Nghiên cứu tính toán thiết kế và chế tạo hệ thống chiên chân không năng suất 20kg nguyên liệu cà rốt mẻ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
HỆ THỐNG CHIÊN CHÂN KHÔNG NĂNG SUẤT 20KG
NGUYÊN LIỆU CÀ RỐT/MẺ

GVHD: PGS. NGUYỄN TẤN DŨNG
Th.S ĐỖ THÙY KHÁNH LINH
SVTH : NGUYỄN HOÀNG MINH
ĐỖ DUY TÙNG

SKL 0 0 7 8 1 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2021


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC & THỰC PHẨM

BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Mã số đề tài: 2020 – 16116211

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG
CHIÊN CHÂN KHÔNG NĂNG SUẤT 20KG NGUYÊN LIỆU CÀ

RỐT/MẺ

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Tấn Dũng
ThS. Đ Th y Kh nh Linh
SVTH: Nguyễn Hồng Minh
Đ Duy Tùng

Tp.Hồ Chí Minh, 1/2021


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC & THỰC PHẨM

BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Mã số đề tài: 2020 – 16116211

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHIÊN
CHÂN KHÔNG NĂNG SUẤT 20KG NGUYÊN LIỆU CÀ RỐT/MẺ

GVHD:

TS. Nguyễn Tấn Dũng
ThS. Đ Th y Kh nh Linh

SVTH:

MSSV:

Nguyễn Hồng Minh

16116211

Đ Duy Tùng

16116191

Tp. Hồ Chí Minh, 21/2021


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hoàng Minh

MSSV: 16116211

Đỗ Duy Tùng

MSSV: 16116191

Ngành: Cơng nghệ Thực phẩm
1. Tên khóa luận: Nghiên cứu tính tốn thiết kế và chế tạo hệ thống chiên chân
khơng năng suất 20kg nguyên liệu c rốt/mẻ.
2. Mã số đề tài: 2020 - 16116211
3. Nhiệm vụ của khóa luận:
•

Tổng quan về ngun liệu và cơng nghệ chiên chân khơng

•

Xác lập các thơng số cần thiết cho tính tốn và thiết kế

•

Tính tốn, thiết kế hệ thống chiên chân khơng

•

Tính tốn, thiết kế hệ thống tự động điều khiển của hệ thống chiên chân
khơng

•

Chế tạo hệ thống chiên chân khơng

•

Vận hành khảo nghiệm, xác lập thông số công nghệ với nguyên liệu cà rốt

•

Tính kinh tế của hệ thống chiên chân khơng

4. Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: Ng y 25 tháng 7 năm 2020
5. Ngày hồn thành khóa luận: Ng y 25 tháng 1 năm 2020
6. Họ tên người hướng dẫn 1: PGS.TS Nguyễn Tấn Dũng

Phần hướng dẫn: Toàn bộ khóa luận
7. Họ tên người hướng dẫn 2: ThS. Đỗ Th y Khánh Linh
Phần hướng dẫn: Tồn bộ khóa luận
Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bởi
Trưởng Bộ môn Công nghệ Thực phẩm
Tp.HCM, ng y
Trưởng Bộ môn

tháng

năm 2021

Người hướng dẫn

i

LỜI CÁM ƠN
Chúng tôi xin chân thành gửi lời cám ơn đến người thầy ưu tú PGS.TS Nguyễn Tấn
Dũng - trưởng khoa Cơng nghệ Hóa học và Thực phẩm của trường Đại học Sư phạm Kỹ
thuật TP. HCM. Trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu, tính tốn, thiết
kế và chế tạo hệ thống chiên chân không với năng suất 20kg nguyên liệu cà rốt/mẻ, thầy đã
tận tâm chỉ bảo, nghiêm khắc rèn dũa v hướng dẫn tận tình chúng tơi để hồn thành thật tốt
khóa luận tốt nghiệp cũng thực hiện thật tốt những thao tác, kỹ năng chun ngành. Bên
cạnh đó, chúng tơi xin chân th nh cảm ơn ThS. Đỗ Th y Khánh Linh đã giúp đ chúng tôi
ho n th nh đồ án thuận một cách thuận lợi nhất
Chúng tôi cũng xin chân th nh cám ơn sự dạy dỗ tận tậm, yêu thương sinh viên v
luôn trao dồi, truyền đạt các kiến thức quý báu về ngành Công nghệ Thực phẩm cho chúng
tôi, suốt 4 năm ngồi trên ghế giảng đường của q thầy cơ Khoa Cơng nghệ Hóa học và
Thực phẩm. Đây chính l động lực to cho chúng tơi khơng ngừng cố gắng, hồn thiện thật
tốt đồ án. Chúng tôi xin cảm ơn nh trường đã tạo điều kiện thuận lợi để chúng tôi thực hiện
đồ án tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
Nhóm chúng tôi xin gửi lời cám ơn đến KS. Lê Văn Ho ng, đã tận tình giúp đ nhóm
chúng tơi trong suốt thời gian triển khai v ho n th nh đồ án tốt nghiệp.
Chúng tôi cũng không quên gửi lời cám ơn đến các anh kỹ sư, kỹ thuật viên ở xưởng
cơ khí Khang Thịnh đã hỗ trợ tận tình và hồn thiện hệ thống về phần cơ khí v điện tử.
D đã có nhiều cố gắng v ho n th nh đề t i đúng thời hạn, thế nhưng hệ thống vẫn
đang đi v o ho n thiện hơn. Mặc d đã đi v o ho n thiện, nhưng sẽ khơng tránh khỏi những
sai sót. Chúng tơi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn.

xx


LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam đoan to n bộ nội dung được trình bày trong bài khóa luận tốt nghiệp

là do chính chúng tơi thực hiện. Chúng tơi xin cam đoan các nội dung được tham khảo trong
khóa luận tốt nghiệp đã được trích dẫn chính xác v đầy đủ theo quy định.

xxi


TĨM TẮT KHĨA LUẬN
Đối với nhiệm vụ của khóa luận chúng tơi đã nghiên cứu tính tốn, thiết kế và chế
tạo hệ thống chiên chân không năng suất 20kg/ mẻ với nguyên liệu cà rốt. Các thông số
ban đầu sử dụng cho q trình tính tốn:
+ Độ ẩm đầu vào của nguyên liệu l 89% v độ ẩm cuẩ sản phẩm là 5%
+ Khối lượng riêng của nguyên liệu:  = 1035( kg/m3)
+ Các thông số dầu chiên ban đầu: 30oC, nhiệt độ chiên 120oC, thời gian chiên
30 phút, áp suất chiên: 80mmHg.
Hệ thống chiên chân không được chế tạo bao gồm: nồi chiên dạng hình trụ đứng có kích
thước đường kính d = 560mm, chiều cao h = 1150mm, gồm 2 thanh điện trở dạng chữ U gia
nhiệt cho dầu chiên với công suất 4 kW mỗi điện trở mắc song song, vách nồi chiên là inox
304 dày 6 mm, vách ngoài làm bằng inox 201 dày 2 mm, ở giữa là lớp cách nhiệt
polyurethane foam d y 50 mm; bơm chân khơng có cơng suất 2 HP; thiết bị ngưng ẩm dạng
hình trụ, đường kính l 270mm (sau khi đổ foam cách nhiệt bằng polyurethane dày 30mm
thì tổng đường kính là 330mm), chiều d i l 380mm (sau khi đổ foam cách nhiệt bằng
polyurethane dày 30mm thì tổng chiều dài là 440mm) và số ống đồng là 209 ống; máy nén
lạnh có cơng suất điện 1 HP; dàn nóng có cơng suất 3 HP.
Tồn bộ hệ thống đượcc điều khiển kết hợp bằng tay và tự động. Hệ thống cảm biến và
bộ điều khiển nhiệt độ được thiết kế phù hợp có thể tự động đóng, mở các quá trình gia nhiệt
khi nhiệt độ đạt yêu cầu, tiết kiệm điện năng.
Sau chế tạo, chúng tôi tiến hành chiên mẫu nguyên liệu cà rốt để kiểm tra và hiệu chỉnh
thiết bị, mẫu chiên theo chế độ phù hợp, đảm bảo được tính chất cảm quan, màu sắc phù hợp
v hương vị đặc trưng.

xxii


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ....................................................................... i
PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ THỰC
PHẨM KHĨA 2016 (NGƯỜI HƯỚNG DẪN) ............................................................... iii
PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ THỰC
PHẨM KHĨA 2016 (PHẢN BIỆN) ............................................................................... viii
PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ THỰC
PHẨM KHÓA 2016 (THÀNH VIÊN HỘI ĐỒNG) ...................................................... xiv
LỜI CÁM ƠN .................................................................................................................... xx
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................. xxi
TÓM TẮT KHÓA LUẬN .............................................................................................. xxii
MỤC LỤC ...................................................................................................................... xxiii
MỤC LỤC H NH .......................................................................................................... xxvii
MỤC LỤC BẢNG ........................................................................................................... xxx
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... xxxi
Chương 1: T NG QUAN ................................................................................................... 1
1.1. Công nghệ chiên chân không ...................................................................................... 1

1.1.1. Cơ sở khoa học về quá trình chiên ................................................................... 1
1.1.2. Hệ thống thiết bị chiên chân không ............................................................... 10
1.1.3. Ưu v nhược điểm của công nghệ chiên chân không .................................... 13
1.1.4. Ảnh hưởng của chiên chân không tới sự oxy hóa dầu. .................................. 14
1.1.5. Lợi ích và ứng dụng của công nghệ chiên chân không .................................. 14
1.1.6. Hệ thống thiết bị chiên chân không ............................................................... 15
1.1.7. Hệ thống điều khiển tự động .......................................................................... 25
1.2. Tổng quan về cà rốt ................................................................................................... 28

1.2.1. Giới thiệu chung và nguồn gốc cà rốt ............................................................ 28
1.2.2. Phân bố ........................................................................................................... 30
1.2.3. Phân loại ......................................................................................................... 30
1.1.4. Đặc điểm sinh học .......................................................................................... 32
1.2.5. Thành phần hóa học ....................................................................................... 33

xxiii


1.2.6. C rốt chiên .................................................................................................... 38
1.3. Quy trình cơng nghệ .................................................................................................. 43

1.3.1. Sơ đồ quy trình ............................................................................................... 43
1.3.2. Thuyết minh quy trình .................................................................................... 44
1.4. Kết luận....................................................................................................................... 50
Chương 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, T NH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ
TẠO .................................................................................................................................... 52
2.1. Sơ đồ ngun lý tính tốn, thiết kế và chế tạo hệ thống chiên chân không .......... 52
2.2. Phương ph p nghiên cứu .......................................................................................... 54

2.2.1. Phương pháp tiếp cận hệ thống ...................................................................... 54
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu tài liệu phân tích tổng hợp .................................... 56
2.2.3. Phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm và hiệu chỉnh các thông số của
máy bằng thực nghiệm ......................................................................................... 57
2.3. Phương ph p tính to n và thiết kế ........................................................................... 61

2.3.1. Tính tốn chọn các thơng số cần thiết cho tính tốn thiết kế ......................... 61
2.3.2. Tính tốn cân bằng vật chất ........................................................................... 62
2.3.3. Tính tốn cân bằng năng lượng ...................................................................... 63
2.3.4. Tính cân bằng lực – kiểm tra bền cho thiết bị ................................................ 64

2.3.5. Sử dụng cơng cụ tốn học, cơng nghệ thơng tin phục vụ cho tính tốn ........ 66
2.4. Phương ph p chế tạo ................................................................................................. 66

2.4.1. Phương pháp cắt gọt kim loại ........................................................................ 66
2.4.2. Phương pháp h n ............................................................................................ 67
2.4.3. Phương pháp nắn, uốn kim loại ..................................................................... 69
2.4.4. Phương pháp đánh bóng ................................................................................. 71
Chương 3: T NH TỐN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ................................................... 72
3.1. Tính to n..................................................................................................................... 72

3.1.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống chiên chân không ................................... 72
3.1.2. Thơng số ban đầu ........................................................................................... 74
3.1.3. Tính tốn cân bằng vật chất ........................................................................... 75
3.1.4. Tính tốn cân bằng năng lượng ...................................................................... 76
3.1.5. Tính tốn thiết bị chính .................................................................................. 78

xxiv


3.1.6. Thiết kế buồng chiên ...................................................................................... 78
3.1.7. Thiết kế khoang nhập liệu .............................................................................. 79
3.1.8. Thiết kế cửa nhập liệu .................................................................................... 79
3.1.9. Thiết kế khung đặt giỏ nguyên liệu ................................................................ 79
3.1.10. Tính tốn bề dày thiết bị chiên ..................................................................... 80
3.1.11. Tính toán bề dày lớp cách nhiệt thân thiết bị ............................................... 81
3.1.12. Tính tốn đường kính ống dẫn khí ............................................................... 82
3.1.13. Tính tốn lựa chọn bơm chân khơng ............................................................ 83
3.1.14. Tính tốn phụ tải lạnh .................................................................................. 84
3.1.15. Tính tốn hệ thống ngưng tụ ẩm .................................................................. 85
3.1.16. Tính tốn chọn chu trình lạnh ...................................................................... 90

3.1.17. Tính tốn chọn máy nén lạnh ....................................................................... 91
3.1.18. Tính tốn diện tích trao đổi nhiệt của dàn nóng chính ................................. 94
3.1.19. Tính tốn chọn thiết bị phụ .......................................................................... 95
3.1.20. Kiểm tra tính bền cho nồi chiên ................................................................... 96
3.2. Xây dựng b n vẽ hệ thống chiên chân không .......................................................... 98
3.3. Chế tạo hệ thống chiên chân không ......................................................................... 98
Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐI U KHI N TỰ ĐỘNG ................................ 111
4.1. Nguyên tắc: ............................................................................................................... 111
4.2. Thiết kế phần động lực của hệ thống chiên chân không ...................................... 112
4.3. Thiết kế phần điều khiển của hệ thống chiên chân khơng ................................... 113
4.4. Chương trình tự động đo lường và điều khiển hệ thống chiên chân không ....... 114
Chương 5: KHẢO NGHIỆM THỰC TẾ, HIỆU CH NH THIẾT B CHIÊN CHÂN
KHÔNG VÀ XÂY DỰNG QUY TR NH CÔNG NGHỆ ............................................ 115
5.1. Mục đích ................................................................................................................... 115
5.2. Bố trí thí nghiệm ...................................................................................................... 115
5.3. Đ nh gi dựa trên chỉ số peroxide .......................................................................... 116

5.3.1. Kết quả cảm quan ......................................................................................... 116
5.3.2. Chỉ số peroxide ............................................................................................ 122
5.4. Hiệu chỉnh thiết bị.................................................................................................... 123
5.5. Xây dựng quy trình cơng nghệ ............................................................................... 126

xxv