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 KHƠNG
DẠNG ỐNG PHỐI HỢP CƠNG NGHỆ SĨNG 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 cơng trình
nghiên cứu của riêng tơi. Những số liệu, kết quả trình bày trong luận án này là trung
thực, khách quan và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án này đã
được cảm ơn và các thơng 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

iii


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, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy cơ Học viện Nơng
nghiệp Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong nhiều năm tháng học tập cũng
như trong suốt q trình nghiên cứu, hồn 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 tơi hồn thành

luận án.
Tơi 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 tơi hồn thành đề tài.
Tơi xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, bạn bè, đồng nghiệp, gia đình đã ln
quan tâm, động viên giúp tơi vượt qua mọi khó khăn trong q 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 hố học................................................................. 6
2.1.3. Cơng 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 cơng nghệ chế biến mật ong................................................................13

2.3.1. Quy trình cơng nghệ chế biến mật ong trên thế giới............................................13
2.3.2. Quy trình cơng nghệ chế biến mật ong ở Việt Nam.............................................15


2.4.

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị cơ 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 cơ 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 cơng trình nghiên cứu ở trên thế giới............................................................26
2.5.2. Các cơng 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 thơng số của q trình cơ 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 mơ hình tốn q trình trao đổi nhiệt ẩm trong bộ phận cơ đặc.........59

4.1.1. Mơ hình kết cấu bộ phận cô đặc.......................................................................... 59
4.1.2. Cơ sở lý thuyết xây dựng mơ hình tốn q trình trao đổi nhiệt trong bộ
phận cô đặc.......................................................................................................... 61
4.1.3. Trao đổi nhiệt đối lưu khi sơi của chất lỏng........................................................ 65
4.1.4. Xây dựng mơ hình tốn q trình trao đổi nhiệt ẩm trong bộ phận cơ đặc.........76
4.1.5. Mơ phỏng q 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. Hồn thiện quy trình cơng nghệ cơ 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 cơng trình đã cơng 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

EU

European Union

FAO

Food and Agriculture Organization of the United Nations

HMF

Hydroxymethylfurfural

HPLC

High Performance Liquid Chromatography

RH

Độ ẩm tương đối

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

VBA

Vietnam Beekeepers Association

WHO

World Health Organization


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC
Ký hiệu

Đơn vị

A

-

a

m2/s

b

%(oBrix)

nồng độ chất rắn hòa tan trong dung dịch

b1, b2

%(oBrix)

nồng độ chất rắn hòa tan trong dung dịch

bđ

%(oBrix)

nồng độ chất rắn hòa tan ban đầu

bc

Tên gọi
hệ số ảnh hưởng của chiều dòng nhiệt
hệ số dẫn nhiệt độ

o

nồng độ chất rắn hòa tan sau khi cơ đặc

o

%( Brix)

bi

%( Brix)

nồng độ chất rắn hịa tan của dung dịch thứ i

cp

kJ/(kg.0C)

nhiệt dung riêng của dung dịch

ck

kJ/(kg.0C)

nhiệt dung riêng của chất rắn khơ hịa tan

cn

kJ/(kg.0C)

nhiệt dung riêng của dung môi (nước)

cd1

kJ/(kg.0C)

nhiệt dung riêng của dung dịch

cd2

kJ/(kg.0C)

nhiệt dung riêng của dung dịch ban đầu

cpi

kJ/(kg.0C)

nhiệt dung riêng dung dịch thứ i

cđường

kJ/(kg.0C)

nhiệt dung riêng đường

cđạm

kJ/(kg.0C)

nhiệt dung riêng đạm

ctro

kJ/(kg.0C)

nhiệt dung riêng tro

cxơ

kJ/(kg.0C)

nhiệt dung riêng xơ

Ddn

m

đường kính đáy lớn, đường kính buồng gia nhiệt

Dlh

m

đường kính buồng hơi thứ

Dt

m

đường kính tách ly

dth

m

đường kính ống tuần hồn

dvd

m

đường kính vành dẫn

dnc

m

đường kính đáy nhỏ, phần xả mật

ds1

m

đường kính ngồi của ống đun sơi

ds2

m

đường kính trong của ống đun sơi

F

m2

f

-

diện tích bề mặt trao đổi nhiệt giữa nước nóng và dung
dịch
tần số sinh hơi

Ký hiệu

Đơn vị

Tên gọi

G

kg

khối lượng của dung dịch

Gk

kg

khối lượng chất rắn hòa tan

Gd1

kg

khối lượng của dung dịch ban đầu

Gd2

kg

khối lượng dung dịch cuối

Grn

-

Grks

-

Grkc

-

Gf

kg/s

hệ số Grashof của nước
hệ số Grashof của dịch mật chuyển động trong ống khi
không sôi
hệ số Grashof của dịch mật không chuyển động trong
ống khi sôi
lưu lượng của dịch mật trong ống đun sôi

g

m/s

gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2

i

kJ/kg

enthalpy của nước

kth

W/(m2.oC)

hằng số, kth = 0,13 ÷ 0,19; đối với nước kth = 0,13

kd

W/(m2.oC)

hằng số xác định bằng thực nghiệm, kd = 0012

k1n

W/(m2.oC)

hệ số xác định bằng thực nghiệm

k2n

2

2 o

hệ số tính đến đặc tính hình học của chùm ống

2 o

W/(m . C)

kdn

W/(m . C)

hệ số truyền nhiệt ở giai đoạn đun nóng

kbh

W/(m2.oC)

hệ số truyền nhiệt ở giai đoạn bay hơi

K

W/(m2.oC)

tỷ số hồn lưu

Lnt

m

chiều dài hình hộp chữ nhật

ℓw

m

chiều dài ống

p

bar

áp suất tuyệt đối

ps

bar

áp suất bảo hòa

pck

mbar

Prn

-

hệ số Prant của nước

Prfks

-

hệ số Prant

Prfkc

-

hệ số Prant

Prfks, Prw

-

Nun

-

hệ số Nusselt của nước

Nufks

-

hệ số Nusselt dung dịch

Q

kJ

tổng nhiệt lượng cần thiết để đun nóng và bay hơi

áp suất chân khơng

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


Ký hiệu

Đơn vị

Tên gọi
dung dịch

Qdn

kJ

Qbh

kJ

qth

nhiệt lượng tiêu thụ để đun nóng dung dịch đến nhiệt
độ sơi
Nhiệt lượng tiêu thụ để làm bay hơi dung dịch

W/m

2

mật độ dòng nhiệt tới hạn

q

W/m

2

mật độ dịng nhiệt

Rc

m

bán kính chỗ uốn cong

R

m

bán kính của bọt

Ro

m

kích thước tâm sinh hơi

Rnt

m

chiều rộng hình hộp chữ nhật

Refks

-

Refkc

-

r

kJ/kg

s

m

bước vít

tq

o

nhiệt độ quá nhiệt

ts

o

nhiệt độ sôi

to

o

nhiệt độ môi trường

tn

o

nhiệt độ nước nóng

thd

o

nhiệt độ hơi đốt

tht

o

nhiệt độ hơi thứ

tw

o

nhiệt độ bề mặt vách ống đun sơi

tf

o

nhiệt độ trung bình của chất lỏng

t1gn

o

Nhiệt độ trước khi giãn nở của dung dịch

t2gn

o

Nhiệt độ sau khi giãn nở của dung dịch

tfs

o

nhiệt độ sôi của dung dịch

tsn

o

tsft

o

t2tb

o

C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C

hệ số Reynolds của dịch mật chuyển động trong ống
khi không sôi
hệ số Reynolds của dịch mật không chuyển động trong
ống khi sơi
nhiệt ẩn hố hơi

nhiệt độ sơi của hơi thứ ứng với áp suất chân không
pck
khoảng tăng nhiệt độ sôi của dung dịch ứng với nồng

C
C

độ ở áp suất chân khơng pck
nhiệt độ trung bình của dung dịch


Ký hiệu

Đơn vị

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

tfo

o

t1ℓb

o

nhiệt độ lớp biên giữa nước nóng và vách

t2ℓb

o

nhiệt độ lớp biên giữa vách và dung dịch

t2tb

o

nhiệt độ trung bình của dung dịch

C
C
C

trường,

Hcd

C
m

Hnc

m

chiều cao hình nón cụt

Hgn

m

chiều cao buồng nạp liệu

Hlh

m

chiều cao toàn bộ buồng hơi thứ

hdn

m

chiều cao buồng phân đun sôi

hpt

m

chiều cao buồng phát triển kích thước hạt bọt

hvd

m

chiều cao vành dẫn

hht

m

chiều cao buồng phân ly hơi thứ

Wn

kg

lượng nước bay hơi trong dịch mật

Wht

kg/s

Wth

kg/vòng

W

kg

σ

N/m

chiều cao buồng cô đặc

lưu lượng ẩm bay hơi trong dịch mật
lượng hơi thứ bay hơi trung bình trong một vịng tuần

hồn
khối lượng dung môi
sức căng bề mặt

Δt

o

độ quá nhiệt

Δti

o

hiệu số nhiệt độ có ích

Δtc

o

hiệu số nhiệt độ chung

o

tổn thất nhiệt độ

Δlh

o

tổn thất nhiệt độ lý hóa

Δtt

o

tổn thất nhiệt độ thủy tĩnh

Δtl

o

tổn thất nhiệt độ thủy lực

∆tn

o

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

∑∆

C
C
C
C
C
C
C

C

∆t, ∆tf

o

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

∆tth

o

hiệu số nhiệt độ tới hạn

C

θ

C
độ

γ

độ

góc dính ướt của chất lỏng với bề mặt vật rắn
góc đặt ống, các ống trong chùm ống bố trí hình vng

Ký hiệu

Đơn vị

τcd

phút

thời gian cô đặc

τkt

phút

thời gian kết tinh

τdn

phút

thời gian đun nóng

τbh

phút

thời gian bay hơi

λ

o

hệ số dẫn nhiệt của vách ống

o

hệ số dẫn nhiệt của lớp cặn

W/(m. C)

λc

W/(m. C)

λfks

W/(m.oC)

λfkc

W/(m.oC)

λf

W/(m.oC)

λfi

Tên gọi

hệ số dẫn nhiệt của dịch mật chuyển động trong ống
khi không sôi
hệ số dẫn nhiệt của dịch mật không chuyển động trong
ống khi sôi
hệ số dẫn nhiệt dung dịch

o

hệ số dẫn nhiệt dung dịch thứ i

o

W/(m. C)

λn

W/(m. C)

hệ số dẫn nhiệt của nước

λđường

W/(m.oC)

hệ số dẫn nhiệt đường

λđạm

W/(m.oC)

hệ số dẫn nhiệt đạm

λxơ

W/(m.oC)

hệ số dẫn nhiệt tro

λtro

W/(m.oC)

hệ số dẫn nhiệt xơ

λfkc

o

W/(m. C)

hệ số dẫn nhiệt của dung dịch

ρh

kg/m

ρf

kg/m3

khối lượng riêng dung dịch

ρi

kg/m3

khối lượng riêng dung dịch thứ i

ρn

kg/m3

khối lượng riêng nước

ρđường

kg/m3

khối lượng riêng đường

ρđạm

3

khối lượng riêng của hơi thứ

kg/m

3

khối lượng riêng đạm

ρtro

kg/m

3

khối lượng riêng tro

ρxơ

kg/m3

khối lượng riêng xơ

ρ1gn

kg/m3

khối lượng riêng sau khi giãn nở của dung dịch

ρ2gn

kg/m3

khối lượng riêng trước khi giãn nở của dung dịch

µ
µf

N.s/m

2

độ nhớt động lực

N.s/m

2

độ nhớt động lực học của dung dịch

νf

2

m /s

độ nhớt động học của dung dịch

νn

2

độ nhớt động học của nước

m /s

Ký hiệu

Đơn vị

Tên gọi

α1dn

W/(m2.oC)

hệ số cấp nhiệt của nước ở mặt ngoài ống

α2dn

W/(m2.oC)

hệ số tỏa nhiệt của dịch mật ở mặt trong của ống

α1bh

W/(m2.oC)

hệ số cấp nhiệt khi bay hơi của nước ở mặt ngoài ống

αw, α2bh

W/(m2.oC)

αdl, α2ks

W/(m2.oC)

α, α2kc

W/(m2.oC)

αh, βh, γh, δh

-

λ,ν,a,β

-

δ

m

chiều dày vách ống

δc

m

chiều dày lớp cặn

ωf

m/s

vận tốc chuyển động của dung dịch trong ống

βgn

1/oK

hệ số giãn nở thể tích

εℓ

-

hệ số toả nhiệt khi bay hơi của dịch mật ở mặt trong
của ống
hệ số tỏa nhiệt của dịch mật chuyển động trong ống
khi không sôi
hệ số tỏa nhiệt của dịch mật không chuyển động trong
ống khi sôi
các hệ số thực nghiệm
các hằng số vật lý của chất lỏng ở nhiệt độ của lớp
biên tf

hệ số kể đến ảnh hưởng chiều dài của ống


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. Thơng số vào của chế độ tính tốn.........................................................................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 thơng số chính về cấu tạo và chế độ làm việc của thiết bị cơ 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 mơ hình tốn............................................................109


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 thơng 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


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 cơ đặc mật ong kiểu dịng 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 cơ đặc mật ong kiểu chân khơng dạng nồi có piston chuyển động........25

2.13. Các dãy tần số sóng siêu âm................................................................................31
2.14. Q 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 cơ đặc mật ong CĐ-1..............................................................................38

4.2.

Mơ hình kết cấu Thiết bị cơ 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 q trình tính tốn các thông số.............................................. 93

4.10. Đồ thị hàm Fτbh = 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 cơng nghệ chế biến mật ong hoàn thiện...................................115


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 Nơng 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 cơ đặc và chi phí năng lượng riêng.
Mục tiêu cụ thể
- Mơ hình hố và mơ phỏng q trình trao đổi nhiệt ẩm trong bộ phận cơ 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 hồn thiện thiết kế thiết bị
cơ 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 mơ hình hố và mơ phỏng để nghiên cứu q trình trao đổi
nhiệt ẩm trong buồng cơ 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 mơ hình tốn học và chương trình tính
tốn mơ phỏng q trình trao đổi nhiệt ẩm trong buồng cơ 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 q trình cơ đặc, hệ số tuần hồn tự nhiên của


dung dịch mật trong bộ phận cô đặc, thời gian chuyển động của dịch mật trong một
vịng tuần hồn, lượng hơi thứ bay hơi trung bình trong một vịng tuần hoàn, chiều cao
bộ phận tách hơi thứ và lượng nước cần thiết để đun nóng dung dịch mật trong quá trình
cơ 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 q trình tồn trữ, thời gian cơ đặc và chi phí điện năng riêng. Kết
quả nghiên cứu trên là cơ sở quan trọng để hồn thiện cơng nghệ và thiết kế cải tiến
thiết bị cơ đặc.
- Đã hồn thiện quy trình cơng nghệ cơ đặc mật ong theo các thơng số tối ưu với sự hỗ trợ
của công nghệ siêu âm. Đây là quy trình cơng 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 cơ đặc và chi phí điện năng
riêng thấp.
* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Kết quả nghiên cứu xây dựng mơ hình tốn học và chương trình tính tốn mơ
phỏng q trình trao đổi nhiệt ẩm trong buồng cơ đặc làm cơ sở khoa học để tính tốn
thiết kế thiết bị cô đặc mật ong, đồng thời cũng là tài liệu tham khảo khi tính tốn thiết

kế Thiết bị cơ đặc cho các loại sản phẩm khác có tính chất lý hố tương tự như: dịch
quả, nước mía,...
Thiết bị cơ đặc mật ong CĐ-1A là thiết bị cơ đặc có cấu tạo tương đối đơn giản,
làm việc ổn định và bền vững, hồn tồn 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.


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.
- Determine the 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


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, recrystallization 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 mơi trường khơng 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
cơng nghệ chế biến mật ong, việc cơ 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
q trình tồn trữ.
Trên thế giới có nhiều cơng 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 cơng nghệ, chi phí vận hành, bảo trì và sửa
chữa cịn khá cao nên các cơ sở sản xuất ở nước ta khó chấp nhận.
Ở Việt Nam hiện nay, để cơ 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
khơng khí nóng ở nhiệt độ cao (45÷55oC), thời gian cơ đặc kéo dài, hàm lượng

23


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.
Ngồi 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
- Mơ hình hố và mơ phỏng q 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 cơ 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 cơ đặc mật ong: nhiệt độ cơ 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 cơ
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 ĐĨNG GĨP 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 thốt 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 mơ hình tốn học và chương trình tính tốn
mơ phỏng q trình trao đổi nhiệt ẩm trong buồng cô đặc là cơ sở khoa học để
tính tốn thiết kế thiết bị cơ đặc mật ong, đồng thời cũng là tài liệu tham khảo khi
tính tốn thiết kế thiết bị cơ đặc cho các loại sản phẩm khác có tính chất lý hố
tương tự như: dịch quả, nước mía,...
Thiết bị cơ đặc mật ong CĐ-1A là thiết bị cơ đặc có cấu tạo tương đối đơn
giản, làm việc ổn định và bền vững, hồn tồn 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.