Luận văn Nghiên cứu công nghệ sấy cá ba sa phi lê và thiết kế phân xưởng sản xuất năng suất 1 tấn sản phẩm / mẻ

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam SVTH: Lê Cao Nhiên Trang i MSSV: 60601700 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ ---------------o0o-------------- LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY CÁ BA SA PHI LÊ VÀ THIẾT KẾ PHÂN XƢỞNG SẢN XUẤT NĂNG SUẤT 1 TẤN SẢN PHẨM/MẺ GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam TS. Hoàng Tiến Cường SVTH: Lê Cao Nhiên MSSV: 60601700 Lớp: HC06MB Tp HCM, Tháng 1/2011 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam SVTH: Lê Cao Nhiên Trang ii MSSV: 60601700 LỜI CẢM ƠN Sau gần 5 tháng thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp, với không ít khó khăn nhưng được sự chỉ dẫn tận tình, chu đáo của các anh chị ở Phòng Quá trình và Thiết bị, Viện Công nghệ Hóa học, và đặc biệt là sự chỉ dẫn của thầy Hoàng Minh Nam và thầy Hoàng Tiến Cường em đã hoàn thành tốt luận văn của mình. Đây quả thực là một khoảng thời gian vô cùng ý nghĩa với em, một kỹ sư tương lai. Em đã được học tập, nghiên cứu và thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Khoảng thời gian này đã kịp trang bị cho em một hành trang cần thiết để tự tin bước vào chặng đường sắp đến, chặng đường của sự học hỏi và cống hiến. Em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới thầy Hoàng Minh Nam, thầy Hoàng Tiến Cường đã chỉ ra hướng đi rõ ràng cho đề tài luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các anh chị ở Phòng Quá trình và Thiết bị, Viện công nghệ Hóa học, đặc biệt là anh Trí, anh Duy, chị Phương, chị Vân, anh Linh, anh Hoàng đã giúp em rất nhiều từ việc lắp ráp hệ thống đến việc hỗ trợ tài liệu và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn. Em xin cảm ơn quý thầy cô trong hội đồng chấm luận văn đã dành thời gian quý báu để đọc và đưa ra nhận xét giúp em hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn tới những người bạn của tôi, bạn Tuyền, bạn Như, bạn Hạnh, những người cùng làm luận văn trên Viện Công nghệ Hóa học với tôi. Và cuối cùng xin cảm ơn gia đình và bạn bè tôi, những người luôn cho tôi nguồn động viên cần thiết không chỉ trong việc hoàn thành đề tài mà còn trong cả chặng đường tôi đã, đang và sẽ bước đi. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 2 tháng 1 năm 2011 Lê Cao Nhiên Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam SVTH: Lê Cao Nhiên Trang iii MSSV: 60601700 TÓM TẮT LUẬN VĂN Nước ta có mạng lưới sông ngòi, kênh rạch chằng chịt trải dài từ Bắc vào Nam, đó là một lợi thế vô cùng to lớn để phát triển ngành khai thác và chế biến thủy sản. Tuy nhiên, hiện nay ở nước ta ngành này phát triển chưa thật sự tương xứng với tiềm năng sẵn có. Để tạo ra một bước ngoặt phát triển mới cho ngành khai thác và chế biến thủy sản trong giai đoạn hiện nay chúng ta cần đặc biệt chú trọng vào hai mục tiêu chính: đa dạng hóa sản phẩm, đầu tư nghiên cứu cải tiến công nghệ bảo quản, chế biến thủy sản. Thực hiện nghiên cứu trên đối tượng cá ba sa nhằm mục đích: tạo ra sản phẩm sấy cá ba sa phi lê với công nghệ sấy tối ưu. Thực hiện thí nghiệm sấy cá ba sa phi lê thay đổi các yếu tố: phương pháp sấy, tốc độ TNS, nhiệt độ TNS để tìm ra công nghệ sấy tối ưu. Sấy cá ba sa phi lê với phương pháp sấy đối lưu kết hợp tách ẩm, gia nhiệt ở nhiệt độ TNS 55oC, vận tốc TNS 1,1 m/s đem lại hiệu quả cao nhất. Từ đó, thiết kế phân xưởng sản xuất cá bá sa phi lê sấy ứng dụng công nghệ sấy đối lưu kết hợp tách ẩm, gia nhiệt năng suất 1 tấn/mẻ. Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam SVTH: Lê Cao Nhiên Trang iv MSSV: 60601700 MỤC LỤC Đề mục Trang Trang bìa... i Nhiệm vụ luận văn ii Lời cảm ơn v Tóm tắt luận văn... vi Mục lục. vii Danh sách hình vẽ. x Danh sách bảng biểu. xii Danh sách các từ viết tắt... xiii ĐẶT VẤN ĐỀ ..................................................................................................... xiv CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................... 1 1.1. Tổng quan về cá ba sa 2 1.1.1. Đặc điểm cá ba sa .................................................................. 2 1.1.2. Thành phần hóa học, giá trị dinh dưỡng ................................. 3 1.1.3. Tình hình sản xuất, tiêu thụ .................................................... 4 1.2. Tổng quan về công nghệ sấy ............................................................... 7 1.2.1. Sơ lược về quá trình sấy ........................................................ 7 1.2.2. Phân loại phương pháp sấy .................................................... 7 1.2.3. Giới thiệu về thiết bị sấy ứng dụng công nghệ bơm nhiệt ....... 1 1 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam SVTH: Lê Cao Nhiên Trang v MSSV: 60601700 CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM & LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ. .18 2.1. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................... 19 2.1.1. VLS, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm ...................................... 19 2.1.2. Phương pháp xác định các tính chất cơ lý của VLS................ 21 2.1.3. Thực nghiệm ........................................................................ 22 2.1.4. Phương pháp xử lý số liệu ..................................................... 25 2.1.5. Tính toán chi phí quá trình sấy và hiệu quả kinh tế ................ 26 2.2. Kết quả và thảo luận ............................................................................ 26 2.2.1. Tính chất cơ lý của mẫu cá ba sa phi lê .................................. 26 2.2.2. Thí nghiệm sấy cá ba sa phi lê ............................................... 27 CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY .................................. 38 3.1. Thông số tính toán ............................................................................... 39 3.1.1. VLS ....................................................................... 39 3.1.2. Tác nhân sấy ........................................................................ 39 3.2. Tính toán quá trình sấy ........................................................................ 41 3.2.1. Cân bằng năng lượng ............................................................. 41 3.2.2. Thời gian sấy ........................................................................ 43 3.3. Thiết kế thiết bị sấy ............................................................................. 46 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam SVTH: Lê Cao Nhiên Trang vi MSSV: 60601700 3.3.1. Khay sấy. ........................................................................ 46 3.3.2. Khung đỡ khay sấy ................................................................ 46 3.4. Tính chọn thiết bị phụ của hệ thống thiết bị sấy ................................... 53 3.4.1. Tính chọn caloriphe ............................................................... 52 3.4.2. Tính chọn thiết bị lạnh ........................................................... 54 3.4.3. Tính chọn quạt ....................................................................... 58 3.4.4. Tính chọn bộ lọc không khí ................................................... 61 CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG PHÂN XƢỞNG ...................................................... 63 4.1. Sơ đồ công nghệ phân xưởng .............................................................. 63 4.1.1. Sơ đồ công nghệ .................................................................... 64 4.1.2. Thuyết minh quy trình ........................................................... 64 4.2. Lựa chọn thiết bị phụ cho phân xưởng................................................. 67 4.2.1. Thiết bị lạnh dự trữ ................................................................ 67 4.2.2. Thiết bị rửa ............................................................................ 68 4.2.3. Thiết bị trộn gia vị ................................................................. 69 4.2.4. Bàn thao tác ........................................................................... 70 4.2.5. Thiết bị đóng gói ................................................................... 71 4.3. Xây dựng và bố trí mặt bằng ............................................................... 72 4.3.1. Chọn địa điểm xây dựng ........................................................ 72 4.3.2. Chọn kiểu nhà xây dựng ........................................................ 73 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam SVTH: Lê Cao Nhiên Trang vii MSSV: 60601700 4.3.3. Mặt bằng tổng thể cho phân xưởng ........................................ 73 4.4. Xây dựng cơ cấu nhân sự .................................................................... 74 4.4.1. Cơ cấu phân tầng ................................................................... 74 4.4.2. Tổ chức nhân sự .................................................................... 75 4.5. Tác động của môi trường đối với phân xưởng ..................................... 78 4.5.1. Nguồn gây ô nhiễm môi trường ............................................. 79 4.5.2. Quy trình xử lý nước thải ....................................................... 79 4.6. Tính hiệu quả kinh tế ........................................................................... 78 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN .................................................................................. 81 5.1. Tầm quan trọng của đề tài ................................................................... 82 5.2. Các kết luận từ đề tài ........................................................................... 83 Tài liệu tham khảo 84 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam SVTH: Lê Cao Nhiên Trang viii MSSV: 60601700 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Cá ba sa................................................................................................. 2 Hình 1.2: Kim ngạch xuất khẩu cá tra, cá ba sa và tôm 1-2009 đến 7-2010 ........... ..5 Hình 1.3: Biểu đồ thị trường xuất khẩu cá ba sa của Việt Nam 6 tháng đầu năm 2010 .............................................................................................................. 5 Hình 1.4: Máy nén kín và nửa kín ......................................................................... 13 Hình 1.5: Dàn bay hơi làm lạnh ............................................................................ 13 Hình 1.6: Thiết bị ngưng tụ làm mát ..................................................................... 14 Hình 1.7: Sơ đồ cấu tạo thiết bị sấy ứng dụng bơm nhiệt ...................................... 15 Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý thiết bị sấy ứng dụng bơm nhiệt .................................. 15 Hình 2.1: Máy phân tích Hygro Thermo Anemometer .......................................... 19 Hình 2.2: Cân phân tích ........................................................................................ 19 Hình 2.3: Tủ sấy ................................................................................................... 20 Hình 2.4: Hệ thống sấy đa năng ............................................................................ 21 Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy ..................................................... 23 Hình 2.6: Sơ đồ công nghệ sấy mẫu ...................................................................... 24 Hình 2.7: Tủ điện điều khiển thiết bị sấy thử nghiệm ............................................ 25 Hình 2.8: Đồ thị biểu diễn đường cong sấy với phương pháp khác nhau ............... 29 Hình 2.9: Đồ thị biểu diễn đường cong tốc độ sấy với phương pháp khác nhau ............................................................................................................. 29 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam SVTH: Lê Cao Nhiên Trang ix MSSV: 60601700 Hình 2.10: Đồ thị biểu diễn đường cong sấy ở nhiệt độ khác nhau với phương pháp tách ẩm – gia nhiệt ....................................................................................... 33 Hình 2.11: Đồ thị biểu diễn đường cong tốc độ sấy ở nhiệt độ khác nhau với phương pháp tách ẩm – gia nhiệt .......................................................................... 33 Hình 2.12: Đồ thị biểu diễn đường cong sấy ở vận tốc TNS khác nhau với phương pháp tách ẩm – gia nhiệt .................................................................... 36 Hình 2.13: Đồ thị biểu diễn đường cong tốc độ sấy ở nhiệt độ khác nhau với phương pháp tách ẩm – gia nhiệt .................................................................... 36 Hình 3.1. Cấu trúc tường buồng sấy ...................................................................... 50 Hình 3.2. Cấu trúc mái buồng sấy ......................................................................... 51 Hình 3.3. Cấu trúc cửa buồng sấy ......................................................................... 52 Hình 3.4: Hình dạng thanh điện trở gia nhiệt ........................................................ 53 Hình 3.5: Thiết bị bơm nhiệt ................................................................................. 57 Hình 4.1: Sơ đồ công nghệ phân xưởng sản xuất................................................... 64 Hình 4.2: Thiết bị lạnh dự trữ ............................................................................... 67 Hình 4.3: Thiết bị trộn gia vị ................................................................................. 70 Hình 4.4: Thiết bị đóng gói ................................................................................... 71 Hình 4.5: Kiểu nhà phân xưởng mẫu..................................................................... 73 Hình 4.6: Cơ cấu phân tầng nhân sự cho nhà máy ................................................. 75 Hình 4.7: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải ........................................................... 79 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam SVTH: Lê Cao Nhiên Trang x MSSV: 60601700 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng của cá ba sa thành phẩm ................................. 4 Bảng 1.2. Sơ đồ tổng quát phân loại máy nén lạnh ................................................ 12 Bảng 2.1: Kích thước khối lượng của mẫu cá ........................................................ 26 Bảng 2.2: Độ ẩm đầu của mẫu cá .......................................................................... 26 Bảng 2.3: Khối lượng riêng của mẫu cá ................................................................ 27 Bảng 2.4: Các phương pháp sấy và thông số hoạt động tương ứng ........................ 27 Bảng 2.5: Kết quả thí nghiệm sấy mẫu với phương pháp sấy khác nhau ............... 28 Bảng 2.6: Các thông số hoạt động tương ứng của phương pháp sấy đối lưu kết hợp tách ẩm gia nhiệt ở nhiệt độ TNS khác nhau .................................................. 31 Bảng 2.7: Kết quả thí nghiệm sấy mẫu ở nhiệt độ khác nhau với phương pháp sấy đối lưu tách ẩm – gia nhiệt .................................................................................... 32 Bảng 2.8: Kết quả thí nghiệm sấy mẫu ở vận tốc TNS khác nhau với phương pháp sấy đối lưu tách ẩm – gia nhiệt ..................................................................... 34 Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật dàn lạnh ................................................................... 55 Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật dàn nóng .................................................................. 56 Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật thiết bị đóng gói ....................................................... 72 Bảng 4.2: Bố trí mặt bằng ..................................................................................... 74 Bảng 4.3: Bố trí công nhân trong phân xưởng ....................................................... 76 Bảng 4.8: Bộ phận gián tiếp sản xuất .................................................................... 77 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam SVTH: Lê Cao Nhiên Trang xi MSSV: 60601700 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT DHA: Docosahexaenoic acid EPA: Eicosapentaenoic EU: European Union KKA: không khí ẩm HTS: hệ thống sấy PPS: phương pháp sấy PR: Public Relation NAFIQAD: Nation Argo, Forestry, Fisheries, Quality Assurrance Department VLS: vật liệu sấy VASEP: Vietnam Association of Seafood Exporters and Producers TA – GN: tách ẩm – gia nhiệt USD: United States dollar USDA: United States Department of Agriculture Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam SVTH: Lê Cao Nhiên Trang xii MSSV: 60601700 ĐẶT VẤN ĐỀ Nước ta có vị trí địa lý rất đặc biệt, với tổng chiều dài bờ biển hơn 2.600km, dọc theo đó là các ngư trường có khả năng khai thác quanh năm, hơn nữa với trên một triệu ha nuôi trồng, ngành thủy sản là một lợi thế của Việt Nam. Theo Viện Kinh tế và Quy hoạch thủy sản, ngành thủy sản Việt Nam ngày càng khẳng định vị trí quan trọng trong nghề cá thế giới. Năm 2008, tổng lượng thủy sản đạt 4,6 triệu tấn, giá trị xuất khẩu đạt trên 4,5 tỉ USD; năm 2009, mặc dù chịu tác động mạnh của khủng hoảng và suy thoái kinh tế toàn cầu nhưng tổng sản lượng thủy sản vẫn đạt 4,85 triệu tấn, tăng 5,3% so với năm 2008 với giá trị xuất khẩu đạt trên 4,2 tỉ USD. Riêng 8 tháng đầu năm 2010, tổng kim ngạch xuất khẩu thủy sản cả nước đạt gần 3 tỉ USD, tăng 12% so với cùng kỳ năm 2009. Theo dự báo của ngành hữu quan, xuất khẩu thủy sản cả nước cả năm 2010 có khả năng đạt 4,5 ÷ 4,7 tỉ USD. Với những kết quả đã đạt được, Việt Nam đã vươn lên vị trí thứ 5 về xuất khẩu, đứng thứ 3 về sản lượng nuôi trồng thủy sản (sau Trung Quốc và Ấn Độ) và đứng thứ 13 về sản lượng khai thác hải sản trên toàn thế giới. Không chỉ vậy, ngành thủy sản được xem là ngành kinh tế mũi nhọn của cả nước. Tuy nhiên, dù phát triển vượt bậc, nhưng ngành thủy sản cả nước đã và đang bộc lộ nhiều yếu điểm ảnh hưởng đến sự phát triển không bền vững, thị trường giá cả các loài thủy sản trong và ngoài nước bấp bênh, nhất là hai loài thủy sản chủ lực là tôm và cá tra. Cả nước đang phải đối mặt với nhiều thách thức và khó khăn như thiếu quy hoạch vùng nuôi hoặc quy hoạch chạy theo thực tế sản xuất; các vấn đề môi trường trong quá trình công nghiệp hóa, đô thị hóa..., hoặc do chính hoạt động khai thác, nuôi trồng thủy sản gây ra; hệ thống cơ sở hạ tầng phục vụ nuôi trồng thủy sản chưa được đầu tư đồng bộ; tình trạng sử dụng các loại thuốc thú y phục vụ nuôi trồng thủy sản diễn ra tràn lan; tình hình dịch bệnh diễn biến phức tạp...Đặc biệt, gần đây các mặt hàng thủy sản xuất khẩu của chúng ta luôn bị chèn ép trên thị trường (thị trường Hoa Kỳ và EU). Có nhiều nguyên nhân nhưng cơ bản là chúng ta bị mất tính chủ động, sản phẩm của chúng ta không đa dạng, chưa áp Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam SVTH: Lê Cao Nhiên Trang xiii MSSV: 60601700 dụng triệt để các công nghệ mới vào sản xuất để nâng cao chất lượng sản phẩm. Các sản phẩm cá tra, cá ba sa xuất khẩu hiện nay chủ yếu là những mặt hàng đông lạnh xuất khẩu thô. Vì thế đa dạng hóa sản phẩm, chuyển từ sản phẩm xuất khẩu thô sang xuất khẩu các sản phẩm đã qua chế biến là nhiệm vụ hàng đầu để phát triển ngành thủy sản. Các sản phẩm sấy cá phi lê là những mặt hàng xuất khẩu có thể hướng đến vì các sản phẩm đã qua chế biến luôn gặp ít rào cản hơn so với các mặt hàng tươi sống. Tuy nhiên, hiện nay các công nghệ sấy thông thường không đáp ứng được các nhu cầu giữ lại giá trị dinh dưỡng, màu sắc mùi vị của sản phẩm song song với hiệu quả năng lượng và kinh tế. Vì vậy trong luận văn này, công nghệ sấy ở nhiệt độ thấp để sấy phi lê cá ba sa sẽ được nghiên cứu, trên cơ sở kết quả nghiên cứu thí nghiệm thiết kế phân xưởng sản xuất áp dụng vào thực tế. Trên cơ sở nghiên cứu và tính toán đó, ta có thể hoàn thiện hệ thống sấy ở nhiệt độ thấp không chỉ đối với cá ba sa phi lê mà còn với cá tra và nhiều lại sản phẩm thủy hải sản khác. Luận văn này được thực hiện tại Phòng Quá trình v