều kiện bảo quản. Do đó, trước nhu cầu thực tế phương pháp phá

kết tinh trong mật ong bằng sóng siêu âm đạt được kết quả cao, kiểm soát quá

trình lên men và chỉ số HMF trong mật ong. Sóng siêu âm là công nghệ được cho

hiệu quả nhất trong chế biến mật ong trong giai đoạn hiện nay.

Hiện nay các thiết bị cô đặc mật ong ở Việt Nam chưa có khả năng phá kết

tinh trong mật ong triệt để. Phần lớn mật ong sau khi cô đặc bằng bơm nhiệt hoặc

cô đặc không khí nóng, trong quá trình tồn trữ (khoảng 2÷3 tháng) là có thể bị

kết tinh trở lại. Điều này ảnh hưởng rất lớn đến giá trị của mật ong Việt Nam

xuất khẩu trên thị trường thế giới. Do đó, phương pháp sử dụng sóng siêu âm để

phá kết tinh là một trong những phương pháp nghiên cứu tiên tiến và rất có chiều

hướng pháp triển ở tương lai.

2.7. TỔNG HỢP LUẬN GIẢI NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu tổng quan về cô đặc mật ong chúng tôi có

kết luận nhằm định hướng cho nghiên cứu tiếp theo như sau:

1. Về công nghệ: Áp dụng công nghệ cô đặc mật ong trong điều kiện chân

không cho phép giảm nhiệt độ cô đặc nhờ đó đã nâng cao được chất lượng mật ong, đặc biệt là giảm được hàm lượng HMF có thể gây độc ảnh hưởng đến sức khoẻ người sử dụng, nhiệt độ cho phép <50oC. Đồng thời ứng dụng phá kết tinh

bằng sóng siêu âm là công nghệ mới giúp cho mật ong không bị kết tinh trở lại

trong thời gian tồn trữ đã góp phần làm tăng giá trị cảm quan của sản phẩm.

2. Về thiết bị cô đặc: Hiện nay trong sản xuất mật ong ở Việt Nam, chủ yếu

vẫn sử dụng thiết bị cô đặc bằng bơm nhiệt hoặc sấy phun với tác nhân sấy là không khí nóng ở nhiệt độ cao (45÷55oC),... Các thiết bị cô đặc này có ưu điểm: cấu tạo thiết bị đơn giản, chi phí đầu tư thiết bị thấp nhưng còn tồn tại nhiều nhược điểm: thời gian cô đặc kéo dài, hàm lượng dinh dưỡng, màu sắc và mùi vị

đều bị giảm sút nhiều so với mật ong trước khi đưa vào cô đặc. Các thiết bị cô

đặc ở nước ngoài tiên tiến như thiết bị sấy thăng hoa. thiết bị sấy bơm nhiệt,…

tạo ra chất lượng sản phẩm cao nhưng thiết bị có cấu tạo phức tạp, đắt tiền và

năng suất thiết bị thấp,… Để nghiên cứu thiết kế thiết bị cô đặc, tác giả cần kế thừa ưu điểm của “Thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không dạng ống” (hình 2.6)

là: dung dịch được đun nóng trong các ống nhỏ, dài nên nhiệt độ trong dung dịch

đều, cường độ tuần hoàn lớn, cường độ bốc hơi cao trong và ưu điểm của thiết bị

cô đặc chân không dạng nồi (hình 2.11) là: ứng dụng công nghệ siêu âm phá

được hiện tượng kết tinh của mật ong trong quá trình cô đặc và kéo dài thời gian

kết tinh trở lại trong quá trình tồn trữ, đồng thời tiêu diệt nấm men và vi sinh vật

trong mật ong..

3. Về nghiên cứu lý thuyết: Những nghiên cứu lý thuyết về quá trình và

thiết bị cô đặc mật ong còn quá ít. Có một số công trình nghiên cứu (mục 2.5.1

và 2.5.2) chủ yếu xác định các thông số vật lý của quá trình cô đặc mật ong: như

nhiệt độ sôi của dung dịch, khối lượng riêng, độ nhớt động học, tính chất nhiệt

của các thành phần trong dung dịch,...làm cơ sở hoàn thiện công nghệ cô đặc mật

ong. Việc nghiên cứu xác định các thông số về cấu tạo và chế độ cô đặc mật ong

còn rất hạn chế. Với mục tiêu của luận án là thiết kế thiết bị cô đặc, cần thiết

phải xây dựng mô hình toán quá trình trao đổi nhiệt ẩm trong buồng cô đặc nhằm

biểu diễn mối quan hệ của các tham số về cấu tạo và chế độ làm việc của thiết bị cô đặc, từ đó có thể xác định các thông số cơ bản về cấu tạo và chế độ cô đặc nhằm định hướng ban đầu cho việc thiết kế. Vì vậy, các công thức xác định các

tính chất vật lý nêu trên là cơ sở quan trọng, góp phần hoàn thiện mô hình toán

mà luận án cần kế thừa.

4. Về nghiên cứu thực nghiệm: Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xác định một số thông số tối ưu làm cơ sở cho việc hoàn thiện công nghệ và thiết kế cải tiến

thiết bị cô đặc nhằm triển khai áp dụng rộng rãi trong sản xuất.

PHẦN 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU

Địa điểm triển khai đề tài luận án như sau:

Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị cô đặc được thực hiện ở khoa Cơ Điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, trường Cao đẳng Công nghiệp và Xây dựng (Bộ Công thương), Trung tâm nghiên cứu ong và nuôi ong nhiệt đới thuộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam.

Phân tích, đánh giá chất lượng sản phẩm mật ong trước và sau khi cô đặc được thực hiện ở Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Bách khoa Hà Nội, trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long.

3.2. THỜI GIAN NGHIÊN CỨU

Các nội dung nghiên cứu chính của đề tài luận án được triển khai theo các

mốc thời gian như sau:

Từ 5/2017 ÷ 5/2018 nghiên cứu sinh thực hiện nghiên cứu tổng quan tài

liệu, thiết kế tổng thể Thiết bị cô đặc.

Từ 6/2018 ÷ 5/2019 chế tạo và hoàn thiện Thiết bị cô đặc.

Từ 6/2019 ÷ 12/2021 tiến hành các thí nghiệm trong chương trình nghiên

cứu thực nghiệm, trong đó 7/2019 nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố, 6/2020

nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố, 3/2021 nghiên cứu thực nghiệm ở chế độ tối

ưu, 12/2021 tiến hành thí nghiệm đối chứng với Thiết bị cô đặc được chế tạo

trong nước.

3.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU

3.3.1. Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các thông số kỹ thuật của thiết bị cô đặc mật ong (ký hiệu CĐ-1) được thiết kế và chế tạo tại khoa Cơ - Điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam. Đây là thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không dạng

ống phối hợp công nghệ siêu âm, năng suất 16 kg/mẻ.

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị cô đặc kiểu chân không dạng ống phối hợp

công nghệ siêu âm trên hình 3.1.

Thiết bị cô đặc gồm 5 bộ phận chính: bộ phận cô đặc, bộ phận phân ly dịch

mật, bộ phận ngưng tụ hơi thứ, bộ phận phát sóng siêu âm, bộ phận điều khiển:

1- bơm chân không; 2- khung máy; 3- buồng ngưng tụ hơi thứ; 4- dàn lạnh; 5- dàn nóng; 6- block máy lạnh; 7- đồng hồ chân không; 8- hộp điều khiển điện; 9- ống dẫn hơi thứ; 10- ống dẫn mật sau khi phân ly

hơi thứ; 11- bộ phận phân ly dịch mật; 12- cảm biến nhiệt độ mật vùng bay hơi; 13- buồng bay hơi; 14- ống quan sát bọt dịch mật; 15- vành dẫn chất lỏng; 16- ống tuần hoàn dịch mật; 17- buồng sôi; 18- cảm biến

nhiệt độ mật ở buồng sôi; 19- van cấp nước; 20- buồng gia nhiệt bằng nước nóng; 21- ống quan sát mức nước trong buồng gia nhiệt; 22- bộ điện trở nhiệt; 23- van tháo nước; 24- van nạp liệu; 25- cửa lấy mẫu;

26- buồng chứa dịch mật; 27- đầu phát sóng siêu âm; 28- cảm biến nhiệt độ mật; 29- van tháo mật; 30- cửa

nối bơm nước rửa; 31- máy bơm nước rửa; 32- thùng chứa nước rửa; 33, 35- cảm biến nhiệt độ buồng ngưng tụ hơi thứ; 34- van xả nước ngưng; 36, 37- cảm biến nhiệt độ nước.

Hình 3.1. Thiết bị cô đặc mật ong CĐ-1

Bộ phận cô đặc dạng ống hình trụ, đặt thẳng đứng. Theo chiều cao thiết bị cô đặc, bộ phận cô đặc được phân thành 5 buồng: buồng cấp liệu, buồng cấp nhiệt, buồng sôi bọt, buồng phá bọt, buồng bốc hơi.

Buồng cấp liệu (26) có dạng hình trụ, đáy hình chóp cụt, phía trên có lắp van nạp liệu, phía dưới có van xả mật sau khi cô đặc, mặt ngoài có lắp các đầu phát sóng siêu âm. Ở vùng này tạo ra rất nhiều bọt chứa khí dưới tác động của

sóng siêu âm (gồm không khí và các loại khí khác sinh ra khi lên men còn gọi là khí trơ). Buồng cấp nhiệt (20) dạng hình trụ được giới hạn bởi hai mặt bích trên dưới, trong đó có lắp 6 ống đun sôi (chứa dịch mật) có đường kính Ø21 theo vòng tròn đồng tâm bao quanh ống tuần hoàn dịch mật (16) có đường kính Ø42. Bên ngoài các ống chứa đầy nước, được đốt nóng bằng bộ gia nhiệt điện trở. Buồng sôi bọt (17) có dạng hình trụ là nơi phát triển kích thước hạt bọt nhờ nhận thêm hơi nước trong dịch mật. Buồng phá bọt (15) là buồng có lắp vành dẫn chất lỏng. Đây là tổ hợp của các ống hình trụ đồng tâm có đường kính nhỏ dần từ ngoài vào trong nhằm tạo ra các khe hẹp hình vành khăn, phá vỡ hạt bọt để giải phóng hơi nước và khí trong các bọt đồng thời cũng tạo ra nhiều lớp màng mỏng để tăng diện tích bề mặt bốc hơi và tăng tốc độ chuyển động của dịch mật trong các khe hẹp theo hướng từ dưới lên trên. Buồng bốc hơi (13) ở trên vành dẫn chất lỏng là nơi tiếp nhận hơi thứ và phân ly dịch mật.

Bộ phận phân ly dịch mật (11) dạng vít xoắn được nối với phần trên của bộ phận cô đặc có nhiệm vụ phân riêng hơi thứ để thu hồi tiếp phần dịch mật bị bay

theo hơi thứ tránh gây lãng phí, đồng thời làm giảm tải và tránh ngưng tụ nước

trong bơm chân không.

Bộ phận ngưng tụ hơi thứ (3) dạng hộp, vỏ ngoài được cách nhiệt với không khí môi trường, một đầu được nối với ống dẫn hơi thứ, một đầu được nối

với bơm chân không. Bên trong bộ phận phân ly hơi thứ có lắp 2 dàn lạnh (4)

song song có nhiệm vụ ngưng tụ hơi thứ thành dạng lỏng nhằm tạo ra không khí

khô trước khi vào bơm chân không để vừa giảm tải cho bơm chân không vừa

tránh ngưng tụ nước trong bơm.

Bộ phận phát sóng siêu âm (27) gồm 09 đầu phát sóng có tổng công suất 900W, tần số 28kHz được lắp ở phần đáy côn của bộ phận cô đặc, có nhiệm vụ

tạo ra sóng siêu âm để tiêu diệt các vi sinh vật gây hại đồng thời phá kết tinh

trong quá trình cô đặc và ngăn cản hiện tượng kết tinh trở lại của mật ong trong

quá trình tồn trữ.

Bộ phận điều khiển (8) có nhiệm vụ điều khiển các thông số công nghệ

trong quá trình cô đặc, bao gồm: điều khiển nhiệt độ nước ở vùng đốt nóng được thực hiện nhờ rơ le nhiệt, điều khiển nhiệt độ sôi của dịch mật được thực hiện nhờ điều chỉnh áp suất chân không thông qua việc thay đổi số vòng quay của bơm chân không bằng biến tần, điều khiển nhiệt độ ngưng tụ hơi thứ ở bộ phận

ngưng tụ được thực hiện nhờ điều chỉnh nhiệt độ dàn lạnh,...

Ngoài ra trong thiết bị có lắp các ống quan sát mức nước (21) trong buồng

gia nhiệt bằng nước nóng, ống quan sát quá trình tạo bọt (14) trong vùng sôi và

hệ thống bơm nước rửa máy.

Quá trình làm việc của Thiết bị cô đặc như sau: Khởi động cho thiết bị

làm việc, dịch mật được bơm chân không hút vào thiết bị qua van nạp liệu nhờ

áp suất chân không với khối lượng quy định vào buồng cấp liệu, qua vùng phát sóng siêu âm, sau đó vào các ống đun sôi nhận nhiệt từ nước nóng ở

buồng đun nóng để đạt được nhiệt độ sôi theo yêu cầu công nghệ cô đặc. Ở

buồng đun sôi, kích thước bọt hơi tăng lên do nhận thêm lượng hơi nước trong

dung dịch mật, khi đi vào buồng lỏng-hơi tiếp tục nhận thêm hơi nước làm

kích thước bọt hơi tăng lên rất nhanh, dưới tác dụng của sức hút của bơm chân không các bọt hơi đi vào các khe hẹp hình vành khăn bị vỡ ra và phân chia

thành hai pha: pha hơi chuyển động ở khoảng giữa khe hẹp, pha lỏng bám

theo bề mặt của vành dẫn chất lỏng cùng chuyển động theo hướng từ dưới lên

trên với tốc độ rất lớn.

Hỗn hợp hơi nước (hơi thứ), không khí, khí trơ và dịch mật theo khe hẹp

vành khăn đi vào buồng bốc hơi với tốc độ rất lớn. Do buồng bốc hơi có kích thước lớn hơn rất nhiều so với khe hẹp hình vành khăn nên sau khi hơi thứ và khí

trơ được tách ra khỏi hỗn hợp làm cho khối lượng riêng của dịch mật tăng lên

(nặng hơn) chảy theo ống tuần hoàn về buồng cấp liệu, tiếp tục theo ống đun sôi

vào buồng đun nóng chuyển động lên phía trên thành vòng tuần hoàn, còn hỗn

hợp hơi thứ, không khí và khí trơ có kéo theo một phần nhỏ bọt dịch mật được

hút vào bộ phận phân ly hơi thứ. Do bộ phận phân ly hơi thứ được kết cấu theo

dạng xoắn vít nên dưới tác dụng của lực ly tâm, dịch mật trượt theo bề mặt cánh

vít chảy ra theo thành trong của bộ phận phân ly hơi thứ, theo ống dẫn mật về

buồng cấp liệu, còn hơi thứ, không khí và khí trơ chuyển động theo ống trong của

vít xoắn đi vào bộ phận ngưng tụ, qua dàn lạnh của máy lạnh được ngưng tụ chảy xuống đáy bình và được định kỳ tháo ra qua van tháo nước ngưng, không khí và khí trơ theo ống dẫn đưa lên trên nhận nhiệt từ dàn nóng (để hóa hơi lượng nước

trong hơi thứ khi chưa ngưng tụ hết) trước khi vào bơm chân không để tránh ngưng tụ nước trong bơm. Sau khi cô đặc đến độ ẩm 18% dịch mật được lấy ra qua van tháo liệu. Do dịch mật vận chuyển tuần hoàn nhiều lần qua vùng phát

sóng siêu âm, dưới tác dụng của sóng siêu âm đã phá được kết tinh, ngăn cản

được quá trình kết tinh trở lại trong thời gian tồn trữ.

Với kết cấu như trên, thiết bị cô đặc CĐ-1 có thể đạt được những ưu điểm

như sau:

- Ứng dụng công nghệ cô đặc chân không với nhiệt độ cô đặc thấp nên đã

nâng cao được chất lượng mật ong cả về giá trị dinh dưỡng và giá trị cảm quan.

- Nhờ có lắp vành dẫn chất lỏng với nhiều khe hẹp hình vành khăn đồng

tâm đã phá vỡ hạt các bọt hơi để giải phóng hơi nước, đồng thời cũng làm tăng

diện tích bề mặt bốc hơi và tăng tốc độ chuyển động của các màng dung dịch mật

trên bề mặt của vành dẫn chất lỏng theo hướng từ dưới lên, nhờ đó đã làm tăng

cường độ bốc hơi nước, giảm thời gian cô đặc.

- Do sử dụng công nghệ siêu âm nên đã phá được kết tinh trong mật ong khi

cô đặc, kéo dài được thời gian kết tinh trở lại của dung dịch mật trong quá trình

tồn trữ, đồng thời tăng cường quá trình tạo bọt khí – hơi làm tăng cường độ thoát

ẩm ra khỏi dung dịch mật, góp phần giảm thời gian cô đặc.

3.3.2. Vật liệu nghiên cứu

Mật ong được lấy từ Công ty cổ phần ong mật Việt Ý, thị xã Chí Linh Hải

Dương. Đây là loại mật ong hoa vải, thu hoạch vào tháng 2÷3 hằng năm, có độ

ẩm 26%, hàm lượng Frutose 37,6%, Glucose 32,5%, Sucrose 1,28%, hàm lượng

HMF 14,1mg/kg, hoạt lực Diastase 12,5US, vi sinh vật tổng số 220cfu/g. Khối

lượng mỗi mẻ cô đặc 16kg. Mật ong được cô đặc đến độ ẩm an toàn để bảo quản

theo yêu cầu xuất khẩu là 18%.

3.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- 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.

- Khảo nghiệm hoạt động của thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không dạng

ống phối hợp công nghệ siêu âm đến các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của Thiết bị cô đặc.

3.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để giải quyết nhiệm vụ khoa học của đề tài, chúng tôi sử dụng phương

pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm.

3.5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết dựa trên các định luật đã biết về mối

quan hệ vật lý của các thông số bên trong và mối quan hệ của hệ thống với môi

trường ngoài. Để mô tả các quá trình vật lý, hiện nay trong kỹ thuật cơ khí, người

ta thường áp dụng phương pháp mô hình hoá (Modeling) và mô phỏng

(Simulation) thông qua mô hình toán học được biểu diễn bằng các biểu thức, phương trình hay hệ phương trình. Mô hình toán học được chia thành: mô hình

giải tích và mô hình số (Nguyễn Công Hiền & Nguyễn Phạm Thục Anh, 2006).

3.5.1.1. Mô hình giải tích

Mô hình giải tích được xây dựng bởi các biểu thức giải tích toán học.

Loại mô hình này có ưu điểm: Cho lời giải tổng quát và tường minh.

Nhược điểm:

- Mô hình giải được khi phải chấp nhận các giả thiết để đơn giản hoá mô

hình.

- Chỉ cho lời giải chính xác khi biểu diễn bằng các công thức có thể tính

được.

Mô hình giải tích chủ yếu được dùng cho các hệ tuyến tính và hệ tiền định.

3.5.1.2. Mô hình số

Mô hình số được xây dựng theo phương pháp số tức là bằng các chương

trình chạy trên máy tính số, còn được gọi là mô hình mô phỏng (Simulation).

Loại mô hình này có ưu điểm:

- Có thể cho lời giải của từng bước tính, mỗi bước ứng với một điều kiện

nhất định của mô hình, muốn có kết quả chính xác phải tăng số bước tính lên đủ

lớn (theo lý thuyết là vô cùng lớn).

- Mô hình có thể giải được mà không cần nhiều các giả thiết để đơn giản

hoá mô hình.

Nhược điểm:

- Đòi hỏi công cụ mô phỏng đắt tiền như máy tính, phần mềm chuyên dụng.

- Phải có những chuyên gia thành thạo về phân tích dữ liệu để xử lý kết quả

mô phỏng.

Mô hình số có thể ứng dụng cho hệ tuyến tính, phi tuyến và ngẫu nhiên.

So với mô hình giải tích, mô hình mô phòng có ưu điểm nổi trội:

- Có khả năng nghiên cứu các hệ thống phức tạp, có các yếu tố ngẫu nhiên,

phi tuyến, đối với những hệ thống này phương pháp giải tích thường không có

hiệu lực.

- Tính linh hoạt cao, có thể đưa vào chương trình mô phỏng nhiều đặc tính

của hệ thống mà phương pháp giải tích không thực hiện được.

- Có thể đánh giá các đặc tính của hệ thống làm việc trong các điều kiện dự

kiến trước hoặc ngay cả khi hệ thống còn đang trong giai đoạn thiết kế khảo sát,

hệ thống chưa tồn tại.

- Có thể so sánh, đánh giá các phương án khác nhau của hệ thống.

- Có thể nghiên cứu các giải pháp điều khiển hệ thống.

Với các ưu điểm nêu trên, mô hình mô phỏng được lựa chọn để xây dựng

mô hình toán quá trình trao đổi nhiệt ẩm trong bộ phận cô đặc.

3.5.2. Phương pháp thiết kế, chế tạo

3.5.2.1. Phương pháp thiết kế

- Thiết lập mô hình nguyên lý cấu tạo tổng thể của thiết bị cô đặc;

- Nghiên cứu lý thuyết xác định các thông số cơ bản về cấu tạo và chế độ

làm việc của thiết bị cô đặc nhằm định hướng ban đầu cho việc thiết kế.

- Thiết lập bản vẽ thiết kế tổng thể, bản vẽ cụm và bản vẽ chi tiết;

3.5.2.2. Phương pháp chế tạo và khảo nghiệm

- Chế tạo các chi tiết theo bản vẽ đã được thiết kế.

- Lắp ghép các cụm chi tiết và toàn bộ thiết bị cô đặc;

- Vận hành thử nghiệm không tải và hiệu chỉnh các thông số kỹ thuật;

- Vận hành thử nghiệm có tải, kiểm tra và hiệu chỉnh sai số, xác định khả

năng làm việc ổn định của thiết bị.

- Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xác định các thông số tối ưu về cấu

tạo và chế độ làm việc của thiết bị cô đặc làm cơ sở để hoàn thiện thiết kế thiết bị

cô đặc.

- Chế tạo thiết bị cô đặc theo các thông số tối ưu và để triển khai ứng dụng

trong sản xuất.

3.5.3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

3.5.3.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố

Trong quá trình cô đặc mật ong có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm như: áp suất chân không, nhiệt độ cô đặc, chiều cao vành dẫn chất lỏng, công suất, tần số, thời gian phát sóng siêu âm, lượng nước cần thiết để đun sôi dịch mật, độ ẩm ban đầu của vật liệu cô đặc,…

Để lựa chọn các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất đến quá trình cô đặc, luận án đã sử dụng phương pháp thu thập các thông tin qua các tài liệu tham khảo và tìm hiểu ý kiến của các chuyên gia có kinh nghiệm về vấn đề đang nghiên cứu, thực hiện một số thí nghiệm thăm dò, đặc biệt là các thí nghiệm lựa chọn công suất và tần số phát sóng siêu âm, lượng nước cần thiết để đun sôi dịch mật, nhờ đó có thể loại bớt những yếu tố không cần thiết (Bạch Quốc Khang & Phạm Văn Lang, 1998; Nguyễn Minh Tuyển, 2005). Cuối cùng chúng tôi đã chọn được 3 yếu tố có ảnh hưởng nhiều nhất đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của quá trình cô đặc bao gồm: nhiệt độ cô đặc, chiều cao vành dẫn chất lỏng, thời gian phát sóng siêu âm.

Áp dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố để nghiên cứu ảnh hưởng riêng của 3 yếu tố: nhiệt độ cô đặc, chiều cao vành dẫn chất lỏng, thời gian phát sóng siêu âm đến 4 thông số ra (còn gọi là các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của thiết bị cô đặc) như: điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc, thời gian kết tinh trở lại của mật ong trong quá trình tồn trữ, thời gian cô đặc và chi phí điện năng riêng nhằm xác định qui luật biến thiên và mức độ ảnh hưởng của các yếu tố, từ đó có thể lựa chọn được khoảng nghiên cứu thích hợp làm cơ sở cho nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố.

Các yếu tố đầu vào và ra của thiết bị được mô tả theo sơ đồ hình 3.2.

Hình 3.2. Các yếu tố đầu vào và ra của thiết bị

3.5.3.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố

Ưu điểm của phương pháp này là cho phép nghiên cứu sự ảnh hưởng đồng

thời của nhiều yếu tố vào tới từng thông số ra, giảm được số lần thí nghiệm đồng thời vẫn xác định được đầy đủ những ảnh hưởng của các yếu tố tới thông số cần

nghiên cứu từ đó xác định điều kiện tối ưu của các thông số (Bạch Quốc Khang

& Phạm Văn Lang, 1998).

Tiến hành chọn mức biến thiên của các yếu tố bao gồm: mức cơ sở, mức

trên và mức dưới, khoảng biến thiên và khoảng nghiên cứu.

Giá trị thực của các yếu tố được mã hoá theo công thức (Bạch Quốc Khang

& Phạm Văn Lang, 1998):

Giá trị thực của các yếu tố được mã hoá theo công thức:

(3.1)

xi - giá trị mã hoá của yếu tố thứ i ( i = 1  m ), m là số yếu tố, m = 3.

Xi- giá trị thực của yếu tố thứ i;

Xio- giá trị thực ở mức cơ sở của yếu tố thứ i;

- khoảng biến thiên của yếu tố thứ i:

(3.2)

Xit và Xid là giá trị thực ở mức trên và mức dưới;

Các giá trị Xit, Xio, Xid có giá trị mã hoá là: +1, 0, -1.

a. Chọn phương án quy hoạch thực nghiệm

Tuỳ theo đặc điểm của quá trình nghiên cứu mà mô hình toán có thể biểu diễn bởi đa thức bậc 1, bậc 2 hoặc bậc cao hơn (Khuri & Cornell, 1991; Dean &

cs., 2015; Phạm Văn Lang, 1996).

Qua kết quả nghiên cứu thực nghiệm thăm dò đơn yếu tố cho ta thấy mối

quan hệ giữa các yếu tố vào với các thông số ra không hoàn toàn tuyến tính, vì

vậy có thể bỏ qua phương án qui hoạch thực nghiệm bậc 1 chuyển sang phương án thực nghiệm bậc 2. Để thực hiện phương án qui hoạch thực nghiệm bậc 2, chúng tôi đã lựa chọn phương án Box-Wilson. Ma trận thí nghiệm theo phương

án này có số thí nghiệm là:

(3.3) N = 2m + N + No

Trong đó:

2m là số thí nghiệm ở mức trên và dưới.

N = 2m là số thí nghiệm ở mức phụ gọi là các điểm sao.

N0 là số thí nghiệm ở mức cơ sở.

Với m = 3 ta xác định được tổng số thí nghiệm là 20 thí nghiệm, bao gồm: 8 thí nghiệm ở mức trên và dưới, 6 thí nghiệm ở mức “sao”, 6 thí nghiệm ở mức trung tâm (Bạch Quốc Khang & Phạm Văn Lang, 1998).

* Mô hình toán được biểu diễn bằng phương trình hồi qui:

(3.4)

Các hệ số hồi qui của phương trình trên được tính theo công thức:

(3.5)

(3.6)

(3.7)

(3.8)

bii, S2

bi, S2

b. Kiểm tra mức ý nghĩa các hệ số hồi qui

Tiến hành kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi qui theo tiêu chuẩn Student. Trước hết ta tính phương sai và các sai số S2 b0, S2 bij của các hệ số hồi qui theo phương sai và các sai số thí nghiệm S2 y. Phương sai và các sai số thí nghiệm có thể tính theo các giá trị của thông số ra yu ở các mức cơ sở của các

yếu tố:

(3.9)

yu- giá trị các thí nghiệm ở mức cơ sở

- giá trị trung bình của các thí nghiệm ở mức cơ sở

(3.10)

N0 - số thí nghiệm ở mức cơ sở.

Sai số các hệ số hồi qui được tính theo công thức:

Sb0 = Sy

Sbi = Sy

Sbii = Sy

Sbij = Sy

Ta tính các tỷ số theo các công thức:

tb0 =

tbi =

tbij =

tbii =

Đối chiếu theo tiêu chuẩn Student với mức ý nghĩa

= 0,05, bậc tự do f = N0 – 1 tra bảng tìm tb. Các hệ số hồi qui của phương trình có nghĩa khi các hệ số tb0 > tb, tbi > tb, tbij > tb, tbii > tb ngược lại thì vô nghĩa ta loại bỏ hệ số đó.

c. Kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán

Để thực hiện được công việc kiểm tra trước hết ta phải tính phương sai

thích ứng theo công thức sau:

(3.11)

;

Trong đó:

ytt- giá trị tính toán từ phương trình hồi qui.

yu- giá trị trung bình của các thông số ra ở các mức.

y0- giá trị trung bình của thông số ra của các thí nghiệm ở mức cơ sở.

n- hệ số hồi qui có nghĩa.

Lập tỉ số (3.12)

Đối chiếu với tiêu chuẩn Fisher, tra bảng tìm Fb với  = 0,05 và bậc tự do

f1 = N - n - (N0 - 1); f2 = N0 – 1

Nếu F < Fb thì mô hình bậc 2 thích ứng.

Nếu F > Fb thì mô hình bậc 2 không thích ứng, ta phải chuyển sang phương

án bậc cao hơn.

d. Phương pháp chuyển từ dạng mã sang dạng thực

Để mô tả quá trình nghiên cứu bằng mô hình toán, thể hiện mối quan hệ

giữa Yj và xi ta cần phải chuyển phương trình hồi qui từ dạng mã sang dạng thực

bằng cách thay công thức (3.1) vào công thức (3.2) ta được công thức sau:

(3.13)

Trong đó: c0, ci, cij , cii là các hệ số của phương trình hồi qui dạng thực:

(3.14)

(3.15)

(3.16)

(3.17)

e. Xác định giá trị tối ưu của thông số ra

Sau khi đã lập được phương trình hồi qui bậc hai Y = f(x) ta có thể xác định được giá trị cực trị của hàm Y bằng cách đạo hàm riêng đối với mỗi yếu tố và cho đạo hàm đó bằng 0 ta sẽ được một hệ phương trình tuyến tính.

(3.18)

Giải hệ phương trình trên ta xác định được các giá trị x1, x2, x3. Thay vào

hàm Y ta xác định được các giá trị cực trị của hàm đó.

3.5.3.3. Phương pháp nghiên cứu tối ưu tổng quát

Phương pháp tối ưu tổng quát được áp dụng trong các công trình nghiên cứu có nhiều hàm mục tiêu. Từng chỉ tiêu riêng biệt có tọa độ tối ưu riêng khác biệt. Khi chọn giá trị các thông số để đạt cực trị của một chỉ tiêu nào đó, thường làm cho các chỉ tiêu khác nhận giá trị cách xa cực trị của chúng. Vấn đề đặt ra là thương lượng mức giá trị hợp lý của các chỉ tiêu, để cuối cùng có được giá trị tối ưu tổng hợp làm cơ sở để hoàn thiện quy trình công nghệ và thiết kế cải tiến hệ thống thiết bị.

Sau khi xác định được mô hình hồi qui của các hàm thành phần Yj (j =1p), với p là số hàm thành phần) theo phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố, tiến hành giải tối ưu tổng quát theo phương pháp của EC.Harrington gồm các bước sau (Harrington, 1975; Deming, 1991):

a. Đồng nhất hoá các hàm Yj

Các hàm thành phần Yj có các thứ nguyên khác nhau và chúng có thể là

hàm cực đại hay cực tiểu (theo mục đích nghiên cứu). Do đó phải đồng nhất các

hàm Yj chuyển chúng sang dạng đặc trưng gọi là hàm mong muốn thành phần dj

= f(Yj) không có thứ nguyên theo công thức sau (Harrington, 1975):

(3.19)

(3.20)

Yj min(max)- giá trị xấu nhất trong số các giá trị thực nghiệm của hàm Yj khi

dj = 0,37, trong đó Yj min ứng với hàm cực đại và Yj max ứng với hàm cực tiểu.

Yj0- giá trị tốt nhất hay mong muốn của hàm các hàm thành phần Yj.

k- hệ số ưu tiên cho những hàm (hay chỉ tiêu) quan trọng, k = 3  5. Khi chọn k có giá trị lớn thì giá trị của các yếu tố vào càng về gần với giá trị cực trị của các hàm đó.

Khi các hàm Yj bị chặn một phía Yj < Yj max hoặc Yj > Yj min đồ thị hàm

d 0,80

0,63

0,37

0,20

-2

-1

2 Yj’

Yj0

mong muốn thành phần dj = f(Yj) được biểu diễn trên đồ thị hình 3.3.

Yjmin Yj (max) Hình 3.3. Đồ thị hàm mong muốn thành phần dj khi Yj bị chặn một phía

b. Lập hàm mong muốn tổng quát

Sau khi đã có hàm thành phần dj tương ứng với Yj ta lập hàm mong muốn tổng quát D dưới dạng tích theo công thức sau (Harrington,1975; Deming, 1991; Pan & cs., 2009; Pal & Gauri, 2018):

(3.21)

Như vậy, dựa vào số liệu thí nghiệm của các hàm thành phần Yj ta xác định được giá trị “hàm mong muốn” thành phần dj và giá trị “hàm mong muốn” tổng quát D cho từng thí nghiệm của ma trận. Lúc này hàm D được coi như một hàm hồi qui nào đó, việc xác định mô hình toán, kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy, kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán hàm D được xác định tương tự như xác định cho các hàm thành phần Yj.

Ta thấy rằng các hàm Yj có thể có cực trị ngược nhau trong khoảng nghiên cứu của các yếu tố xi. Sau khi đồng nhất hoá các hàm dj theo công thức (3.19) thì tất cả các hàm dj đều là những hàm có giá trị cực đại và bị chặn một phía dj < 1. Từ đó ta suy ra hàm D tính theo công thức (3.21) cũng là hàm có giá trị cực đại và bị chặn trên bởi 1 (D<1).

Sau khi xác định được mô hình toán của hàm D, tiến hành giải tối ưu tương tự như tìm cực trị đối với các hàm thành phần Yj. Kết quả giải tối ưu tổng quát

xác định được giá trị tối ưu chung của các yếu tố vào cho tất cả các thông số ra. Thay giá trị tối ưu này vào các hàm thành phần Yj, ta xác định được giá trị tối ưu tổng quát chung cho tất cả các thông số vào xi.

3.5.4. Phương pháp xác định một số thông số của quá trình cô đặc

Để xác định một số thông số của quá trình cô đặc, các kết quả đo được lặp

lại 3 lần và lấy giá trị trung bình.

3.5.4.1. Phương pháp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cô đặc

a. Phương pháp xác định nhiệt độ cô đặc

Để xác định nhiệt độ cô đặc chúng tôi sử dụng thiết bị đo nhiệt độ điện tử hiện số mã hiệu CH402 (Trung Quốc), khoảng đo 0oC÷130oC, sai số ± 0,5oC (hình 3.4). Đầu đo được xuyên vào dung dịch và tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt, giá trị đo được hiển thị trên màn hình của thiết bị.

Hình 3.4. Thiết bị đo nhiệt độ CH402

Nồng độ chất rắn hòa tan (độ ẩm) của mật ong được xác định bằng thiết bị

đo Brix kế hiện số (hãng ATAGO, Nhật Bản), khoảng đo 0÷93%, sai số ±0,1%.

Hình 3.5. Thiết bị đo Brix kế

b. Xác định áp suất trong buồng cô đặc

Để đo áp suất trong buồng cô đặc chúng tôi đã sử dụng đồng hồ đo áp suất chân không KKGAUGES, (hình 3.6) với thang đo 0÷-760 mmHg, độ chính xác ± 1%. Đồng hồ được lắp đặt ngay trên buồng cô đặc và kết quả đo được hiển thị trên bề mặt đồng hồ.

Hình 3.6. Đồng hồ đo áp suất

c. Phương pháp xác định thời gian phát sóng siêu âm

Thời gian phát sóng siêu âm là khoảng thời gian được thực hiện bằng rơle thời gian (OMRON DH485-S(H5CN) cung cấp nguồn điện cho thiết bị phát sóng siêu âm.

Hình 3.7. Đồng hồ đo thời gian

3.5.4.2. Phương pháp xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của thiết bị cô đặc

a. Phương pháp xác định điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc Q (điểm)

Điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc Q được xác định bằng phương

pháp đánh giá chất lượng cảm quan theo TCVN 12401:2018 (BKTTCQG, 2018).

Các thành viên trong hội đồng đánh giá cảm quan của mật ong sau khi cô

đặc thông qua các chỉ tiêu chất lượng với tổng hệ số trọng lượng bằng 4. Hệ số quan trọng được phân phối trong bảng 3.1 và cơ sở phân cấp chất lượng sản

phẩm thực phẩm dựa trên điểm chung có trọng lượng trong bảng 3.2.

Bảng 3.1. Danh mục các chỉ tiêu cảm quan và hệ số quan trọng tương ứng

của mật ong

Hệ số quan trọng

Chỉ tiêu

Trên tổng bằng 4

%

Màu sắc

0,8

Mùi

0,8

Vị

0,8

Trang thái

1.6

Bảng 3.2. Bảng mô tả nội dung đánh giá 6 bậc

Cơ sở đánh giá

Bậc đánh giá

Điểm chưa có trọng lượng

Trong chỉ tiêu đang xét, sản phẩm có tính tốt đặc trưng và rõ rệt cho chỉ tiêu đó, sản phẩm không có sai lỗi và khuyết tật nào.

Sản phẩm có khuyết tật nhỏ hoặc sai lỗi nhỏ hoặc cả hai nhưng không làm giảm giá trị cảm quan của sản phẩm đó

Sản phẩm có khuyết tật hoặc sai lỗi hoặc cả hai. Số lượng và mức độ của khuyết tật, sai lỗi đó làm giảm giá trị cảm quan của sản phẩm, nhưng sản phẩm vẫn dạt theo tiêu chuẩn.

Sản phẩm có khuyết tật hoặc sai lỗi hoặc cả hai. Số lượng và mức độ của khuyết tật, sai lỗi làm cho sản phẩm không đạt mức chất lượng quy định trong tiêu chuẩn, nhưng còn khả năng bán được.

Sản phẩm có khuyết tật và sai lỗi ở mức độ trầm trọng không đạt mục đích sử dụng chính của sản phẩm đó. Song sản phẩm vẫn chưa bị coi là hỏng. Sản phẩm đó không thể bán được, nhưng sau khi tái chế thích hợp vẫn có thể sử dụng được.

Sản phẩm có khuyết tật và sai lỗi ở mức độ rất trầm trọng, sản phẩm bị coi là hỏng và không sử dụng được nữa.

Chất lượng sản phẩm được tính là điểm trung bình của từng chỉ tiêu nhân với hệ số trọng lượng của nó. Điểm tổng hợp chất lượng của sản phẩm có giá trị

từ 0  20 theo 6 mức chất lượng TCVN 3215-79 dùng hệ điểm 20 xây dựng trên

một thang điểm thống nhất 6 mức, 5 điểm (05). Điểm 0 ứng với sản phẩm hỏng,

điểm 15 ứng với mức khuyết tật giảm dần, điểm 5 coi như sản phẩm có chất lượng tốt nhất (bảng 3.2).

Bảng 3.3. Cơ sở phân cấp chất lượng sản phẩm thực phẩm dựa trên điểm

chung có trọng lượng

Cấp chất lượng

Điểm cảm quan

Loại tốt

18,6  20

Loại khá

15,2  18,5

Loại trung bình

11,2  15,1

Yêu cầu về điểm trung bình chưa có trọng lượng đối với các chỉ tiêu Các chỉ tiêu quan trọng nhất lớn hơn hoặc bằng 4,8 Các chỉ tiêu quan trọng nhất lớn hơn hoặc bằng 3,8 Mỗi chỉ tiêu lớn hơn hoặc bằng 2,8

7,2 11,1

Mỗi chỉ tiêu lớn hơn hoặc bằng 1,8

4 7,1

Mỗi chỉ tiêu lớn hơn hoặc bằng 1,0

Loại kém (không đạt mức chất lượng qui định trong tiêu chuẩn nhưng còn khả năng bán được) Loại rất kém (không có khả năng bán được nhưng sau khi tái chế thích hợp còn sử dụng được) Loại hỏng (không còn sử dụng được)

0, 0  3,9

Để đảm bảo tính chính xác của phép thử chúng tôi đã chọn hội đồng gồm 7 thành viên có khả năng đánh giá chất lượng cảm quan theo quy định ở bảng 3.3 là các chuyên viên của Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long. Các mẫu trước khi đánh giá được mã hoá theo bảng số ngẫu nhiên (phụ lục 7), mỗi mẫu có một mã số riêng.

* Chỉ tiêu phân tích cảm quan gồm:

Xác định màu sắc, trạng thái.

Xoay nhẹ mẫu để quan sát, màu sắc, bọt, hạt lơ lững, cặn, kết tinh, hoặc các

vật thể lạ nhỏ.

Quan sát kích thước bọt khí, kích thước hạt kết tinh, cặn lơ lửng, chiều dày

lớp kết tinh

Quan sát độ trong màu sắc.

Ghi nhận và cho điểm.

Xác định mùi vị:

Rót mật ong vào chén để thử mùi; đưa nhẹ chén từ xa đến gần mũi. Ngửi,

ghi nhận và cho điểm về mùi.

Lấy thìa múc 1 ít đưa lên lưỡi để sơ bộ nhận xét về vị. Chẹp miệng và nuốt

1 ít ghi nhập cho điểm.

Điểm quy định sản phẩm mật ong theo tiêu chuẩn Việt Nam trong bảng 3.4.

Bảng 3.4. Bảng điểm qui định sản phẩm mật ong theo tiêu chuẩn Việt Nam

Yêu cầu

Chỉ tiêu

Màu sắc

Mùi

Vị

Điểm chưa có trọng lượng 5 4 3 2 1 0 5 4 3 2 1 0 5 4 3 2 1 0

Trạng thái

Có màu vàng chanh đặc trưng của sản phẩm mật ong hoa vải Có màu vàng chanh kém đặc trưng của sản phẩm. Có màu vàng nhạt Sản phẩm hơi sẫm màu Sản phẩm sẫm màu nhìn ít hấp dẫn Sản phẩm có màu pha đen, màu của sản phẩm bị hỏng. Có mùi thơm đặc trưng của hoa vải. Có mùi thơm kém đặc trưng của hoa vải Có mùi thơm nhẹ. Có mùi thoảng thơm của mật ong hoa vải không có mùi thơm. Có mùi lạ, mùi lên men Có vị ngọt nhẹ hài hòa đặc trưng, tinh khiết của mật ong hoa vải Có vị ngọt nhẹ hài hòa đặc trưng kém tinh khiết Có vị ngọt nhẹ kém đặc trưng, không hoàn toàn tinh khiết Có vị nhạt, ít hài hòa K hông có vị của mật ong Có vị lạ . Lỏng-sánh, trong suốt đặc trưng của mật ong hoa vải, không có kết tinh, không có bọt lơ lững Lỏng-sánh, kém trong suốt đặc trưng của mật ong hoa vải, không có kết tinh tuy nhiên có một vài bọt nhỏ lơ lững Lỏng- kém sánh, kém trong, có một vài kết tinh nhỏ, có 1 ít bọt nhỏ lơ lững Lỏng, hơi sánh, kém trong, có 1 ít kết tinh, có bọt, vẫn đục lơ lững Lỏng-quánh, hơi đục, có nhiều kết tinh, có bọt to, vẫn đục lơ lững Quánh, đục, có nhiều kết tinh.

b. Phương pháp xác định thời gian kết tinh trở lại

Hình 3.8 xác định thời điểm bắt đầu kết tinh trở lại của mật ong trong quá trình tồn trữ thông qua việc quan sát mầm tinh thể được hình thành nhờ kính hiển vi (Optika của Ý) với độ phóng đại 100X.

Cho một lượng nhỏ mẫu mật ong trên lam cố định của giá đỡ mẫu. Thời

gian kết tinh trở lại là khoảng thời gian bắt đầu xuất hiện các mầm tinh thể kết

tinh trong mật ong (Hình 3.8).

Hình 3.8. Mầm tinh thể kết tinh

c. Phương pháp xác định thời gian cô đặc

Thời gian cô đặc là khoảng thời gian thực hiện một mẻ cô đặc được tính từ

thời điểm khi bắt đầu cô đặc cho đến khi dung dịch cô đặc đạt độ ẩm 18% bằng

cách sử dụng đồng hồ điện tử đo thời gian thông dụng.

d. Phương pháp xác định chi phí điện năng riêng

Để xác định chi phí điện năng riêng trong mỗi lần thí nghiệm, chúng tôi

dùng thiết bị đo điện năng tiêu thụ mã hiệu EMIC- 3PHASE do Việt Nam sản

xuất (hình 3.9). Đây là loại thiết bị đo hiện số, có độ chính xác 0,1kWh, được sử

dụng phổ biến để xác định mức tiêu thụ điện năng trong quá trình thí nghiệm.

Hình 3.9. Đồng hồ điện năng

Chi phí điện năng riêng Nr được xác định bằng tỷ số giữa điện năng tiêu thụ

với lượng nước cần bốc hơi của mẻ cô đặc và được tính theo công thức:

(3.22) , kWh/kgH2O

Trong đó:

Nct- điện năng tiêu thụ trên công tơ cho 01 mẻ cô đặc, kWh;

W- lượng nước cần bốc hơi trong 01 mẻ cô đặc, kgH2O.

e. Xác định thành phần hoá học của mật ong

Thành phần hoá học của mật ong trước và sau khi cô đặc được xác định tại Trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ sinh học – Viện Công nghệ Sinh

học và Công nghệ thực phẩm, Đại học Bách khoa Hà Nội.

Các chỉ tiêu phân tích bao gồm: Hàm lượng nước, đường glucoza fructoza, Sucrose được xác định theo phương pháp phân tích AOAC 977.20, hàm lượng HMF được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 5270:2008 trên máy đo sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), mã hiệu BF-6D-19 (hình 3.10). Hoạt lực diastase được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 5268:2008, hàm lượng chất rắn không tan trong

nước được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 5264:1990, vi sinh vật tổng số được

xác định theo tiêu chuẩn TCVN 5375-1991.

Hình 3.10. Máy đo sắc ký lỏng HPLC mã số BF-6D-19

3.5.5. Phương pháp xử lý số liệu nghiên cứu

Số liệu thí nghiệm được xử lý trên phần mềm Excel và Irristat 4.0. Đây là

phần mềm có chức năng phân tích thí nghiệm, quản lý, phân tích thống kê cơ

bản, phân tích phương sai hồi qui và các số liệu trong các kết quả thực nghiệm.

Mô phỏng và giải bài toán tối ưu bằng phần mềm Matlab.

PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT ẨM TRONG BỘ PHẬN CÔ ĐẶC

Quá trình trao đổi nhiệt trong bộ phận cô đặc là quá trình trao đổi nhiệt đối lưu có sự biến đổi pha, trong đó quá trình biến đổi lỏng thành hơi gọi là quá trình trao đổi nhiệt khi sôi và quá trình biến đổi hơi thành lỏng gọi là quá trình trao đổi nhiệt khi ngưng. Đây là quá trình trao đổi nhiệt phức tạp giữa môi trường mang nhiệt, môi trường thu nhiệt và vách ngăn giữa chúng. Tuy nhiên có thể mô phỏng quy luật biến đổi các thông số trong quá trình cô đặc bằng các hàm toán học dựa trên các định lý về trao đổi nhiệt hai môi trường mang nhiệt và thu nhiệt. Thông qua các hàm toán học biểu diễn các mối quan hệ của các thông số vật lý trong quá trình cô đặc, ta có thể xác định một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc nhằm định hướng cho việc thiết kế thiết bị cô đặc.

4.1.1. Mô hình kết cấu bộ phận cô đặc

Theo sơ đồ nguyên lý cấu tạo của thiết bị cô đặc đã được thiết kế, để đơn

giản trong tính toán thiết kế, bộ phận cô đặc được chia thành 3 buồng chính:

buồng nạp liệu, buồng cấp nhiệt và buồng hỗn hợp lỏng-hơi (hình 4.1).

Buồng nạp liệu có chiều cao hnL, có nhiệm vụ cấp, tháo liệu và cũng là nơi

trung chuyển tuần hoàn dung dịch mật. Buồng nạp liệu được chia thành 2 phần:

phần đáy có dạng hình nón cụt, đáy nhỏ dnc, đáy lớn Ddn, phía ngoài có lắp 9 đầu

phát sóng siêu âm để phá kết tinh dung dịch mật. Phần trên có dạng hình trụ có

cùng đường kính với đáy lớn nón cụt Ddn.

Buồng cấp nhiệt dạng ống hình trụ có chiều cao hdn, có đường kính Ddn.

Bên trong buồng có 6 ống đun sôi dung dịch mật có đường kính d s và một ống

tuần hoàn dung dịch mật ở tâm có đường kính dth. Buồng đun sôi được ngăn

cách bởi hai mặt bích. Bao quanh các ống này là nước nóng được gia nhiệt bằng

điện trở.

Buồng hỗn hợp lỏng-hơi có dạng hình trụ, chiều cao HLh, đường kính DLh

(nhỏ hơn đường kính buồng gia nhiệt) là nơi phát triển kích thước hạt bọt nhờ

nhận thêm hơi nước trong dung dịch mật. Phần trên buồng sôi có lắp vành dẫn

chất lỏng có chiều cao hvd, đó là tổ hợp của các ống hình trụ đồng tâm có đường

kính dvd nhỏ dần nhằm tạo ra các khe hẹp hình vành khăn, phá vỡ hạt bọt để giải

phóng hơi nước và khí trong các hạt bọt đồng thời cũng tạo ra nhiều lớp màng

mỏng để tăng diện tích bề mặt bốc hơi và tăng tốc độ chuyển động của dung dịch

mật trong các khe hẹp theo hướng từ dưới lên trên nhằm tăng động lực của quá

trình thoát hơi nước trong dung dịch mật. Bên trong buồng chứa bọt có ống tuần

hoàn dung dịch mật kéo dài từ buồng gia nhiệt đến hết chiều cao vành dẫn chất

lỏng. Theo chiều cao, buồng hỗn hợp lỏng-hơi được chia thành 3 buồng: hpt là

chiều cao buồng phát triển kích thước hạt bọt, hvd là chiều cao buồng phá vỡ bọt là

nơi có lắp vành dẫn chất lỏng và hht là chiều cao buồng phân ly hơi thứ ở trên vành

dẫn chất lỏng là nơi tiếp nhận hơi thứ và phân ly dung dịch mật.

Hình 4.1. Mô hình kết cấu bộ phận cô đặc mật ong CĐ-1

Dòng dung dịch mật trong ống đun sôi chuyển động từ dưới lên trên nhờ áp

lực hút của bơm chân không. Khi đó nhiệt độ dung dịch mật ở vùng tâm ống

nhiệt độ giảm xuống còn lớp dung dịch mật tiếp xúc với vách ống được nung

nóng tăng lên rất nhanh tạo nên sự quá nhiệt. Kết quả là tạo ra lớp bọt hơi có độ

dày nhất định bám xung quanh thành ống. Kích thước hạt bọt tăng dần do nhận

thêm hơi nước. Entanpi trung bình của lớp bọt tăng lên dọc theo vách ngăn theo

hướng dòng chảy từ dưới lên do nhận thêm nhiệt. Khi kích thước hạt bọt đủ lớn

sẽ tách ly khỏi bề mặt trong của ống đun sôi và đi lên trên ống đun sôi vào buồng

phát triển kích thước hạt bọt, tiếp tục đi vào khe hẹp của vành dẫn chất lỏng. Tại

đây, các bọt hơi bị vỡ do kích thước hạt bọt lớn hơn nhiều kích thước của khe

hẹp, do đó hỗn hợp lỏng-hơi theo khe hẹp của vành dẫn chất lỏng đi vào buồng

phân ly hơi thứ (hình 4.1).

Đồng thời do sức hút của chân không, dung dịch mật bám theo vành trong của

các khe hẹp vành khăn đi vào buồng phân ly. Lượng dung dịch mật này có khối

lượng riêng lớn hơn nhiều so với hỗn hợp lỏng - hơi nên dưới tác dụng của trọng

lượng bản thân sẽ được thu vào ống tuần hoàn, dung dịch mật chuyển động xuống

dưới về buồng cấp liệu và lại được đẩy vào ống đun sôi thành vòng tuần hoàn. Hơi

thứ tiếp tục đi vào bộ phận phân ly hơi thứ, để thu hồi phần dung dịch mật nhỏ kéo

theo hơi thứ, sau đó qua dàn lạnh được ngưng tụ thành dạng lỏng và được định kỳ

tháo ra, còn không khí và các khí không ngưng được thải ra môi trường.

4.1.2. Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình toán quá trình trao đổi nhiệt trong

bộ phận cô đặc

Để xây dựng mô hình toán quá trình trao đổi nhiệt ẩm trong bộ phận cô đặc,

Luận án này kế thừa một số kết quả nghiên cứu về lý thuyết của các tác giả

Schellart (2011), Bakier (2007), Heldman & cs. (2019), Лебедев (1972), Михеев & Михеева (1977), Đặng Quốc Phú & cs. (2006), Bùi Hải & Trần Thế sơn (2015), Bùi Hải & cs. (2001)… để xây dựng mô hình toán nhằm định hướng ban

đầu cho việc thiết kế.

4.1.2.1. Cơ sở vật lý của quá trình cô đặc

Theo thuyết động học phân tử quá trình cô đặc được giải thích như sau: các phân tử chất lỏng nằm gần mặt thoáng có chuyển động vì nhiệt, ở thời điểm nào

đó tốc độ chuyển động của phân tử vượt qua tốc độ giới hạn sẽ thoát khỏi bề mặt

chất lỏng trở thành trạng thái tự do (hơi). Khi bay hơi các phần tử cần khắc phục

lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực của áp suất bên ngoài, khi đó phân tử bay hơi cần phải thu nhiệt ở ngoài, lượng nhiệt lấy đi trong quá trình bay hơi ở nhiệt độ

xác định của một đơn vị khối lượng chất lỏng gọi là ẩn nhiệt bay hơi. Khi nhiệt độ

tăng, ẩn nhiệt bay hơi giảm, ở nhiệt độ tới hạn ẩn nhiệt bay hơi bằng không.

Khi sôi chất lỏng bốc hơi không chỉ ở trên mặt thoáng của chất lỏng mà phần chủ yếu là các bọt hơi được tạo thành trong chất lỏng. Các bọt hơi là những

tâm tạo thành hơi, trong quá trình bốc hơi các bọt hơi tăng dần kích thước và nhờ

lực đẩy Acsimet nó bị đẩy lên mặt thoáng, đồng thời các bọt khác lại được tạo

thành, kết quả là hơi được chuyển liên tục từ bên trong lớp chất lỏng lên mặt

thoáng.

Các bọt hơi tạo thành trong chất lỏng có một số khí hoà tan, khi đun nóng

các khí thoát ra tạo thành nhiều bọt, từ các bọt này chất lỏng sẽ bay hơi. Hiện

tượng này thường có ở giai đoạn đầu của quá trình sôi. Điều kiện để tạo thành

bọt hơi là áp suất hơi trong bọt phải bằng áp suất chất lỏng ở xung quanh, ở điều

kiện này chất lỏng sẽ bay hơi mạnh mặc dù nhiệt lượng cung cấp từ ngoài vào

cho chất lỏng tương đối lớn nhưng nhiệt độ của nó tăng rất chậm. Đôi khi chất lỏng sôi ở trạng thái quá nhiệt (hiện tượng này xảy ra ở giai đoạn đầu của quá

trình sôi) do chất lỏng không chứa khí hoà tan, khi đó áp suất hơi bên trong bọt

pb phải bằng áp suất pl của chất lỏng bên ngoài cộng thêm áp suất p’ để thắng trở

lực do sức căng bề mặt giữa hơi và lỏng, áp suất này là (σ- sức căng bề

mặt; ρ- bán kính của bọt), nghĩa là: pb = pl + p’. Vì p = f(to) nên muốn áp suất hơi

trong bọt bằng pb, chất lỏng phải quá nhiệt một đại lượng với tfs-

nhiệt độ sôi ứng với áp suất ps, tw- nhiệt độ vách truyền nhiệt (Nguyễn Bin,

2011).

4.1.2.2. Cân bằng vật liệu

Giả thiết: G là lượng dung dịch vận chuyển vào bộ phận cô đặc (kg), b1 là nồng độ dung dịch ban đầu (%), b2 là nồng độ dung dịch sau khi cô đặc (%), W

là lượng nước bốc hơi.

Lượng chất khô có trong dung dịch trước và sau khi cô đặc là không đổi, vì

vậy phương trình cân bằng khối lượng (Лебедев, 1972; Bùi Hải & cs., 2001):

(4.1)

Từ đó ta tính được lượng nước cần bốc hơi:

kg (4.2)

Nồng độ của dung dịch là tỷ số giữa khối lượng chất rắn hòa tan Gk (dạng

khô hoàn toàn) với toàn bộ khối lượng của dung dịch G = Gk+W. Như vậy, ta có:

(4.3)

Trong quá trình cô đặc, Gk= const còn W giảm đi do bốc hơi nên nồng độ

của dung dịch sẽ tăng lên.

4.1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cô đặc

a. Nhiệt độ sôi của sản phẩm

Nhiệt độ sôi của sản phẩm phụ thuộc vào áp suất hơi trên bề mặt sản phẩm,

nồng độ chất khô và tính chất lý hóa của sản phẩm. Khi áp suất hơi trên bề mặt

của dung dịch càng thấp thì nhiệt độ sôi của sản phẩm càng giảm. Ở nhiệt độ sôi

thấp, sản phẩm ít bị biến đổi. Vì vậy, trong nhiều trường hợp người ta tạo chân

không trong bộ phận cô đặc để hạ nhiệt độ sôi của sản phẩm hoặc sử dụng chất

tải nhiệt có nhiệt độ thấp như hơi thứ. Tuy nhiên, nhiệt độ sôi thấp sẽ làm giảm

tốc độ trao đổi nhiệt trong sản phẩm và có thể đưa tới hiện tượng bốc hơi bề mặt

giống như quá trình sấy.

b. Ảnh hưởng của nhiệt độ sôi tới sản phẩm

Khi tiến hành cô đặc sản phẩm, sau quá trình gia nhiệt thì nhiệt độ của sản

phẩm đang ở nhiệt độ cao. Nước trong sản phẩm đã bắt đầu bốc hơi.

Ở đây, nhiệt độ sôi của dung dịch mật phụ thuộc vào áp suất hơi trên bề

mặt, nồng độ chất khô, và tính chất vật lý hóa học.

Khi áp suất hơi trên bề mặt của dung dịch mật càng thấp thì nhiệt độ sôi

càng thấp. Vì vậy việc tạo độ chân không sẽ làm giảm được nhiệt độ sôi của

dung dịch mật. Hay nói cách khác là điều chỉnh nhiệt độ sôi bằng cách thay đổi

độ chân không. Độ chân không được điều chỉnh bằng cách thay đổi số vòng quay

động cơ nhờ biến tần.

Bảng 4.1. Quan hệ giữa độ chân không và nhiệt độ sôi của nước

Độ chân không (mmHg)

Nhiệt độ sôi (0C)

100

126

234

326

405

430

526

572,5

610

642

667,6

690

44,5

705

Nguồn: Bộ KH-CN (2019)

c. Ảnh hưởng của nồng độ chất khô tới nhiệt độ sôi của sản phẩm

Khi nồng độ chất khô trong sản phẩm càng lớn thì nhiệt độ sôi càng cao.

Trong quá trình cô đặc, nồng độ chất khô tăng dần nên nhiệt độ sôi của sản phẩm

cũng tăng dần.

Bảng 4.2. Quan hệ giữa nồng độ chất khô và nhiệt độ sôi ở 705 mmHg

Nồng độ chất khô (%) 55 60 65 70 75 80 82

Nhiệt độ sôi ở 705 mmHg(0C) 42,82 43,55 44,45 45,57 46,94 48,62 49,4

Nguồn: Crapiste & Lozano (1988)

d. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới màu sắc sản phẩm

Nhiệt độ làm sẫm màu sản phẩm tại khâu gia nhiệt do phản ứng Maillard

giữa đường khử (fructose) và axit amin khi nhiệt độ từ 70÷90oC.

Đối với quá trình cô đặc thì sự sẫm màu ở dung dịch mật xảy ra bởi phản

ứng Caramen.

4.1.2.4. Thời gian cô đặc

Thời gian cô đặc phụ thuộc vào cường độ bốc hơi của sản phẩm và điều

kiện vận hành của hệ thống thiết bị. Ở thiết bị làm việc liên tục và sản phẩm có

cường độ bốc hơi lớn thì thời gian cô đặc ngắn.

4.1.2.5. Cường độ bốc hơi

Cường độ bốc hơi phụ thuộc chủ yếu vào hệ số truyền nhiệt. Hệ số truyền

nhiệt càng cao thì cường độ bốc hơi càng lớn. Để nâng cao hệ số truyền nhiệt cần

phải nâng cao nhiệt độ sôi và tốc độ tuần hoàn của sản phẩm, bề mặt truyền nhiệt

cần phải được làm sạch, lượng nước ngưng tụ trong buồng đốt được thải ra tuần

hoàn và nhanh chóng.

4.1.3. Trao đổi nhiệt đối lưu khi sôi của chất lỏng

4.1.3.1. Quá trình trao đổi nhiệt khi sôi

a. Các điều kiện của quá trình sôi

Trong các thiết bị trao đổi nhiệt chúng ta có thể gặp hai loại quá trình sôi:

Quá trình sôi trong thể tích của chất lỏng.

Quá trình sôi trên bề mặt vật rắn được đốt nóng.

Điều kiện của quá trình sôi:

Muốn có quá trình sôi cần phải có hai điều kiện:

- Chất lỏng phải được quá nhiệt. Trong trường hợp sôi trong thể tích của chất lỏng thì toàn bộ khối chất lỏng phải được quá nhiệt. Sự quá nhiệt này có thể nhận được bằng cách giảm nhanh áp suất của chất lỏng để có p < ps (ps là áp suất bão hòa ứng với nhiệt độ đã cho) hoặc cấp nhiệt cho khối chất lỏng như sục hơi nóng vào chất lỏng như thường gặp trong các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu hỗn hợp.

Trong trường hợp sôi trên bề mặt vật rắn thì phải có một lớp chất lỏng ở sát

bề mặt vật rắn được quá nhiệt.

- Phải có các tâm sinh hơi. Các tâm sinh hơi có thể là các bọt khí, các hạt

bụi hoặc các chỗ lồi lõm trên bề mặt vật rắn.

Đây là hai điều kiện cần thiết của quá trình sôi. Thí nghiệm đã chứng tỏ rằng nếu không có tâm sinh hơi, ví dụ đối với chất lỏng rất sạch hay bề mặt vật rắn thật nhẵn bóng thì ngay cả khi chất lỏng có độ quá nhiệt rất lớn, quá trình sôi

cũng chưa có thể xảy ra. Nhưng nếu có các tâm sinh hơi thì khi chất lỏng được quá nhiệt đến một mức nào đó, quá trình sôi đã có thể xảy ra.

Trong thực tế, ta thường gặp quá trình sôi trên bề mặt vật rắn. Vì vậy cần

thiết phải nghiên cứu kỹ các đặc điểm của quá trình sôi này.

b. Cơ cấu của quá trình sôi trên bề mặt vật rắn

- Sự hình thành các bọt hơi

Khi một lớp chất lỏng sát bề mặt vật rắn được quá nhiệt thì các bọt hơi được hình thành tại các tâm sinh hơi. Các phần tử có kích thước (Đặng Quốc Phú & cs., 2006):

, m (4.9)

sẽ được dùng làm tâm sinh hơi.

Trong đó:

σ- sức căng bề mặt (N/m);

ts- nhiệt độ sôi ứng với áp suất đã cho, oC;

r - nhiệt hóa hơi, kJ/kg;

ρh - khối lượng riêng của hơi, kg/m3;

∆t là độ chênh nhiệt độ hay độ quá nhiệt của lớp chất lỏng sát bề mặt vật

rắn, oC, ∆t = tw - ts;

tw - nhiệt độ của bề mặt vách.

Ro được xác định trên cơ sở thiết lập sự cân bằng của các lực tác dụng lên bề mặt bọt hơi, đó là lực áp suất trong bọt hơi, lực áp suất của chất lỏng bao quanh và bọt hơi và sức căng bề mặt của bọt hơi (Tong & Tang, 2016).

a) Góc ø>90o b) Góc ø <90o

Nguồn: Tong & Tang (2016)

Hình 4.2. Sự hình thành các bọt hơi trên bề mặt vật rắn

- Sự lớn lên và tách ly các bọt hơi

Sau khi các bọt hơi được sinh ra tại các tâm sinh hơi, các bọt hơi lớn lên

dần dần. Sự lớn lên của các bọt hơi là do các bọt hơi mới sinh ra nhận nhiệt từ bề

mặt đốt nóng qua lớp chất lỏng bao quanh bọt hơi, lớp chất lỏng này tiếp tục bốc

hơi vào trong bọt hơi, mặt khác khi nhận nhiệt, hơi trong bọt hơi giãn nở, kết quả

là kích thước bọt hơi được tăng dần. Tốc độ lớn lên của bọt hơi có thể được xác

định bằng công thức (Đặng Quốc Phú & cs., 2006):

(4.10)

Trong đó:

λ- hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng;

τ- thời gian.

Khi kích thước của bọt hơi đã đủ lớn, dưới tác dụng của lực Acsimet các

bọt hơi được tách ra khỏi bề mặt vật rắn và chuyển động lên trên mặt thoáng.

Trong quá trình chuyển động lên trên, nếu chất lỏng ở phía trên không được quá

nhiệt thì các bọt hơi nổi lên bị lạnh sẽ ngưng lại nhỏ dần và biến mất trước khi tới

mặt thoáng của chất lỏng. Hiện tượng sôi như vậy gọi là sôi chưa tới nhiệt,

trường hợp này có thể gặp khi công suất nhiệt quá bé trong khi thể tích khối chất

lỏng quá lớn hoặc khi bề mặt vật rắn bị đốt nóng cục bộ. Nếu lớp chất lỏng phía

trên cũng được quá nhiệt một chút thì các bọt hơi sẽ chuyển động tới mặt thoáng

và nổ do độ chênh áp suất của hơi trong bọt hơi và áp suất trên mặt thoáng. Khi

các bọt hơi nổ, hơi được thoát ra.

Đường kính bọt hơi khi tách khỏi bề mặt đốt nóng gọi là đường kính tách ly

(Đặng Quốc Phú & cs., 2004).

(4.11)

Trong đó:

θ- góc dính ướt của chất lỏng với bề mặt vật rắn đo bằng độ góc (hình 4.3). Khi khi θ < π/2 chất lỏng dính ướt bề mặt, θ > π/2 chất lỏng không dính ướt bề mặt.

g- gia tốc trọng trường, g=9,81m/s2;

f= khối lượng riêng của chất lỏng.

a) Chất lỏng không dính ướt bề mặt b) Chất lỏng dính ướt bề mặt

Nguồn: Đặng Quốc Phú & cs. (2006) Khi một bọt hơi nào đó tách khỏi bề mặt thì lập tức tại đó lại xuất hiện một

Hình 4.3. Sự lớn lên và tách ly các bọt hơi

bọt hơi mới.

Khoảng thời gian tách ly của hai bọt hơi liên tiếp tại cùng một tâm sinh hơi gọi là chu kỳ sinh hơi τ(s). Đại lượng nghịch đảo của chu kỳ sinh hơi gọi là tần số sinh hơi f.

, 1/s (4.12)

Giữa đường kính tách ly bọt hơi và tần số sinh hơi có quan hệ với nhau, nếu

đường kính tách ly bọt hơi lớn thì tần số sinh hơi sẽ nhỏ và ngược lại.

Một cách gần đúng thì quan hệ giữa tần số sinh hơi và đường kính tách ly

bọt hơi có thể viết:

(4.13) f dt = const

Tích f. dt phụ thuộc vào từng loại chất lỏng.

Thí dụ: Đối với nước f.Dt = 155 mm/s

Freon 12 f.Dt = 64 mm/s.

Quá trình sôi trên bề mặt vật rắn có thể phân thành sôi bọt và sôi màng. Khi các bọt hơi được hình thành một cách riêng biệt ta có sôi bọt. Khi các bọt hơi sinh ra liên kết với nhau thành một màng hơi ta có sôi màng.

Chế độ sôi bọt, sôi màng phụ thuộc vào công suất nhiệt, độ chênh nhiệt độ,

tính dính ướt của chất lỏng,...

So sánh hệ số tỏa nhiệt khi sôi với hệ số tỏa nhiệt khi không có hiện tượng sôi ta thấy hệ số tỏa nhiệt khi sôi lớn hơn khi không sôi rất nhiều. Điều này có thể giải thích như sau: khi có hiện tượng sôi, lớp chất lỏng ở sát bề mặt đốt nóng bị xáo trộn mạnh do sự hình thành và tách ly các bọt hơi, do đó cường độ trao đổi nhiệt tăng và hệ số tỏa nhiệt tăng.

Giữa hai chế độ sôi thì sôi bọt có hệ số tỏa nhiệt lớn hơn sôi màng bởi vì khi sôi màng, màng hơi phủ trên bề mặt nóng có nhiệt trở lớn làm cản trở sự trao đổi nhiệt giữa bề mặt vật rắn và chất lỏng. Vì vậy, trong các thiết bị trao đổi nhiệt người ta mong muốn duy trì chế độ sôi bọt.

4.1.3.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến tỏa nhiệt khi sôi

Quá trình trao đổi nhiệt khi sôi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: độ quá

nhiệt t = tw - ts, góc dính ướt , áp suất hóa hơi, sức căng bề mặt của chất lỏng,

độ nhớt của chất lỏng, trạng thái bề mặt bị đốt nóng.

a. Ảnh hưởng của độ chênh nhiệt độ ∆t = tw - ts

Ứng với p đã cho, độ chênh lệch nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến tỏa nhiệt

khi sôi. Ảnh hưởng này có thể thấy rõ trên đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của α và

q vào ∆t trong quá trình sôi (hình 4.4).

Nguồn: Bùi Hải & Trần Thế Sơn (2015)

Hình 4.4. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của α và q vào ∆t

Từ đồ thị ta thấy:

Khi độ chênh nhiệt độ này nhỏ (t < 5oC) hệ số tỏa nhiệt được xác định bằng điều kiện trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên của chất lỏng một pha (đoạn AB).

Khi tăng t, bán kính Ro, giảm, số các phần tử được dùng làm tâm sinh hơi tăng,

số bọt hơi sinh ra nhiều do đó hệ số tỏa nhiệt tăng (đoạn BK) ta có chế độ sôi bọt.

Khi tiếp tục tăng t, số các bọt hơi được hình thành nhiều, các bọt hơi này liên

kết với nhau thành một màng, ta có chế độ sôi màng hệ số tỏa nhiệt giảm đáng kể. Điểm K trên đô thị là điểm chuyển từ chế độ sôi bọt sang chế độ sôi màng gọi

là điểm tới hạn, các thông số ứng với điểm tới hạn gọi là các thông số tới hạn. Trị

số t, , q tương ứng với thời điểm chuyển từ chế độ sôi bọt sang sôi màng gọi là

các giá trị tới hạn. Việc xác định các giá trị tới hạn có một ý nghĩa lớn trong kỹ

thuật. Ở các thiết bị sôi và bay hơi ta luôn mong muốn chế độ sôi có hệ số tỏa

nhiệt lớn đó là chế độ sôi bọt, vì thế cần chọn t < tth tới hạn.

a) chế độ sôi bọt b) chế độ sôi ở điểm tới hạn c) chế độ sôi màng

Nguồn: Đặng Quốc Phú & cs. (2006)

Hình 4.5. Các chế độ sôi

Cùng với sự thay đổi hệ số tỏa nhiệt  theo t, mật độ dòng nhiệt trao đổi

giữa bề mặt vật rắn và chất lỏng sôi q cũng thay đổi. Ở chế độ sôi bọt  tăng nên

q cũng tăng. Ở chế đồ sôi màng  giảm sau đó ổn định, mật độ dòng nhiệt giảm

nhưng sau đó lại tăng vì khi t khá lớn thì trao đổi nhiệt bằng bức xạ giữa bề mặt

vật rắn và chất lỏng tăng. vì thế cần chọn q < q th tới hạn (Bùi Hải & cs., 2001).

Hình ảnh các chế độ sôi trên hình 4.4 (Đặng Quốc Phú & cs., 2006; Михеев &

Михеева, 1977).

b. Ảnh hưởng của tính dính ướt của chất lỏng

Tính dính ướt của chất lỏng được thể hiện qua góc dính ướt. Khi θ > π/2

chất lỏng không dính ướt bề mặt, các bọt hơi có chân rộng, đường kính tách ly

bọt hơi lớn, các bọt hơi không tách khỏi bề mặt, dễ dàng liên kết với nhau thành

màng hơi, ta có chế độ sôi màng, hệ số tỏa nhiệt bé.

Ngược lại, nếu chất lỏng dính ướt tốt với bề mặt đốt nóng, các bọt hơi có

chân bền, đường kính tách ly bọt hơi nhỏ. Các bọt hơi dễ tách khỏi bề mặt đốt

nóng, ta có chế độ sôi bọt, hệ số tỏa nhiệt lớn. Đối với chất lỏng dính ướt bề mặt,

chế độ sôi màng chỉ có thể xảy ra khi ∆t >∆tth.

c. Ảnh hưởng của áp suất p

Với trị số ∆t cho trước, việc thay đổi p sẽ dẫn đến sự thay đổi các đại lượng

ρh, λ, r, σ làm thay đổi Ro và do đó α cũng sẽ thay đổi. Tuy sự thay đổi của ρh, λ,

r, σ khác nhau trong từng khoảng giá trị của p, nhưng nói chung khi tăng p thì

đều dẫn đến giảm Ro, nghĩa là khi tăng p, số tâm sinh hơi tăng, số bọt hơi sinh ra

nhiều, do đó hệ số tỏa nhiệt α tăng.

Khi chất lỏng sôi ở áp suất p < 1 bar, quá trình sôi có nhiều đặc điểm mới. Khi ∆t>5K, chế độ sôi đối lưu có thể vẫn tồn tại. Hệ số tỏa nhiệt khi sôi ở p < 1 bar nhỏ hơn hệ số tỏa nhiệt khi sôi ở p > 1 bar. Nhưng do sôi ở áp suất thấp, nhiệt độ sôi sẽ thấp, như vậy có thể sử dụng hơi áp suất thấp hoặc hơi thứ cấp trích từ các bình sinh hơi làm việc với áp suất cao để gia nhiệt, vì vậy, các thiết bị bay hơi làm việc với p < 1 bar vẫn được sử dụng.

d. Ảnh hưởng của tính chất vật lý của chất lỏng

Các đại lượng vật lý có ảnh hưởng nhiều đến hệ số tỏa nhiệt khi sôi là sức

căng bề mặt σ, độ nhớt động lực µ, hệ số dẫn nhiệt λ, nhiệt hóa hơi r.

Chất lỏng có sức căng bề mặt lớn thì Ro và Dt sẽ lớn, số tâm sinh hơi và tần

số sinh hơi nhỏ, do đó hệ số tỏa nhiệt α bé. Theo thực nghiệm α  σ -0,33

Chất lỏng có độ nhớt động lực µ lớn, chuyển động của nó bị cản trở nhiều,

do đó hệ số tỏa nhiệt nhỏ α  µ-0,45.

Chất lỏng có λ lớn, tốc độ lớn lên của các bọt hơi lớn, hệ số tỏa nhiệt lớn.

Chất lỏng có nhiệt hóa hơi lớn, Ro sẽ nhỏ, số tâm sinh hơi nhiều, hệ số tỏa

nhiệt lớn.

e. Ảnh hưởng của trạng thái bề mặt đốt nóng

Nếu bề mặt đốt nóng có độ nhám lớn, số phần tử được dùng làm tâm sinh

hơi nhiều, do đó hệ số tỏa nhiệt sẽ lớn. Khi trộn bề mặt đốt nóng có một lớp oxit,

lớp oxit này sẽ làm tăng độ nhám của bề mặt, do đó hệ số tỏa nhiệt sẽ tăng.

Nhưng cần lưu ý là khi trên bề mặt đốt nóng có một lớp oxit, một mặt lớp oxit này làm tăng độ nhám do đó làm tăng α mặt khác lớp oxit này lại làm tăng

nhiệt trở dẫn nhiệt do đó cường độ trao đổi nhiệt giảm và hệ số tỏa nhiệt sẽ giảm. Tuy nhiên ảnh hưởng của lớp oxit còn phụ thuộc vào phụ tải nhiệt. Khi q ≤ 2.105 W/m2 thì tác dụng làm tăng độ nhám của lớp oxit sẽ lớn nhưng khi q lớn thì tác dụng làm tăng nhiệt trở của lớp oxit sẽ lớn.

4.1.3.3. Một số công thức tính toán tỏa nhiệt khi sôi

Tính toán tỏa nhiệt khi sôi là một bài toán phức tạp vì tỏa nhiệt khi sôi phụ thuộc vào rất nhiều nhân tố, khó có khả năng thiết lập được công thức tính toán chung cho mọi trường hợp tỏa nhiệt khi chất lỏng sôi. Phương pháp thực nghiệm

vẫn là phương pháp có hiệu quả nhất trong nghiên cứu tỏa nhiệt khi sôi. Các kết

quả nghiên cứu có thể biểu diễn dưới dạng phương trình tiêu chuẩn và trong nhiều trường hợp có thể biểu diễn dưới dạng tường minh. Dưới đây, giới thiệu

một số kết quả nghiên cứu xác định hệ số tỏa nhiệt khi sôi.

a. Tỏa nhiệt khi sôi bọt trên bề mặt vật rắn

Theo các số liệu thực nghiệm, đối với nhiều chất lỏng khác nhau khi sôi bọt

trong điều kiện chuyển động tự nhiên, hệ số tỏa nhiệt trên bề mặt vật rắn được

xác định bằng phương trình tiêu chuẩn sau (Đặng Quốc Phú & cs., 2006):

(4.14)

Khi:

(4.15)

Khi:

Trong đó:

Nuf- hệ số Nussel;

f- hệ số dẫn nhiệt, W/m.oC;

f- độ nhớt động học của dung dịch, m2/s;

ρh- khối lượng riêng của hơi nước, (kg/m3);

r- nhiệt ẩn hoá hơi của dung môi, kJ/kg;

tf- hiệu số nhiệt độ vách ống và nhiệt độ sôi của dung dịch, oC.

(4.16) tf = tw - ts

tw- nhiệt độ vách ống đun sôi,oC;

ts- nhiệt độ sôi của dung dung dịch mật,oC.

Hệ số Nu được tính theo công thức:

(4.17)

Trong đó:

- hê số toả nhiệt, W/m2.độ;

ℓw- kích thước đặc trưng của ống.

b. Tỏa nhiệt khi chất lỏng sôi chuyển động trong ống

Khi chất lỏng chuyển động trong ống, hệ số tỏa nhiệt khi sôi không chỉ phụ thuộc vào phụ tải nhiệt q mà còn phụ thuộc vào tốc độ chuyển động. Trong trường hợp này, hệ số tỏa nhiệt được xác định theo công thức (Đặng Quốc Phú &

cs., 2006):

(4.18)

Trong đó:

αw - hệ số tỏa nhiệt đối lưu của dòng chất lỏng chuyển động trong ống khi sôi;

α- hệ số tỏa nhiệt đối lưu của dòng chất lỏng không chuyển động trong ống

khi sôi.

αdl - hệ số tỏa nhiệt đối lưu của dòng chất lỏng chuyển động trong ống khi

không sôi;

- Hệ số tỏa nhiệt của dung dịch mật không chuyển động trong ống  khi sôi

được xác định theo công thức (4.14) và (4.15) với điều kiện tương ứng.

- Hệ số tỏa nhiệt của chất lỏng chuyển động trong ống khi không sôi αdl

được xác định theo công thức:

(4.19a)

1.104. Khi chất lỏng ở chế độ chảy tầng ứng với Ref

(4.19b)

1.104. Khi chất lỏng ở chế độ chảy rối ứng với Ref

Trong đó:

Tiêu chuẩn Reynolds Ref:

(4.20)

Tiêu chuẩn grant grf:

(4.21)

Tiêu chuẩn Pr:

(4.22)

các tham số trong các phương trình trên được xác định như sau:

ωf- vận tốc chuyển động của dung dịch trong ống, m/s;

νf – độ nhớt động học của dung dịch, m2/s;

d2- đường kính trong của ống đun sôi, m;

f- hệ số dẫn nhiệt của dung dịch mật, W/m.độ;

g- gia tốc trọng trường, m/s2;

tf- độ chênh lệch nhiệt độ của vách và dung dịch mật trong ống;

a- hệ số dẫn nhiệt độ, m2/s.

β- hệ số giãn nở thể tích (1/K). Đối với chất lỏng hệ số β được tính theo

công thức (Schellart, 2011).

(4.23)

Trong đó: ρ1 và ρ2 là khối lượng riêng (kg/m3) ở nhiệt độ t1, t2 (oc), tương ứng.

Hệ số A kể đến ảnh hưởng của chiều dòng nhiệt:

(4.24)

Prf, Prw - tiêu chuẩn Prandtl xác định theo nhiệt độ dung dịch tf và bề mặt

trong tw của ống, A ≈1 khi tf ≈ tw.

Hệ số εℓ kể đến ảnh hưởng chiều dài của ống, nếu ống có chiều dài ℓ, đường

kính ống d1, ta có:

εℓ = 1 khi ℓ ≥ 50dl

(4.25) khi ℓ<50d1

Hệ số εR kể đến ảnh hưởng khi ống uốn cong. Nếu ống thẳng (hoặc đoạn ống thẳng) εR = 1, nếu toàn bộ ống bị uốn cong (hoặc một đoạn ống nào đó uốn

cong thì chỉ đoạn này mới có εR >1, còn phần ống thẳng vẫn có εR = 1), ta có:

(4.26)

R- bán kính chỗ uốn cong, m.

Trong trường hợp chất lỏng không chuyển động trong ống và không sôi (ví dụ: dùng nước nóng để đun nóng dung dịch mật đến nhiệt độ sôi ở giai đoạn đun nóng) thì hệ số trao nhiệt αdl được xác định theo công thức của M.A. Mikheeva (Лебедев, (1972):

(4.27)

(4.28)

Trong đó:

tw- nhiệt độ bề mặt vách, oC;

tf- nhiệt độ trung bình của chất lỏng, oC;

, , a,  là các hằng số vật lý của chất lỏng ở nhiệt độ của lớp biên tf ;

ℓ- kích thước đặc trưng. Đối với ống nằm ngang ℓ=d (d- đường kính ống);

đối với ống thẳng đứng ℓ=h (h- chiều cao ống).

Các đại lượng C và n phụ thuộc vào tích (Gr.Pr). Căn cứ vào giá trị tích số

(Gr.Pr), người ta tính toán tiêu chuẩn Nu theo các trường hợp sau (Лебедев, 1972):

Khi Gr.Pr<10-3 (chế độ màng):

Nu = const = 0,5 (4.29a)

Khi Gr.Pr =10-3500 (chế độ tạm thời):

(4.29b)

Khi Gr.Pr=5002.107 (chế độ chảy tầng):

(4.29c)

Khi Gr.Pr>107 (chế độ chảy rối):

(4.29d)

4.1.3.4. Mật độ dòng nhiệt tới hạn

Như đã biết, ở chế độ sôi bọt, hệ số tỏa nhiệt lớn hơn ở chế độ sôi màng. Muốn

đảm bảo chế độ sôi bọt thì độ chênh lệch nhiệt độ hay mật độ dòng nhiệt phải nhỏ

hơn các giá trị tới hạn tương ứng. Vì vậy cần xác định các giá trị tới hạn này.

- Mật độ dòng nhiệt tới hạn hay còn gọi là mật độ dòng nhiệt lớn nhất khi

chất lỏng sôi trên bề mặt không chuyển động được xác định theo công thức

(Đặng Quốc Phú & cs., 2006):

(4.30)

Trong đó:

r- nhiệt ẩn hoá hơi, kJ/kg;

σ- sức căng bề mặt, N/m;

g- gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2;

ρf, ρh- khối lượng riêng của chất lỏng và của hơi ở áp suất sôi p, kg/m3;

kth - hằng số: kth = 0,13 ÷ 0,19, đối với nước kth = 0,13.

Trong công thức trên chưa kể đến ảnh hưởng của độ nhám bề mặt đốt nóng,

cách bố trí bề mặt. Đối với bề mặt nhám (thí dụ, bề mặt kim loại) qth lớn hơn đối

với bề mặt nhẵn (như thủy tinh). Khi bề mặt đặt đứng, qth nhỏ hơn bề mặt đặt

nằm ngang.

- Mật độ dòng nhiệt tới hạn khi chất lỏng sôi chuyển động dọc theo bề mặt

đốt nóng thẳng đứng (Đặng Quốc Phú & cs., 2006):

(4.31)

Trong đó:

ωf - tốc độ chuyển động của chất lỏng, m/s;

kd - hằng số xác định bằng thực nghiệm, kd = 0,0012;

qth - mật độ dòng nhiệt tới hạn tính theo công thức (4.30).

4.1.4. Xây dựng mô hình toán quá trình trao đổi nhiệt ẩm trong bộ phận cô đặc

Mô hình toán được xây dựng dựa trên giả thuyết là nhiệt độ nước đun nóng trong bộ phận gia nhiệt không đổi theo chiều cao bề mặt ống đun sôi và dòng

chảy của chất lỏng trong quá trình chuyển động xem như lý tưởng.

4.1.4.1. Phương trình cân bằng vật liệu

Trong bộ phận cô đặc theo mẻ, nếu ký hiệu lượng dung dịch ban đầu Gf1 (kg), lượng dung dịch cuối khi lấy ra Gf2 (kg), lượng hơi thứ Wht (kg), ta có phương trình cân bằng vật liệu (Лебедев, 1972; Bùi Hải & cs., 2001):

(4.32) Wht = Gf1 – Gf2

, từ đó Nếu gọi b1, b2 là nồng độ dung dịch đầu và cuối, ta có

và , từ đó , trong đó Gfk- nồng độ chất khô.

Từ (4.32) ta có:

(4.33) Vậy

4.1.4.2. Phương trình cân bằng nhiệt

Phương trình cân bằng nhiệt được thiết lập cho thiết bị bay hơi theo mẻ với mức dung dịch thay đổi, nghĩa là khi cô đặc, khối lượng dung dịch giảm do nước

bốc hơi. Nhiệt tiêu thụ cho quá trình cô đặc được chia thành 2 giai đoạn: giai

đoạn 1 đun nóng vật liệu đến nhiệt độ sôi và giai đoạn 2 bay hơi dung dịch đến

nồng độ theo yêu cầu:

(4.34)

a. Nhiệt lượng tiêu thụ để đun nóng dung dịch đến nhiệt độ sôi Qdn

Hình 4.6. Đồ thị thay đổi nhiệt độ trong bộ phận gia nhiệt dung dịch mật

Nguồn: Лебедев (1972)

ong bằng nước nóng

Đun nóng dung dịch trong bộ phận gia nhiệt bằng nước nóng. Lượng dung

dịch mật cần đun nóng Gf1 không đổi (hình 4.6). Do nhiệt độ của nước t1 = tn

không đổi theo thời gian và nhiệt độ t2 của dung dịch mật tăng lên, nên hiệu nhiệt

độ Δt = t1 – t = tn – t giảm dần theo thời gian.

Phương trình vi phân của sự truyền nhiệt và cân bằng nhiệt cho phần tử thời

gian dτ có dạng (Лебедев, 1972; Михеев & Михеева, 1977):

(4.35)

Từ phương trình (4.35), ta có:

(4.36)

Từ phương trình (4.36) ta có:

(4.37)

Từ (4.37), ta xác định được thời gian đun nóng dn:

(4.38)

Trong đó:

Gf1- khối lượng dung dịch ban đầu, kg;

cf1- nhiệt dung riêng của dung dịch ban đầu, kJ/kg.oC;

tfs; tfo -nhiệt độ sôi của dung dịch và nhiệt độ môi trường,oC.

tn- nhiệt độ nước nóng, oC;

kdn- hệ số truyền nhiệt ở giai đoạn đun nóng, W/m2.oC.

F- diện tích bề mặt trao đổi nhiệt giữa nước nóng và dung dịch, m2.

Từ phương trình (4.35), ta xác định được nhiệt lượng tiêu thụ để đun dung

dịch từ nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ sôi:

(4.39)

b. Nhiệt lượng tiêu thụ để làm bay hơi dung dịch

Trong trường hợp này, nhiệt độ sôi tfs, nhiệt dung riêng cb và entanpi If của

dung dịch liên tục thay đổi và là các hàm đơn trị của nồng độ dung dịch b.

Entanpi của hơi thứ iht không thay đổi, vì thiết bị thường hoạt động dưới áp suất

không đổi.

Nếu bỏ qua tổn thất nhiệt cho môi trường, thì lượng nhiệt dQ bh do môi

chất truyền cho dung dịch trong một khoảng thời gian dτ sẽ được dành cho sự

hình thành hơi thứ dW và sự thay đổi entanpi dI của dung dịch theo phương

trình (Лебедев, 1972):

(4.40)

Vì lượng chất khô trong dung dịch trong quá trình bay hơi vẫn không đổi,

do đó:

(4.41)

= 0

Lúc đó, ta có:

Hoặc là:

(4.42)

Do đó:

(4.43)

Trong đó: Gf1 và Gf2 - khối lượng của dung dịch loãng và đặc, kg

b1 và b2 là nồng độ của các dung dịch này, kg/kg.

Mặt khác, khối lượng của dung dịch trong quá trình cô đặc lại liên tục giảm

khi nước bay hơi (dG = dW), vì vậy phương trình (4.43) có thể được viết lại

như sau:

(4.44)

Thay các giá trị G, dG và dW từ các phương trình (4.42), (4.43) và (4.44)

vào phương trình (4.40), ta được:

(4.45)

Entanpy của dung dịch sôi If được xác định theo công thức:

(4.46) If = cptfs

Trong đó:

tfs- nhiệt độ sôi của dung dịch, oC;

cp- nhiệt dung riêng của dung dịch.

Nhiệt dung riêng cp của dung dịch được xác định theo công thức:

(4.47)

Trong đó:

ck- nhiệt dung riêng của chất rắn khô hòa tan, kJ/kg.oC;

cn- nhiệt dung riêng của dung môi (nước), cn =4,18 kJ/kg.oC;

b- nồng độ của dung dịch, %

Thông thường ck

cp giảm.

Thay cp từ (4.47) vào (4.46) ta có:

(4.48)

Thay giá trị của If từ công thức (4.48) vào (4.45), sau khi biến đổi ta được

phương trình vi phân:

(4.49)

c. Phương trình truyền nhiệt

Có thể cấp nhiệt cho dung dịch cô đặc bằng hơi nước, nước nóng hoặc dầu khoáng,… Bất kể lựa chọn phương thức cấp nhiệt nào, sự trao đổi nhiệt qua bề

mặt gia nhiệt của bộ phận cô đặc được xác định bằng phương trình (Лебедев,

1972):

(4.50)

Trong đó:

kbh- hệ số truyền nhiệt ở giai đoạn bay hơi, W/m2.oC;

F- diện tích bề mặt trao đổi nhiệt giữa nước nóng và dung dịch, m2;

tw- nhiệt độ của vách ống, oC;

tfs- là nhiệt độ sôi của dung dịch, oC;

- thời gian cô đặc, s.

4.1.5. Mô phỏng quá trình trao đổi nhiệt ẩm trong bộ phận cô đặc

Tính toán mô phỏng các thông số của quá trình nhiệt ẩm trong buồng cô đặc

được thực hiện trên mô hình nhằm tìm ra các thông số cơ bản làm cơ sở cho việc

thiết kế thiết bị cô đặc.

4.1.5.1. Hệ phương trình mô tả quá trình trao đổi nhiệt ẩm trong bộ phận cô đặc

Từ kết quả thiết lập phương trình cân bằng vật liệu, phương trình cân bằng nhiệt và phương trình truyền nhiệt ta có hệ phương trình vi phân mô tả quá trình

cô đặc như sau:

Hệ phương trình (4.51) mô tả trạng thái quá trình trao đổi nhiệt ẩm trong buồng cô đặc gồm 5 phương trình, trong đó: phương trình 4.51a biểu diễn mối

qua hệ giữa lượng ẩm bốc hơi theo nồng độ dung dịch Wht= f(b), phương trình 4.51b biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình đun nóng dung dịch từ nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ sôi Qdn=f(b1); phương trình 4.51c

biểu diễn mối quan hệ giữa thời gian đun nóng và nhiệt độ sôi =f(ts); phương

trình 4.51d biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt lượng tiêu thụ để bay hơi nước

trong quá trình cô đặc Qbh= f(b) và phương trình 4.51e biểu diễn mối quan hệ

giữa nhiệt lượng nguồn nhiệt cấp theo thời gian Q= f().

Kết quả giải hệ phương trình vi phân sẽ xác định được thời gian cô đặc và

nhiệt lượng cần thiết cho quá trình cô đặc làm cơ sở tính toán các thông số về cấu

tạo và chế độ cô đặc.

4.1.5.2. Xác định các tham số trong hệ phương trình

Do các tham số trong hệ phương trình vi phân rất nhiều, nên để tránh nhầm

lẫn trong lập trình, từ công thức nguyên bản ở mục 4.1.2. “Cơ sở lý thuyết của

quá trình cô đặc”, chỉ số chân của các tham số được ký hiệu thống nhất như sau:

“w” (vách ống hay thành ống) “n” (nước), “f” (dung dịch hay dung dịch mật), “s”

(sôi), “dn” (đun nóng), “bh” bay hơi, “ht” hơi thứ.

4.1.5.3. Xác định hệ số truyền nhiệt ở giai đoạn đun nóng kdn

Ở giai đoạn đun nóng, cả nước nóng và dung dịch mật đều ở trạng thái tĩnh

(không chuyển động).

Do tỷ số đường ngoài và đường kính trong của ống đun sôi nhỏ hơn ¼ nên

hệ số truyền nhiệt ở giai đoạn đun nóng kdn được xác định theo công thức (Bùi

Hải & cs., 2001):

(4.52)

Trong đó:

- chiều dày vách ống, m;

- hệ số dẫn nhiệt của vách ống, W/(m.oC);

c- chiều dày lớp cặn; m

c- hệ số dẫn nhiệt của lớp cặn W/(m.oC);

1dn - hệ số tỏa nhiệt của nước nóng ở mặt ngoài của ống;

2dn - hệ số tỏa nhiệt của dung dịch mật ở mặt trong của ống.

- Xác định hệ số toả nhiệt 1dn

Do nước dùng để làm nóng dung dịch mật có khối lượng Gn, nhiệt độ tn không đổi và ở trạng thái tĩnh nên hệ số truyền nhiệt từ nước đến vách ống trong

trường hợp này là đối lưu tự nhiên nên hệ số 1dn được xác định theo công thức

(4.27), tuỳ thuộc vào giá trị của tích số (Grn.Prn).

Ta có:

Trong đó:

βn- hệ số giãn nở thể tích (nước), (1/độ);

g- gia tốc trọng trường, g=9,81m/s2 ;

ds1- đường kính ngoài ống đun sôi, m;

νn - độ nhớt động học của nước, m2/s;

Prn- tiêu chuẩn Prant của nước.

Để xác định các hệ số trong công thức ta cần xác định các nhiệt độ trong

buồng cô đặc sau:

Ta có:

, oC (4.53)

(4.54)

, oC

(4.55)

(4.56)

, oC (4.57)

, oC (4.58)

Trong đó:

tn- độ chênh lệch nhiệt độ của nước nóng và vách ngoài của ống đun sôi;

tn- nhiệt độ nước nóng, oC;

tw- nhiệt độ vách ống, oC;

t2tb- nhiệt độ trung bình của dung dịch mật, oC;

tfo- nhiệt độ ban đầu của dung dịch mật lấy bằng nhiệt độ môi trường, oC;

tfs- nhiệt độ sôi của dung dịch mật, oC;

t1ℓb- nhiệt độ lớp biên giữa nước nóng và vách ống, oC;

t2ℓb- nhiệt độ lớp biên giữa vách ống và dung dịch mật, oC;

Δtf- hiệu số nhiệt độ vách ống và nhiệt độ của dung dịch, oC.

Kết quả tính toán đã xác định được tích số (Grn.Prn) = 2,59.107>2.107, ta

chọn tính Nun theo công thức (4.29d) có dạng như sau:

Hệ số toả nhiệt α1dn được xác định theo công thức:

W/m2.oC (4.59)

- Xác định hệ số toả nhiệt 2dn

Do dung dịch mật có khối lượng Gf1, nước có nhiệt độ tn không đổi và ở trạng thái tĩnh, đối lưu tự nhiên tương tự như đối với nước nóng, do đó hệ số toả

nhiệt 2dn được xác định tương tự như đối với hệ số toả nhiệt 1dn, chỉ khác là các

thông số vật lý của nước được thay bằng dung dịch mật. Xác định hệ số toả nhiệt

2dn cũng tuỳ thuộc vào giá trị của tích số (Grf.Prf).

Ta có:

, oC

Trong đó:

βf- hệ số giãn nở thể tích, (1/độ); (tính theo công thức 4.23);

ds2- đường kính trong của ống đun sôi, ds2=0,018 m.

λf- hệ số dẫn nhiệt của dung dịch mật, (W/m.oC); (tính theo công thức 4.69)

tf- hiệu số nhiệt độ vách và nhiệt độ trung bình dung dịch mật, oC;

νf- độ nhớt dung dịch mật, m2/s, (tính theo công thức 4.71)

Theo kết quả tính toán Grf.Prf = 4676,1 < 2.107 nên Nuf được tính theo

công thức (4.29c) có dạng như sau:

Hệ số toả nhiệt 2dn được tính theo công thức:

W/m2.oC (4.60)

Sau khi đã xác định được 1dn, 2dn với ,  và c, c cho trước, ta tính được

hệ số truyền nhiệt ở giai đoạn đun kdn theo công thức (4.52).

4.1.5.4. Xác định hệ số truyền nhiệt ở giai đoạn bay hơi kbh

Ở giai đoạn bay hơi, nước đun nóng ở trạng thái tĩnh nhưng dung dịch mật

chuyển động ở trạng thái sôi.

Tương tự như ở giai đoạn đun nóng, hệ số truyền nhiệt ở giai đoạn bay hơi

kbh được xác định theo công thức:

(4.61)

Trong đó:

1bh - hệ số tỏa nhiệt của nước nóng ở mặt ngoài của ống;

2bh - hệ số tỏa nhiệt của dung dịch mật ở mặt trong của ống.

- Xác định hệ số toả nhiệt 1bh

Vì nhiệt cấp cho quá trình đun nóng cũng là nhiệt cấp cho quá trình bay hơi

nên hệ số toả nhiệt 1bh trong giai đoạn bay hơi cũng chính bằng hệ số toả nhiệt

trong trường hợp đun nóng ta có:

1bh = 1dn, W/m2.oC.

- Xác định hệ số toả nhiệt 2bh

Ở giai đoạn bay hơi, dung dịch luôn ở trạng thái sôi và chuyển động liên tục

trong ống đun sôi, đồng thời nồng độ dung dịch tăng lên. Trong trường hợp này,

hệ số tỏa nhiệt 2bh được xác định theo công thức (4.18) có dạng như sau:

(4.62)

Trong đó:

α2bh - hệ số tỏa nhiệt đối lưu của dung dịch mật chuyển động trong ống khi sôi;

α2ks - hệ số tỏa nhiệt đối lưu của dòng chất lỏng chuyển động trong ống khi

không sôi;

α2kc- hệ số tỏa của dòng chất lỏng không chuyển động trong ống khi sôi.

Để tính toán hệ số α2bh ta phải xác định α2ks và α2kc như sau:

Hệ số tỏa nhiệt của dung dịch mật chuyển động trong ống khi không sôi α2ks được xác định theo công thức (4.19a) hoặc (4.19b) tuỳ thuộc vào hệ số Ref (4.20):

Trong đó:

ωf- vận tốc chuyển động của dung dịch mật trong ống, m/s. Đối với bộ phận cô đặc tuần hoàn tự nhiên dạng ống, vận tốc chuyển động 2÷3m/s (Лебедев, 1972). Chọn ωf =3,0m/s;

νf - độ nhớt động học của dung dịch mật, (m2/s); (tính theo công thức (4.71).

ds2- đường kính trong của ống đun sôi, m

Vì Ref = 2669,3<1.104 nên hệ số Nufks được tính theo công thức (4.19a) có

dạng như sau:

Trong đó:

Tiêu chuẩn Grf:

Tiêu chuẩn Prf:

Các tham số trong các công thức trên được xác định như sau:

f- hệ số dẫn nhiệt của dung dịch mật, (W/m.độ).

g- gia tốc trọng trường, m/s2 ;

tf- độ chênh lệch nhiệt độ của vách và dung dịch mật trong ống;

a- hệ số dẫn nhiệt độ, m2/s.

βf- hệ số giãn nở thể tích, K-1.

Đối với chất lỏng hệ số f được tính theo công thức (4.23) có dạng như sau

(Schellart, 2011):

Trong đó:

ρ1f- khối lượng riêng sau khi giãn nở của dung dịch, kg/m3;

ρ2f- khối lượng riêng trước khi giãn nở của dung dịch, kg/m3;

t1f- Nhiệt độ trước khi giãn nở của dung dịch, oC;

t2f- Nhiệt độ sau khi giãn nở của dung dịch, oC.

A- Hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dòng nhiệt:

Prf, Prw- tiêu chuẩn Prandt xác định theo nhiệt độ môi chất và bề mặt trong

tw của ống đun sôi. Vì tf ≈ tw nên A≈1.

εℓ- hệ số kể đến chiều dài ống. Vì ℓ ≥ 50ds2 nên εℓ = 1.

εR- hệ số kể đến ảnh hưởng khi ống uốn cong. Vì ống đun sôi thẳng nên εR=1.

Từ đó, ta tính được tiêu chuẩn Nfks và hệ số toả nhiệt 2ks theo các công

thức sau:

, (W/m2.oC) (4.63)

- Hệ số tỏa nhiệt của dung dịch mật không chuyển động trong ống khi sôi

2kc được xác định tùy thuộc vào tỷ số:

Trong đó:

λf- hệ số dẫn nhiệt của dung dịch mật, (W/m.oC), tính theo công thức (4.69);

Δtf- độ quá nhiệt của lớp dung dịch mật sát bề mặt vách ống đun sối, oC;

Prf- hệ số Prant;

r- nhiệt hóa hơi của hơi thứ, (kJ/kg);

ρh- khối lượng riêng của hơi thứ, (kg/m3).

νf- độ nhớt dung dịch mật, (m2/s), tính theo công thức (4.71).

Kết quả tính toán đã xác định được:

Vì M>1,6 nên tiêu chuẩn Nufkc và hệ số toả nhiệt 2kc được tính theo các

công thức sau:

(4.64)

Từ kết quả tính 2ks và 2kc theo công thức (4.63) và (4.64), ta tính được hệ

số toả nhiệt 2bh theo công thức (4.62)

, W/m2.oC

Sau khi đã xác định được 1bh, 2bh với ,  và c, c cho trước, ta tính được

hệ số truyền nhiệt ở giai đoạn bay hơi kbh theo công thức (4.61).

4.1.5.5. Xác định một số thông số vật lý có liên quan đến quá trình cô đặc

- Nhiệt độ sôi của dung dịch tfs

Nhiệt độ sôi của dung dịch mật được xác định theo công thức:(Gustavo,

2009; Crapiste & Lozano, 1988)

(oC) (4.65)

Trong đó:

tsn- nhiệt độ sôi của hơi thứ ứng với áp suất chân không, oC;

tsft- khoảng tăng nhiệt độ sôi của dung dịch ứng với nồng độ ở áp suất chân

không, oC

, (4.66)

pck- áp suất chân không (mbar)

b- nồng độ khối lượng của chất rắn hòa tan (oBrix)

αh, βh, γh, δh- các hệ số thực nghiệm.

- Nhiệt dung riêng dung dịch mật Cf

1972):

Nhiệt dung riêng của dung dịch mật được xác định theo công thức (Лебедев,

, (kJ/kg.oC) (4.67)

Trong đó:

b- nồng độ dung dịch,%

Cpk- dung riêng chất khô, (kJ/kg.oC)

Cn- nhiệt dung riêng của nước, (kJ/kg.oC)

2019):

Nhiệt dung riêng chất khô Cpk được xác định theo công thức (Heldman & cs.,

(kJ/kg.0C) (4.68)

Trong đó:

bi- nồng độ dung dịch thứ i, %

Cpi- khối lượng riêng dung dịch thứ i (kJ/kg.oC)

Cđường=1,5488 + 1,9625.10-3t – 5,9399.10-6t2

Cđạm=2,0082 + 1,2089.10-3t – 1,3129.10-6t2

Ctro=1,8459 + 1,8306.10-3t – 4,6509.10-6t2

Cxơ=1,0926 + 1,8890.10-3t – 3,6817.10-6t2

, (kJ/kg.oC)

- Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch mật λf

& cs., 2019; Singh & Heldman, 1981):

Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch mật được xác định theo công thức (Heldman

(W/moC) (4.69)

Trong đó:

bi- nồng độ dung dịch mật thứ i ;

λfi- khối lượng riêng dung dịch thứ i ; λnước = 5,7109.10-1 + 1,7625.10-3t – 6,7036.10-6t2 λđường = 2,0141.10-1 + 1,3874.10-3t – 4,3312.10-6t2 λđạm = 1,7881.10-1 + 1,1958.10-3t – 2,7178.10-6t2 λxơ = 1,8331 + 1,2497.10-3t – 3,1683.10-6t2 λtro = 3,2962.10-1 + 1,4011.10-3t – 2,9069.10-6t2

- Khối lượng riêng dung dịch ρf

(Heldman & cs., 2019):

Khối lượng riêng của dung dịch mật được xác định theo công thức

(kg/m3) (4.70)

Trong đó:

bi- nồng độ dung dịch thứ i, % ρi- khối lượng riêng dung dịch thứ i, (kJ/kg.oC) ρnước=1001,75-0,4375t ρđường=1599,1-0,31046t

ρđạm=1329,9-0,5184t

ρtro=2423,8-0,28063t

ρxơ=1311,5-0,36589t

- Độ nhớt động học của dung dịch mật νf

Khoảng nhiệt độ từ 260330K, thì độ nhớt động học νf của dung dịch mật

được tính theo công thức (Bakier, 2017):

, m2/s (4.71)

(4.72) (N.s/m2)

Trong đó:

b- nồng độ dung dịch, %;

ts- nhiệt độ sôi của dung dịch, K;

f- khối lượng riêng của dung dịch mật, kg/m3 ;

f- độ nhớt động lực học của dung dịch mật, N.s/m2.

4.1.5.6. Thuật toán giải phương trình vi phân a. Lựa chọn chế độ mô phỏng

Hàm dưới dấu tích phân của phương trình vi phân (4.51e) là một hàm quan hệ

rất phức tạp với biến kbh, tfs, do đó không thể xây dựng được dạng hàm liên tục.

Bảng 4.3. Thông số vào của chế độ tính toán

Chế độ mô phỏng

Giai đoạn đun nóng dung dịch mật

Giai đoạn bay hơi nước trong dung dịch mật

0,74

Nồng độ dung dịch mật đầu b1 (kg/kg.dd)

0,74

0,82

Nồng độ dung dịch mật cuối b2 (kg/kg.dd)

2040

Nhiệt độ sôi của nước trong dung dịch mật tsn (oC)

1,0

0,073

Áp suất chân không pck (bar)

Nhiệt độ của nước nóng tn (oC)

Nhiệt độ của môi trường to (oC)

Để tìm các mối quan hệ này, có thể tính toán theo nhiều phương án, sau đó

giải gần đúng tích phân (4.51e) theo phương pháp số với sự hỗ trợ của máy tính.

Ở đây, chúng tôi sử dụng phương pháp tích phân hình thang với thông số đầu vào

cho trong bảng 4.3.

Trong bảng 4.3, giai đoạn đầu đun nóng dung dịch mật từ nhiệt độ môi trường

đến nhiệt độ sôi ứng với nồng độ dung dịch 74% và giai đoạn thứ hai bay hơi nước

trong dung dịch mật ứng với nồng độ dung dịch mật tăng 74% đến 82%.

Do nhiệt lượng bay hơi theo hệ phương trình phụ thuộc vào nồng độ dung

dịch nên được chia khoảng biến thiên nồng độ dung dịch từ nồng độ đầu b1=74%

và cuối b2=82% theo các giai đoạn như trong bảng 4.4.

Nồng độ dung dịch b (%)

0,42

0,83

1,2

1,56

Lượng ẩm bốc hơi Wht(kg)

15,58

15,17

14,8

14,44

Khối lượng dung dịch cuối G2(kg)

Bảng 4.4. Phân phối nồng độ dung dịch theo giai đoạn

Như vậy, mối quan hệ giữa Q=f(b) ứng với giá trị b trong bảng 4.4 là hàm

rời rạc.

b. Thuật toán giải phương trình vi phân hàm rời rạc

Hàm dưới dấu tích phân của phương trình vi phân (4.51e) có dạng

là một hàm quan hệ rất phức tạp với biến Q, do đó không thể xây

dựng được dạng hàm liên tục theo biến số Q cho các hàm kbh = f(Q) và tfs=f(Q). Để tìm các mối quan hệ này, theo Лебедев (1972) chỉ có thể tính toán cho nhiều phương án, sau đó giải gần đúng tích phân (4.51e) theo phương pháp số với sự hỗ trợ của máy vi tính. Đơn giản nhất là sử dụng phương pháp tích phân hình thang, có thể minh họa như hình 4.7.

Hình 4.7. Minh họa phương pháp pháp tích phân hình thang

Giá trị của tích phân chính bằng tổng diện tích được giới hạn

bởi đường cong f(x) và đoạn trục hoành (x4 – x1). Công thức tính tích phân có dạng như sau.

(4.73)

Để tăng độ chính xác của phương pháp tích phân số, cần phải tăng số

phương án tính toán với bước biến thiên mịn hơn.

Kết quả giải phương trình vi phân sẽ xác định được thời gian và nhiệt lượng

cần thiết cho quá trình cô đặc làm cơ sở cho việc khảo sát và xác định các thông

số cơ bản của quá trình cô đặc.

c. Lưu đồ thuật giải quá trình tính toán các thông số

Hình 4.8. Lưu đồ thuật giải quá trình tính toán các thông số

4.1.5.7. Kết quả giải hệ phương trình vi phân

a. Xác định nhiệt lượng cần thiết cho quá trình cô đặc Q

- Nhiệt lượng cần thiết để đun nóng dung dịch mật đến nhiệt độ sôi Qdn

Từ công thức (4.51b) ta có:

Trong đó:

Gf1- khối lượng của dung dịch mật, Gf1 =16kg;

cf1- nhiệt dung riêng của dung dịch mật, cf1 = 2,289 (kJ/kg);

tfs- nhiệt độ sôi của dung dịch mật, tfs = 46,64 oC;

tfo- nhiệt độ ban đầu của dung dịch mật được lấy bằng nhiệt độ của môi

trường, tfo =20 oC.

- Nhiệt lượng cần thiết để làm bay hơi dung dịch

Nhiệt lượng cần thiết để bay hơi dung dịch (4.51d) có dạng:

, kJ

Trong đó:

Gf1- khối lượng của dung dịch ở nồng độ ban đầu, (kg);

b1- nồng độ của dung dịch đầu, %;

bi- nồng độ của dung dịch ở giai đoạn thứ i, %;

iht- enthalpy của hơi thứ, (kJ/kg);

cn- nhiệt dung riêng của nước, (kJ/kg).

Kết quả tính toán nhiệt lượng cần thiết để bay hơi dung dịch cho các nồng

độ dung dịch khác nhau từ 74% đến 82% được trình bày trong bảng phụ lục 1.

- Kiểm tra điều kiện sôi bọt

Mật độ dòng nhiệt tới hạn khi dung dịch mật sôi chuyển động dọc theo ống

đun sôi thẳng đứng được tính theo công thức (Đặng Quốc Phú & cs., 2004):

, kW/m2 (4.74)

qth- mật độ dòng nhiệt tới hạn của dung dịch sôi không chuyển động trong

ống được tính theo công thức (4.30):

, kW/m2

Trong đó:

kth - hằng số, kth = 0,13 ÷ 0,19; đối với nước kth = 0,13;

r- nhiệt ẩn hoá hơi, kJ/kg;

ρf, ρh- khối lượng riêng của chất lỏng và của hơi ở áp suất sôi ps, kg/m3;

σ- sức căng bề mặt, N/m;

g- gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2.

qcd- mật độ dòng nhiệt của dung dịch sôi chuyển động trong ống thẳng đứng

được tính theo công thức:

Trong đó:

kd- hằng số xác định bằng thực nghiệm, kd = 0,0012;

ωf - tốc độ chuyển động của chất lỏng, m/s.

Mật độ dòng nhiệt lớn nhất ứng với nồng độ cuối của dich mật được xác

định theo công thức:

, kW/m2 (4.75)

Trong đó:

Qbh- nhiệt lượng lớn nhất ứng với nồng độ dung dịch mật cuối b2, (kJ) được

tính theo công thức (4.51d)

ds2- đường kính trong ống đun sôi;

n- số ống đun sôi;

hdn- chiều cao ống đun sôi, m.

Để đảm bảo dung dịch mật sôi bọt nhằm tăng hệ số toả nhiệt cần đảm bảo

điều kiện:

qmax< qthd

Nhiệt lượng qmax = 2,822 kW/m2 nhỏ hơn mật độ dòng nhiệt tới hạn

qthd = 729,26 kW/m2 nên đảm bảo điều kiện sôi bọt.

- Tổng nhiệt lượng cần thiết để đun nóng và bay hơi dung dịch:

(4.76) Q = Qdn+ Qbh, kJ

b. Xác định thời gian cô đặc

- Tính thời gian đun nóng dung dịch mật

Thời gian đun nóng dung dịch mật từ nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ sôi

được tính theo công thức (4.51c):

, h

- Thời gian bay hơi dung dịch được xác định từ phương trình

Thời gian của giai đoạn bay hơi được xác định theo công thức (4.51e) có

dạng như sau:

Trong đó:

Qbh1- nhiệt lượng ứng với nồng độ dung dịch mật ở trạng thái dung dịch đầu

b1, kJ;

Qbh2- nhiệt lượng ứng với nồng độ dung dịch mật ở trạng thái cuối b2 theo

yêu cầu công nghệ, kJ.

Kết quả tính toán các thông số chính theo lưu đồ thuật giải (hình 4.8) được

ghi trong bảng 4.5 và phụ lục 1.

Bảng 4.5. Xác định giá trị các thông số theo nồng độ dung dịch

Nhiệt độ

Ký

Đơnvị

Các giá trị

khảo sát

hiệu

46,64

47,25

47,91

48,62

49,40

tfs

253,37

249,9

241,32

221,531

182,56

kbh W/m2.C

975,66

Qdn

979,56

1.857,43 2.648,35 3.358,62

Qbh

975,66 1.955,22

2.833,1

3.624,01 4.334,28

Theo số liệu ở bảng 4.5 và phụ lục 1, ta xác định được giá trị tích phân cho

giai đoạn bay hơi theo công thức:

(4.77)

Hình 4.9. Đồ thị hàm Fbh = f(Q)

Đồ thị hình 4.9. Biểu diễn mối quan hệ giữa hàm Fτ và nhiệt lượng Q gồm

2 giai đoạn:

Giai đoạn đun nóng dung dịch mật từ nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ sôi.

Ở giai đoạn này nồng độ dung dịch không thay đổi và bằng nồng độ dung dịch

đầu b=0,74 do lượng nước trong dung dịch mật bay hơi không đáng kể. Nhiệt

lượng tiêu hao để đun nóng tăng từ 0 đến 975,66 kJ theo quan hệ tuyến tính.

Giai đoạn bay hơi dung dịch mật từ nồng độ đầu b=0,74 đến nồng độ cuối

theo yêu cầu b=0,82. Nhiệt lượng tiêu hao để bay hơi dung dịch tăng từ 975,66

kJ đến 4334,28 kJ theo quan hệ phi tuyến. Giá trị lớn nhất của tích phân tính được (bhF)max ứng với nồng độ b=0,82 (m2.h).

Từ đó, ta xác định được thời gian cần thiết ở giai đoạn bay hơi:

, (h) (4.78)

- Tổng thời gian một mẻ

, (h) (4.79)

4.1.5.8. Tính toán lựa chọn một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của bộ phận cô đặc

a. Hệ số tuần hoàn tự nhiên của dung dịch mật trong bộ phận cô đặc

Hệ số tuần hoàn tự nhiên của dung dịch mật trong bộ phận cô đặc là tỷ số giữa lượng dung dịch Gf (kg/s) lưu thông trong bộ phận cô đặc với lượng hơi

nước thoát ra khỏi dung dịch Wht (kg/s) (Лебедев, 1972).

(4.80)

Trong đó :

Gf- lưu lượng của dung dịch mật trong ống đun sôi, được xác định theo

công thức:

, (kg/s) (4.81)

ωf- vận tốc dung dịch mật trong của ống đun sôi, m/s;

ds2- đường kính trong của ống đun sôi, m;

n- số lượng ống;

ρf- khối lượng riêng của dung dịch mật ứng với nhiệt độ sôi, kg/m3.

Lưu lượng hơi thứ thoát ra khỏi dung dịch Wht (kg/s)

(4.82)

Thay vào công thức (4.82) vào (4.80) ta có :

(4.83)

0,75

0,76

0,77

0,79

0,8

0,81

0,82

0,78

b2i

25,67

15,8

13,33

11,57

10,25

19,5

Khảo sát giá trị của Ki ứng với b2i:

Chọn K ứng với b2i=0,77 thì K=25,67. Lấy tròn K=26.

b. Thời gian chuyển động của dung dịch mật trong một vòng tuần hoàn

, phút (4.84)

c. Lượng hơi thứ bay hơi trung bình trong một vòng tuần hoàn

, kg/vòng (4.85)

d. Tính chọn chiều cao buồng lỏng hơi

Thể tích cần thiết của không gian lỏng-hơi phía trên bề mặt của dung dịch

sôi V (ống dẫn hơi thứ) được xác định theo công thức (AЛебедев, 1972):

, m3 (4.86)

Theo cấu tạo buồng lỏng-hơi thì:

(4.87)

Trong đó:

Dlh- đường kính buồng lỏng-hơi, m;

Hlh- chiều cao buồng lỏng-hơi, m;

Wht- lượng nước cần bốc hơi trong quá trình cô đặc, kg/h;

Rv- lượng hơi thứ bay hơi trên 1m3 thể tích của không gian trong buồng

chứa hơi thứ trong một giờ, kg/m3.h. Trị số Rv được xác định theo công thức:

(4.88)

- hệ số phụ thuộc vào áp suất, ở áp suất p=0,98pa với nước tinh khiết

=2000 kg/(m3.h), đối với các chất lỏng khác là 1000 kg/(m3.h), đối với

dung dịch sủi bọt thì =500 kg/(m3.h).

f- hệ số phụ thuộc vào áp suất trong bộ phận cô đặc, tính theo công thức

thực nghiệm:

(4.89)

Theo công thức 4.80, ta tính được lượng nước cần bốc hơi Wht theo công thức:

(4.90)

Vì lưu lượng khối lượng Gthv trong một vòng tuần hoàn của dung dịch mật

không đổi nên: Gthv= Gf .

Từ đó, ta có:

(4.91)

Thay công thức (4.91) và (4.87) vào (4.86), sau khi biến đổi ta tính được

chiều cao của ống chứa lỏng-hơi:

, m (4.92)

e. Lượng nước nóng cần thiết để đun sôi dung dịch mật

Lượng nước nóng cần thiết để đun nóng dung dịch mật Gn được xác định từ phương trình cân bằng nhiệt. Nếu bỏ qua mất mát nhiệt ra môi trường, Gn được xác định theo công thức:

, kg (4.93)

Trong đó:

G1- lượng dung dịch mật ban đầu, kg;

to, tn- nhiệt độ đầu và cuối nước,oC;

cf1- nhiệt dung riêng của dung dịch mật đầu, kJ/kg.độ;

c1- nhiệt dung riêng của dung dịch cuối, kJ/kg.độ;

tfo, tfs- nhiệt độ của dung dịch đầu và cuối quá trình cô đặc, oC;

iht- entanpi của hơi thứ, kJ/kg;

cn- nhiệt dung riêng của nước, kJ/kg.độ;

Qbh- Nhiệt lượng cần thiết để bay hơi nước trong dung dịch, kJ.

Kết quả tính toán theo lập trình trên máy tính đã xác định được giá trị của một số thông số chính về cấu tạo và chế độ làm việc của bộ phận cô đặc trong bảng 4.6.

Bảng 4.6. Các thông số chính về cấu tạo và chế độ làm việc của bộ phận cô đặc

Các thông số tính toán

Ký hiệu

Đơn vị Giá trị

Hệ số tuần hoàn tự nhiên của dung dịch mật

vòng

Thời gian chuyển động của dung dịch mật trong một

phút

2,56

th

vòng tuần hoàn

Lượng hơi thứ cần bay hơi trung bình trong một vòng

kg/vòng

0,06

Wth

tuần hoàn

Chiều cao buồng lỏng-hơi

1,7

Hlh

Lượng nước nóng cần thiết để đun sôi dung dịch mật

100

4.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

4.2.1. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố

Đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố để nghiên cứu ảnh hưởng riêng của một số thông số chính như: nhiệt độ cô đặc x1,Tcđ (oC), thời gian phát

sóng siêu âm x2, τs (phút), chiều cao vành dẫn chất lỏng x3, Hvd đến điểm tổng

hợp chất lượng sản phẩm cô đặc Qcđ, Y1 (điểm), thời gian cô đặc τcđ, Y2 (phút),

thời gian kết tinh trở lại τkt, Y3 (ngày) và chi phí điện năng riêng Nr, Y4

(kWh/kgH2O). Các thí nghiệm được lặp lại 3 lần. Kết quả nghiên cứu thực

nghiệm đơn yếu tố đã xác định được:

4.2.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ cô đặc Tcđ (0C)

Điều kiện thí nghiệm: Thời gian phát sóng siêu âm τs= 20 phút, chiều cao

vành chất lỏng Hvd=580 mm.

Kết quả thí nghiệm được ghi trong bảng 4.7 và đồ thị biểu diễn mức độ ảnh

hưởng trên hình 4.10.

Bảng 4.7. Số liệu thí nghiệm xác định ảnh hưởng của nhiệt độ cô đặc

Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Nhiệt độ

Điểm tổng hợp

Thời gian

Hàm

Thời gian

Chi phí năng

chất lượng sản

kết tinh

cô đặc

lượng riêng

cô đặc Tcđ (0C)

phẩm cô đặc

trở lại

lượng HMF

τcđ (phút)

Nr(kWh/kgH2O)

(mg/kg)

Qcđ(điểm)

τkt (ngày)

18,8

170

129

2,66

14,4

18,6

176

2,16

14,6

18,2

185

1,79

14,5

17,8

196

1,53

14,7

16,1

211

1,47

14,6

13,8

230

1,44

14,9

12,2

252

1,43

23,6

Trên bảng 4.7 và đồ thị hình 4.10 cho thấy, khi nhiệt độ cô đặc tăng, tốc độ

bốc hơi nước trong dịch mật tăng, do vậy thời gian cô đặc, chi phí điện năng

riêng và điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc giảm. Điều này có thể được

101

giải thích, tăng nhiệt độ cô đặc thì tốc độ các phản ứng biến đổi về thành phần

hóa học trong dịch mật xảy ra mãnh liệt hơn, hiện tượng caramen hóa làm cho

sản phẩm cô đặc có màu nâu đen, giảm vị ngọt, vì vậy điểm tổng hợp chất lượng của sản phẩm cô đặc giảm xuống. Đặc biệt ở nhiệt độ trên 500C hàm lượng HMF

tăng lên làm giảm chất lượng sản phẩm ảnh hưởng đến chất lượng và tiêu chuẩn an toàn thực phẩm. Như vậy, ở nhiệt độ khoảng 38÷470C, điểm tổng hợp chất

lượng sản phẩm cô đặc tương đối cao, thời gian cô đặc và chi phí điện năng riêng

thấp tương đối thấp và đặc biệt là hàm lượng HMF không tăng trong sản phẩm

sau khi cô đặc.

Hình 4.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ cô đặc Tcđ

4.2.1.2. Ảnh hưởng của chiều cao vành dẫn chất lỏng Hvd (mm)

Điều kiện thí nghiệm: Nhiệt độ cô đặc Tcđ =440C, thời gian phát sóng siêu

âm τs= 20 phút.

Kết quả thí nghiệm được ghi trong bảng 4.8 và đồ thị biểu diễn mức độ ảnh

hưởng trên hình 4.11.

102

Bảng 4.8. Số liệu thí nghiệm xác định ảnh hưởng của chiều cao vành

dẫn chất lỏng Hvd

Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Chiều cao vành chất

Điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc

Thời gian kết tinh trở lại

Thời gian cô đặc

Chi phí năng lượng riêng

lỏng Hvd

Qcđ (điểm)

τkt (ngày)

τcđ (phút)

Nr(kWh/kgH2O)

16,2

174

2,04

380

17,0

185

1,73

480

17,8

196

1,53

580

18,5

203

1,37

680

17,5

201

1,56

780

Hình 4.11. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của chiều cao vành dẫn chất lỏng Hvd

Khi tăng chiều cao vành dẫn chất lỏng sẽ tăng được diện tích bề mặt bốc

hơi nước trên bề mặt các vách trụ của vành dẫn chất lỏng, đồng thời cũng làm tăng tốc độ dòng chảy của dịch mật trong các khe hẹp hình vành khăn làm tăng tốc độ tuần hoàn của dịch mật trong bộ phận cô đặc, nhờ đó quá trình bốc hơi

nước xảy ra mãnh liệt nên thời gian cô đặc và chi phí điện năng riêng giảm, điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc tăng và thời gian kết tinh khi tồn trữ tăng. Nếu tiếp tục tăng chiều cao vành dẫn chất lỏng thì thời gian cô đặc và chi phí điện năng riêng tăng, điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc và thời gian kết tinh trở lại khi tồn trữ giảm nhẹ. Nguyên nhân là do chiều cao vùng sôi giảm, số lượng bọt tạo ra trong lòng khối dịch mật ở vùng sôi ít, kích thước bọt nhỏ nên

103

lượng hơi nước chứa trong bọt ít, vì vậy tốc độ bay hơi nước giảm, thời gian cô

đặc kéo dài, gây nhiều biến đổi xấu về màu sắc và mùi vị của sản phẩm.

4.2.1.3. Ảnh hưởng của thời gian phát sóng siêu âm τs(phút)

Điều kiện thí nghiệm: Nhiệt độ cô đặc Tcđ =440C, chiều cao vành chất lỏng

Hvd=580 mm.

Kết quả thí nghiệm được ghi trong bảng 4.9 và đồ thị biểu diễn mức độ ảnh

hưởng trên hình 4.12.

Bảng 4.9. Số liệu thí nghiệm xác định ảnh hưởng của thời gian phát sóng

siêu âm

Thời gian phát sóng siêu âm τs(phút)

Điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc Qcđ (điểm) 17,5 18,0 18,4 17,8 17,4 17,1 16,8

Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật Thời gian cô đặc τcđ (phút) 81 76 72 67 64 62 68

Thời gian kết tinh trở lại τkt (ngày) 116 148 170 196 220 244 268

Chi phí năng lượng riêng Nr(kWh/kgH2O) 1,93 1,79 1,66 1,53 1,48 1,55 1,66

5 10 15 20 25 30 35

Hình 4.12. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian phát sóng siêu âm τs

104

Khi phát sóng siêu âm, trong khối chất lỏng tạo ra chu trình kéo và nén tạo ra nhiều bọt khí. Khi nén các phân tử ở gần nhau hơn tạo nên các hạt bọt khí nhỏ, khi kéo sẽ làm cho các phân tử tách nhau ra làm cho các bọt khí lớn dần. Chu trình kéo nén phụ thuộc vào công suất, tần số của đầu phát sóng siêu âm và thời gian phát sóng.

Khi tăng thời gian phát sóng siêu âm sẽ tạo ra nhiều bọt khí trong dịch mật hơn, khi dịch mật đi vào vùng cấp nhiệt và đặc biệt vào vùng sôi các bọt khí nhận thêm nhiều hơi nước vào trong bọt, quá trình tách ẩm ra khỏi dịch mật càng thuận lợi hơn, nhờ đó đã làm giảm thời gian cô đặc và chi phí điện năng riêng, điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc tăng. Đồng thời do sóng siêu âm truyền vào trong lòng chất lỏng gây nên sự kích thích mãnh liệt trong khối chất lỏng. Tại bề mặt tiếp xúc giữa hai pha lỏng-rắn hoặc khí-rắn (phấn hoa chẳng hạn), sóng siêu âm gây nên sự hỗn loạn cực độ do tạo thành những vi xoáy. Hiện tượng này làm giảm ranh giới giữa các pha, tăng cường sự chuyển khối đối lưu và thúc đẩy sự khuếch tán giữa pha rắn vào pha lỏng, nhờ đó đã làm tăng sự đồng nhất giữa hai pha lỏng-rắn và loại bỏ được mầm kết tinh (phấn hoa). Vì vậy, thời gian kết tinh trở lại khi tồn trữ càng tăng cao.

Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng thời gian phát sóng siêu âm, chu trình kéo nén tăng. Khi năng lượng đủ lớn, tại chu trình kéo tương tác giữa các phân tử sẽ vượt quá lực hấp dẫn nội tại, hình thành các lỗ hổng nhỏ trong khối chất lỏng, khi đó sẽ có một lượng nhỏ các cấu tử khí khuếch tán vào pha lỏng làm giảm quá trình tạo bọt và sự đồng nhất giữa hai pha lỏng-rắn. Trên đồ thị hình 4.10 cho thấy ứng với thời gian siêu âm tăng thì thời gian cô đặc, chi phí năng lượng riêng tăng và điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc có xu hướng giảm xuống.

Trên đồ thị hình 4.114.12 cho thấy ứng với khoảng biến thiên của nhiệt độ cô đặc trong khoảng từ 35÷530C thì việc việc tăng chiều cao vành dẫn chất lỏng từ 380÷680mm và thời gian sóng siêu âm từ 15÷30 phút sẽ có hiệu quả hơn so với việc nâng cao nhiệt độ cô đặc, vì sản phẩm cô đặc ít bị biến đổi xấu về chất lượng do nhiệt, cho phép nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thời gian cô đặc và chi phí điện năng riêng.

So với các thiết bị cô đặc thông dụng trong sản xuất, thiết bị cô đặc CĐ-1 có ưu điểm: Thời gian cô đặc giảm nhiều nhờ có vành dẫn chất lỏng đã làm tăng diện tích bốc hơi và vận tốc chuyển động tuần hoàn tự nhiên của dịch mật trong buồng cô đặc và do phối hợp công nghệ siêu âm đã làm tăng khả năng phá kết tinh đường trong dịch mật, tăng thời gian kết tinh trở lại trong thời gian tồn trữ, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm cô đặc, giảm chi phí điện năng riêng.

105

Hình 4.13. Sản phẩm mật ong sau khi cô đặc

4.2.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố

4.2.2.1. Xác định giá trị tối ưu của các thông số

Kết quả nghiên cứu đơn yếu tố đã khẳng định được mối quan hệ của yếu tố x1, x2, x3 đối với các hàm Y1, Y2, Y3,Y4 không hoàn toàn là tuyến tính. Vì vậy có thể chuyển sang phương án quy hoạch thực nghiệm bậc 2 của Box-Willson.

Mức biến thiên, khoảng biến thiên và giá trị mã hoá của các yếu tố vào theo

phương án của Box-Willson được ghi trong bảng 4.10.

Bảng 4.10. Mức biến thiên và giá trị mã hoá của các yếu tố Xi

Các mức mã hoá

Giá trị mã hoá -1,68 -1,00 0,00 1,00 1,68

Các yếu tố ảnh hưởng X2(mm) 410 480 580 680 750

X3(phút) 11 15 20 25 29

X1 (oC) 39 41 44 47 49

Mức sao dưới Mức dưới Mức cơ sở Mức trên Mức sao trên Khoảng biến thiên

1,00

100

Tiến hành thí nghiệm cô đặc mật ong theo phương án quy hoạch thực nghiệm bậc 2 Box-Willson với 20 thí nghiệm. Ma trận và kết quả thí nghiệm

được ghi trong bảng 4.11.

106

Bảng 4.11. Ma trận và kết quả thí nghiệm cô đặc mật ong

Các hàm thành phần Yj

No

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Các yếu tố ảnh hưởng X2 480 480 680 680 480 480 680 680 580 580 410 750 580 580 580 580 580 580 580 580

X1 41 47 41 47 41 47 41 47 39 49 44 44 44 44 44 44 44 44 44 44

X3 15 15 15 15 25 25 25 25 20 20 20 20 11 29 20 20 20 20 20 20

Y1 17,94 15,09 18,29 15,89 17,14 16,80 19,43 18,29 19,09 15,20 16,57 18,63 17,26 18,51 18,74 18,74 18,06 19,31 18,63 19,20

Y2 134 167 158 189 168 199 191 223 153 205 165 203 149 208 196 198 196 199 198 197

Y3 93 78 85 70 77 62 68 54 84 61 82 70 92 65 63 62 65 64 61 64

Y4 2,10 1,80 1,94 1,58 1,78 1,45 1,59 1,29 2,16 1,44 1,79 1,55 2,04 1,56 1,53 1,55 1,50 1,48 1,56 1,48

Mô hình toán được biểu diễn bằng phương trình hồi qui theo công thức 3.3.

Các bước tính toán được thực hiện trên máy tính nhờ lập trình Pascal. Kết

quả tính toán được trình bày ở phụ lục (2 ÷ 6).

Tiến hành kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy dạng mã theo tiêu

chuẩn Student. Kết quả được ghi trong bảng 4.12.

Bảng 4.12. Các hệ số hồi qui dạng mã và tiêu chuẩn Student của các hàm Yj

Hàm Y1

Hàm Y2

Hệ số hồi quy bo = 18,784c b1 = -0,972c b2 = 0,615c b3 = 0,48c b12 = -0,044k b13 = 0,471c b23 = 0,329k b11 = -0,602c b22 = -0,441c b33 = -0,34c

Hệ số Student tb0 = 102,918c tb1 = 8,024c tb2 = 5,076c tb3 = 3,962c tb12 = 0,277k tb13 = 2,978c tb23 = 2,078k tb11 = 5,098c tb22 = 3,732c tb33 = 2,877c

Hệ số hồi quy bo= 197,361c b1= 15,710c b2 = 11,494c b3 = 17,012c b12 = -0,125k b13 = -0,125k b23 = -0,125k b11= -6,668c b22= -4,897c b33= -6,846c

Hệ số Student tb0 =399,601c tb1 = 47,918c tb2 = 35,060c tb3 = 51,888c tb12 = 0,292k tb13 = 0,292k tb23 = 0,292k tb11 = 20,870c tb22 = 15,325c tb33 = 21,424c

107

Hàm Y3

Hàm Y4

Hệ số hồi quy bo= 63,269c b1= -7,156c b2 = -3,896c b3 = -8,088c b12 = 0,125k b 13 = 0,125k b23 = -0,125k b11= 2,655c b22= 3,895c b33= 4,781c

Hệ số Student tb0 =105,398c tb1 =17,958c tb2 = 9,777c tb3 = 20,297c tb12 = 0,240k tb13 = 0,240k tb23 = 0,240k tb11 = 6,837c tb22 = 10,030c tb33 = 12,310c

Hệ số hồi quy bo= 1,519c b1= -0,183c b2 = -0,083c b3 = -0,155c b12 = -0,004k b13 = 0,004k b23 = 0,004k b11= 0,083c b22= 0,037c b33= 0,083c

Hệ số Student tb0 =106,372c tb1 =19,320c tb2 = 8,759c tb3 = 16,359c tb12 = 0,303k tb13 = 0,303k tb23 = 0,303k tb11 = 9,019c tb22 = 4,034c tb33= 9,019c

Chú thích: c- hệ số có nghĩa; k- hệ số không có nghĩa

Tra bảng tiêu chuẩn Student với mức ý nghĩa

= 0,05, bậc tự do f = N0 – 1=5 ta tìm được tb=2,57. Các hệ số hồi qui của phương trình có nghĩa khi các hệ số tbo > tb, tbi > tb, tbij > tb, tbii > tb ngược lại thì không có nghĩa ta loại bỏ hệ số đó.

Mô hình toán của các hàm thành phần Yj (sau khi đã loại bỏ những hệ số

2 (4.94)

hồi quy không có nghĩa) dưới dạng mã hóa như sau:

2–0,441x2

2–0,34x3

Y1 = 18,784–0,972x1+0,615x2+0,48x3+0,471x1x3–0,602x1

2–4,897x2

2 –6,846x3

(4.95) Y2 = 197,361+15,71x1+11,494x2+17,012x3–6,668x1

2+3,895x2

2 2+4,781x3

(4.96) Y3 = 63,269–7,156x1–3,896x2–8,088x3+2,655x1

2+0,037x2

2+0,083x3

(4.97) Y4 = 1,519–0,183x1–0,083x2–0,1551x3+0,083x1

Chuyển đổi về dạng thực theo công thức (3.20), ta xác định được mô hình

toán các hàm thành phần Yj ở dạng thực như sau:

2–0,0001 Hvd 2 (4.98)

Y1 = –94,5341+4,9328Tcđ+0,0572Hvd–0,7427τs+0,0314Tcđτs–0,0668Tcđ –0,0136τs

2–0,0005Hvd 2 (4.99)

Y2 = –1876,47227+70,43875Tcđ+0,68297Hvd+14,3552τs–0,7409Tcđ

–0,2738τs

2+0,0004Hvd 2 (4.100)

Y3 = 1001,82716–28,3457cđ –0,49079Hvd –9,267047τs+0,295Tcđ +0,191235τs

2+0,00000373Hvd 2 (4.101)

25,8224–0,8759Tcđ–0,0052Hvd–0,1644τs+0,0093Tcđ = +0,00333τs

Kết quả tính toán kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán theo tiêu chuẩn

Fisher được ghi trong bảng 4.13.

108

Bảng 4.13. Kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán

Giá trị F theo tiêu

Y1

Y2

Y3

Y4

chuẩn Fisher

Tính toán F

0,50

0,76

2,77

0,12

Tra bảng Fb

4,00

3,70

3.70

3,70

Mô hình

Kết luận

thích ứng

đều nhỏ hơn giá trị tra bảng Fb. Vì vậy, các mô hình toán trên đều đảm bảo tính thích ứng, nghĩa là mô

Giá trị tính toán F của các hàm Y1, Y2, Y3 và Y4

hình toán được mô phỏng đều tương thích với giá trị thí nghiệm.

- Xác định các giá trị tối ưu các hàm Yj bằng cách lấy đạo hàm riêng đối với

mỗi yếu tố vào và cho đạo hàm đó bằng 0, ta được hệ phương trình tuyến tính.

Giải hệ phương trình này ra ta được giá trị tối ưu của các yếu tố vào xi. Thay các

giá trị này vào các hàm Yj ta được giá trị tối ưu của thông số ra. Giải mã theo

công thức (3.1), ta được giá trị thực của mỗi yếu tố xi và các hàm thành phần Yj,

bảng 4.14.

Bảng 4.14. Giá trị tối ưu của các yếu tố vào xi và các hàm thành phần Yj

Y3

Y4

Y1

Y2

(phút)

(kWh/kg H2O)

(điểm)

(ngày)

Các yếu tố vào

- Giá trị mã hoá:

1,3476

1,0991

-0,7289

1,1779

0,5001

1,1139

0,6977

1,1737

0,8459

0,9306

0,2009

1,2425

48,04

47,30

41,81

47,53

630,01

691,30

649,77

697,37

- Giá trị thực: Tcđ (oC) Hvd (mm)

24,23

24,65

21,01

26,21

τcđ (ph)

Qcđ =19,4006

τkt = 223,9274

τcđ =54,0530

Nr =1,3003

Các thông số ra

4.2.2.2. Phân tích mô hình toán

Dùng phần mềm Matlab biểu diễn ảnh hưởng của các yếu tố đến các hàm mục tiêu thông qua mô hình 3D cho hàm các hàm Yj (j=1÷4) trên các hình từ

4.14 đến 4.17.

109

a. Điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc Y1(điểm)

Hình 4.14. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các cặp thông số đối với hàm Y1 a) Ảnh hưởng của cặp yếu tố Tcđ (0C) và Hvd (mm); b) Ảnh hưởng của cặp yếu tố Tcđ (0C) và τs (phút); c) Ảnh hưởng của cặp yếu tố Hvd (mm) và τs (phút).

b. Thời gian kết tinh trở lại Y2 (ngày)

Hình 4.15. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các cặp thông số đối với hàm Y2 a) Ảnh hưởng của cặp yếu tố Tcđ (0C) và Hvd (mm); b) Ảnh hưởng của cặp yếu tố Tcđ (0C) và τs (phút); c) Ảnh hưởng của cặp yếu tố Hvd (mm) và τs (phút).

a) b)

c. Thời gian cô đặc Y3 (phút)

a) Ảnh hưởng của cặp yếu tố Tcđ (0C) và Hvd (mm); b) Ảnh hưởng của cặp yếu tố Tcđ (0C) và τs (phút); c) Ảnh hưởng của cặp yếu tố Hvd (mm) và τs (phút).

Hình 4.16. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các cặp thông số đối với hàm Y3

110

d. Chi phí năng lượng riêng Y4 (kWh/kgH2O)

a) b) Hình 4.17. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của các cặp thông số

a) Ảnh hưởng của cặp yếu tố Tcđ (0C) và Hvd (mm); b) Ảnh hưởng của cặp yếu tố Tcđ (0C) và τs (phút); c) Ảnh hưởng của cặp yếu tố Hvd (mm) và τs (phút).

đối với hàm Y4

Từ đồ thị 3D trên hình 4.14÷4.17 cho thấy, khi nhiệt độ cô đặc x1 dao động từ 39oC ÷ 49oC, chiều cao vành dẫn chất lỏng x2 dao động từ 410 ÷ 750mm và thời gian phát sóng siêu âm dao động 11 ÷ 29 phút thì hàm Y1, Y2 là hàm cực đại và Y3, Y4 là hàm cực tiểu, đồng thời tọa độ các điểm tối ưu của các hàm Y1, Y2, Y3, Y4 đều nằm trong miền nghiên cứu của các yếu tố Xi(i = 1 ÷ 3).

4.2.3. Kết quả nghiên cứu tối ưu tổng quát

Đồng nhất các hàm Yj (j =1  4) chuyển chúng sang dạng đặc trưng là “hàm

mong muốn” thành phần dj = f(Yj) (j =1  4) theo công thức (3.19) và (3.20).

Căn cứ vào số liệu thí nghiệm trong bảng 4.11, ta chọn các thông số tính

toán hàm tối ưu tổng quát D theo các công thức (3.21) như sau:

Hàm Y1: Giá trị thí nghiệm nhỏ nhất Y1min = 15,09 (điểm), giá trị “mong

muốn” Y10= 19,5 (điểm);

Hàm Y2: Giá trị thí nghiệm nhỏ nhất Y2min = 134 (ngày), giá trị “mong

muốn” Y20 = 240 (ngày);

Hàm Y3: Giá trị thí nghiệm lớn nhất Y3max = 93 (phút), giá trị “mong muốn”

Y30 = 50 (phút);

Hàm Y4: Giá trị thí nghiệm lớn nhất Y4max = 2,16 (kWh/kgH2O), giá trị

“mong muốn” Y40 = 1,2 (kWh/kgH2O).

Kết quả tính toán giá trị hàm tối ưu tổng quát D được ghi trong bảng 4.15.

111

Bảng 4.15. Kết quả tính toán giá trị hàm tối ưu tổng quát D

Các yếu tố ảnh hưởng Hàm “mong muốn” thành phần dj

STT

x1 41 47 41 47 41 47 41 47 39 49 44 44 44 44 44 44 44 44 44 44

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

x2 480 480 680 680 480 480 680 680 580 580 410 750 580 580 580 580 580 580 580 580

x3 15 15 15 15 25 25 25 25 20 20 20 20 11 29 20 20 20 20 20 20

d1 0,866 0,368 0,893 0,560 0,780 0,732 0,949 0,893 0,936 0,395 0,694 0,914 0,796 0,907 0,920 0,920 0,876 0,945 0,914 0,941

d2 0,368 0,675 0.602 0,810 0,682 0,853 0,819 0,923 0,558 0,875 0,660 0,868 0,520 0,884 0.841 0,849 0,841 0,853 0,849 0,845

d3 0,368 0,704 0,564 0,818 0,721 0,891 0,840 0,936 0,586 0,898 0,629 0,818 0,394 0,868 0,884 0,891 0,868 0,876 0,898 0,876

Hàm tối ưu tổng quát D 0,476 0,596 0,655 0,749 0,729 0,840 0,862 0,922 0,579 0,727 0,677 0,865 0,535 0,879 0,878 0,880 0,866 0,890 0,879 0,887

d4 0,436 0,723 0,605 0,849 0,737 0,897 0,845 0,936 0,368 0,900 0,730 0,862 0,503 0,858 0,870 0,862 0,881 0,887 0,858 0,887

Kết quả tính toán trên máy tính đã xác định được mô hình toán của hàm tối

ưu tổng quát D như sau:

D = 0,87912 + 0,0465113x1 + 0,0631001x2 + 0,106715x3 – 0,009648x1x2 –

2 – 0,0325677x2

2 – 0,0552122x3

(4.102) 0,0147568x2x3 – 0,0742511x1

Tiến hành kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán hàm D, ta có giá trị tính toán F=0,08, giá trị tra bảng Fb= 4,4. Vì F

Trên cơ sở mô hình toán hàm tối ưu tổng quát D đã được xác định ở trên, ta có thể xác định các thông số tối ưu tổng quát của thiết bị cô đặc bằng cách lấy đạo hàm riêng đối với mỗi yếu tố xi và cho triệt tiêu, ta được một hệ phương trình tuyến tính. Giải hệ phương trình này ta được giá trị tối ưu chung của các yếu tố vào xi cho tất cả các thông số ra Yj. Thay các giá trị xi vào các hàm thành phần Yj (j = 1÷4) theo các công thức (4.98 ÷4.101), ta xác định được giá trị tối ưu tổng quát của thông số ra Yj. Kết quả tính toán trên máy vi tính đã xác định được:

112

Giá trị tối ưu của các yếu tố vào:

Giá trị mã hoá Giá trị thực

= 0,266 Tcđ = 44,8oC

=0,733 Hvd = 653mm

= 0,868 τs = 24,4phút

Giá trị tối ưu của các thông số ra:

Qcđ = 18,96 điểm

τkt = 216,5 ngày

τcđ = 57,4 phút

Nr = 1,37 (kWh/kgH2O)

Kết quả xác định các thông số tơi ưu tổng quát là cơ sở để hoàn thiện công

nghệ và thiết kế cải tiên thiết bị cô đặc.

4.2.4. Kết quả thí nghiệm ứng với giá trị tối ưu của các yếu tố vào

Trên cơ sở các thông số tối ưu đã tìm được, chúng tôi tiến hành 3 thí nghiệm lặp lại ở chế độ tối ưu của các yếu tố vào: nhiệt độ cô đặc Tcđ = 45oC, chiều cao vành dẫn chất lỏng Hvd = 653mm và thời gian phát sóng siêu âm τs = 24,4 phút. Kết quả thí nghiệm xác định giá trị của các thông số kỹ thuật (các chỉ tiêu kinh

tế-kỹ thuật của thiết bị cô đặc) trong bảng 4.16.

Bảng 4.16. Kết quả thí nghiệm xác định các thông số kỹ thuật khi cô đặc

ở chế độ tối ưu

Mẫu sản phẩm cô đặc

TN1 45 24,4 653

TN2 45 24,4 653

TN3 Giá trị trung bình 45 24,4 653

45 24,4 653

18,92

19,30

19,20

19,14

225 59

213 61

222 57

220 59

1,38

1,42

1,37

1,39

Nhiệt độ cô đặc Tcđ (0C) Thời gian phát sóng siêu âm τs(phút) Chiều cao vành chất lỏng Hvd(mm) Điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc Qcđ (điểm) Thời gian kết tinh trở lại τkt (ngày) Thời gian cô đặc τcđ (phút) Chi phí năng lượng riêng Nr (kWh/kgH2O)

Từ số liệu trong bảng 4.16 cho thấy, sai số giữa thực nghiệm và giá trị tính toán tối ưu từ mô hình toán đối với các hàm: điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc Qcđ là 0,95%, thời gian kết tinh τkt là 1,62%, thời gian cô đặc τcđ là 2,79%

113

và chi phí điện năng riêng Nr là 1,46% đều nhỏ hơn 5%, vì vậy các kết quả nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật tối ưu của quá trình cô đặc mật ong đảm bảo độ tin cậy.

Phân tích các chỉ tiêu lý hoá và đánh giá cảm quan của mẫu sản phẩm cô đặc được thực hiện tại (Trung tâm nghiên cứu và phát triển Công nghệ sinh học, Đại học Bách Khoa Hà Nội và bộ môn Công nghệ thực phẩm, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long). Kết quả xác định một số chỉ tiêu hóa học và điểm cảm quan của mật ong sau khi cô đặc ứng ở chế độ tối ưu của các yếu tố vào được ghi trong bảng 4.17 và phụ lục 7.

Từ kết quả phân tích thành phần hóa học mật ong cô đặc ở chế độ tối ưu (bảng 4.17) cho thấy, ứng với hàm lượng nước trong mật ong là 18% thì: hàm lượng Fructoza 41,73(%), hàm lượng Glucoza 35,3(%) và hàm lượng Sacaroza 1,45(%) tăng do hàm lượng ẩm giảm, hàm lượng HMF 14,3(mg/kg) và hàm lượng chất rắn không tan trong nước 0,067(%) tăng không đáng kể, còn hoạt lực Diastasa 11,23 (SU) giảm ít. Vi sinh vật tổng số 132 (cfu/g) giảm 60(%), trong đó E.Coli, vi khuẩn kỵ khí sinh H2S, Salmonella và Staphylococcus aureus không có, đảm bảo tiêu chuẩn an toàn thực phẩm theo TCVN 12605:2019. Mật ong có mùi thơm tự nhiên, không có mùi lạ, màu vàng nhạt đặc trưng cho mật ong hoa vải.

Bảng 4.17. Kết quả thí nghiệm xác định chất lượng sản phẩm mật ong cô đặc ở chế độ tối ưu

Kết quả

Chỉ tiêu

Đơn vị

Hàm lượng nước Hàm lượng Fructose Hàm lượng Glucose Hàm lượng Sucrose Hàm lượng HMF Hoạt lực diastase (Schade Unit) Vi sinh vật tổng số E.Coli Vi khuẩn kỵ khí sinh H2S Salmonella Staphylococcus aureus Hàm lượng chất rắn không tan trong nước

(%) (%) (%) (%) (mg/kg) SU (cfu/g) (%)

Mẫu ban đầu 26 37,6 32,5 1,28 14,1 12,5 220 0 0 0 0 0,06

Giá trị trung bình 18 41,73 35,3 1,45 14,3 11,23 132 0 0 0 0 0,067

(Phân tích mẫu ngày 15/3/2021)

So với tiêu chuẩn mật ong sản xuất trong nước TCVN 12605:2019 và tiêu chuẩn mật ong của Việt Nam xuất sang Mỹ, EU và Nhật (Manley, 1985) (FAO,

114

2019) thì mật ong được cô đặc trên thiết bị CĐ-1 đảm bảo được tiêu chuẩn qui định về giá trị dinh dưỡng, giá trị cảm quan và tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm, đáp ứng yêu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu.

4.2.5. Kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm

Kết quả tính toán mô phỏng và nghiên cứu thực nghiệm khi cô đặc dung dịch mật từ nồng độ 74% đến 82% đã xác định thời gian bay hơi trong quá trình cô đặc tương ứng là 66,5 phút và 57,4 phút.

So sánh kết quả nghiên cứu thực nghiệm với kết quả nghiên cứu lý thuyết thì sai lệch giữ thời gian nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm là 13,7%. Sai số này có thể chấp nhận được do trong quá trình tính toán phải chấp nhận một số giả thiết, một số tham số được tra theo bảng tính sẵn,... nên không tránh khỏi sai số.

4.2.6. Hoàn thiện quy trình công nghệ cô đặc mật ong

Thu hoạch mật ong

Lọc thô

Khuấy trộn

Lắng

Lọc tinh

Cô đặc mật ong

Công nghệ siêu âm

Đóng gói và bảo quản

Trên cơ sở quy trình chế biến mật ong và kết quả nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số công nghệ tối ưu của thiết bị cô đặc mật ong trong thực tiễn sản xuất, chúng tôi đã bổ sung một số công đoạn trong quá trình chế biến và xác định chế độ cô đặc phù hợp để hoàn thiện quy trình công nghệ cô đặc mật ong nhằm nâng cao chất lượng mật ong sau khi cô đặc. Sơ đồ quy trình sản xuất mật ong trên hình 4.18.

Hình 4.18. Sơ đồ quy trình công nghệ chế biến mật ong hoàn thiện

115

Quy trình công nghệ gồm có các khâu chính như sau:

Thu hoạch mật ong:

Mật ong được thu hoạch khi có 2/3 lỗ tổ trên cầu đã được vít nắp hoàn toàn

để đảm bảo chất lượng mật ong tốt nhất và lượng nước trong mật thấp nhất. Khi

khai thác cần phải tiến hành vào buổi sáng để mật đặc hơn vì không lẫn mật hoa

mới lấy về trong ngày.

Đưa bánh tổ vào máy quay ly tâm để lấy mật. Trước khi quay phải rũ hết ong bám trên bánh tổ rồi dùng dao cắt vít nắp bằng cách đưa dao từ dưới lên để không làm vỡ bánh tổ. Đặt các cầu đã cắt nắp vào trong thùng quay và quay đều tay với tốc độ tăng dần để mật văng ra khỏi bánh tổ (chú ý không để ấu trùng bị văng ra), sau đó trả các cầu đã quay mật xong trở lại đàn cũ để ong tiếp tục nuôi dưỡng ấu trùng và tiếp tục trữ mật.

Lọc thô mật: Mật ong được lọc để mật được sạch và không bị hỏng. Mật được đưa vào thùng lọc, chảy qua lưới lọc có kích thước lỗ lưới từ 1÷1,5 mm. Ở cơ sở sản xuất nhỏ thường chỉ lọc thô, mật thô sẽ được chuyển đến các nhà máy sản xuất có năng suất lớn được lọc tinh bằng các thiết bị lọc chuyên dụng.

Khuấy trộn: Do mật ong từ nhiều nguồn khác nhau nên sau khi lọc thô ta

cho vào bồn trộn để tiến hành hoà trộn mật ong lại với nhau. Khuấy trộn mật ong

nhằm làm đồng nhất mật. Bồn trộn gồm có một bồn đứng, bên trong có cánh

khuấy, cánh khuấy quay với tốc độ 50÷70 vòng/phút.

Lắng: Lắng nhằm mục đích làm cho mật trong hơn, giảm bớt bọt và loại đi

các tạp chất có khối lượng riêng lớn như: cát, đất,... và các tạp chất như: phấn

hoa, râu ong, chân ong,... nhẹ hơn sẽ nổi lên phía trên.

Lọc tinh: Nhằm loại bỏ các tạp chất có kích thước rất nhỏ và mịn thông

thường lưới lọc có kích thước từ 0,5÷1,0 mm. Ở các nhà máy sản xuất có năng

suất lớn được lọc tinh bằng các thiết bị lọc chuyên dụng. Để lọc được nhanh và

thật sạch người ta dùng các thiết bị lọc theo phương pháp hút chân không để mật

chảy qua lưới lọc có kích thước nhỏ.

Cô đặc mật ong: Mật ong sau khi đưa vào buồng cô đặc tiến hành cấp nhiệt,

sau khoảng 20 phút vận hành cho bơm chân và bộ phận phát sóng siêu âm làm

việc. Chế độ cô đặc được lựa chọn theo các thông số tối ưu như sau: nhiệt độ cô

đặc 44 45oC, thời gian phát sóng siêu âm 2425 phút. Cần chú ý: trong quá

116

trình cô đặc cần thường xuyên lấy mẫu kiểm tra nồng độ dung dịch mật, khi nồng

độ dung dịch đạt yêu cầu thì dừng máy bơm chân không và tắt nguồn nhiệt.

Đóng gói và bảo quản mật ong: Sau khi cô đặc đến nồng độ chất khô theo

yêu cầu, dung dịch mật được đưa vào bồn thành phẩm.

Bước cuối cùng là chiết rót, đóng vào chai, hũ chứa đựng và cho ra thành

phẩm. Tùy theo cơ sở sản xuất, việc chiết rót, đóng chai, dán nhãn được tiến

hành trên thiết bị tự động hay thủ công.

4.2.7. Ứng dụng các kết quả nghiên cứu để hoàn thiện thiết bị cô đặc mật ong

4.2.7.1. Thiết kế cải tiến thiết bị cô đặc mật ong

Kết quả nghiên cứu tối ưu tổng quát xác định các thông số cơ bản về cấu tạo và chế độ cô đặc mật ong như sau: nhiệt độ cô đặc Tcđ = 44,8oC, chiều cao vành dẫn chất lỏng Hvd = 653mm, thời gian phát sóng siêu âm τs = 24,4 phút.

Đã hoàn thiện thiết kế và chế tạo thiết bị cô đặc mật ong (ký hiệu CĐ-1A)

trên cơ sở các thông số tối ưu đã được xác định ở trên. Các thông số kỹ thuật cơ

bản của thiết bị cô đặc mật ong CĐ-1A ghi trong bảng 4.18.

Bảng 4.18. Các thông số kỹ thuật của thiết bị cô đặc mật ong CĐ-1A

Các thông sô

Khối lượng mẻ cô đặc Nhiệt độ cô đặc Thời gian phát sóng siêu âm Chiều cao vành dẫn chất lỏng Thời gian cô đặc một mẻ Kích thước buồng đun nóng: Đường kính: Chiều cao: Kích thước buồng lỏng-hơi: Đường kính: Chiều cao: Chiều cao phủ bì buồng cô đặc: Bộ phận phát sóng siêu âm: Số lượng: Công suất: Tần số:

Ký hiệu G Tcd s Hvd cd Ddn hdn Dlh Hlh Hcd Z N f

Đơn vị kg oC phút mm phút mm mm mm mm mm Cái W kHz

Giá trị 16 4445 2425 653 5760 220 880 114 1700 2920 09 100 28

4.2.7.2. Xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của thiết bị cô đặc mật ong

Để đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của thiết bị cô đặc mật ong CĐ-1A,

tháng 12 năm 2021 chúng tôi tiến hành khảo nghiệm trong điều kiện sản xuất.

Cùng thời gian đó, chúng tôi đã tiến hành khảo nghiệm xác định một số chỉ tiêu

117

kinh tế kỹ thuật thiết bị cô đặc mật ong CMO tại Trung tâm nghiên cứu ong và

nuôi ong nhiệt đới, Học viện Nông nghiệp Việt Nam và tham khảo các chỉ tiêu

kinh tế kỹ thuật của thiết bị cô đặc mật ong JEVA của Đại học Nông nghiệp

Puhana Ấn Độ để so sánh bảng 4.19.

Bảng 4.19. Một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các thiết bị cô đặc mật ong

Thiết bị cô đặc

JEVA

CMO-40

CD-1A

TT

Các chỉ tiêu KT-KT

Khối lượng mật ong trước khi cô đặc(kg)

25,2

2 Độ ẩm ban đầu (%)

16,4

Độ ẩm sau khi cô đặc (%)

2,11

1.56

1,56

Lượng nước cần bốc hơi (kg)

17,89

14,44

Khối lượng mật ong sau khi cô đặc

6 Kết cấu bề mặt bay hơi

Dung dịch mật chảy thành dòng theo phương thẳng đứng

Dung dịch mật sôi trong ống thẳng đứng

Dung dịch mật chảy màng theo bề mặt ngoài ống thẳng đứng

7 Nguồn nhiệt cấp

Nước, không khí nóng Không khí nóng

Nước nóng

8 Điều kiện thoát ẩm

Chân không

Đối lưu cưỡng bức

Tuần hoàn cưỡng bức

Vận chuyển dung dịch mật

Tuần hoàn cưỡng bức

Tuần hoàn tự nhiên

10 Nhiệt độ cô đặc (oC)

4445

11 Thời gian cô đặc (phút)

642

540

9,64

4,05

2,14

Điện năng tiêu thụ (kWh)

35,84

37,4

3,95

Thời gian cô đặc riêng (phút/kg SP cô đặc)

8,05

2,59

1,37

Chi phí năng lượng riêng (kWh/kg.H2O)

118

Từ số liệu trong bảng 4.19, so với các hệ thống cô đặc JEVA và CMO-40 thì

hệ thống cô đặc CĐ-1A có ưu điểm: thời gian cô đặc riêng là 3,95 (phút/kgSP cô đặc) bằng 10,56% so với thiết bị cô đặc mật ong CMO-40 và bằng 11,02% so với

thiết bị cô đặc mật ong JEVA. Chí phí năng lượng riêng cho một kg nước bốc hơi là 1,37 (kWh/kgH2O) bằng 52,9% so với thiết bị cô đặc CMO-40, bằng 17,02% so với thiết bị cô đặc mật ong JEVA. Ngoài ra, thiết bị cô đặc làm việc ổn định

và bền vững, dễ vận hành, điều chỉnh các thông số kỹ thuật và dễ vệ sinh máy.

4.2.7.3. Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của thiết bị cô đặc

Việc ứng dụng thiết bị cô đặc mật ong CĐ-1A trong thực tiễn sản xuất đã

đem lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật như sau:

- Nâng cao chất lượng sản phẩm mật ong cô đặc cả về giá trị dinh dưỡng,

giá trị cảm quan và vệ sinh an toàn thực phẩm, đáp ứng yêu cầu tiêu dùng trong

nước và xuất khẩu.

- Giảm được thời gian cô đặc và chi phí vận hành hệ thống thiết bị.

- Sử dụng phá kết tinh bằng sóng siêu âm đã kéo dài thời gian kết tinh trở

lại trong quá trình tồn trữ, góp phần nâng cao giá trị cảm quan cho sản phẩm.

- Thiết bị cô đặc có cấu tạo đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu thấp, làm việc

ổn định và bền vững, có thể ứng dụng để cô đặc nhiều loại nông sản thực phẩm

lỏng khác có tính chất lý hoá tương tự như: dịch quả, nước mía,... nên dễ triển

khai áp dụng rộng rãi trong thực tiễn sản xuất.

4.3. KẾT LUẬN PHẦN 4

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 τbh=66,5 phút, nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình cô đặc Q= 4434,28 kJ, hệ số tuần hoàn tự nhiên của dung dịch mật trong bộ phận cô đặc K=26, lượng hơi thứ bay hơi trung bình trong một vòng tuần hoàn Wth= 0,06 kg/vòng, chiều cao bộ phận tách hơi thứ Hlh=1,7m và lượng nước cần

thiết để đun nóng dung dịch mật trong quá trình cô đặc Gn=28kg. Kết quả nghiên

cứu trên là cơ sở để định hướng ban đầu cho việc thiết kế.

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã xác định được giá trị tối ưu của các yếu tố vào: nhiệt độ cô đặc Tcđ = 44,8oC, chiều cao vành dẫn chất lỏng Hvd = 653mm,

119

thời gian phát sóng siêu âm s = 24,4 phút và giá trị tối ưu của các thông số ra:

điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc Qcđ = 18,96 điểm, thời gian kết tinh trở lại trong quá trình tồn trữ τkt= 216,5 ngày, thời gian cô đặc τcđ= 57,4 phút và chi phí điện năng riêng Nr = 1,37 kWh/kgH2O. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm

là cơ sở quan trọng để hoàn thiện công nghệ và thiết kế cải tiến thiết bị cô đặc.

120

PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

5.1. KẾT LUẬN

1. Mô hình toán học và chương trình tính toán mô phỏng đã xác định được

mối quan hệ nhiệt lượng cần thiết của quá trình cô đặc với nhiệt độ, nồng độ dịch

mật và thời gian cô đặc. Kết quả tính toán mô phỏng đã xác định được các tham

số ảnh hưởng đến quá trình cô đặc như: thời gian bay hơi nước trong dung dịch

mật từ nồng độ ban đầu b=74% đến b=82% τbh=66,5 phút, nhiệt lượng tiêu hao

trong quá trình bay hơi là Q=4434,28 kJ, hệ số tuần hoàn tự nhiên của dịch mật

trong bộ phận cô đặc K=26, lượng hơi thứ bay hơi trung bình trong một vòng

tuần hoàn Wth=0,06 kg/vòng, chiều cao buồng lỏng hơi Hlh=1,7m và lượng nước

cần thiết để đun nóng dịch mật trong quá trình cô đặc Gn=28kg. Đây là các thông

số quan trọng làm cơ sở để định hướng ban đầu cho việc thiết kế.

2. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố đã xác định được ảnh hưởng của các yếu tố: nhiệt độ cô đặc Tcđ (oC), chiều cao vành dẫn chất lỏng Hvd(mm), thời gian phát

sóng siêu âm τs(phút), đến các thông số ra: điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm

cô đặc Qcđ(điểm), thời gian kết tinh trở lại τkt (ngày), thời gian cô đặc τcđ (phút)

và chi phí điện năng riêng Nr(kWh/kgH2O) và đã lựa chọn được khoảng nghiên

vd=380÷680mm và thời gian sóng siêu âm τs=15÷30 phút.

cứu thích hợp của các yếu tố làm cơ sở cho phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố như: nhiệt độ cô đặc Tcđ=35÷53oC, chiều cao vành dẫn chất lỏng H-

3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố và phương pháp tối ưu tổng

quát của E.C. Harrington đã xác định được giá trị tối ưu chung của các yếu tố vào: nhiệt độ cô đặc Tcđ=44,8oC, chiều cao vành dẫn chất lỏng Hvd=653mm, thời

gian phát sóng siêu âm s = 24,4 phút và giá trị tối ưu chung của tất cả các thông số

ra: điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc Qcđ=18,96 điểm, thời gian kết tinh trở

lại τkt=216,5 ngày, thời gian cô đặc τcđ=57,4 phút và chi phí điện năng riêng

Nr=1,37 kWh/kgH2O.

4. 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.

121

5. Đã thiết kế, chế tạo thành công thiết bị cô đặc mật ong CĐ-1A kiểu chân

không dạng ống phối hợp công nghệ siêu âm. Đây là thiết bị cô đặc có cấu tạo

tương đối đơn giản, làm việc ổn định và bền vững, tạo ra sản phẩm cô đặc có

chất lượng cao đáp ứng yêu cầu xuất khẩu, 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 hiện nay.

5.2. KIẾN NGHỊ

1. Ứng dụng mô hình đồng dạng và phân tích thứ nguyên để thiết kế chế tạo các cỡ thiết bị cô đặc mật ong có năng suất khác nhau phù hợp với quy mô của

các cơ sở chế biến mật ong trong cả nước.

2. Tiếp tục nghiên cứu lựa chọn công suất và tần số phát sóng siêu âm phù

hợp để triển khai cho nhiều thiết bị cô đặc với công suất khác nhau và cho nhiều

loại dung dịch cô đặc khác nhau.

122

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

1) Đặng Thanh Sơn, Trần Như Khuyên & Nguyễn Thanh Hải (2020). Nghiên

cứu một số thông số của thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không có vành dẫn chất lỏng phối hợp phá kết tinh bằng sóng siêu âm. Tạp chí Khoa học

Nông nghiệp Việt Nam. 18(12): 1182-1191.

2) Đặng Thanh sơn, Trần Như Khuyên & Nguyễn Thanh Hải (2022). Ứng

dụng qui hoạch thực nghiệm trong nghiên cứu Thiết bị cô đặc mật ong

kiểu chân không dạng ống có vành dẫn chất lỏng phối hợp phá kết tinh

bằng sóng siêu âm CĐ-1. Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn.

(1): 44-53.

123

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt:

Agritech (2020). Máy hạ thuỷ phần mật ong. Truy cập từ https://m.facebook.com/

1237486733100715/posts/1745777802271603/ ngày 28/6/2020.

Bạch Quốc Khang & Phạm Văn Lang (1998). Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực

nghiệm và ứng dụng kỹ thuật trong nông nghiệp. Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội.

Nguyễn Bin (2011). Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực

phẩm. Tập 4. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

Bộ Khoa học - Công nghệ (2018). Mật ong-Phân tích cảm quan. Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 12401-2018.

Bộ Khoa học - Công nghệ (2019). Nồi hơi-Hiệu suất Năng lượng và Phương pháp xác định. Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN:8630-2019.

Bộ Khoa học - Công nghệ (2019). Mật ong. Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 12605:

1-86.

Bùi Hải, Dương Đức Hồng & Hà Mạnh Thư (2001). Thiết bị trao đổi nhiệt. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà nội.

Bùi Hải & Trần Thế Sơn (2015). Kỹ Thuật Nhiệt. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

Chu Khôi (2021). Ngành mật ong Việt Nam có nguy cơ mất thị trường Mỹ.

VnEconomy. Truy cập từ https://vneconomy.vn/nganh-mat-ong-viet-nam-co- nguy-co-mat-thi-truong-my.htm ngày 2/11/2021.

10.

Đặng Quốc Phú, Trần Thế Sơn & Trần Văn Phú (2006). Truyền nhiệt. Nhà xuất bản giáo dục, Hà nội.

11.

Đỗ Văn Hiếu (2021). 20 tác dụng kỳ diệu của mật ong với sức khỏe con người.

Truy cập từ https://suckhoe24gio.webflow.io/posts/mat-ong-co-tac-dung-gi ngày 19/5/2021.

12.

EatuHoney (2022). 5 Loài ong mật chính ở Việt Nam. Truy cập từ

https://eatuhoney.com/5-loai-ong-mat-chinh-o-viet-nam/#:~:text=Hiện tại Việt Nam có,15 kg%2F đàn%2F năm.&text=Ong mật Châu Âu – Apis, có tới 24 phân loài ngày 28/2/2022.

13.

Hoàng Đình Tín (2001). Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

124

14.

Lê Anh Đức (2019). Thiết kế chế tạo và khảo nghiệm thiết bị phá kết tinh mật ong ứng dụng sóng siêu âm. Tạp chí Khoa học giáo dục Kỹ thuật. (53): 25-33.

15. Matilak (2020). Quy trình sản xuất mật ong tinh khiết. Truy cập từ ngày

https://matilak.com/blogs/news/quy-trinh-san-xuat-mat-ong-tinh-khiet 27/10/2020.

16.

Nguyễn Công Hiền & Nguyễn Phạm Thục Anh (2006). Mô hình hóa hệ thống và mô phỏng. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.

17.

Nguyễn Minh Tuyển (2005). Quy hoạch thực nghiệm. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.

18.

Ngô Đắc Thắng (1999). Kỹ thuật nuôi ong nội. Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội.

19.

Nguyễn Hay, Lê Anh Đức, Lê Quang Huy & Lê Thái Dương (2012). Nghiên cứu, Thiết kế, Chế tạo và Khảo nghiệm Thiết bị cô đặc Mật ong theo Nguyên lý chân không. Tạp chí Công nghiệp Nông thôn. (5): 13-16.

20.

Phạm Văn Lang (1996). Đồng dạng mô hình thứ nguyên ứng dụng trong kỹ thuật Cơ điện Nông nghiệp. Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội.

21.

Phạm Hồng Thái (2019). Sơ đồ Công nghệ thiết bị sấy mật ong. Trung tâm nghiên cứu ong và nuôi ong nhiệt đới. Học viện Nông nghiệp Việt Nam.

22.

Quang-Huy (2017). Tây Nguyên đầu tư cho ngành nuôi ong hàng hóa. B.NEWS.

từ https://bnews.vn/tay-nguyen-dau-tu-cho-nganh-nuoi-ong-hang-

Truy cập hoa/38039.html ngày 15/3/2017.

23.

Uyên Hương (2022). Bộ Công thương chủ động hỗ trợ doanh nghiệp xuất khẩu mật ong. TTXVN Việt Nam +. Truy cập từ https://www.vietnamplus.vn/bo- cong-thuong-chu-dong-ho-tro-doanh-nghiep-xuat-khau-mat-ong/773677.vnp ngày 15/1/2022.

24.

Vũ Kế Hoạch, Nguyễn Hay, Lê Anh Đức & Dorokhov I.N (2010). Nghiên cứu

các thông số tối ưu máy sấy lạnh mật ong. Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. (6): 95-101.

25.

Vũ Thục Linh (2015). Báo cáo thị trường mật ong eu. Cục xúc tiến thương mại,

Bộ công thương.

Tiếng Anh:

26.

Abramovič H., Abramovič H., Jamnik m.,Burkan L. & Kač M. (2008). Water

activity and water content in Slovenian honeys’. Food Control. 19(11): 1086– 1090. doi: 10.1016/j.foodcont.2007.11.008.

27.

Abu-Jdayil B., Ghzawi, A. A. M., Al-Malah K. I. M. & Zaitoun S. (2002). Heat

125

effect on rheology of light and dark-colored honey. Journal of Food Engineering. 51(1): 33-38. doi: 10.1016/S0260-8774(01)00034-6.

28.

Ajlouni S. & Sujirapinyokul P. S. (2010). Hydroxymethylfurfuraldehyde and

amylase contents in Australian honey. Food Chemistry. 119(3): 1000-1005. doi: 10.1016/j.foodchem.2009.07.057.

29.

Alvarez-Suarez J. M. (2017). Bee products - chemical and biological properties, Bee Products - Chemical and Biological Properties. doi: 10.1007/978-3-319-

59689-1.

30.

Baglio E. (2018). Honey: Processing Techniques and Treatments. 15-22. doi: 10.1007/978-3-319-65751-6_2.

31.

Bakier S. (2007). Influence of temperature and water content on the rheological properties of polish honeys. Polish Journal of Food and nutrition Sciences.

17-23. Retrieved

from

http://journal.pan.olsztyn.pl/influence-of-

57(2): temperature-and-water-content-on-the-rheological-properties-of-

polish,97999,0,2.html on October 27, 2020.

32.

Bakier S. (2017). Rheological Properties of Honey in a Liquid and Crystallized State. Honey Analysis. doi: 10.5772/67035.

33.

Bermudez-Aguirre D. (2017). Ultrasound: Advances in Food Processing and

Preservation. Sandra E. Edited by D. Bermudez-Aguirre.

34.

Blog V. (2022). Engineering Physics 1 - Ultrasonics- Piezo-Electric Effect-

Piezo-Electric Generator. Retrieved from: http://www.vidyarthiplus.in/2011/11/

engineering-physics-1-ultrasonics-piezo.html on October 27, 2020.

35.

Bogdanov S. (2014). The Honey Book. Bee Product Science. Retrieved from:

www.bee-hexagon.net.

36.

Charles R. H., Biman K. G., & Royce O. B. (2003), Simulation Using Promodel,

Higher Education.

37.

Chichester C. O. (1978). Advances in Food Research, volume 24. Academic

Press, Inc (London) LTD.

38.

Crapiste G. & Lozano J. (1988). Effect of Concentration and Pressure on the

Boiling Point Rise of Apple Juice and Related Sugar Solutions. Journal of Food

Science. doi: 10.1111/j.1365-2621.1988.tb08973.x.

39.

D’Arcy B. (2007). High-power ultrasound to control of honey crystallisation’,

Rural Industries Research and Development Corporation. 12. Retrieved from:

www.rirdc.gov. au/fullreports/index.html on October 27, 2020.

126

40.

Dean A., Morris M., Stufken J. & Bingham D. (2015). Handbooks of Design and

Analysis of Experiments.

41.

Deming S. N. (1991). Multiple-criteria optimization. 550: 15-25. doi:

https://doi.org/10.1016/S0021-9673(01)88527-7.

42.

Dimins F., Kūka P., Kūka M. & Čakste I. (2013). The Criteria of Honey Quality

and Its Changes during Storage and Thermal Treatment. International Food /portal/ Research

from https://pesquisa.bvsalud.org

Journal. Retrieved

resource/en/mdl-20203177951%0Ahttp://dx.doi.org/10.1038/s41562-020-0887- 9% 0Ahttp://dx.doi.org/10.1038/s41562-020-0884-z%0Ahttps://doi.org/10.1080/

13669877.2020.1758193%0Ahttp://sersc.org/journals/index.php/IJAST/article on October 27, 2020.

43.

Eteraf-Oskouei T. & Najafi M. (2013). Traditional and modern uses of natural

honey in human diseases. Iranian Journal of Basic Medical Sciences. 16(6): 731- 742. doi: 10.22038/ijbms.2013.988.

44.

FAO (2019). Standard for honey CXS 12-1981. World Health Organization, 126(1): 1–8. Retrieved from https://www.fao.org/fao-who-codexalimentarius/sh- proxy/es/?lnk=1&url=https%253A%252F%252Fworkspace.fao.org%252Fsites %252Fcodex%252FStandards%252FCXS%2B12-1981%252FCXS_012e.pdf on October 27, 2020.

45.

Fuente E., Ruiz-Matute A. I., Valencia-Barrera R.M., Sanz J., & Castro I. M. (2011). Carbohydrate composition of Spanish unifloral honeys’. Food Chemistry, 129(4): 1483-1489. doi: 10.1016/j.foodchem.2011.05.121.

46.

Gill R. S., Hans V. S., Singh S., Singh P. P. & Dhaliwal S. S. (2015). A small scale honey dehydrator. Journal of Food Science and Technology. 52(10): 6695- 6702. doi: 10.1007/s13197-015-1760-0.

47.

Gustavo V. B. C. (2009). Food engineering. Retrieved from: https://books. google.com.vn/books?id=qeiyCwAAQBAJ&pg=PA99&lpg=PA99&dq=Boiling +Point+Elevation+of+honey&source=bl&ots=_JBDI3EpP_&sig=ACfU3U2LJF INVY-4FAIGtU4wO4kJYe_vuw&hl=en&sa=X&ved=2ahUKEwimpN3qi-P0A hWVr1YBHbHIBL4Q6AF6BAgYEAM#v=onepage&q&f=false on October 24, 2021.

48.

Harrington E.C (1975). The desirability function, Industrial quality control. 149-498.

49.

Heldman, D. R., Lund D.B. & Sabliov C. M. (2019). Handbook of Food

Engineering. Third, Taylor & Francis Group. Third.

127

50.

Indiamart. Honey Processing Plants in New Delhi. Cosmos International https://www.indiamart.com/proddetail/honey- Limited.

Retrieved

from

processing-plants-2248122597.html on October 24, 2021.

51.

Janghu S., Manab V. & Rawson A. (2017). Study on power ultrasound optimization and its comparison with conventional thermal processing for

treatment of raw honey. Food Technology and Biotechnology. 55(4): 570-579. doi: 10.17113/ftb.55.04.17.5263.

52.

Kabbani D., Sepulcre F. & Wedekind F. (2011). Ultrasound-assisted liquefaction

of rosemary honey: Influence on rheology and crystal content. Journal of Food

Engineering. 107(2): 173–178. doi: 10.1016/j.jfoodeng.2011.06.027.

53.

Khuri A. I. & Cornell J. A. (1991). Response Surfaces Design and Analyses. 2nd

edn. Response Surfaces. 2nd edn.

54. Malec M., Morawski M. & Zelasko B. N. (2020). Heat and mass transfer in a

honey dehydrator with closed air circulation. Food and Bioproducts Processing.

5: 113-125. doi: 10.1016/j.fbp.2020.10.017.

55. Manley W. T. (1985). United States Standards for Grades of Extracted Honey.

United States Deparment of Agriculture, p. 12. Retrieved

from:

https://www.ams.usda.gov/sites/default/files/media/Extracted_Honey_Standard

%5B1%5D.pdf on October 24, 2021.

56. Manyi-Loh C. E., Clarke A. M. & Ndip R. N. (2011). An overview of honey:

Therapeutic properties and contribution in nutrition and human health. African

Journal of Microbiology Research. 5(9): 844-852. doi: 10.5897/ajmr10.008.

57. Mordor Intelligence (2022). Natural honey market - Growth, Trends, Covid-19 impact, and forecasts (2022 - 2027). Mordor Intelligence. Retrieved from

https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/natural-honey-market on

October 27, 2020.

58. Mumtaz A., Ibrahim M. S., Siddiqui N. R., Safdar M. N., Munir M., Qayyum

A., Shibli S., & Ibrahim M. K.(2019). Ultrasounds: A Recent Perspective in

Food Industry. Pakistan Journal of Agricultural Research. 32(2): 10. doi:

10.17582/journal.pjar/2019/32.2.334.342.

59.

NORMIT (2022). Condensing honey dryer. Retrieved from: https://en.normit.sk/

product/item/condensing-honey-dryer on October 24, 2021.

60.

Pal S. & Gauri S. K. (2018). A desirability functions-based approach for

simultaneous optimization of quantitative and ordinal response variables in

128

industrial processes. International Journal of Engineering. Science and

Technology. 10(1): 76–87. doi: 10.4314/ijest.v10i1.6.

61.

Pan, Jeh-nan, Pan, Jianbiao & Lee C. (2009). Finding and optimising the key

factors for the multiple-response manufacturing process. International Journal of

Production Research. 9(May): 2327-2344. doi: 10.1080/00207540701777423.

62.

Pmg (2021). Ultrasound Processing Technology in Food Industry - PMG https://www.pmg.engineering/ultrasound- Engineering. Retrieved

from:

processing-technology-in-food-industry/ on January 13, 2021.

63.

Rahima D. K. (2014). Ultrasound-assisted liquefaction of honey, Universitat

barcelonatech.

catalunya

from:

Retrieved Politecnica https://upcommons.upc.edu/handle/2117/95311 on January 13, 2021.

64.

Ristic A. (2021). 9 Health Benefits of Raw Honey, SelfDecode. Retrieved from:

https://supplements.selfdecode.com/blog/raw-honey-12-important-scientific- uses-superfood/ on September 9, 2021.

65.

Schellart W. P. (2011). Rheology and density of glucose syrup and honey: Determining their suitability for usage in analogue and fluid dynamic models of

geological processes. Journal of Structural Geology. 33(2011): 1079-1088. doi: 10.1016/j.jsg.2011.03.013.

66.

Shahbandeh, M. (2021). Honey market worldwide and in the U.S. - Statistics &

from https://www.statista.com/topics/5090/honey-market-

facts. Retrieved worldwide/#dossierKeyfigures on October 27, 2020.

67.

Singh R. P. & Heldman D. R. (1981). Introduction to Food Engineering fourth

edition. Journal of Chemical Information and Modeling. Retrieved from: on https://www.academia.edu/31383834/Introduction_to_Food_Engineering

October 1, 2021).

68.

Sonotec (2022). What is ultrasonic wave? Ultrasonic cutter and ultrasonic

polisher columns. Sonotec Co., ltd. Retrieved from: https://www.sonotec.com/ en/column/ultrasonic.html. on February 19, 2022.

69.

Thai P.H. & Toan T.V. (2018). Beekeeping in Vietnam, Asian Beekeeping in the

21st Century, Springer: 247-267. Retrieved from: https://doi.org/10.1007/978- 981-10-8222-1

70.

Thrasyvoulou A., Manikis J. & Tselios D. (1994). Liquefying crystallized honey doi:10.1051/ with

ultrasonic waves. Apidologie.

297-302.

(1977):

apido:19940304.

71.

Tong L. & Tang Y. (2016). Boiling Heat Transfer and Two-Phase. 2nd edn.

129

72.

Tosi E.A., Ciappini M., Ré E. & Lucero H. (2002). Honey thermal treatment effects on hydroxymethylfurfural content. Food Chemistry. 77(1): 71-74. doi:

10.1016/S0308-8146(01)00325-9.

73.

Tosi E. A., Ré E., Lucero H. & Bulacio L (2004). Effect of honey high-

temperature short-time heating on parameters related to quality, crystallisation

phenomena and fungal inhibition. LWT - Food Science and Technology. 37(6):

669–678. doi: 10.1016/j.lwt.2004.02.005.

74.

Tridge (2020). Honey Vietnam. Tridge. Retrieved from: https://www.tridge .com/intelligences/honey/VN on October 1, 2021.

75.

Turhan Irfan., Tetik Nedim., Mustafa Karhan., Gurel Fehmi. & Tavukcuoglu

H.R. (2008). Quality of honeys influenced by thermal treatment. ScienceDirect. 41(2008): 1396–1399. doi: 10.1016/j.lwt.2007.09.008.

76.

UN Comtrade (2021). Mật ong tự nhiên Việt Nam, TrendEconomy. Retrieved from https://trendeconomy.com/data/h2/Vietnam/0409 on November 14, 2021.

77. Manley W. T. (1985). United States Standards for Grades of Extracted Honey. from: United States Deparment of Agriculture. p. 12. Retrieved https://www.ams.usda.gov/sites/default/files/media/Extracted_Honey_Standard

%5B1%5D.pdf on November 14, 2021.

78.

Villamiel M. & Montilla A. (2017). Ultrasound in Food Processing Recent Advances. DOI:10.1002/9781118964156.

79. WITS (2019). Vietnam Honey: Natural Exports by Country in 2019, World Integrated Trade Solution. Retrieved from https://wits.worldbank.org/trade/

comtrade/en/country/VNM/year/2019/tradeflow/Exports/partner/ALL/product/0 40900 on October 1, 2021.

80.

Ye Y. (2015). Effect of High Intensity Ultrasound on Crystallization behavior

and functional properties of lipids. Utah State Universty Logan, Utah. Retrieved https://digitalcommons.usu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=5332&con from:

text=etd on September 9, 2021.

Tiếng Trung:

79. 王兴武王立域 (2014). 实用新型专利. 利代理机构北京联瑞联丰知识

产权代理.

(Xingwu W. & Liyu W. (2014). Bằng sáng chế mô hình tiện ích. Cơ quan cấp bằng sáng

chế Bắc Kinh Lianrui và Cơ quan Sở hữu Trí tuệ Lianfeng).

130

Tiếng Nga:

80.

Лебедев П.Д.

(1972). Теплообменные, сушильные и холодильные

установки. Mockba: Издателъстьо Энергия.

(Lebedev P.D. (1972). Máy sấy trao đổi nhiệt và nhà máy làm lạnh. Nhà xuất bản Năng

lượng, Mockva).

81. Михеев М. & Михеева И. (1977). Основы теплопередачи. Mockba:

Издателъстьо Энергия.

(Mikheev M & Mikheeva I (1977). Các nguyên tắc cơ bản của truyền nhiệt. Nhà xuất

bản Năng lượng, Mockva).

131

PHỤ LỤC

Các số liệu tính toán mô phỏng

Ký hiệu

đơnvị

Các giá trị

Nhiệt độ khảo sát oC

15.58

15.17

14.8

14.44

1369.80

1383.99

1398.49

1413.28 1428.39

ρf

45.42

1359.79

1374.09

1388.70

1403.59 1418.83

ρf

46.64

1359.31

1373.61

1388.23

1403.13 1418.37

ρf

45.42

0.0672

ρh

1.5989

1.6074

46.64

1.6404

2.2062

2.1556

2.1050

2.0544

2.2568

45.42

2.2381

2.1881

2.1382

2.0882

2.2880

46.64

2.2395

2.1896

2.1397

2.0897

2.2894

46.64

4.18

0.2986

0.2906

0.2825

0.2745

0.3066

λf

45.42

0.3263

0.3181

0.3099

0.3017

0.3345

λf

46.64

kg kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kJ/kg.0C kJ/kg.0C kJ/kg.0C kJ/kg.0C kJ/kg.0C kJ/kg.0C kJ/kg.0C W/m.oC W/m.oC W/m.oC

0.3275

0.3193

0.3111

0.3029

0.3357

pa.s

96.09

206.963

445.77

960.12

2067.96

45.42

Pa.s

5.923

12.76

27.48

59.18

2.75

46.64

4.99

10.76

23.17

49.9

2.32

70.6897

150.6705

321.106

684.3

1458

45.42

41.7

4.3119

9.1895

19.6

2.023

46.64

35.2

16.5

7.749

3.636

1.706

75.14

0.39

61.41

0.472

47.12

Pa.s ν(m2/s) ν(m2/s) ν(m2/s) ν(m2/s) ν(m2/s) ν(m2/s)

0.59

λf μf.102 μf.102 μf.102 νf.105 νf.105 νf.105 νn.106 νn.106 νn.106

Phụ lục 1. Các số liệu tính toán mô phỏng

132

2.43

75.14

Prn

2.94

61.41

Prn

3.887

45.42

6.01

75.14

5.17

61.41

4.283

1/độ 1/độ 1/độ

47.12

28.96

28.37

27.77

27.15

26.53

1/độ

45.42

67.1

75.14

66.02

61.41

64.36

47.12

1066.9

75.14

Prn βn.104 βn.104 βn.104 βgn.105 λn.102 W/m.oC λn.102 W/m.oC λn.102 W/m.oC Grn.10-4

47.25

2585.56

2586.66

2587.86

2589.15 2590.56

2373

kJ/kg kJ/kg

47.12

2393

45.42

2390.3

46.64

63,4

64,9

66,51

68,23

70,07

46.64

47.25

47.91

48.62

49.40

46.64

tfs

kJ/kg 0C 0C

13.64

13.03

12.373

11.656

10.878

tw-tfs

30.56

t2tb

60.28

6.64

7.25

7.91

8.62

9.40

tsft

45.42

t2ℓb

75.14

t1ℓb

29.72

0C 0C 0C 0C 0C 0C

Δtqn

29.72

Δtqf

75.14

1066.9

Gr1dn.10- 4

75.14

1206.06

1206.06 1206.06

α1dn W/m2.C

45.42

1203.02

259.423

55.91

12.04

2.591

45.42

82.978

55.162

36.641

24.318

16.125

62.642

45.37

32.047

22.21

15.168

kdn

Gr2dn α2dn W/m2.C W/m2.C W/m2.C

0.19

kth

133

29000

6777.3

1582.3

369.1

85.98

538884.93 122855.28 27963.88 6354.38 1441.37

Nufkc α2kc. W/m2.C

2669.3

1252.35

587.635

275.76

129.42

Refks

1203.02

259.42

55.91

12.04

2.59

Grfks

8.46

5.652

3.777

2.524

1.686

157.189

102.465

66.748

43.452

28.265

9204.98

3549.49

1367.84

527.25

203.81

Nufks α2ks W/m2.C α2bh W/m2.C W/m2.C

248.69

238.43

215.35

172.15

113.39

kbh

975.66

Qdn

0.00

979.56

1857.43

2648.35 3358.62

Qbh

975.66

1955.22

2833.1

3624.01 4334.28

m2/W

0.2894

0.3071

0.3349

0.3873

0.5035

Q 103/k(tw- tfs)

134

He so phuong trinh hoi quy dang ma

bo = 18.7835664 t0 = 102.9181094 Co nghia

b1 = -0.9721799 t1 = 8.0243788 Co nghia

b2 = 0.6149449 t2 = 5.0757590 Co nghia

b3 = 0.4800364 t3 = 3.9622231 Co nghia

b12 = -0.0437500 t12 = 0.2765058 Khong Co nghia

b13 = 0.4712500 t13 = 2.9783626 Co nghia

b23 = 0.3287500 t23 = 2.0777436 Khong Co nghia

b11 = -0.6019025 t11 = 5.0976131 Co nghia

b22 = -0.4406921 t22 = 3.7322959 Co nghia

b33 = -0.3397143 t33 = 2.8770971 Co nghia

He so phuong trinh hoi quy dang thuc

Co = -94.53417313

C1 = 4.93287521

C2 = 0.05726974

C3 = -0.74278326

C12 = 0.00000000

C13 = 0.03141667

C23 = 0.00000000

C11 = -0.06687805

C22 = -0.00004407

C33 = -0.01358857

MA TRAN THI NGHIEM VA KET QUA TINH TOAN HAM Y1 DIEM TONG HOP CHAT LUONG SAN PHAM CO DAC

(XAY DUNG THEO PHUONG AN BOX-WILSON)

______________________________________________________________________

| | | | |HAM Y1 DIEM TONG HOP CHAT LUONG SAN PHAM CO DAC

| N | X1 | X2 | X3 |----------------------------------------------|

|-----------------------------------------------------------------------|

| 1 |-1.00 |-1.00 |-1.00| 17.94 | 17.7497 | 0.0362117 |

| 2 | 1.00 |-1.00 |-1.00| 15.09 | 14.8628 | 0.0515987 |

| 3 |-1.00 | 1.00 |-1.00| 18.29 | 18.9796 | 0.4755426 |

| 4 | 1.00 | 1.00 |-1.00| 15.89 | 16.0927 | 0.0411020 |

| 5 |-1.00 |-1.00 | 1.00| 17.14 | 17.7673 | 0.3934788 |

| 6 | 1.00 |-1.00 | 1.00| 16.80 | 16.7654 | 0.0011958 |

| 7 |-1.00 | 1.00 | 1.00| 19.43 | 18.9972 | 0.1873430 |

| 8 | 1.00 | 1.00 | 1.00| 18.29 | 17.9953 | 0.0868428 |

| 9 |-1.68 | 0.00 | 0.00| 19.09 | 18.7180 | 0.1383698 |

|10 | 1.68 | 0.00 | 0.00| 15.20 | 15.4515 | 0.0632496 |

|11 | 0.00 |-1.68 | 0.00| 16.57 | 16.5066 | 0.0040133 |

|12 | 0.00 | 1.68 | 0.00| 18.63 | 18.5729 | 0.0032645 |

Phụ lục 2. QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM HÀM Y1 ĐIỂM TỔNG HỢP CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM CÔ ĐẶC

135

|13 | 0.00 | 0.00 |-1.68| 17.26 | 17.0183 | 0.0584209 |

|14 | 0.00 | 0.00 | 1.68| 18.51 | 18.6312 | 0.0146938 |

|15 | 0.00 | 0.00 | 0.00| 18.74 | 18.7836 | 0.0018980 |

|16 | 0.00 | 0.00 | 0.00| 18.74 | 18.7836 | 0.0018980 |

|17 | 0.00 | 0.00 | 0.00| 18.06 | 18.7836 | 0.5235483 |

|18 | 0.00 | 0.00 | 0.00| 19.31 | 18.7836 | 0.2771323 |

|19 | 0.00 | 0.00 | 0.00| 18.63 | 18.7836 | 0.0235826 |

|20 | 0.00 | 0.00 | 0.00| 19.20 | 18.7836 | 0.1734169 |

|-----------------------------------------------------------------------

Se =1.001400 Sr = 2.556804

QUY HOACH THUC NGHIEM THIET BI C0 DAC MAT ONG

KIEM TRA TINH TUONG THICH CUA MO HIMH TOAN

Bac tu do f1 = 7.00

Phuong sai thuc ung Stu = 0.2222

Ty so giua phuong sai thich ung/ phuong sai thi nghiem F = 0.50

Gia tri Fb tra bang theo tieu chuan Fisher Fb : 4.00

*** KET LUAN : Mo hinh thich ung

XAC DINH GIA TRI TOI UU CUA HAM Y1 DIEM TONG HOP CHAT LUONG SAN PHAM CO DAC

Cac thong so vao toi uu dang ma

x[1] = -0.72892407

x[2] = 0.69770349

x[3] = 0.20094960

Cac thong so vao toi uu dang thuc

xt[1] = 41.81322779

xt[2] = 649.77034851

xt[3] = 21.00474798

Gia tri toi uu cua HAM Y1 DIEM TONG HOP CHAT LUONG SAN PHAM CO DAC la: 19.40064520

bo = 197.3605829 t0 = 399.6016244 Co nghia

b1 = 15.7100141 t1 = 47.9175330 Co nghia

b2 = 11.4944887 t2 = 35.0596467 Co nghia

b3 = 17.0116088 t3 = 51.8875618 Co nghia

b12 = -0.1250000 t12 = 0.2919371 Khong Co nghia

b13 = -0.1250000 t13 = 0.2919371 Khong Co nghia

b23 = 0.1250000 t23 = 0.2919371 Khong Co nghia

Phụ lục 3. QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM HÀM Y2 THỜI GIAN KẾT TINH TRỞ LẠI He so phuong trinh hoi quy dang ma

136

b11 = -6.6683953 t11 = 20.8696502 Co nghia

b22 = -4.8968533 t22 = 15.3253687 Co nghia

b33 = -6.8455495 t33= 21.4240784 Co nghia

He so phuong trinh hoi quy dang thuc

Co = -1876.47227860

C1 = 70.43875840

C2 = 0.68297987

C3 = 14.35520090

C12 = 0.00000000

C13 = 0.00000000

C23 = 0.00000000

C11 = -0.74093281

C22 = -0.00048969

C33 = -0.27382198

MA TRAN THI NGHIEM VA KET QUA TINH TOAN HAM Y2 THOI GIAN KET TINH TRO LAI

(XAY DUNG THEO PHUONG AN BOX-WILSON)

_______________________________________________________________________

| N | X1 | X2 | X3 |---------------------------------------------|

------------------------------------------------------------------------

| 1 |-1.00 |-1.00 |-1.00 | 134.00 | 134.7337 | 0.5382763 |

| 2 | 1.00 |-1.00 |-1.00 | 167.00 | 166.1537 | 0.7162215 |

| 3 |-1.00 | 1.00 |-1.00 | 158.00 | 157.7227 | 0.0769227 |

| 4 | 1.00 | 1.00 |-1.00 | 189.00 | 189.1427 | 0.0203572 |

| 5 |-1.00 |-1.00 | 1.00 | 168.00 | 168.7569 | 0.5728837 |

| 6 | 1.00 |-1.00 | 1.00 | 199.00 | 200.1769 | 1.3851382 |

| 7 |-1.00 | 1.00 | 1.00 | 191.00 | 191.7459 | 0.5563195 |

| 8 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 223.00 | 223.1659 | 0.0275216 |

| 9 |-1.68 | 0.00 | 0.00 | 153.00 | 152.1469 | 0.7278130 |

|10 | 1.68 | 0.00 | 0.00 | 205.00 | 204.9325 | 0.0045525 |

|11 | 0.00 |-1.68 | 0.00 | 165.00 | 164.2290 | 0.5944981 |

|12 | 0.00 | 1.68 | 0.00 | 203.00 | 202.8504 | 0.0223667 |

|13 | 0.00 | 0.00 | -1.68| 149.00 | 149.4602 | 0.2117852 |

|14 | 0.00 | 0.00 | 1.68 | 208.00 | 206.6192 | 1.9065897 |

|15 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 196.00 | 197.3606 | 1.8511857 |

|16 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 198.00 | 197.3606 | 0.4088543 |

|17 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 196.00 | 197.3606 | 1.8511857 |

|18 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 199.00 | 197.3606 | 2.6876886 |

|19 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 198.00 | 197.3606 | 0.4088543 |

|20 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 197.00 | 197.3606 | 0.1300200 |

|-----------------------------------------------------------------------|

Se =7.333333 Sr = 14.69903

137

KIEM TRA TINH TUONG THICH CUA MO HIMH TOAN

Bac tu do f1 = 8.00

Phuong sai thuc ung Stu = 0.9207

Ty so giua phuong sai thich ung/ phuong sai thi nghiem F = 0.76

Gia tri Fb tra bang theo tieu chuan Fisher Fb : 3.70

*** KET LUAN : Mo hinh thich ung

XAC DINH GIA TRI TOI UU CUA HAM Y2 THOI GIAN KET TINH TRO LAI

Cac thong so vao toi uu dang ma

x[1] = 1.17794563

x[2] = 1.17366072

x[3] = 1.24253056

Cac thong so vao toi uu dang thuc

xt[1] = 47.53383688

xt[2] = 697.36607167

xt[3] = 26.21265280

Gia tri toi uu cua HAM Y2 THOI GIAN KET TINH TRO LAI la : 223.92739090

He so phuong trinh hoi quy dang ma

bo = 63.2694915 t0 = 105.3976262 Co nghia

b1 = -7.1558396 t1 = 17.9575933 Co nghia

b2 = -3.8959897 t2 = 9.7769937 Co nghia

b3 = -8.0880629 t3 = 20.2970094 Co nghia

b12 = 0.1250000 t12 = 0.2401922 Khong Co nghia

b13 = 0.1250000 t13 = 0.2401922 Khong Co nghia

b23 = -0.1250000 t23 = 0.2401922 Khong Co nghia

b11 = 2.6550464 t11 = 6.8365283 Co nghia

b22 = 3.8951258 t22 = 10.0296317 Co nghia

b33 = 4.7808968 t33 = 12.3104198 Co nghia

He so phuong trinh hoi quy dang thuc

Co = 1001.82716700

C1 = -28.34573393

C2 = -0.49079449

C3 = -9.26704742

C12 = 0.00000000

Phụ lục 4. QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM HÀM Y3 THỜI GIAN CÔ ĐẶC

138

C13 = 0.00000000

C23 = 0.00000000

C11 = 0.29500516

C22 = 0.00038951

C33 = 0.19123587

MA TRAN THI NGHIEM VA KET QUA TINH TOAN HAM Y3 THOI GIAN CO DAC

(XAY DUNG THEO PHUONG AN BOX-WILSON)

_______________________________________________________________________

| N | X1 | X2 | X3 |--------------------------------------------|

------------------------------------------------------------------------

| 1 |-1.00 |-1.00 |-1.00 | 93.00 | 93.7405 | 0.5482701 |

| 2 | 1.00 |-1.00 |-1.00 | 78.00 | 79.4288 | 2.0413935 |

| 3 |-1.00 | 1.00 |-1.00 | 85.00 | 85.9485 | 0.8996015 |

| 4 | 1.00 | 1.00 |-1.00 | 70.00 | 71.6368 | 2.6790948 |

| 5 |-1.00 |-1.00 | 1.00 | 77.00 | 77.5643 | 0.3184649 |

| 6 | 1.00 |-1.00 | 1.00 | 62.00 | 63.2526 | 1.5691263 |

| 7 |-1.00 | 1.00 | 1.00 | 68.00 | 69.7723 | 3.1412158 |

| 8 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 54.00 | 55.4607 | 2.1335521 |

| 9 |-1.68 | 0.00 | 0.00 | 84.00 | 82.7849 | 1.4764558 |

|10 | 1.68 | 0.00 | 0.00 | 61.00 | 58.7413 | 5.1017978 |

|11 | 0.00 |-1.68 | 0.00 | 82.00 | 80.8084 | 1.4200126 |

|12 | 0.00 | 1.68 | 0.00 | 70.00 | 67.7178 | 5.2082914 |

|13 | 0.00 | 0.00 |-1.68 | 92.00 | 90.3510 | 2.7190687 |

|14 | 0.00 | 0.00 | 1.68 | 65.00 | 63.1751 | 3.3300814 |

|15 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 63.00 | 63.2695 | 0.0726257 |

|16 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 62.00 | 63.2695 | 1.6116086 |

|17 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 65.00 | 63.2695 | 2.9946598 |

|18 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 64.00 | 63.2695 | 0.5336427 |

|19 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 61.00 | 63.2695 | 5.1505915 |

|20 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 64.00 | 63.2695 | 0.5336427 |

|----------------------------------------------------------------------|

Se =10.833333 Sr = 43.483198

KIEM TRA TINH TUONG THICH CUA MO HIMH TOAN

Bac tu do f1 = 8.00

Phuong sai thuc ung Stu = 4.0812

Ty so giua phuong sai thich ung/ phuong sai thi nghiem F = 2.77

Gia tri Fb tra bang theo tieu chuan Fisher Fb : 3.70

*** KET LUAN : Mo hinh thich ung

139

XAC DINH GIA TRI TOI UU CUA HAM Y3 THOI GIAN CO DAC

Cac thong so vao toi uu dang ma

x[1] = 1.34759217

x[2] = 0.50011089

x[3] = 0.84587298

Cac thong so vao toi uu dang thuc

xt[1] = 48.04277651

xt[2] = 630.01108921

xt[3] = 24.22936492

Gia tri toi uu cua HAM Y3 THOI GIAN CO DAC la : 54.05296440

He so phuong trinh hoi quy dang ma

bo = 1.5193563 t0 = 106.3723825 Co nghia

b1 = -0.1831907 t1 = 19.3207351 Co nghia

b2 = -0.0830500 t2 = 8.7591043 Co nghia

b3 = -0.1551067 t3 = 16.3587789 Co nghia

b12 = -0.0037500 t12 = 0.3028398 Khong Co nghia

b13 = 0.0037500 t13 = 0.3028398 Khong Co nghia

b23 = 0.0037500 t23 = 0.3028398 Khong Co nghia

b11 = 0.0833371 t11 = 9.0185083 Co nghia

b22 = 0.0372770 t22 = 4.0340146 Co nghia

b33 = 0.0833371 t33 = 9.0185083 Co nghia

He so phuong trinh hoi quy dang thuc

Co = 25.82240087

C1 = -0.87591532

C2 = -0.00515463

C3 = -0.16436072

C12 = 0.00000000

C13 = 0.00000000

C23 = 0.00000000

C11 = 0.00925968

C22 = 0.00000373

C33 = 0.00333348

Phụ lục 5. QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM HÀM Y4 CHI PHÍ ĐIỆN NĂNG RIÊNG

140

MA TRAN THI NGHIEM VA KET QUA TINH TOAN HAM Y4 CHI PHI DIEN NANG RIENG

(XAY DUNG THEO PHUONG AN BOX-WILSON)

_______________________________________________________________________

| N | X1 | X2 | X3 |---------------------------------------------|

----------------------------------------------------------------------- |

| 1 |-1.00 |-1.00 |-1.00 | 2.10 | 2.1447 | 0.0019941 |

| 2 | 1.00 |-1.00 |-1.00 | 1.80 | 1.7783 | 0.0004720 |

| 3 |-1.00 | 1.00 |-1.00 | 1.94 | 1.9786 | 0.0014865 |

| 4 | 1.00 | 1.00 |-1.00 | 1.58 | 1.6122 | 0.0010351 |

| 5 |-1.00 |-1.00 | 1.00 | 1.78 | 1.8344 | 0.0029639 |

| 6 | 1.00 |-1.00 | 1.00 | 1.45 | 1.4681 | 0.0003262 |

| 7 |-1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.59 | 1.6683 | 0.0061374 |

| 8 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.29 | 1.3020 | 0.0001430 |

| 9 |-1.68 | 0.00 | 0.00 | 2.16 | 2.0623 | 0.0095400 |

|10 | 1.68 | 0.00 | 0.00 | 1.44 | 1.4468 | 0.0000463 |

|11 | 0.00 |-1.68 | 0.00 | 1.79 | 1.7641 | 0.0006713 |

|12 | 0.00 | 1.68 | 0.00 | 1.55 | 1.4850 | 0.0042194 |

|13 | 0.00 | 0.00 |-1.68 | 2.04 | 2.0151 | 0.0006177 |

|14 | 0.00 | 0.00 | 1.68 | 1.56 | 1.4940 | 0.0043576 |

|15 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 1.53 | 1.5194 | 0.0001133 |

|16 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 1.55 | 1.5194 | 0.0009390 |

|17 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 1.50 | 1.5194 | 0.0003747 |

|18 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 1.48 | 1.5194 | 0.0015489 |

|19 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 1.56 | 1.5194 | 0.0016519 |

|20 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 1.48 | 1.5194 | 0.0015489 |

|-----------------------------------------------------------------------|

Se =0.006133 Sr = 0.040187

KIEM TRA TINH TUONG THICH CUA MO HIMH TOAN

Bac tu do f1 = 8.00

Phuong sai thuc ung Stu = 0.0043

Ty so giua phuong sai thich ung/ phuong sai thi nghiem F = 0.12

Gia tri Fb tra bang theo tieu chuan Fisher Fb : 3.70

*** KET LUAN : Mo hinh thich ung

XAC DINH GIA TRI TOI UU CUA HAM Y4 CHI PHI DIEN NANG RIENG

Cac thong so vao toi uu dang ma

x[1] = 1.09909416

x[2] = 1.11395640

141

x[3] = 0.93059805

Cac thong so vao toi uu dang thuc

xt[1] = 47.29728247

xt[2] = 691.39564000

xt[3] = 24.65299023

Gia tri toi uu cua HAM Y4 CHI PHI DIEN NANG RIENG la : 1.30025639

MA TRAN THI NGHIEM VA KET QUA TINH TOAN HAM TOI UU TONG QUAT D

(XAY DUNG THEO PHUONG AN BOX-WILSON)

_________________________________________________________________________

| N | x1 | x2 | x3 |-------------------------------------------------|

| | | | | y1 | y2 |y3 | y4 | d1 | d2 | d3 | d4 | D |

|-----------------------------------------------------------------------|

| 1 |-1.00|-1.00|-1.00|17.94|134 |93 |2.10|0.866|0.368|0.368|0.436|0.476|

| 2 | 1.00|-1.00|-1.00|15.09|167 |78 |1.80|0.368|0.675|0.704|0.723|0.596|

| 3 |-1.00| 1.00|-1.00|18.29|158 |85 |1.94|0.893|0.602|0.564|0.605|0.655|

| 4 | 1.00| 1.00|-1.00|15.89|189 |70 |1.58|0.560|0.810|0.818|0.849|0.749|

| 5 |-1.00|-1.00| 1.00|17.14|168 |77 |1.78|0.780|0.682|0.721|0.737|0.729|

| 6 | 1.00|-1.00| 1.00|16.80|199 |62 |1.45|0.732|0.853|0.891|0.897|0.840|

| 7 |-1.00| 1.00| 1.00|19.43|191 |68 |1.59|0.949|0.819|0.840|0.845|0.862|

| 8 | 1.00| 1.00| 1.00|18.29|223 |54 |1.29|0.893|0.923|0.936|0.936|0.922|

| 9 |-1.68| 0.00| 0.00|19.09|153 |84 |2.16|0.936|0.558|0.586|0.368|0.579|

| 10| 1.68| 0.00| 0.00|15.20|205 |61 |1.44|0.395|0.875|0.898|0.900|0.727|

| 11| 0.00|-1.68| 0.00|16.57|165 |82 |1.79|0.694|0.660|0.629|0.730|0.677|

| 12| 0.00| 1.68| 0.00|18.63|203 |70 |1.55|0.914|0.868|0.818|0.862|0.865|

| 13| 0.00| 0.00|-1.68|17.26|149 |92 |2.04|0.796|0.520|0.394|0.503|0.535|

| 14| 0.00| 0.00| 1.68|18.51|208 |65 |1.56|0.907|0.884|0.868|0.858|0.879|

| 15| 0.00| 0.00| 0.00|18.74|196 |63 |1.53|0.920|0.841|0.884|0.870|0.878|

| 16| 0.00| 0.00| 0.00|18.74|198 |62 |1.55|0.920|0.849|0.891|0.862|0.880|

| 17| 0.00| 0.00| 0.00|18.06|196 |65 |1.50|0.876|0.841|0.868|0.881|0.866|

| 18| 0.00| 0.00| 0.00|19.31|199 |64 |1.48|0.945|0.853|0.876|0.887|0.890|

| 19| 0.00| 0.00| 0.00|18.63|198 |61 |1.56|0.914|0.849|0.898|0.858|0.879|

| 20| 0.00| 0.00| 0.00|19.20|197 |64 |1.48|0.941|0.845|0.876|0.887|0.887|

|-----------------------------------------------------------------------|

Phụ lục 6. QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM HÀM TỐI ƯU TỔNG QUÁT D

142

He so phuong trinh hoi quy dang ma

bo = 0.8791200 t0 = 263.7150531 Co nghia

b1 = 0.0465113 t1 = 21.0182337 Co nghia

b2 = 0.0631002 t2 = 28.5146917 Co nghia

b3 = 0.1067150 t3 = 48.2240106 Co nghia

b12 = -0.0096480 t12 = 3.3383847 Co nghia

b13 = -0.0055185 t13 = 1.9095131 Khong Co nghia

b23 = -0.0147568 t23 = 5.1061326 Co nghia

b11 = -0.0742511 t11 = 34.4284038 Co nghia

b22 = -0.0325677 t22 = 15.1008436 Co nghia

b33 = -0.0552122 t33 = 25.6005111 Co nghia

He so phuong trinh hoi quy dang thuc

Co = -19.71018735

C1 = 0.76016773

C2 = 0.00641417

C3 = 0.12680041

C12 = -0.00003216

C13 = 0.00000000

C23 = -0.00002951

C11 = -0.00825013

C22 = -0.00000326

C33 = -0.00220849

MA TRAN THI NGHIEM VA KET QUA TINH TOAN HAM D TOI UU TONG QUAT

(XAY DUNG THEO PHUONG AN BOX-WILSON)

_________________________________________________________________________

| N | X1 | X2 | X3 |---------------------------------------------|

|-----------------------------------------------------------------------|

| 1 |-1.00 |-1.00 |-1.00 | 0.476 | 0.4764 | 0.0000006 |

| 2 | 1.00 |-1.00 |-1.00 | 0.596 | 0.5887 | 0.0000564 |

| 3 |-1.00 | 1.00 |-1.00 | 0.655 | 0.6514 | 0.0000098 |

| 4 | 1.00 | 1.00 |-1.00 | 0.749 | 0.7251 | 0.0005779 |

| 5 |-1.00 |-1.00 | 1.00 | 0.729 | 0.7193 | 0.0001008 |

| 6 | 1.00 |-1.00 | 1.00 | 0.840 | 0.8316 | 0.0000786 |

| 7 |-1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.862 | 0.8353 | 0.0007060 |

| 8 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.922 | 0.9090 | 0.0001635 |

| 9 |-1.68 | 0.00 | 0.00 | 0.579 | 0.5914 | 0.0001462 |

|10 | 1.68 | 0.00 | 0.00 | 0.727 | 0.7477 | 0.0004230 |

143

|11 | 0.00 | -1.68| 0.00 | 0.677 | 0.6812 | 0.0000173 |

|12 | 0.00 | 1.68 | 0.00 | 0.865 | 0.8932 | 0.0008123 |

|13 | 0.00 | 0.00 |-1.68 | 0.535 | 0.5440 | 0.0000824 |

|14 | 0.00 | 0.00 | 1.68 | 0.879 | 0.9026 | 0.0005560 |

|15 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.878 | 0.8791 | 0.0000008 |

|16 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.880 | 0.8791 | 0.0000011 |

|17 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.866 | 0.8791 | 0.0001664 |

|18 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.890 | 0.8791 | 0.0001133 |

|19 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.879 | 0.8791 | 0.0000001 |

|20 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.887 | 0.8791 | 0.0000580 |

|-----------------------------------------------------------------------|

Se =0.000334 Sr = 0.004070

QUY HOACH THUC NGHIEM MAY C0 DAC MAT ONG

KIEM TRA TINH TUONG THICH CUA MO HIMH TOAN

Bac tu do f1 = 6.00

Phuong sai thuc ung Stu = 0.0006

Ty so giua phuong sai thich ung/ phuong sai thi nghiem F = 0.08

Gia tri Fb tra bang theo tieu chuan Fisher Fb : 4.40

*** KET LUAN : Mo hinh thich ung

XAC DINH GIA TRI TOI UU CUA HAM D TOI UU TONG QUAT

Cac thong so vao toi uu dang ma

x[1] = 0.26560335

x[2] = 0.73264851

x[3] = 0.86849906

Cac thong so vao toi uu dang thuc

xt[1] = 44.79681004

xt[2] = 653.26485081

xt[3] = 24.34249532

Gia tri toi uu tong quat ra : 0.95475291

Gia tri toi uu tong quat dang thuc ham y1 : 18.96625135

Gia tri toi uu tong quat dang thuc ham y2 : 216.46674214

Gia tri toi uu tong quat dang thuc ham y3 : 57.37429834

Gia tri toi uu tong quat dang thuc ham y4 : 1.36389255

144

Phụ lục 7. Kết quả đánh giá cảm quan mật ong

145

146

147

148

149

Phụ lục 8. Kết quả phân tích các thành phần hóa học

150

151

152

153

154

155

156

157