Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy sấy Thanh long sử dụng tia hồng ngoại cấp nhiệt năng suất 7kg nguyên liệu/mẻ :Báo cáo tổng kết đề tài Khoa học cấp trường

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SẤY THANH LONG

SỬ DỤNG TIA HỒNG NGOẠI CẤP NHIỆT NĂNG SUẤT 7KG

NGUYÊN LIỆU/MẺ

Mã số đề tài: 21/1NL01

Chủ nhiệm đề tài: ThS. ĐOÀN THỊ HỒNG HẢI

Đơn vị thực hiện: Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh

TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2022

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy sấy thanh long sử dụng tia

hồng ngoại cấp nhiệt năng suất 7kg nguyên liệu/mẻ

Mã số đề tài: 21/1NL01

Chủ nhiệm đề tài: ThS. ĐOÀN THỊ HỒNG HẢI

Đơn vị thực hiện: Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh

TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2022

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Lãnh đạo Nhà trường, phòng Quản lý Khoa Học

và Hợp tác Quôc tế, phòng Tài chính Kế toán, Ban chủ nhiêm khoa Công Nghệ Nhiệt

Lạnh của Trường Đại Học Công Nghiêp thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện tốt nhất

cho tôi để hoàn thành đề tài này. Tôi cũng xin cảm ơn đến các thành viên tham gia thực

hiện đề tài và thành viên trong Hội đồng Nghiệm thu đề tài đã có những ý kiến đóng góp

quý báu cho đề tài này.

PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG:

I. Thông tin tổng quát

1.1. Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy sấy Thanh long sử dụng tia hồng

ngoại cấp nhiệt năng suất 7kg nguyên liệu/mẻ.

1.2. Mã số: 21/1NL01

1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT Họ và tên

(học hàm, học vị)

Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề

tài

1

ThS. Đoàn Thị Hồng Hải

Khoa CN Nhiệt Lạnh

Bộ môn Kỹ thuật cơ sở

Chủ nhiệm đề tài

2 ThS. Lê Đình Nhật Hoài Khoa CN Nhiệt Lạnh

Bộ môn Kỹ thuật nhiệt

Thành viên chính

3 ThS. Phạm Quang Phú Khoa CN Nhiệt Lạnh

Bộ môn Kỹ thuật nhiệt

Thành viên chính

4 GVC.ThS. Nguyễn Thị Tâm

Thanh

Khoa CN Nhiệt Lạnh

Bộ môn Kỹ thuật nhiệt

Thành viên chính

5 TS. Vũ Thị Hoan Viện Công nghệ Sinh học

– Thực phẩm

Thành viên chính

1.4. Cơ quan chủ trì: Khoa CN Nhiệt Lạnh

1.5. Thời gian thực hiện:

1.5.1. Theo hợp đồng: 12 tháng, từ tháng 3/2021 đến tháng 03/2022

1.5.2. Gia hạn: đến tháng 09/2022.

1.5.3. Thực hiện thực tế: 18 tháng, từ tháng 03/2021 đến tháng 09/2022.

1.6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu: Không

1.7. Tổng kinh phí được phê duyệt của để tài: 86 triệu đồng.

II. Kết quả nghiên cứu

1. Đặt vấn đề

Công nghệ bảo quản sau thu hoạch đóng vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế,

nó không chỉ đảm bảo an ninh lương thực, thực phẩm cho mỗi quốc gia mà còn cho

cả thế giới. Vì thế, việc phát triển công nghệ sau thu hoạch đặc biệt là công nghệ lạnh

đông, công nghệ lên men & công nghệ sấy…, đóng vai trò chủ lực nhằm bảo quản các

sản phẩm thực phẩm trước sự tấn công của tất cả các yếu tố có khả năng làm hư hỏng

chúng, kéo dài thời giản sử dụng tiêu thụ & thương mại có ý nghĩa vô cùng quan trọng

trong việc ổn định phát triển nền kinh tế đất nước. Vì thế việc bảo quản các loại nông

sản sau thu hoạch là điều rất cần thiết và sấy là một phương pháp thông dụng để bảo

quản các loại nông sản này, nhằm mục đích kéo dài thời gian sử dụng, vì sấy làm giảm

khối lượng, giảm công chuyên chở, chi phí vận chuyển, giảm độ ẩm, giảm hoạt độ của

nước làm mất môi trường sống của Nấm mốc, nấm men, vi sinh vật gây hại làm tăng

độ bền, thay đổi một số đặc tính lưu biến của sản phẩm, làm thay đổi giá trị cảm quan.

Sấy hồng ngoại là một trong những công nghệ sấy hiện nay về chế biến thực phẩm

sau thu hoạch. Sấy hồng ngoại tạo ra các sản phẩm có chất lượng tốt, sản phẩm sấy bị

oxy hóa ở mức độ thấp, có thể áp dụng cho những vật liệu khô chậm, khó sấy, sử dụng

sấy hồng ngoại để sấy sản phẩm dứa là một lựa chọn vô cùng hợp lý. Hệ thống sấy

hồng ngoại còn giúp tiết kiệm năng lượng. Do trong quá trình sấy bằng bức xạ hồng

ngoại (có bước sóng 700nm - 1mm) điều khiển được cường độ bức xạ E(W/m2) và sự

truyền nhiệt của chúng là dao động nhiệt của các photon phát ra từ tia hồng ngoại va

chạm và truyền động năng cho các electron trong môi trường sấy và vật liệu sấy, dẫn

đến vật liệu sấy cũng như môi trường nhiệt độ trong buồng sấy nhanh đạt đến nhiệt

độ yêu cầu, làm quá trình tách ẩm xảy ra nhanh hơn, rút ngắn thời gian sấy, giảm tối

thiểu chi phí năng lượng, từ đó giảm giá thành sản phẩm.

Thanh long là một trong những loại cây ăn trái phổ biến ở Việt Nam với sản lượng

tương đối lớn nhưng hiện nay sản phẩm thanh long có giá trị tiêu thụ chủ yếu ở sản

phẩm tươi, thô. Hằng năm vào mùa vụ thu hoạch, do số lượng cung vượt quá xa nhu

cầu sử dụng, người trồng phụ thuộc vào thương lái do đó người trồng thanh long bị

ép giá dẫn đến tình trạng giá thanh long bị rớt giá, bị đổ bỏ... Để nâng cao giá trị của

sản phẩm thanh long đồng thời tìm hướng đi cho sản phẩm thanh long thì cần phải

ứng dụng công nghệ làm ra những sản phẩm có chất lượng tốt phục vụ xuất khẩu, thu

lợi nhuận cao hơn.

Chính vì vậy, chúng tôi mạnh dạn đề xuất đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo

máy sấy thanh long sử dụng tia hồng ngoại cấp nhiệt năng suất 7kg nguyên liệu/mẻ”,

nhằm giải quyết các mục tiêu: tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt, độ ẩm đạt yêu cầu,

chi phí năng lượng thấp, nâng cao giá trị kinh tế của sản phẩm thanh long sấy, phục

vụ cho tiêu dùng và xuất khẩu.

2. Mục tiêu:

 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô hình sấy hồng ngoại ứng dụng sấy Thanh long

dạng mẻ có năng suất 7 kg/mẻ.

 Xây dựng và tối ưu hóa các thông số công nghệ đối với nguyên liệu Thanh long

để có được sản phẩm sấy đạt chuẩn chất lượng và chi phí sấy hợp lý.

3. Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp chọn lọc và kế thừa về tổng quan tài liệu nguyên liệu sấy, công nghệ

sấy, công nghệ sấy hồng ngoại trong và ngoài nước.

- Phương pháp quy hoạch thực nghiệm.

- Phương pháp tính toán thiết kế, chế tạo thiết bị sấy

4. Tổng kết về kết quả nghiên cứu:

- Tính toán thiết kế được hệ thống sấy bức xạ hồng ngoại.

- Chế tạo được máy sấy hồng ngoại.

- Xác định được chế độ công nghệ thích hợp, để tiến hành quá trình sấy sẽ tạo ra

sản phẩm có chất lượng tốt, độ ẩm đạt yêu cầu kéo dài thời gian sử dụng với

chi phí năng lượng hợp lý.

5. Đánh giá các kết quả đã đạt được và kết luận

- Kết quả thu được của đề tài đã được đăng trên tạp chí quốc tế thuộc hệ thống

SCOPUS Q3: “Doan Thi Hong Hai, Nguyen Van Dung, Nguyen Minh Phu (2022).

Experimental Determination of Transport Parameters of Dragon Fruit Slices

by Infrared Drying. Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and

Thermal Sciences 97, Issue 2 (2022) 80-90. ISSN: 2289-7879”.

- Kết quả thu được có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu về công nghệ sấy

hồng ngoại, tìm ra được chế độ sấy tối ưu cho sản phẩm Thanh long nhằm mang

lại sản phẩm có giá trị cao, phục vụ tiêu dùng và xuất khẩu.

6. Tóm tắt kết quả (tiếng Việt và tiếng Anh)

STT Kết quả thu được The obtained results

1 Tính toán thiết kế và chế tạo được mô

hình sấy bức xạ hồng ngoại dạng mẻ.

Calculation, design and fabrication of

batch infrared radiation drying model.

2 Xây dựng được quy trình công nghệ

sấy hồng ngoại sản phẩm Thanh long

Developed a technological process for

infrared drying of dragon fruit products

3 Công bố thành công kết quả nghiên

cứu trên tạp chí chuyên ngành thuộc

hệ thống Scopus, Q3

Successfully published research results

in a specialized journal of the Scopus

system, Q3.

III. Sản phẩm đề tài, công bố và kết quả đào tạo: Kết quả nghiên cứu (sản phẩm

dạng 1,2,3)

TT Tên sản phẩm

Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu

kinh tế - kỹ thuật

Đăng ký Đạt được

1 Mô hình máy sấy bức xạ

hồng ngoại dạng mẻ

Mô hình Mô hình đầy đủ

2 Bộ bản vẽ thiết kế chế tạo

và quy trình vận hành,

bảo trì, sửa chữa các thiết

bị mô hình máy sấy bức

xạ hồng ngoại năng suất 7

kg/mẻ.

Rõ ràng, chi tiết, đầy đủ Rõ ràng, chi tiết, đầy đủ

3 Bài báo khoa học:

Experimental

Determination of

Transport Parameters of

Dragon Fruit Slices by

Infrared Drying

Tạp chí thuộc danh mục

Scopus

Tạp chí thuộc danh mục

Scopus, Q3.

IV. Tình hình sử dụng kinh phí:

T

T

Nội dung chi

Kinh phí

được duyệt

(triệu đồng)

Kinh phí

thực hiện

(triệu đồng)

Ghi

chú

A Chi phí trực tiếp

1 Thuê khoán chuyên môn 48,901,800 48,901,800

2 Nguyên, nhiên vật liệu, cây con..

3 Thiết bị, dụng cụ, máy móc 31,000,000 31,000,000

4 Công tác phí

5 Dịch vụ thuê ngoài

6 Hội nghị, hội thảo,thù lao nghiệm thu giữa kỳ

7 In ấn, Văn phòng phẩm 6,098,200 6,098,200

8 Chi phí khác

B Chi phí gián tiếp

1 Quản lý phí

2 Chi phí điện, nước

Tổng số 86,000,000 86,000,000

V. Kiến nghị (về phát triển các kết quả nghiên cứu của đề tài)

- Đề tài hiện tại chỉ dừng ở việc đánh giá sự hao hụt hàm lượng Vitamin trong thanh long,

có thể nghiên cứu đánh giá các chỉ tiêu chất dinh dưỡng khác.

- Đề tài mới chỉ thực nghiệm đo bức xạ hồng ngoại qua bộ dụng cụ đo, hướng phát triển

nghiên cứu thêm về hệ thống đo bức xạ tự động trong quá trình sấy.

VI. Phụ lục sản phẩm (liệt kê minh chứng các sản phẩm nêu ở Phần III)

1. Sản phẩm 1: Mô hình máy sấy bức xạ hồng ngoại dạng mẻ (mô hình đã được Khoa

CN Nhiệt Lạnh nghiệm thu).

2. Sản phẩm 2: Bộ bản vẽ thiết kế chế tạo và quy trình vận hành, bảo trì, sửa chữa

các thiết bị mô hình máy sấy bức xạ hồng ngoại năng suất 7 kg/mẻ (phụ lục đính

kèm).

3. Sản phẩm 3: Bài báo khoa học Scopus: “Doan Thi Hong Hai, Nguyen Van Dung,

Nguyen Minh Phu (2022). Experimental Determination of Transport

Parameters of Dragon Fruit Slices by Infrared Drying. Journal of Advanced

Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences 97, Issue 2 (2022) 80-90.

ISSN: 2289-7879”. (phụ lục đính kèm)

Tp. HCM, ngày ........ tháng........ năm .......

Chủ nhiệm đề tài Phòng QLKH&HTQT KHOA CN NHIỆT LẠNH

Trưởng Khoa

i

PHẦN II. BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

(báo cáo tổng kết sau khi nghiệm thu, đã bao gồm nội dung góp ý của hội đồng nghiệm

thu)

“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SẤY

THANH LONG SỬ DỤNG TIA HỒNG NGOẠI CẤP NHIỆT

NĂNG SUẤT 7KG NGUYÊN LIỆU/MẺ”.

Chủ nhiệm đề tài: Đoàn Thị Hồng Hải

ii

TÓM TẮT

Nghiên cứu thực nghiệm quá trình sấy sản phẩm thanh long bằng bức xạ hồng ngoại

nhằm giải quyết được mục tiêu là xác định các thông số công nghệ tối ưu của quá trình

sấy để khi tiến hành sấy sẽ tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt, độ ẩm đạt yêu cầu, chi phí

năng lượng thấp, qua đó giúp nâng cao giá trị kinh tế của sản phẩm thanh long sấy phục

vụ cho tiêu dùng và xuất khẩu.

Dựa trên các tài liệu tìm được sẽ tiến hành thiết kế và chế tạo hệ thống sấy thanh

long bằng bức xạ hồng ngoại với năng suất 7kg/mẻ. Sau đó các thực nghiệm sấy trên hệ

thống đã chế tạo sẽ được tiến hành theo chế độ tối ưu để kiểm chứng chất lượng của sản

phẩm, hiệu quả sử dụng năng lượng và độ ẩm sản phẩm.

Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy sấy sản phẩm thanh long sử dụng tia

hồng ngoại cấp nhiệt năng suất 7kg/mẻ” nhằm hỗ trợ cho việc xác định chế độ sấy

thích hợp trong công nghệ sấy thanh long bằng bức xạ hồng ngoại, đặc biệt hơn là đề tài

còn phục vụ cho công nghệ chế tạo máy sấy hồng ngoại trên cơ sở có được các thông số

tối ưu của quá trình sấy.

Báo cáo đã đạt được các kết quả chính như sau:

1. Nghiên cứu lý thuyết tổng quan về quá trình sấy hồng ngoại, xác định được quá

trình sấy hồng ngoại là phù hợp để sấy thanh long.

2. Nghiên cứu thực nghiệm theo quy hoạch trực giao cấp 1 và tối ưu hóa theo

phương pháp điểm không tưởng đã xác định được các thông số công nghệ tối ưu

cho quá trình sấy hồng ngoại sản phẩm thanh long gồm: nhiệt độ buồng sấy 60C,

thời gian sấy 11 giờ và cường độ bức xạ hồng ngoại 5 kW/m2

.

3. Dựa trên các thông số công nghệ tối ưu đã tiến hành thiết kế và chế tạo hệ thống

sấy hồng ngoại sản phẩm thanh long với năng suất nhập liệu 7kg/mẻ, kích thước

buồng sấy (dài x rộng x cao) 800mm x 800mm x 1000mm, tổng công suất của

bóng đèn hồng ngoại 1000W.

4. Các thực nghiệm đã được tiến hành trên hệ thống sấy đã chế tạo ở chế độ tối ưu

cho thấy chi phí năng lượng đạt 10 kWh/kg, độ ẩm sản phẩm 12,2% và độ tổn

thất hàm lượng Vitamin C đạt 9,8%.

5. So sánh chất lượng sản phẩm thanh long đã được sấy trên máy sấy hồng ngoại và

máy sấy đối lưu bằng không khí nóng. Kết quả cho thấy quá trình sấy hồng ngoại

có độ tổn thất hàm lượng Vitamin C thấp hơn so với sấy bằng không khí nóng.

6. Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể làm cơ sở để nghiên cứu, thiết kế máy sấy

hồng ngoại cho các loại rau, củ, quả khác nhằm tối ưu chế độ công nghệ, giảm

chi phí năng lượng và tăng chất lượng sản phẩm sấy.