Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Bộ môn máy tự động hóa thiết bị CNSH-CNTP  BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MƠN HỌC: Kỹ thuật đo lường điều khiển trình thiết bị CNSH-CNTP GVHD:TS Nguyễn Đức Trung SVTH : Đặng Thu Quỳnh MSSV : 20123453 Lớp : Kỹ Thuật Sinh Học- K57 Mở Đầu Ngày nay, từ nguyên liệu thực phẩm người ta chế biến hàng trăm sản phẩm khác nhau, sản phẩm chế biến khơng cịn trạng thái nguyên liệu ban đầu Mỗi trình chế biến nhằm tạo cho thực phẩm có giá trị sử dụng cao hơn: hình thức, giá trị vị, giá trị dinh dưỡng Hóa học sinh học áp dụng rộng rãi chế biến thực phẩm Ở Việt Nam, ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, hình thành khoảng vài chục năm nhận đầu tư lớn mặt trí tuệ tài từ nguồn nước nước Các sản phẩm sản xuất ngày nhiều, đa dạng chủng loại, phong phú chất lượng Do vậy, quy trình chế biến sản xuất máy móc thiết bị ngày giới hóa, tự động hóa,nhằm tạo sản phẩm tốt đến người tiêu dùng phục vụ xuất Trong trình thực hành môn học kỹ thuật đo lường điều khiển q trình cơng nghệ, em làm quen với máy móc chun dùng, tìm hiểu thiết bị chuyên dụng ngành chế biến thực phẩm thùng lên men fomat, máy trùng sữa, nước ép hoa quả, thiết bị cô đặc chân không, máy mài Trong báo cáo này, em xin trình bày kết tìm hiểu máy thiết bị hệ thống đo- điều khiển trung tâm thực hành B4 theo mục tóm tắt sau : 1.Mục đích thí nghiệm 2.Cấu tạo 3.Nguyên lý hoạt động Thiết bị 1: Thiết bị cô đặc chân không Vai trò thiết bị - Làm giảm lượng nước sản phẩm mà nhiệt độ không cao, giữ nguyên chất lượng thành phẩm - Dùng cho sản phẩm yêu cầu nhiệt độ chế biến không cao (6070oC) Cấu tạo Gồm khoang đun nóng nguyên liệu, khoang nước ngưng, bơm chân khơng vịng nước, động cánh khuấy Ngồi cịn có phễu chất thơm, bảng điều khiển, hệ thống van đường dẫn hơi, dẫn nước, đồng hồ đo áp suất, nhiệt độ… Dưới hình ảnh thiết bị đặc chân khơng - Biến đổi thực phẩm q trình đặc: + Biến đổi vật lý: Thực phẩm cô đặc hệ nhiều chất hòa tan đường, acid, muối, cịn chứa chất khơng tan tinh bột, cellulose trạng thái huyền phù Khi cô đặc, dung mơi bay hơi, nồng độ chất hịa tan tăng dần, nhiệt độ sôi, độ nhớt, khối lượng riêng tăng, hệ số truyền nhiệt giảm, hàm lượng khơng khí cịn lại gian bào hòa tan sản phẩm giảm + Biến đổi hóa học: Các loại đường rau quả, chịu tác dụng nhiệt độ cao bề mặt truyền nhiệt thiết bị cô đặc, nên bị caramel hóa Hiện tượng caramel hóa tạo sản phẩm có màu đen vị đắng làm sản phẩm có chất lượng Ở nhiệt độ 95oC, đường khử bị caramel hóa Ở nhiệt độ 160oC, q trình caramel hóa xảy mạnh Ở 160oC, saccharose loại phân tử nước tạo glucosan fructosan Ở 185 – 190oC, glucosan kết hợp với fructosan tạo thành isosaccharosan Tiếp tục, phân tử isosaccharosan kết với nhau, loại phân tử nước tạo thành caramelan Caramelan lại kết hợp với isosaccharosan, loại phân tử nước tạo thành caramelen Khi nhiệt độ tăng cao 200oC tạo thành caramelin (mất tính hịa tan) Sơ đồ phản ứng caramel hóa sau: Chuỗi phản ứng : Q trình carmel hóa đường saccharose Ngun lý hoạt động Nguyên liệu đưa vào khoang đun nóng nhờ chênh áp áp suất chân khơng khoang áp suất khí bên ngồi, đảo trộn nhờ động cánh khuấy Hơi cấp vào khoang đun nóng, làm sơi ngun liệu dẫn tới tượng bốc Phần nước hút sang khoang ngưng, sau làm mát ngưng tụ Để tăng hiệu suất bốc ta dùng bơm hút chân khơng để bơm hút hơi, khí tạo độ chân khơng Để đảm bảo q trình đặc nhiệt độ nên giữ khoảng 60 – 70ºC (ở -0,5 đến -0,6 at), tránh nhiệt độ cao khiến sản phẩm bị hút theo đường Quá trình bốc làm nguyên liệu dần cô đặc Lấy mẫu sản phẩm qua cửa thử kiểm tra độ cô đặc thiết bị chuyên dùng Có thể bổ sung chất phụ gia qua phễu chất thơm Nước ngưng bình có thước đo để ta dễ dàng kiểm tra tháo nước để tránh tình trạng nước tràn Khi lấy sản phẩm phải tiến hành ngừng cấp hơi, mở van xả áp tăng áp suất bên thiết bị cho cân với áp suất bên ngoài, mở van đáy thiết bị, sản phẩm tự động chảy xuống Các thiết bị đo lường điều khiển tự động Thiết bị đo hiển thị nhiệt độ chỗ: nhiệt kế giãn nở nhiệt cố định vỏ thiết bị, phần chân cắm vào dung dịch để ( có vỏ bảo vệ ) xác định nhiệt độ dung dịch Dải đo thiêt bị từ 00 C – 1200C, thang đo 20C Thiết bị đo áp suất: + Áp kế chân không: đo áp suất không bên buồng đặc, cố định phía bên buồng bốc Dải đo từ -1 – 1,5bar Thang đo 0,05 bar + Áp kế đo áp suất khí đốt, lắp đầu tiếp ống dẫn thiết bị cô đặc Thiết bị đo thể tích: ống thủy tinh nối thơng hai đầu với bình chứa nước ngưng, thị thể tích nước ngưng Thang đo 5l;7.5; 10; 12.5; 15l Thiết bị 2: Thanh trùng ống lồng ống Vai trò thiết bị Làm nóng sản phẩm nhờ tượng trao đổi nhiệt, trùng sản phẩm, tăng thời gian bảo quản sản phẩm Cấu tạo Hệ thống ống lồng ống gốm lớp: lớp nhiệt, lớp nguyên liệu Hệ thống bơm trục vít, bơm nước, thùng chứa nguyên liệu, thiết bị đảo trộn nước Ngoài cịn có bảng điều khiển, đồng hồ đo nhiệt độ, áp suất, van an toàn van tự động… Nguyên lý hoạt động Dung dịch chạy ống nhỏ, bên ngồi khoảng khơng gian ống tác nhân nhiệt Nhiệt ta đặt Quá trình gồm giai đoạn: Thanh trùng làm nguội Nguyên liệu đưa vào thùng chứa bơm vào hệ thống ống lồng ống Bao gồm q trình: trao đổi nhiệt với nước nóng ống, lưu nhiệt, trao đổi nhiệt với nước thường ống Quá trình nguyên liệu chuyển động hệ thống này, mở van cung cấp nhiệt Sự thay đổi nhiệt khoang thông qua bề mặt lớp vỏ ống xảy Sản phẩm thu nhiệt đạt độ nóng cần thiết lấy cuối đường ống Nếu sản phẩm chưa đạt yêu cầu hồi lưu vào thùng chứa để tiến hành làm nóng lại Nhờ q trình thay đổi nhiệt độ đột ngột trình lưu sản phẩm thời gian dài nhiệt độ nóng nên nhiều vi sinh vật có hại, vi sinh vật gây bệnh bị tiêu diệt Sơ đồ nguyên lý - Thiết bị điều khiển gồm: Bảng điều khiển, điều khiển tự động, chuyển đổi điện khí, cảm biến, đồng hồ đo nhiệt độ chỗ, đồng hồ đo áp suất, van an toàn van tự động ổn định nhiệt độ… Thiết bị có điều chỉnh tự động để ổn định nhiệt độ trùng, nhiệt độ nóng A: Nơi để bơm nguyên liệu vào B: Cảm biến mức D: Đồng hồ đo nhiệt độ nóng, nhiệt độ đầu trùng G:Đồng hồ đo nhiệt độ nguội E: Bộ điều khiển nhiệt độ trùng F: Bộ trùng nhiệt độ sản phẩm H: Bộ điều chỉnh nhiệt độ Cảm biến mức để: cạn khơng bơm Các van sử dụng van màng, khơng dùng van màng phải sử dụng van mà dễ dàng điều chỉnh độ mở Áp suất điều khiển để tác động vào van màng hoạt động 0,21 bar Độ mở van 0-100% tuyến tính phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển Cảm biến đo nhiệt điện trở, đưa điều khiển tín hiệu điện có chuyển đổi điện- khí chuyển 4-20 mA thành 0.2- bar Bộ điều khiển tự động biến đổi tín hiệu điện, tín hiệu điện biến đổi tín hiệu khí nén, tín hiệu nén đưa áp suất van bắt van dừng vị trí mà theo tín hiệu điều khiển Thiết bị 3: Thiết bị trùng Vai trò thiết bị Nhờ trình biến đổi nhiệt liên tục để tiêu diệt bớt VSV gây hại cho sản phẩm làm hỏng sản phẩm Cấu tạo  Thùng chứa sữa  Bơm hút sữa, đồng hồ đo áp suất, đo lưu lượng sữa  Tấm xếp khít, gần tạo thành rãnh dẫn sữa  Các khoang trao đổi nhiệt  Van điều chỉnh sữa vào  Thiết bị đồng hóa sữa  Van điều chỉnh cấp Khu vực I: làm nóng nguyên liệu cho vào Khu vực II: làm nóng lại Khu vực III: làm mát nguyên liệu Khu vực IV: làm lạnh TI: đồng hồ đo nhiệt độ Nguyên tắc hoạt động Sữa sau bảo quản chuyển vào thùng chứa sữa thiết bị trùng Máy bơm hút sữa điều chỉnh tốc độ sữa vào Sữa vào vào (4oC) trao đổi nhiệt với sữa nóng (78oC) khoang Sau trao đổi nhiệt xong sữa có nhiệt độ khoảng 35-40oC Sau sữa đồng hóa quay trở lại trao đổi nhiệt với nước nóng khoang nhiệt độ sữa 78-80oC, sữa cho qua đoạn đường dài để tăng thời gian trùng (lưu nhiệt), trao đổi nhiệt với sữa vào khoang nhiệt độ giảm cịn 35-40oC, sau trao đổi nhiệt với nước thường khoang nhiệt độ giảm xuống 20oC, tiếp tục trao đổi nhiệt với nước lạnh nhiệt độ cuối sau trùng 4oC -Cảm biến điện cực Hai điện cực có độ dài khác nhau(chênh lệch khoảng 20cm), đặt cách 3cm.Mục đích để giới hạn mức dung dịch thùng chứa,nếu dung dịch chạm đến ngắn dịng qua thanh, kết đóng van, mức dung dịch khơng tăng thêm Thiết bị 4: Máy trùng liên tục Vai trò thiết bị Thanh trùng sản phẩm sau đóng chai,chống lại xâm nhập vi sinh vật có hai bảo quản sản phẩm lâu Cấu tạo Gồm khoang chứa nước: khoang chứa nước nóng trùng khoang chứa nước ấm để giảm nhiệt, động băng tải sản phẩm, hệ thống vòi phun, bơm, đồng hồ nhiệt độ, áp suất Ngồi cịn có hệ thống đường dây dẫn, ống xả, bảng điều khiển, van xả tự động van cấp hơi, rơle tự ngắt  Dưới hình ảnh máy trùng liên tục Nguyên lý hoạt động Sản phẩm sau đóng chai đặt bề mặt băng tải Khoang nước bên trái đun nóng đưa đến hệ thống vịi phun nhờ bơm Nước nóng phun trực tiếp vào sản phẩm chai Hệ thống băng tải chạy, đưa phần sản phẩm tiếp tục đến khoang nước làm nguội Nước nguội đưa lên vòi phun nhờ bơm làm nguội sản phẩm Kết thúc trình trùng, phần chuyển qua ống xả - Thiết bị đo lường + Cảm biến đóng mở điện từ: dùng để ngắt mở van vào khoang nước nóng theo nhiệt độ đặt trước + Đồng hồ đo nhiệt độ: Đo nhiệt độ đường nước nóng nước ấm vào khoang trùng + Đồng hồ đo áp suất: Đo áp suất đường nước nóng nước ấm vào khoang trùng Thiết bị 5: Máy chà Vai trò thiết bị Làm cho khối nguyên liệu đồng Có tác dụng loại bỏ phần khơng có giá trị dinh dưỡng, không mong muốn vỏ củ, quả… Cấu tạo Gồm động gắn liền với trục có cánh chà làm thép không rỉ Lưới chà có đục lỗ nhỏ, kích thước lỗ nhỏ, với kích thước :0,5;0,75;1;1,5mm để tạo độ mịn mong muốn + Để sản xuất nước đục, người ta dung lỗ lưới có đường kính:0.50-0,75mm + Để sản xuất cà chua đặc, người ta dùng lỗ lưới có đường kính :1,0-1,5mm Ngồi cịn có phận khác phễu dẫn bột chà, phễu dẫn vỏ bỏ đi, bảng điều khiển, đường dẫn nước vệ sinh thiết bị … - Dưới hình ảnh máy chà Nguyên lý hoạt động Nguyên liệu qua đun đưa qua phễu vào khoang chà Khi động hoạt động, nguyên liệu quay đều, cánh chà có tác dụng xiết, ép nguyên liệu vào lưới chà Phần vỏ, xơ, hạt nằm lưới theo phễu Phần bột chà qua lỗ nhỏ lưới chảy theo phễu Thiết bị 5: Hệ thống CIP Vai trò thiết bị Là hệ thống vệ sinh tẩy rửa cho thiết bị mà khơng cần tháo lắp thiết bị Ngồi hệ thống cịn tiệt trùng cho thiết bị khác nhờ việc sử dụng hóa chất Cấu tạo Hệ thống CIP (Clean in place) có cấu tạo gồm thùng chứa dung dịch: axit, kiềm nước Các thùng có hệ thống ống dẫn nối với máy bơm để vận chuyển loại dung dịch vào đường ống tới thiết bị khác Cùng với hệ thống gia nhiệt cho dung dịch làm đầu phun dung dịch thiết bị - Dưới mô hình hệ thống CIP Nguyên lý hoạt động Tùy theo hệ thống CIP, yêu cầu loại thiết bị mà hệ thống CIP vận hành khác Tuy nhiên nguyên lý chung là: cần vệ sinh cho thiết bị đó, trước hết, hệ thống bơm nước nóng vào để rửa sơ cho thiết bị Sau hệ thống CIP cho chạy máy bơm để chuyển dung dịch kiềm vào đường ống đến thiết bị cần làm khoảng 30’ Sau hệ thống chuyển sang bơm nước vào để tráng rửa lượng kiềm, bơm dung dịch axit vào để tảy rửa, trùng trung bòa bớt lượng kiềm dư Cuối tráng rửa nhiều lần nước sạch, ban đầu nước nóng sau nước lạnh Ngoại trừ nước, dung dịch tẩy rửa hồi lưu để sử dụng lại Hệ thống CIP dùng để vệ sinh cho thiết bị tháo để vệ sinh tháo lắp phức tạp, thiết bị nhiều đường ống, nhiêu tấm, thiết bị trùng mỏng Do dung dịch tẩy rửa đun nóng trước đưa đến thiết bị cần làm nên hệ thống có cảm biến nhiệt độ có chức điều khiển độ mở van cấp gia nhiệt Bộ cảm biến chuyển tín hiệu điện sang áp suất để điều chỉnh áp suất van màng, thay đổi độ mở van