Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành chế biến thủy sản tại Việt Nam ngày càng phát triển, việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm chiên tôm Tempura trở thành yêu cầu cấp thiết. Theo báo cáo của ngành, dây chuyền chiên tôm Tempura hiện tại tại một số nhà máy còn tồn tại nhiều hạn chế về hiệu suất phun bột và kiểm soát chất lượng sản phẩm. Mục tiêu của luận văn là thiết kế và cải tiến hệ thống phun bột của dây chuyền chiên tôm Tempura nhằm nâng cao hiệu suất phun, đảm bảo độ phủ bột đồng đều và giảm thiểu hao hụt nguyên liệu trong quá trình sản xuất. Nghiên cứu tập trung vào phân tích hiện trạng dây chuyền tại Trung tâm Nghiên cứu Thiết bị và Công nghệ, TP. Hồ Chí Minh, trong khoảng thời gian gần đây, với các chỉ tiêu kỹ thuật và tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm được áp dụng theo tiêu chuẩn xuất khẩu. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cải thiện các chỉ số như tốc độ phun bột, độ đồng đều lớp bột phủ trên tôm, và giảm tỷ lệ tôm bị cong hoặc gãy sau chiên, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, từ đó tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường xuất khẩu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: nguyên lý khí nén trong hệ thống phun bột và mô hình dòng chảy chất lỏng trong thùng chứa bột. Nguyên lý khí nén được áp dụng để điều khiển các xy lanh và van khí nhằm kiểm soát chính xác áp suất và lưu lượng bột phun ra. Mô hình dòng chảy chất lỏng được mô phỏng bằng phần mềm ANSYS nhằm phân tích áp suất và vận tốc dòng bột trong thùng chứa, từ đó tối ưu thiết kế thùng chứa và vòi phun. Các khái niệm chính bao gồm: áp suất làm việc của thùng chứa (khoảng 6619,4 Pa), vận tốc dòng bột (khoảng 15,98 m/s), nguyên lý hoạt động của van điện từ 2 cổng, và hệ thống điều khiển thời gian phun (timer). Ngoài ra, các tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm như độ đồng đều lớp bột, tỷ lệ tôm cong, gãy, và các chỉ tiêu vi sinh, kháng sinh cũng được xem xét để đánh giá hiệu quả cải tiến.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu được thu thập từ Trung tâm Nghiên cứu Thiết bị và Công nghệ, TP. Hồ Chí Minh, bao gồm số liệu kỹ thuật của dây chuyền chiên tôm Tempura hiện tại, kết quả mô phỏng dòng chảy và áp suất trong thùng chứa bột, cùng các kết quả thử nghiệm thực tế tại nhà máy. Phương pháp phân tích bao gồm mô phỏng CFD bằng phần mềm ANSYS để khảo sát dòng chảy bột trong thùng chứa, phân tích áp suất và vận tốc dòng bột, kết hợp với thử nghiệm thực tế để đánh giá hiệu quả cải tiến. Cỡ mẫu thử nghiệm gồm 50 con tôm mỗi lần phun bột, được lựa chọn ngẫu nhiên từ dây chuyền sản xuất. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong vòng 6 tháng, từ khảo sát hiện trạng, thiết kế cải tiến, mô phỏng, đến thử nghiệm và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng dòng bột phun bị nghẹt và không đồng đều: Áp suất trong thùng chứa bột hiện tại khoảng 1,5 bar gây ra hiện tượng biến dạng thành thùng và dòng bột không ổn định, dẫn đến lớp bột phủ trên tôm không đồng đều, tỷ lệ tôm cong và gãy sau chiên chiếm khoảng 12%.

  2. Mô phỏng dòng chảy cho thấy vận tốc dòng bột trung bình đạt 15,98 m/s tại vị trí phun, nhưng phân bố vận tốc không đồng đều trong thùng chứa, gây hao phí bột và giảm hiệu quả phun.

  3. Cải tiến hệ thống phun bột sử dụng nguyên lý con chuột chặn dòng bột kết hợp van điện từ 2 cổng và timer giúp kiểm soát chính xác thời gian và lưu lượng phun, giảm thiểu hiện tượng nghẹt và tăng độ đồng đều lớp bột phủ.

  4. Thử nghiệm thực tế với 50 con tôm cho thấy tỷ lệ tôm cong giảm từ 12% xuống còn khoảng 5%, tỷ lệ tôm gãy giảm từ 8% xuống còn 3%, đồng thời lượng bột tiêu thụ giảm khoảng 15% so với hệ thống cũ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiện tượng nghẹt và không đồng đều dòng bột là do áp suất khí nén không ổn định và thiết kế thùng chứa chưa tối ưu, gây biến dạng thành thùng và tạo ra các vùng áp suất thấp làm dòng bột bị phân tán không đều. So sánh với các nghiên cứu trong ngành chế biến thủy sản, việc sử dụng hệ thống van điện từ kết hợp timer đã được chứng minh hiệu quả trong việc kiểm soát dòng chảy khí nén và chất lỏng, phù hợp với yêu cầu sản xuất tự động hóa hiện đại. Việc giảm tỷ lệ tôm cong và gãy không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu tổn thất nguyên liệu, góp phần tăng lợi nhuận cho doanh nghiệp. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ tôm cong, gãy và lượng bột tiêu thụ trước và sau cải tiến, cũng như bảng mô tả các thông số kỹ thuật của hệ thống phun bột.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai hệ thống van điện từ 2 cổng kết hợp timer điều khiển thời gian phun bột: Giúp kiểm soát chính xác lưu lượng và thời gian phun, nâng cao độ đồng đều lớp bột phủ. Thời gian thực hiện: 3 tháng. Chủ thể thực hiện: Bộ phận kỹ thuật nhà máy.

  2. Tăng cường kiểm soát và duy trì áp suất khí nén ổn định trong khoảng 1,5 bar: Giảm biến dạng thành thùng chứa bột, đảm bảo dòng chảy ổn định. Thời gian thực hiện: liên tục. Chủ thể thực hiện: Bộ phận vận hành và bảo trì.

  3. Thiết kế lại thùng chứa bột với vật liệu SUS304 dày và gia cố thành thùng: Giảm biến dạng và tăng độ bền, đảm bảo áp suất làm việc. Thời gian thực hiện: 6 tháng. Chủ thể thực hiện: Phòng thiết kế và nhà cung cấp thiết bị.

  4. Đào tạo nhân viên vận hành về quy trình kiểm soát chất lượng phun bột và xử lý sự cố: Nâng cao kỹ năng vận hành, giảm thiểu lỗi kỹ thuật. Thời gian thực hiện: 1 tháng. Chủ thể thực hiện: Phòng nhân sự và đào tạo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư thiết kế dây chuyền chế biến thủy sản: Nghiên cứu cung cấp giải pháp cải tiến hệ thống phun bột, giúp nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

  2. Nhà quản lý sản xuất tại các nhà máy chế biến tôm Tempura: Áp dụng các đề xuất để tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm tổn thất nguyên liệu và tăng lợi nhuận.

  3. Các chuyên gia nghiên cứu công nghệ chế biến thực phẩm: Tham khảo mô hình mô phỏng dòng chảy và áp suất trong thùng chứa bột, áp dụng cho các sản phẩm tương tự.

  4. Sinh viên và học viên ngành kỹ thuật cơ khí và công nghệ thực phẩm: Tài liệu tham khảo thực tiễn về thiết kế, mô phỏng và cải tiến hệ thống phun bột trong dây chuyền sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ thống phun bột cải tiến có thể áp dụng cho các loại thực phẩm khác không?
    Có, nguyên lý khí nén và mô hình dòng chảy được áp dụng rộng rãi trong các dây chuyền phun bột cho nhiều loại thực phẩm như gà rán, cá chiên, giúp nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm.

  2. Làm thế nào để kiểm soát áp suất khí nén ổn định trong dây chuyền?
    Sử dụng bộ điều áp và cảm biến áp suất kết hợp hệ thống điều khiển tự động giúp duy trì áp suất ổn định, giảm thiểu biến động ảnh hưởng đến chất lượng phun bột.

  3. Tỷ lệ tôm cong và gãy giảm có ảnh hưởng đến năng suất không?
    Việc giảm tỷ lệ tôm cong và gãy giúp tăng tỷ lệ sản phẩm đạt chuẩn, giảm hao hụt nguyên liệu, từ đó nâng cao năng suất và lợi nhuận cho nhà máy.

  4. Chi phí đầu tư cho cải tiến hệ thống phun bột có cao không?
    Chi phí đầu tư chủ yếu vào thiết bị van điện từ, timer và cải tiến thùng chứa, được đánh giá là hợp lý so với lợi ích kinh tế mang lại từ việc giảm hao hụt và nâng cao chất lượng sản phẩm.

  5. Có cần đào tạo nhân viên khi áp dụng hệ thống mới không?
    Có, đào tạo giúp nhân viên hiểu rõ quy trình vận hành và xử lý sự cố, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và ổn định trong sản xuất.

Kết luận

  • Luận văn đã thiết kế và cải tiến thành công hệ thống phun bột cho dây chuyền chiên tôm Tempura, nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm.
  • Mô phỏng dòng chảy và áp suất trong thùng chứa bột giúp tối ưu thiết kế, giảm hiện tượng nghẹt và phân bố dòng bột không đều.
  • Thử nghiệm thực tế cho thấy tỷ lệ tôm cong và gãy giảm đáng kể, đồng thời tiết kiệm nguyên liệu bột khoảng 15%.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và đào tạo nhân viên nhằm duy trì hiệu quả cải tiến trong sản xuất.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai áp dụng rộng rãi trong nhà máy và theo dõi đánh giá hiệu quả lâu dài, đồng thời nghiên cứu mở rộng cho các sản phẩm chế biến khác.

Quý độc giả và các nhà sản xuất thủy sản được khuyến khích áp dụng các kết quả nghiên cứu này để nâng cao năng lực cạnh tranh và phát triển bền vững ngành chế biến thủy sản Việt Nam.