Bộ công thương
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.HCM

Khoa CNSH & KTMT


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY
PHUN PROTEASE KIỀM VỚI CÔNG
SUẤT (NHÀ MÁY) 200 TẤN/NĂM
GVHD: Nguyễn Thị Quỳnh Mai
SVTH: Cao Nguyễn Khánh Linh
Ngô Lan Phương
Trương Minh Ngọc
Phan Thị Mỹ Hạnh

TpHCM, tháng 5/2017


MỤC LỤC
DANH SÁCH NHÓM 6 ...................................................................................................... 1
LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI ............................................................ 3
I. Khái niệm chung về thiết bị sấy.................................................................................... 3
1.1. Định nghĩa............................................................................................................. 3
1.2. Phân loại ................................................................................................................ 3
1.3. Các phương pháp làm khô vật liệu ........................................................................ 4
1.4. Các thông số cơ bản của không khí ẩm ................................................................. 4
a.

Độ ẩm tuyệt đối của không khí (ρh ) .................................................................. 4

b. Độ ẩm tương đối của không khí (φ) ................................................................... 4
c.

Hàm ẩm của không khí ẩm (x) ........................................................................... 4

d. Hàm nhiệt của không khí ẩm (H) ....................................................................... 5
e.

Nhiệt độ bầu khô (tk) .......................................................................................... 5

f.

Nhiệt độ bầu ướt (tư) ........................................................................................... 5

g. Nhiệt độ điểm sương (ts) ..................................................................................... 5
II. Thiết bị sấy phun ......................................................................................................... 5
2.1.

Khái niệm............................................................................................................ 5

2.2.

Cấu tạo chung. .................................................................................................... 6

2.3.

Nguyên lý hoạt động........................................................................................... 8

III. Tổng quan về Bacillus subtilis ................................................................................... 9
3.1. Đặc điểm phân loại Bacillus subtilis .................................................................... 9

3.2. Đặc điểm hình thái và sinh hóa.............................................................................. 9
3.3. Đặc điểm nuôi cấy ............................................................................................... 11
IV. Tổng quan về enzyme protease ................................................................................ 12
4.1.

Khái niệm.......................................................................................................... 12

4.2.

Phân loại enzyme protease ............................................................................... 12

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH SẤY PHUN PROTEASE KIỀM
VỚI CÔNG SUẤT (NHÀ MÁY) 200 TẤN/NĂM ........................................................... 15


DANH SÁCH NHÓM 6
HỌ VÀ TÊN

MSSV

Cao Nguyễn Khánh Linh

2008140142

Ngô Lan Phương

2008140225

Phan Thị Mỹ Hạnh


2008140073

Trương Minh Ngọc

2008140181

1


LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, Bacillus sp.nói chung và Bacillus subtilis nói riêng đã và đang đóng một
vai trò rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau.
Bacillus subtilis có khả năng sinh ra rất nhiều loại enzyme nội bào cũng như ngoại
bào như: protease, amylase, caltalase, xylanase, oxydase… Các enzyme thu nhận từ
Bacillus subtilis thường có hoạt tính cao hơn so với enzyme cùng loại thu nhận từ các
đối tượng vi sinh vật khác, do đó nó được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản
xuất công nghiệp đặc biệt là trong các ngành như: thực phẩm, chất tẩy rửa, dệt may,
da, giấy, thuốc men…
Hơn nữa, với đặc điểm là có khả năng sinh ra hơn 20 loại kháng sinh khác nhau và
các loại kháng sinh này đều có tác dụng ức chế sinh trưởng và phát triển của nhiề đối
tượng vi sinh vật khác. Chính vì vậy, Bacillus subtilis có tiềm năng ứng dụng rất lớn
trong các lĩnh vực kiểm soát sinh học đặc biệt là trong chăn nuôi và nuôi trồng thủy
sản. Bacillus subtilis giúp cải thiện và nâng cao khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng, từ
đó kích thích sự sinh trưởng và phát triển của đối tượng mục tiêu, cũng như cải thiện
khả năng phòng chống dịch bênh trên các đối tượng đó. Chính vì vậy chúng tôi quyết
định thực hiện đề tài: “Tính toán thiết kế quá trình sấy phun protease kiềm từ
Bacillus subtilis với công suất 200 tấn/năm”

2



CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI
I. Khái niệm chung về thiết bị sấy
1.1. Định nghĩa
Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu rắn hay lỏng.
Với mục đích giảm bớt khối lượng vật liệu, tăng độ bền vật liệu, bảo quản tốt trong thời
gian dài.
Bản chất sấy là quá trình khuếch tán: bao gồm quá trình khuếch tán ẩm từ bên trong
ra lớp bề mặt bên ngoài của vật liệu và quá trình chuyển hơi nước từ bề mặt ngoài vật liệu
ra môi trường xung quanh.
1.2. Phân loại
Quá trình sấy bao gồm 2 phương thức:
❖

Sấy tự nhiên: tiến hành bay hơi bằng năng lượng tự nhiên như năng lượng mặt trời,

năng lượng gió,…Phương pháp này đỡ tốn nhiệt năng, nhưng không chủ động điều chỉnh
được vận tốc của quá trình theo yêu cầu kỹ thuật, năng suất thấp.
❖

Sấy nhân tạo: thường được tiến hành trong các loại thiết bi sấy để cung cấp nhiệt

cho các vật liệu ẩm. Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà
trong kỹ thuật sấy có thể chia thành nhiều dạng.
•

Sấy đối lưu: là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với tác nhân sấy

là không khí nóng, khói lò…
•


Sấy tiếp xúc: là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp vật liệu

sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn.
•

Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại

do nguồn nhiệt phát ra truyền nhiệt cho vật liệu sấy.
•

Sấy bằng dòng điện cao tầng: là phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường có

tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ bề dày của lớp vật liệu.
•

Sấy thăng hoa: là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không rất cao, nhiệt

độ rất thấp, nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn thành hơi
không qua trạng thái lỏng.
3


1.3. Các phương pháp làm khô vật liệu
Tùy theo tính chất và độ ẩm của vật liệu, cùng với yêu cầu và mức độ của vật liệu sau
khi làm khô ta có thể có các phương pháp sấy sau:
-

Phương pháp cơ học: dùng máy ép, lọc, ly tâm,…để tách nước ra khỏi vật liệu.
Phương pháp này chỉ dùng để tách sơ bộ nước ra khỏi vật liệu.


-

Phương pháp hóa học: dùng hóa chất để hút nước trong vật liệu, phương pháp này
đắt tiền, không kinh tế nên ít dùng.

-

Phương pháp nhiệt: dùng nhiệt làm bốc hơi nước trong vật liệu, trong phương pháp
này được sử dụng rộng rãi vì tách nước khá triệt để.
1.4. Các thông số cơ bản của không khí ẩm
Một hỗn hợp không khí và hơi nước được gọi là hỗn hợp không khí ẩm, được đặc

trưng bởi các thông số cơ bản sau:
a. Độ ẩm tuyệt đối của không khí (ρh )
Độ ẩm tuyệt đối của không khí là lượng hơi nước chứa trong 1m3 không khí ẩm, về
trị số thì bằng khối lượng riêng của hơi nước ở trong hỗn hợp không khí ẩm, ký hiệu là ρh
(kg/m3)
b. Độ ẩm tương đối của không khí (φ)
Độ ẩm tương đối của không khí hay còn gọi là mức độ bão hòa hơi nước là tỷ số
của lượng hơi nướcchứa trong 1m3 không khí ẩm với lượng hơi nước trong 1m3 không khí
ẩm đó đã bão hòa hơi nước ở cùng nhiệt độ và áp suất, ký hiệu là φ Ph
φ=

𝜌ℎ
𝜌𝑏ℎ

=

𝑃ℎ

𝑃 𝑏ℎ

ρh : khối lượng hơi nước trong 1m3 không khí ẩm (kg/m3)
ρ bh : khối lượng hơi nước trong 1m3 không khí bão hòa nước (kg/m3)
Ph : áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp không khí ẩm ở điều kiện đang xét
(N/m2)
Pbh : áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp không khí ẩm đã bão hòa (N/m2)
c. Hàm ẩm của không khí ẩm (x)

4


Trong quá trình sấy lượng không khí khô tuyệt đối là không thay đổi. Để đánh giá
chính xác sự thay đổi độ ẩm của không khí, người ta đưa ra khái niệm hàm ẩm (x). Đó là
lượng hơi nước chứa trong 1kg không khí khô tuyệt đối (kkk).
x = ρh/ρkkk (kg hơi nước / kg kkk)
d. Hàm nhiệt của không khí ẩm (H)
Hàm nhiệt của không khí ẩm là nhiệt lượng của hỗn hợp không khí ẩm trong đó có
chứa 1kg không khí khô, ký hiệu là H (enthapy) (kcal/kgkkk; kj/kgkkk)
e. Nhiệt độ bầu khô (tk)
Nhiệt độ bầu khô là nhiệt độ của hỗn hợp không khí được xác định bằng nhiệt kế
thông thường tk
f. Nhiệt độ bầu ướt (tư)
Nhiệt độ bầu ướt là nhiệt độ ổn định đạt được khi một lượng nhỏ nước bốc hơi vào
hỗn hợp không khí chưa bão hào trong điều kiện đoạn nhiệt, đo bằng nhiệt kế thông thường
có bọc vải ướt ở đầu cảm biến, ký hiệu là tư
g. Nhiệt độ điểm sương (ts)
Nhiệt độ điểm sương là nhiệt độ ở trạng thái bão hòa hơi nước, ký hiệu ts.
II. Thiết bị sấy phun
2.1.


Khái niệm

Sấy phun hay sấy phun khô là quá trình công nghiệp được sử dụng rộng rãi nhất cho
sự hình thành hạt, sấy khô và các quá trình sinh học (sấy enzyme, sấy huyền phù tế bào…).
Sấy phun rất thích hợp cho sản xuất liên tục các chất rắn khô ở dạng bột nghiền hoặc tích
tụ lại từ chất lỏng.
Sấy phun khô là lý tưởng khi sản phẩm cuối cùng phải tuân thủ các tiêu chuẩn chất
lượng chính xác bao gồm các yếu tố như: phân bố kích thước hạt, mật độ còn lại, mật độ
số lượng lớn và hình thái hạt.

5


Hình 1: Máy sấy phun
2.2.

Cấu tạo chung.

Tất cả các máy sấy phun đều bao gồm:
❖

Cơ cấu phun
Có chức năng đưa nguyên liệu (dạng lỏng) vào buồng dưới dạng hạt mịn (sương
mù). Quá trình tạo sương mù sẽ quyết định kích thước các giọt lỏng và sự phân bố
của chúng trong buồng sấy, do đó sẽ ảnh hưởng đến giá trị bề mặt truyền nhiệt và
tốc độ sấy. Cơ cấu phun có các dạng như: cơ cấu phun áp lực, cơ cấu phun bằng khí
động, đầu phun ly tâm.

6



Hình 2: Cơ cấu phun bằng áp lực
❖

Hình 3: Cơ cấu phun bằng khí động

Buồng sấy
Là nơi hòa trộn mẫu sấy (dạng sương mù) và tác nhân sấy (không khí nóng). Buồng
sấy phun có thể có nhiều hình dạng khác nhau nhưng phổ biến nhất là buồng sấy hình
trụ đứng, đáy côn. Kích thước buồng sấy (chiều cao, đường kính…) được thiết kế phụ
thuộc vào kích thước các hạt lỏng và quỹ đạo chuyển động của chúng, tức phụ thuộc
vào loại cơ cấu phun sương sử dụng.

❖

Tác nhân sấy
Không khí nóng là tác nhân sấy thông dụng nhất. Hơi là tác nhân gia nhiệt phổ biến
nhất. Nhiệt độ hơi sử dụng thường dao động trong khoảng 150-2500C. nhiệt độ trung
bình của không khí nóng thu được thấp hơn nhiệt độ sử dụng là 100C.

❖

Hệ thống thu hồi sản phẩm
Bột sau khi sấy phun được thu hồi tại cửa đáy buồng sấy. Để tách sản phẩm ra khỏi
khí thoát, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khac nhau: lắng xoáy tâm, lọc,
tĩnh điện…
Phổ biến nhất là phương pháp lắng xoáy tâm, sử dung cyclon

❖


Quạt
Quạt để tăng lưu lượng tác nhân sấy, người ta sử dụng quạt ly tâm. Ở quy mô công

nghiệp, các thiết bị sấy phun được trang bị hệ thống 2 quạt. Quat chính được đặt sau thiết
7


bị thu hồi bột sản phẩm từ dòng khí thoát. Còn quạt phụ đặt trước thiết bị gia nhiệt không
khí trước khi vào buồng sấy.

Hình 4: Sơ đồ hệ thống sấy phun
1. Buồng sấy
2. Caloriphe
3. Thùng chứa nguyên liệu sấy
4. Bơm nguyên liệu
5. Cơ cấu phun mẫu
6. Cyclon thu hồi sản phẩm từ khí thoát ra
7. Cyclon vận chuyển sản phẩm
8. Hệ thống quạt hút và màng lọc
2.3.

Nguyên lý hoạt động

Quá trình sấy phun khô bắt đầu với việc phát tán các nguyên liệu chất lỏng vào bình
xịt hạt. Các giọt nước được đặt tiếp xúc với không khí ngay trong buồng sấy. Các thuốc xịt
(phun) được sản xuất bởi một trong hai bình xịt quay hoặc bình xịt vòi phun. Sự bay hơi
của chất lỏng từ các giọt nước và quá trình hình thành các hạt khô được thực hiện ở nhiệt
độ kiểm soát và điều kiện của luồng không khí. Bột liên tục thải ra từ buồng sấy và thu hồi
từ khí thải sử dụng gió xoáy hoặc túi lọc. Trong các máy sấy phun quá trình xảy ra ở nhiệt

độ tác nhân sấy là 1300C và nhiệt độ của sản phẩm sấy không lớn hơn 500C.
8


Sấy phun nói chung và sấy phun khô có ưu điểm là: cường độ sấy cao, thời gian sấy
ngắn và năng suất lớn. Tuy nhiên quá trình này có một số nhược điểm sau: kích thước
buồng sấy lớn, cấu tạo phức tạp, chi phí lắp đặt và sử dụng cao.
Trong các quá trình sấy thì nguyên liệu thường được bổ sung thêm một hàm lượng
maltodextrin nhất định, tùy vào bản chất và yêu cầu của sản phẩm. Maltodextrin có vai trò
như là chất mang giúp chống bám dính vào thiết bị trong quá trình sấy, giúp quá trình sấy
phun được thực hiện dễ dàng, tăng hàm lượng chất khô và giảm chi phí cô đặc vừa tạo nên
cấu trúc bột mịn cho sản phẩm, vừa tăng hiệu suất cho quá trình sấy. Hơn nữa, maltodextrin
còn được sử dụng để bao gói sinh khối vi sinh vật, giúp tăng tỉ lệ sống của vi sinh vật trong
quá trình sấy ở nhiệt độ cao.
Khi lựa chọn thiết bị công nghệ, điều quan trọng là phải hiểu một cách cẩn thận hai
điều: các thuộc tính của chất lỏng được sấy khô và chất lượng bột được sản xuất.
Hình thức phun là quan trọng nhất của quá trình trong thiết bị phun. Sự lựa chọn
phun phụ thuộc vào tính chất của các nguồn cấp dữ liệu và các đặc tính mong muốn của
sản phẩm khô.
III. Tổng quan về Bacillus subtilis:
3.1. Đặc điểm phân loại Bacillus subtilis :
Bacillus subtilis được phân loại như sau :
- Giới: Bacteria
- Ngành: Fermicutes
- Lớp: Bacillis
- Bộ : Bacillales
- Họ : Bacillaceae
- Chi: Bacillus
- Loài: Bacillus subtilis
3.2. Đặc điểm hình thái và sinh hóa

Bacillus subtilis là trực khuẩn, gram (+), sinh nội bào tử, kích thước 0,5- 0 8μm x
1,8-3μm là vi khuẩn hiếu khí tùy nghi, t bào ít khi tạo thành chuỗi thường ở dạng đơn bào
hiện diện nhiề trong đất, nước trong đường tiêu hóa của người và động vật. Hình dạng
9


của Bacillus subtilis trên môi trường TSA là khuẩn lạc khô, có rìa răng cưa, có đường
kính 3-5mm nằm sát trên bề mặt thạch.

Hình 5: Khuẩn lạc Bacillus subtilis trên môi trường TSA và nhuộm gram của
Bacillus subtilis
Các phản ứng sinh hóa được sử dụng để để khẳng định Bacillus subtilis. Phản ứng
lecithinase (-), khả năng phân giải casein (+), khả năng phân giải tinh bột (+), phân giải
gelatin (+), phản ứng khử nitrate (+), phản ứng khử citrate (+), VP (+), indol (-), lên
men không sinh hơi các loại đường như: glucose, mannitol, saccharose, xylose,
arabinose. Bacillus subtilis là vi khuẩn gram (+) được tập trung nghiên cứu nhiều nhất
cho đến thời điểm hiện nay, bô genome của loài này đã được giải mã toàn bộ , bộ gene
có 4 Mbp, trọng lượng của bộ genome khoảng 2,4×109 đến 2,6×109 dalton đặc biệt
trong genome của Bacillus subtilis có nhiề gene qui định cho khả năng kháng lại kháng
sinh như gene kháng thiostrepton, streptomycin, erythromycin, spectinomycin,
chloramphenicol, penicilin.v.v…tuy nhiên bất kể là gene kháng kháng sinh được qui
định trên genome hay trên plasmid nó cũng là nguồn cung cấp gene kháng kháng sinh
cho các vi sinh vật đường ruột. Ở điều kiện kỵ khí Bacillus subtilis sử dụng nitrate như
chất nhận điện tử cuối cùng, nếu trong môi trường thiếu nitrate thì Bacillus subtilis
phát triển bằng cách lên men.

10


Bảng 1: Các phản ứng sinh hóa của Bacillus subtilis


3.3. Đặc điểm nuôi cấy
- Điều kiện phát triển: hiếu khí, nhiệt độ tối ưu 37oC
- Nhu cầu oxi: Bacillus subtilis là vi khuẩn hi khí nhưng vẫn có khả năng sinh trưởng
trong điều kiện thiếu khí.
- Điều kiện pH tối ưu từ 7-7.4
- Môi trường thạch đĩa SA: khuẩn lạc hình tròn, mọc không đều, có tâm sẫm màu, rìa
răng cưa, phát triển chậm, màu vàng xám, đường kính 3-5mm, sau 1-4 ngày bề mặt hơi
nhăn nheo.
- Môi trường thạch nghiêng TSA: dễ mọc, màu xám, rìa gợn sóng.
- Môi trường canh trường TSB: phát triển làm đục môi trường, tạo màng nhăn, kết cặn
như vẩn mây ở đáy, khó tan đều khi lắc lên.
- Dinh dưỡng cần thiết bao gồm các nguyên tố : C, H, O, N và các nguyên tố khác.
- Bacillus subtilis là vi khuẩn hiếu khí nên trong quá trình nuôi cấy cần bổ thêm oxy vào
môi trường bằng cách sục khí oxy để đạt nồng độ 1mg/l. Trong lên men chìm, lượng oxy
11


cần thiết phải là lượng oxy hòa tan vào môi trường nuôi, do đó trong các bình lên men
người ta thường bố trí cánh khuấy và màng chắn để tăng cường sự hòa tan của oxy.
Lượng oxy hòa tan phụ thuộc chính vào cấu tạo và tốc độ của cánh khấy.
IV. Tổng quan về enzyme protease
4.1.

Khái niệm
Nhóm enzyme protease xúc tác quá trình thủy phân liên kết peptid (-CO-NH)n trong

phân tử protein, polypeptid đến sản phẩm cuối cùng là các axit amin. Ngoài ra, nhiều
protease cũng có khả năng thủy phân liên kết este và vận chuyển axit amin


Protease phân bố ở động vật, thực vật, vi sinh vật. Tuy nhiên, nguồn enzyme phong
phú nhất là từ nguồn vi sinh vật, có hầu hết ở các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm mốc, xạ
khuẩn.
Protease cần thiết cho các sinh vật sống, rất đa dạng về chức năng từ mức độ tế bào,
cơ quan đến cơ thể nên được phân bố rộng rãi trên nhiều đối tượng từ vi sinh vật (vi khuẩn,
nấm, virut) đến thực vật (đu đủ, dứa…) và động vật (gan, dạ dày bê,…). So với protease
động vật và thực vật, protease vi sinh vật có những đặc điểm khác biệt.
Hệ protease vi sinh vật là một hệ thống rất phức tạp bao gồm nhiều enzyme rất giống
nhau về cấu trúc, khối lượng và hình dạng phân tử nên rất khó tách ra dưới dạng tinh thể
đồng nhất. Thường có tính đặc hiệu rộng rãi cho sản phẩm thủy phân triệt để và da dạng.
4.2.

Phân loại enzyme protease

12


Hình 5: Sơ đồ phân loại protease
Protease được chia thành 2 loại endopeptidase và exopeptidase
❖ Dựa vào vị trí tác động trên mạch polypeptid exopeptidase được chia thành 2 loại:
• Aminopeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu N tự do của chuỗi
polypeptid để giải phóng ra một axit amin, một dipeptide hay tripeptide.
• Carboxypeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu C của chuỗi polypeptid
để giải phóng ra một axit amin hoặc một dipeptide.
❖ Dựa vào động học của cơ chế xúc tác endopeptidase được chia thành 4 loại:
• Serine proteinase: là những protein chứa nhóm –OH của gốc serine trong trung tâm
hoạt độngvà có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hoạt động xúc tác của enzyme. Thường
hoạt động mạnh ở vùng kiềm tính và thể hiện tính đặc hiệu cơ chất tương đối rộng.
• Cystein proteinase: các proteinase chứa nhóm –SH trong trung tâm hoạt động,
thường hoạt động ở pH trung tính, có tính đặc hiệu cơ chất rộng.

• Aspartic proteinase: hầu hết các aspartic proteinase thuộc nhóm pepsin, thường hoạt
động mạnh ở pH trung tính.
13


• Metallo proteinase: metallo proteinase là nhóm proteinase đươc tìm thấy ở vi khuẩn,
nấm mốc cũng như các vi sinh vật bậc cao hơn. Thường hoạt động mạnh ở pH trung tính
và hoạt độ giảm mạnh dưới tác dụng của EDTA.

14


CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH SẤY PHUN
PROTEASE KIỀM VỚI CÔNG SUẤT (NHÀ MÁY) 200 TẤN/NĂM
Sau 48h lên men, tiến hành ly tâm liên tục dịch lên men để thu cặn lắng bằng máy ly
tâm dạng đĩa với tốc độ 4500 vòng/phút ở nhiệt độ phòng để loại bỏ tạp chất và thu sinh
khối.
o Khối lượng vật liệu đi vào quá trình sấy là khối lượng cặn lắng thu được sau
ly tâm: M1= 1.727 (tấn/mẻ).
-

Giả sử quá trình sấy hao hụt 1% do trong quá trình sấy, có một lượng vật liệu bị dính
vào thiết bị không thể thu hồi do đó gây ra hao hụt.

-

Giả sử độ ẩm trước khi sấy của nguyên liệu là: W1 = 38% .

-


Giả sử độ ẩm thành phẩm là: W2 = 7%.

-

Quá trình sấy phun có bổ sung 5% maltodextrin để tăng khả năng chịu được nhiệt độ
cao cho sinh khối vi sinh vật (Liêu Mỹ Đông, 2015).

Trong đó:
▪ M1, M5: Khối lượng cặn lắng đi vào và đi ra khỏi thiết bị.
▪ M2, M6: Khối lượng maltodextrin đi vào và đi ra khỏi thiết bị.
▪ M4: Lượng nước bốc hơi.
o Khối lượng maltodextrin bổ sung là:

15


M2 = M1 x 5%
= 1.727 x 0.05
= 0.086 (tấn/mẻ).
o Khối lượng nguyên liệu đem đi sấy phun:
G1 = M1 + M2
= 1.727 + 0.086
= 1.813 (tấn/mẻ)
o Lượng sản phẩm sau khi sấy:
G2 = G1 × 0.99
= 1.813 x 0.99
= 1.795 (tấn/mẻ)
Trong đó :
▪ G1, G2 là khối lượng nguyên liệu sấy và khối lượng sản phẩm thu được sau khi
sấy.

▪ W1, W2 là độ ẩm trước khi sấy và độ ẩm thành phẩm.
▪ 0.99 là tỉ lệ thu nhận sản phẩm khi hao hụt chiếm 1%.
o Tổng lượng sinh khối thực tế khi đem sấy
Tổng sinh khối =

200∗100
99

= 202.02 tấn/năm

o Số mẻ cho một năm
Quá trình lên men thu sinh khối của Bacillus subtilis đạt hiệu suất cao nhất trong
48h. Gỉa sử thời gian nghỉ là 20h. Giả sử cho nghỉ 35 ngày trong 365 ngày. Suy ra:
Số giờ làm việc = (365-35) x 24 = 7920 (giờ)
Số mẻ =

thời gian làm việc trong 1 năm
thời gian 1 mẻ

Lượng sinh khối trong 1 mẻ =

tổng sinh khối
số mẻ

16

=

=


7920
48+20

202.02
117

= 117 mẻ
= 1.727 tấn/mẻ


- Khối lượng đem đi sấy sau mỗi mẻ: 1.727 tấn/mẻ.
- Quá trình sấy phun có bổ sung 5% maltodextrin để tăng khả năng chị được nhiệt độ cao
cho sinh khối vi sinh vật.
- Giả sử vận tốc sấy bằng: V= 550 (kg/m2.h)
- Giả sử bề mặt bốc hơi ẩm 70kg/m2.h và tổng thời gian thực hiện quá trình sấy sau mỗi
mẻ tối đa là 40 giờ. (8 giờ dành cho bảo hành và sửa chữa thiết bị)
o Khối lượng vật liệu sấy tính theo khối lượng khô tuyệt đối (kg/h)
Gk = G1 x (1-W1)
= 1727 x (1 - 0.38)
= 1070.74 (kg)
o Tổng bề mặt bay hơi của sản phẩm sấy bằng:
F=

G1
70×40

=

1727
2800


= 0.617 (m2/h)

o Thời gian sấy của 1 mẻ sấy là
T=

Gk (W1−W2)
V.F

1070.74 ×(0.38−0.07)

=

550×0.617

= 0.978 (h)

o Lượng nguyên liệu cần phải sấy của 1 mẻ sấy là:
M4 =

G1
t

=

1727
40

=43.175 (kg/h)


 Với khối lượng sấy của 1 mẻ là 43.175 kg/h thì chỉ cần một thiết bị sấy là đảm bảo
được yêu cầu sản xuất.
o Lượng ẩm cần bốc hơi:
W = M4 x

W1−W2

= 43.175 ×

100−W2

38−7
100−7

Trong đó :
▪ M4: khối lượng nguyên liệu sấy cho 1 mẻ (kg/mẻ)
▪ W1,W2: độ ẩm đầu và độ ẩm cuối sấy (%)
o Lưu lượng dòng không khí khô
17

= 14.392 (kg/mẻ)


-

Nhiệt độ của không khí trước khi vào máy sấy: t = 37oC

-

Nhiệt độ của không khí sau khi ra khỏi calorife: t1 = 120oC


-

Nhiệt độ của không khí sau khi ra khỏi máy sấy: t2 = 60oC

o Trạng thái ban đầu của không khí trước khi vào calorife là trạng thái của
không khí trong điều kiện tự nhiên lấy theo độ ẩm và nhiệt độ trung bình của
cả năm là:
to= 27oC
𝜑o= 82%
o Hàm ẩm của không khí
X1 = 0.622 x

φo × Pbh
P − φo×Pbh

(kg ẩm/kgKKK)

o Ở nhiệt độ to= 27oC áp suất hơi nước bão hòa Pbh = 0.0345 (at) (Đào Thanh
Khê, 2015), áp suất chung của khí quyển P = 1 (at)
X1 = 0.622 x

0.82 × 0.0345
1 − 0.82×0.0345

= 0.018 (kg ẩm/kgKKK)

o Nhiệt lượng của không khí nóng sau khi qua calorife
Suy ra nhiệt lượng của không khí nóng sau khi ra khỏi calorife là:
I1 = t1 + (2493 + 1.79t1).X1

= 120 + ( 2493 + 1.79 × 120 )x 0.018
= 168.74 (kJ/kgKKK)
Do chỉ tính trong quá trình sấy lý thuyết nên I2 = I1. Chọn trạng thái không khí ra khỏi
máy sấy là t2=60, ta có:
I2 = t2 + (2493+ 1.79t2).X2
168.74 = 60 + (2493+1.79x60).X2
X2 = 0.042 (kg ẩm/kg kkk)
o Lượng không khí cần để bốc hơi 1 kg ẩm (không khí tiêu hao riêng):
l=

1
𝑥2−𝑥1

=

1
0.042−0.018

= 41.66 (kgkkk/kg ẩm)

o Nhiệt lượng cần dùng cho quá trình sấy
18


Giả sử có t0 = 60oC, suy ra:
q = l.(0.24 + 0.00047 X0).(t1-t0)
=29.762 x (0.24 + 0.00047 x 0.018) x (120-37)
=592.88 (kcal/kg ẩm bốc hơi)
Trong đó :
▪ t0: Nhiệt độ ban đầu của không khí (0C)

▪ t1 : Nhiệt độ của không khí đi vào thiết bị sấy (oC)
▪ l : Lượng không khí cần thiết dùng làm tác nhân sấy (kg KKK/ kg ẩm bốc
hơi)
o Lượng không khí cần thiết tiêu tốn trong một giờ (kg/h)
L = W.l
=14.392 x 41.66
=599.58 (kg/h)
=0.167 (kg/s)
o Lượng nhiệt tiêu tốn trong một giờ (kcal/h):
Q1 = W.q
= 14.392 x 592.88
= 8532.73 (kcal/h)
o Nhiệt tiêu tốn dùng để đun nóng sản phẩm sấy từ nhiệt độ t0 đến t1:
Giả sử Csp=3.48(kcal/kg. C), tIb= 70 và t0=60 , ta có:
Q2 = Q1 Csp (tIb- t0)
=8532.73 x 3.48 x (70-60)
= 296939 (kcal/h)
Qcal = Q1+ Q2+ Qtt
= 8532.73 + 296939 + (10% x 8532.73 )
= 306325 (kcal/h)
(Với Qtt = 10% Q1)

19


Để thực hiện sấy 1.727 tấn/mẻ sản phẩm thì lượng không khí tiêu tốn trong cho
quá trình sấy là 0.167 (kg/s). Giả sử thời gian lưu của khí trong buồng sấy là 25s
và mật độ dòng khí ra là 0.89kg/m3, suy ra:
o Thể tích buồng sấy
Vbs=


0.167
0.89

x 25= 4.69 (m3)

Cấu tạo buồng sấy chia làm 2 phần gồm phần thân hình trụ và phần chóp nón là
đáy do đó thể tích thân thiết bị hình trụ bằng:
Vttb =

𝜋𝐷2 ℎ1
4

o Thể tích khối nón ở đáy thiết bị
Vkn =

𝜋𝐷2 ℎ2
12

Chọn h1 = 1.5 D, ta có tổng thể tích của thiết bị bằng:
Vd =

𝜋𝐷2 ℎ1
4

+

𝜋𝐷2 ℎ2
12


=1.5 x D3
= 4.69 (m3)
 D = 1.46 (m)
Ta có:
H1 = 1.5 D = 2.19 (m)
 H2 =

𝑫.𝒕𝒂𝒏𝟔𝟎𝟎
𝟐

= 1.26 (m)

Vậy chiều cao thiết bị là:
 Htb = H1 + H2 = 3.45 (m)

20