Giáo án môn học Thiết bị thực phẩm

tập trung được một lượng nước ngưng nào đĩ thì phao 2 nối liền với van thốt 4 được nâng lên theo hướng vào cốc 1 và các lỗ thốt mở ra để tháo nước ngưng. Khi tháo được một phần nước ngưng ra ngồi thì phao sẽ hạ xuống và đậy kín lỗ tháo nhưng khơng cho hơi thốt ra khỏi ống tháo. 94 ðể tăng cường khả năng truyền nhiệt và đun nĩng đều, cĩ thể sử dụng thiết bị đun nĩng 2 vỏ cĩ cánh khuấy như hình 7.2, các dạng cánh khuấy cĩ cấu tạo khác nhau phụ thuộc loại sản phẩm cần đun nĩng trong thiết bị Hình 7.2: Nồi nấu hai vỏ cĩ cánh khuấy . Với cấu tạo và nguyên tắc làm việc tương tự, trong nhà máy bia người ta dùng nồi đun hoa houblon để đun sơi dung dịch đường với hoa houblon nhằm trích ly chất của hoa (hình 7.3). Thiết bị cĩ thân hình trụ, đáy lồi hoặc lõm. Nắp dạng hình bán cầu cĩ gắn ống thốt hơi và cửa quan sát. Hình 7.3. Nồi đun hoa 1.Áo hơi 2. van tháo dịch 3. cánh khuấy 4. Hộp giảm tốc 5. Ống thốt hơi 6. Cửa quan sát 7. Áp kế hơi 8. Ống dẫn dịch vào nồi 9. Ống dẫn hơi 10. Hơi ngưng 95 1.2.2. Thiết bị đun nĩng hai vỏ làm việc liên tục (ở áp suất thường) . Thường sử dụng để đun nĩng các dung dịch cĩ độ nhớt lớn. ðây là loại thiết bị làm việc liên tục, cĩ năng suất lớn. 1. Cấu tạo : (hình 7.4) 1. Vỏ bên trong 6. Khoang khơng 2. Vỏ bên ngồi. 7. Cửa nguyên liệu vào 3. Nắp thiết bị 8. Cửa sản phẩm ra 4. Trụ rỗng 9. Van cấp hơi 5. Cánh xoắn 10. Van tháo nước ngưng. Hình 7.4. Thiết bị đun nĩng 2 vỏ làm việc liên tục 2. Nguyên tắc làm việc: Thiết bị cĩ cấu tạo dạng hình trụ nằm, gồm hai vỏ (1) và (2) hệ nắp (3) cĩ thể tháo mở được. Hơi được cấp vào qua van (9) vào khoảng khơng (6) và trụ rỗng (4) để đun nĩng, nước ngưng được tháo qua van tháo nước ngưng (10). Dung dịch đi vào cửa nạp (7) nhờ cánh xoắn (5) chuyển dần vào trong thiết bị, sau khi đun nĩng sản phẩm được tháo ra theo cửa (8) 1.2.3. Thiết bị đun nĩng kiểu ống: Mục đích: để đun nĩng các loại nước quả và các loại rau quả đã nghiền nhỏ. Thiết bị làm việc liên tục. a. Thiết bị đun nĩng kiểu ống chùm (Hình 7.5) -Ưu điểm: Cơ cấu gọn, chắc chắn, bề mặt truyền nhiệt lớn - Cấu tạo : 1. Cửa sản phẩm vào 6. Ống truyền nhiệt. 2. Cửa sản phẩm ra 7. Khoảng khơng 3. ðường hơi vào 8. Lớp bọc cách nhiệt 4. Van xả nước ngưng 9. Chân đế 96 5. Xả khí khơng ngưng 10. Nắp thiết bị. Hình 7.5. thiết bị đun nĩng kiểu ống chùm - Nguyên tắc: Sản phẩm vào cửa (1) được đi dích dắc trong các ống (6) và sau khi đun nĩng được ra cửa (2). Hơi được cấp vào theo đường ống (3) và phân bổ vào khoảng khơng (7) truyền nhiệt cho các ống (6), nước ngưng được xả theo van (4), cịn khí khơng ngưng xả định kỳ theo van (5) . Thiết bị được bọc cách nhiệt (8), và tựa trên giá đỡ (9) . Nắp thiết bị (10) cĩ thể tháo lắp để vệ sinh ống khi cần. Thường chiều dài ống L = 2m, Φ ống = 32/34mm, vận tốc vsản phẩm = 0,2 ÷ 3m/s Cách chia ngăn trong thiết bị ống chùm: Khi cần tăng tốc độ của chất tải nhiệt để tăng hiệu quả truyền nhiệt, người ta chia thiết bị làm nhiều ngăn ( Hình 8.6) b. Thiết bị đun nĩng kiểu ống bọc ống: (hình 7.7) Ưu điểm: hệ số truyền nhiệt lớn vì cĩ thể tạo ra tốc độ lớn ở cả hai chất tải nhiệt. chế tạo đơn giản. Nhược điểm : Cồng kềnh. Giá thành cao vì tốn nhiều kim loại. Khĩ làm sạch khoảng khơng giữa hai ống Cấu tạo : 1. Cửa sản phẩm vào 4. Cửa hơi vào 2. Cửa sản phẩm ra 5. Khoảng khơng 3. Ống truyền nhiệt 6. Xả nước ngưng . 1 3 5 8 7 6 2 9 4 10 1 3 5 8 7 6 2 9 4 10 97 Hình 7.7. Thiết bị đun nĩng kiểu ống bọc ống * Nguyên tắc làm việc: ðây là loại thiết bị làm việc liên tục, hơi và sản phẩm đi ngược chiều. Sản phẩm được bơm vào cửa (1) đi trong ống truyền nhiệt (3), sau khi đun nĩng được ra cửa (2) Hơi được vào theo ống (4) và được phân bổ vào khoảng khơng (5) bọc quanh các ống truyền nhiệt (5). Nước ngưng được xả theo van xả nước ngưng (6). 1.3. Thiết bị chần - hấp: 1.3.1. Thiết bị chần - hấp trục xoắn: 1. Cấu tạo: (Hình 7.8). 1. Cửa nguyên liệu vào 4. ðường ống cấp hơi 2. Cửa nguyên liệu ra 5. ðường ống cấp nước, dung dịch 3. Trục xoắn rỗng 6. Bộ phận truyền động. 2. Nguyên tắc làm việc: Nguyên liệu cần chần vào phểu nhận (1) nhờ trục xoắn (3) chuyển dần đến cửa tháo (2). Trục xoắn (3) rỗng và cĩ đục lỗ, chuyển động nhờ hệ truyền động (6). Nước hoặc dung dịch chần được cấp vào theo đường ống (5). Hơi cấp vào theo đường ống (4) vào trục xoắn (3) thốt qua các lỗ trên trục và đun nĩng trực tiếp dung dịch chần. Thiết bị làm việc liên tục, ở áp suất thường. 1 2 3 4 5 6 1 98 Hình 7.8. Thiết bị chần hấp kiểu trục xoắn 1.3.2. Thiết bị chần băng tải: - Cấu tạo: 1. Cửa nguyên liệu vào 5. Vịi nước rửa 2. Băng tải 6. Cửa nguyên liệu ra 3. Thùng chần 7. ðường nước cấp 4. Ống hơi 8. ðường nước xả. . Hình 7.9. Thiết bị chần băng tải - Nguyên tắc làm việc: Nguyên liệu vào cửa nạp (1) và được vận chuyển trên băng tải (2) trong thùng chần (3) cĩ chứa nước nĩng hoặc dung dịch chần nĩng. Băng tải (2) được cấu tạo bằng dây xích truyền động trên cĩ gắn các lá kim loại ghép cĩ gờ ngang để giữ sản phẩm, hoặc lưới sắt hay gàu chứa vật liệu. 1 2 3 4 5 6 3 6 2 4 5 1 7 8 99 Thùng chần (1) làm bằng kim loại và cĩ nắp mở được khi cần thiết. Dung dịch hoặc nước chần được đun nĩng nhờ các ống phun hơi (4) đặt ở giữa hai nhánh băng tải. Vật liệu sau khi chần cĩ thể được làm nguội hoặc rửa sạch nhờ hệ thống vịi rửa (5). Sản phẩm sau khi chần được ra ở máng (6), thường máng cĩ độ nghiêng 400. Nước vào thiết bị theo đường cấp (7), khi cần mở xả nước hoặc dung dịch khỏi thiết bị theo đường (8). 1.3.3. Thiết bị chần kiểu thùng quay: Dùng để chần các loại nguyên liệu cĩ kích thước nhỏ và thời gian chần tương đối lâu như : ðậu cơve ... 1. Cấu tạo : Hình 7.10 1. Thùng quay 4. Trục quay phụ 2. Lá kim loại 5. Thùng chần 3. Bánh xe đỡ 6. Ống phun hơi. Hình 7.10. Thiết bị chần kiểu thùng quay 2. Nguyên tắc làm việc: Vật liệu được vào thùng quay (1) làm bằng thép lá, trên bề mặt cĩ đục lỗ φ = 3 ÷ 4mm, bên trong thùng cĩ gắn các lá kim loại (2) theo hình xoắn ốc từ đầu đến cuối thùng để chuyển vật liệu từ đầu đến cuối thiết bị, thùng quay được đặt trên các bánh xe đỡ (3) và quay được nhờ các trục quay phụ (4). Thùng quay được đặt trong thùng chần (5) bọc ngồi, chứa nước hoặc dung dịch chần và được đun nĩng nhờ hệ thống ống phun hơi (6) đặt phía dưới. 1.3.4. Thiết bị hấp băng tải: 1. Cấu tạo: Hình 7.11 : Sơ đồ máy hấp băng tải dùng để hấp chè . 1. Bộ phận gạt chè 6. Buồng làm lạnh 1 3 5 3 6 3 4 2 100 2. Hệ thống ống hơi 7. Băng chuyền làm nguội 3. Buồng hấp 8. Máng chứa chè 4. Ống thốt hơi 9. Giá đỡ 5. Ống thổi khơng khí lạnh 10. Băng chuyền hấp chè Hình 7.11. Sơ đồ máy hấp nguyên liệu chè 2. Nguyên tắc làm việc: Vật liệu nhờ bộ phận gạt (1) để phân bố đều ở băng chuyền hấp chè (10) được đặt trong buồng hấp (3). Hơi nước được phun vào phịng qua hệ thống ống phun hơi (2) và hơi ẩm được thốt ra ống (4) . Sau khi ra khỏi phịng hấp chè được rơi xuống băng chuyền (7) đi vào phịng làm nguội (6), tại đây khơng khí lạnh được thổi vào qua hệ thống ống (5) nhờ quạt ly tâm, sau đĩ vào máng chứa (8). Thường vận tốc băng chuyền 2m/ phút, thời gian hấp khoảng 2 phút. 1.4. Thiết bị làm héo: 1.4.1. Khái niệm: - Cơng đoạn làm héo được sử dụng trong sản xuất chè đen, chè xanh, trước khi qua các cơng đoạn tiếp (vị, sấy, lên men...) - Thiết bị làm việc liên tục, sử dụng khơng khí nĩng để làm héo chè nguyên liệu. + Ở sản xuất chè đen, làm héo nhằm mục đích giảm hàm lượng ẩm trong nguyên liệu từ 75 - 80% xuống cịn 60 ÷ 65% để chè trở nên mềm, tạo điều kiện cho 101 quá trình vị, lên men tiếp theo. Cơng đoạn này sử dụng khơng khí nĩng 42 ÷ 470C. với độ ẩm 20 ÷ 30%, thời gian làm héo 1 ÷ 4 giờ. + Ở sản xuất chè xanh, làm héo nhằm mục đích diệt men vốn cĩ trong nguyên liệu nhằm đình chỉ quá trình oxy hố các chất nhất là tanin, giữ cho sản phẩm cĩ màu xanh và vị chát đặc trưng. Cơng đoạn này sử dụng khơng khí nĩng 170 ÷ 1900C, thời gian diệt men 3 ÷ 6 phút. 1.4.2. Cấu tạo và nguyên tắc làm việc: 1. Cấu tạo: (Hình 7.12) Thiết bị diệt men: 1. Máng chứa nguyên liệu 6. Quạt khơng khí nĩng 2. Băng tải nâng 7. Ống thốt hơi ẩm 3. Bộ phận gạt đều 8. Máng hứng sản phẩm. 4. Băng chuyền diệt men 9. Buồng diệt men 5. Băng chuyền làm nguội. 10. Buồng làm nguội. Thiết bị áp dụng trong nhà máy sản xuất chè xanh . Hình 7.12. Thiết bị diệt men Axian- Lominatgie 2. Nguyên tắc làm việc: Nguyên liệu được đưa vào máng chứa (4) nhờ băng tải nâng (2) cĩ gắn bộ phận gạt đều (3) đưa nguyên liệu vào thiết bị. ðầu tiên nguyên liệu vào buồng diệt men (9) cấu tạo chính gồm cĩ bốn băng chuyền (4). Tại buồng (9) khơng khí nĩng được thổi qua các lớp nguyên liệu nhờ quạt Lị tạo khơng khí nĩng Máy diệt men 102 (6) hút khơng khí nĩng từ lị tạo khơng khí nĩng. Sau đĩ hơi ẩm được thốt ra theo hệ thống ống thốt (7) và được thu hồi về lị tạo khơng khí nĩng. Sau khi diệt men, nguyên liệu đến khu vực làm nguội (10) gồm ba băng chuyền (5) và rơi vào máng hứng sản phẩm (8). 3. Ưu điểm: - Dây chuyền sản xuất gọn, thuận lợi cho việc cơ khí hố, tự động hố. - Sản phẩm cĩ chất lượng cao, tỷ lệ phế phẩm ít. - Chi phí nhân cơng, nhiên liệu, điện giảm 2,5 ÷ 3 lần. 1.4.3. Thiết bị làm béo chè: Thiết bị làm việc dạng liên tục, sử dụng cho sản xuất chè đen ( hình 7.13) . Hình 7.13. Thiết bị làm héo chè kiểu Marơđalâysvili Thiết bị là một hịm kim loại kín, bên trong cĩ 5 băng chuyền phẳng theo phương nằm ngang đặt trong 5 tầng. Các tầng đều được bọc trong lưới bằng đồng thau để chè héo khỏi bay, băng chuyền chỉ làm việc mặt trên. Vật liệu đi từ băng chuyền trên cùng chuyển dần xuống các băng chuyền tiếp theo và ra khỏi thiết bị. Khơng khí nĩng được dẫn vào từ tầng 1 qua ống dẫn khí nĩng, cĩ đục lỗ đặt ở khoảng giữa vịng đai truyền của băng chuyền 1, chui qua các lớp nguyên liệu, sau đĩ nhờ tấm hướng mà khơng khí nĩng theo đường ống dẫn dồn xuống ống dẫn khơng khí nĩng của tầng 2, và tiếp tục khơng khí nĩng lần lượt luồn qua mặt trên của 5 tầng băng chuyền trước khi được dẫn thải ra khỏi máy. Ngồi ra, thiết bị cịn cĩ các cửa điều chỉnh để mở bổ sung khơng khí nĩng, lạnh vào dưới các tầng băng chuyền khi cần thiết. 103 Hỗn hợp khơng khí nĩng là khơng khí nĩng được đun nĩng trong caloriphe trộn với khơng khí hút từ bề ngồi vào ở phịng hỗn hợp cho cĩ độ ẩm và nhiệt độ theo yêu cầu. 2. THIẾT BỊ CƠ ðẶC (bốc hơi) . 2.1. Khái niệm: 2.1.1. ðịnh nghĩa: " Quá trình cơ đặc là quá trình hố hơi dung dịch để lấy chất rắn bị hồ tan cịn lại trong dung dịch ở nồng độ cao hơn " . - Dung dịch là hỗn hợp giữa dung mơi và chất rắn bị hịa tan trong dung mơi. Dung mơi thường gặp là nước. - Trong quá trình cơ đặc, hơi của dung mơi tạo ra gọi là hơi thứ cấp. Quá trình hố hơi dung mơi cĩ thể là quá trình bay hơi trên bề mặt dung dịch (tốc độ tạo hơi của quá trình này chậm), hoặc là quá trình sơi (bốc hơi) xảy ra trong tồn bộ dung dịch (tốc độ tạo hơi của quá trình lớn). Trong cơng nghiệp thường gặp quá trình bốc hơi. Quá trình bốc hơi cĩ thể xảy ra ở điều kiện áp suất thường, áp suất dư hoặc chân khơng. 2.1.2. Mục đích và phạm vi sử dụng: 1. Mục đích: Cơ đặc nhằm mục đích chuẩn bị, hoặc hồn thiện sản phẩm, hoặc nhằm mục đích chế biến hoặc mục đích tăng thời gian bảo quản cho sản phẩm. 2. Phạm vi sử dụng: - Trong sản xuất đường, mì chính . - Trong sản xuất đồ hộp rau quả: như cơ đặc cà chua, purê... - Trong cơng nghiệp chế biến sữa. 2.1.3. Phân loại thiết bị: 1. Theo nguyên lý làm việc: - Thiết bị làm việc gián đoạn. - Thiết bị làm việc liên tục. Thiết bị làm việc gián đoạn được dùng cho loại cĩ cơng suất nhỏ hoặc với dung dịch đặc cĩ độ nhớt cao mà khơng thể dùng bơm để lấy dung dịch ra, hoặc trong trường hợp khi cần bốc hơi tồn bộ dung mơi. Nhược điểm là tổn thất nhiệt lớn. Thiết bị làm việc liên tục thường gồm nhiều cấp (nhiều nồi), được sử dụng với thiết bị cĩ cơng suất lớn . Ưu điểm tổn thất nhiệt nhỏ. 104 2. Theo áp suất của dung dịch bên trong thiết bị: - Thiết bị làm việc ở áp suất dư - Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển - Thiết bị làm việc ở điều kiện chân khơng. Thường sử dụng thiết bị cơ đặc làm việc ở chân khơng trong các trường hợp sau: + Nếu ở áp suất khí quyển (Pkq) mà nhiệt độ sơi của dung dịch lớn làm phân huỷ và thay đổi chất lượng (màu sắc, mùi vị ...) của sản phẩm. Ví dụ: ðường, sữa, dịch rau quả... + Nếu ở Pkq mà nhiệt độ sơi của dung dịch lớn dẫn đến địi hỏi nhiệt độ của hơi đốt lớn. Ví dụ: dung dịch KCl ... + Với thiết bị nhiều tầng, các cấp sau hoặc cuối cùng thường phải ở điều kiện chân khơng. 3. Theo phương pháp cấp nhiệt: - Thiết bị dùng hơi nước - Thiết bị dùng nước nĩng, dầu nĩng... - Thiết bị dùng điện - Thiết bị dùng khĩi của phản ứng cháy nhiên liệu (loại cũ) 4. Theo cấu tạo thiết bị: - Thiết bị giàn ống đứng. - Thiết bị cĩ giàn ống nằm ngang, nằm nghiêng - Thiết bị cĩ buồng đốt treo - Thiết bị ống chùm, dạng hai vỏ, dạng ruột gà ... 5. Theo sự chuyển động của dung dịch trong thiết bị: - Thiết bị cơ đặc dung dịch tuần hồn tự nhiên - Thiết bị cơ đặc dung dịch tuần hồn cưỡng bức - Thiết bị cơ đặc kiểu màng chất lỏng. 2.1.4. Yêu cầu về thiết bị cơ đặc: 1. Cấu tạo chung: Về cấu tạo thiết bị cơ đặc cĩ nhiều loại, nhưng nhìn chung các thiết bị đều cĩ 3 bộ phận chính sau: - Bộ phận nhận nhiệt - Khơng gian để phân ly. 105 - Bộ phận phân ly: Nhằm để tách các giọt dung dịch cịn lại trong hơi. 2. Yêu cầu: Thiết bị cơ đặc cần đảm bảo các yêu cầu sau đây: - Thích ứng được với tính chất đặc biệt của dung dịch như : độ nhớt, tính dễ bị trào, tính ăn mịn kim loại .... - Khả năng truyền nhiệt lớn, phân bố nhiệt đều. - Tách ly hơi thứ cấp tốt, bảo đảm hơi thứ cấp sạch để cĩ thể cho ngưng tụ (khơng bám bẩn bề mặt ngưng), hoặc dùng cho cấp cơ đặc tiếp theo. - Bảo đảm tách các khí khơng ngừng con lại sau khi ngưng tụ hơi đốt. - Dễ dàng làm sạch bề mặt bên trong các ống. 2.2. Thiết bị cơ đặc đốt nĩng bằng hơi nước: ðây là loại thiết bị thơng dụng, trong đĩ ống vỏ lớn hình trụ cĩ thể đặt đứng, nghiêng hoặc nằm ngang, thơng dụng nhất là kiểu ống vỏ hình trụ đứng, vì dễ lắp đặt và chiếm ít diện tích. Tuỳ theo chuyển động của dung dịch trong thiết bị, ta phân thành ba loại sau: - Thiết bị dung dịch tuần hồn tự nhiên - Thiết bị dung dịch tuần hồn cưỡng bức - Thiết bị màng mỏng chất lỏng: dung dịch khơng tuần hồn. 2.2.1. Thiết bị cơ đặc dung dịch tuần hồn tự nhiên: 1. Khái niệm: * Lực tạo ra sự chuyển động tuần hồn tự nhiên của dung dịch trong thiết bị gây nên là do độ chênh khối lượng riêng của dung dịch đưa vào (chưa đốt nĩng) và của dung dịch được đốt nĩng (hỗn hợp hơi và lỏng), từ đĩ tạo nên độ chênh áp suất ∆P. ∆P = H ( ρl - ρ ) = Σ ∆Pms + Σ ∆Pcb + ρ. 2 2ω Trong đĩ: ∆P : ðộ chênh áp suất . H : Chiều cao cột chất lỏng . ρl : Khối lượng riêng của dung dịch đưa vào. ρ : Khối lượng riêng của hổn hợp hơi và dung dịch, ∆Pms : Tổn thất áp suất do ma sát. ∆Pcb : Tổn thất áp suất cục bộ. ω : Tốc độ của dung dịch tuần hồn. 106 * Bội số tuần hồn K : K = W G Trong đĩ: G : Khối lượng dung dịch tuần hồn , (kg/ s) W : Lượng hơi thứ cấp tạo thành, (kg/ s) Với : G = 0,785 nd2ω ρ, (kg/ s) Trong đĩ : n : Số ống d : ðường kính trong của ống , (m) ω : Tốc độ tuần hồn ; (m/s) ρ : Khối lượng riêng của dung dịch, (kg/m3) ρ = ρr - b + ςn (1 - b) ρr : Khối lượng riêng của chất rắn hịa tan. ρl : Khối lượng riêng của dung mơi. B : Nồng độ dung dịch. Thường trong các thiết bị thì K = 20 ÷ 30 . * Phân loại : Tùy theo vị trí giàn ống mà ta cĩ: - Thiết bị với giàn ống đứng. - Thiết bị với giàn ống nằm ngang . - Thiết bị với giàn ống nằm nghiêng. 2. Thiết bị: a. Thiết bị cơ đặc tuần hồn tự nhiên giàn ống đứng: (Hình 8.13) : Thiết bị cĩ ống xuống đưa dung dịch vào là một hoặc vài ống cĩ đường lớn và đặt giữa giàn ống truyền nhiệt. (Hình 8.14, hình 8.15) : Thiết bị cĩ ống xuống đưa dung dịch vào đặt ở ngồi giàn ống. * Cấu tạo: (Hình 8.13, 8.14,8.15) 1. Giàn ống truyền nhiệt 6. ðường sản phẩm ra 2. Khơng gian phân ly 7. ðường cấp hơi đốt 3. Ống xuống đưa dung dịch 8. ðường tháo nước ngưng 4. Bộ phân ly 9. ðường hơi thứ ra 107 5. ðường dung dịch vào . 10. Xả khí khơng ngưng * Nguyên tắc hoạt động: Dung dịch đưa vào thiết bị theo cửa (5) rồi theo ống xuống (3) chảy xuống dưới, vì ống cĩ đường kính lớn nên ít bị đốt nĩng hơn (Hình 8.13), hoặc nếu đặt ở ngồi (hình 8.14, hình 8.15) thì hồn tồn khơng bị đốt nĩng nên dung dịch cĩ khối lượng riêng lớn, sau đĩ dung dịch đi vào các ống nhỏ của giàn ống truyền nhiệt (1), nhận nhiệt tạo ra hơi bão hịa ẩm (hỗn hợp lỏng và hơi) nên cĩ khối lượng riêng nhỏ và chuyển động lên phía trên. Sau đĩ hơi thốt qua khơng gian phân ly (2) và qua bộ phân ly (4) thốt ra theo đường ống (9). Dung dịch lẫn trong hơi bị cản lại và quay về giàn ống, dung dịch cứ tuần hồn như vậy đến khi đạt nồng độ yêu cầu được tháo ra ở cửa dưới (6). Hơi đốt được cấp vào và theo đường ống (7), sau khi truyền nhiệt, nước ngưng tụ được tháo qua đường ống (8), cịn khí khơng ngưng được xả định kỳ theo đường ống (10) . Thiết bị cĩ ống xuống đặt ở ngồi thì tạo lực tuần hồn lớn hơn. Thực tế cho thấy loại này khi hiệu nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch ∆t = 200C và chiều dài ống truyền nhiệt l = 5m thì tốc độ tuần hồn của dung dịch đạt tới ω = 2 ÷ 3 m/s. b. Thiết bị cơ đặc tuần hồn tự nhiên với 2 giàn ống đứng: Hình 7.13: Hình 7.14 Hình 7.15: 108 - Thiết bị này thường dùng để cơ đặc dung dịch dễ kết tinh hoặc sủi bọt. - Ưu điểm: Cĩ thể tháo rời và vệ sinh sửa chữa một trong hai giàn ống, cịn giàn ống kia vẫn hoạt động bình thường. * Cấu tạo: Hình 7.16 I. Thân thiết bị. II. Giàn ống truyền nhiệt (hai giàn) Thiết bị cĩ cùng chung khơng gian phân ly và bộ phân ly 1. Ống nối 6. ðường tháo nước ngưng . 2. Bộ phân ly 7. ðường hơi thử 3. Bộ phân tách tinh thể 8. ðường dung dịch vào 4. Ống xuống 9. ðường sản phẩm ra . 5. Van hơi . c. Thiết bị cơ đặc tuần hồn tự nhiên cĩ giàn ống đứng đặt thấp hơn so với miệng ra của hơi : Thiết bị này thường dùng để cơ đặc dung dịch dễ kết tinh: * Cấu tạo: (Hình 7.17) Hình 7.16:Thiết bị cơ đặc tuần hồn tự nhiên với 2 giàn ống đứng 109 1. Giàn ống truyền nhiệt 6. ðường hơi thứ ra 2. Khơng gian phân ly 7. ðường dung dịch vào 3. Ống xuống 8. ðường sản phẩm ra . 4. Lá chắn 9. ðường cấp hơi 5. Bộ ổn định dịng 10. ðường tháo nước ngưng. * Nguyên lý hoạt động: Vì giàn ống truyền nhiệt đặt thấp, nên áp suất P trong giàn ống (1) lớn hơn áp suất tại miệng ra ρs ở bộ phân ly (2), nên dung dịch được quá nhiệt (cĩ nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ sơi ứng ρs) và chưa sơi. Do đĩ tại bề mặt giàn ống khơng xảy ra kết tinh (làm giảm quá trình truyền nhiệt) . Quá trình tự sơi xảy ra tại miệng ống ra ở khơng gian phân ly và kết tinh cũng xảy ra. Các tinh thể rơi xuống và lấy ra tại mặt sàn dưới và đưa đến bộ phận tách tinh thể riêng. ðể thiết bị làm việc ổn định, ở miệng ống ra của hơi đặt thêm bộ phận ổn định dịng (5) là cụm ống trơn. Hình 7.17: Thiết bị cơ đặc tuần hồn tự nhiên cĩ giàn ống đứng đặt thấp hơn so với miệng ra của hơi 110 d. Thiết bị cơ đặc tuần hồn tự nhiên cĩ dàn ống nằm ngang : * Cấu tạo: (Hình 7.18): 1. Thân thiết bị 6. ðường hơi thứ ra 2. Giàn ống truyền nhiệt 7. ðường cấp hơi đốt 3. Bộ phận kết tinh 8. ðường tháo nước ngưng 4. ðường dung dịch vào 9. ðường tháo khơng khí ngưng 5. ðến bộ phận tách tinh thể 10. ðường sản phẩm ra. Hình * Nguyên lý hoạt động: Sự tuần hồn dung dịch được nhờ độ chênh áp suất của dung dịch ở đầu vào và đầu ra của giàn ống. - Ưu điểm: Vì giàn ống hình chữ U được đặt trong phịng cĩ bánh xe nên dễ dàng tách giàn ống khỏi thiết bị để sửa chữa hoặc vệ sinh. - Nhược điểm: Do độ chênh áp suất nhỏ nên tốc độ tuần hồn nhỏ và hệ số truyền nhiệt kém . e. Thiết bị cơ đặc tuần hồn tự nhiên cĩ giàn ống nằm nghiêng: 1 1 2 3 4 5 5 Hình 7.18 111 Thường sử dụng cho các dung dịch dễ kết tinh. * Cấu tạo: (Hình 7.19) 1. Bộ phân ly 6. ðáy cĩ lỗ 2. Giàn ống truyền nhiệt 7. ðường cấp hơi hoặc nước rửa thiết bị 3. Bộ kết tinh 8. ðường dung dịch ra 4. Van xả 9. Xả khí khơng ngưng 5. Van hơi 10. ðường dung dịch vào. - Ưu điểm: Chiếm ít khơng gian và vệ sinh thiết bị dễ - Nhược điểm: Lắp ráp thiết bị phức tạp. 2.2.2. Thiết bị cơ đặc dung dịch tuần hồn cưỡng bức; 1. Khái niệm: - Thiết bị được sử dụng khi cơ đặc các loại dung dịch cĩ độ nhớt lớn mà tuần hồn tự nhiên khĩ thực hiện . Hơi thứ cấp 1 Hình 7.19 9 5 8 7 6 10 3 4 112 - Thiết bị làm việc được khi điều kiện hiệu số nhiệt độ cĩ ích nhỏ (hiệu nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch) : 3 ÷ 50C, và lúc này cường độ tuần hồn chỉ phụ thuộc vào bơm. - ðể tạo ra lực đẩy dung dịch chuyển động thường sử dụng bơm ly tâm hoặc hướng trục . - Thường chọn tốc độ của dung dịch trong ống từ 1,5 ÷ 3,5 m/s, nếu chọn ω > 3,5m/s sẽ tiêu tốn điện năng cho bơm mà cơng suất thiết bị khơng tăng nhiều. Với dung dịch cĩ kết tinh nên chọn ω > 2,5m/s, lúc này quá trình sơi chỉ xảy ra một phần nhỏ ở đầu ra cửa giàn ống nên kết tinh khơng xảy ra bên trong ống. - Thiết bị cĩ hệ số cấp nhiệt lớn hơn so với tuần hồn tự nhiên gấp 3 ÷ 4 lần và hầu như khơng cĩ hiện tượng bám cận trên bề mặt truyền nhiệt. 2. Thiết bị: * Cấu tạo:Hình 7.20 1. Giàn ống truyền nhiệt 2. Khơng gian phân ly 3. Ống xuống 4. Bộ phân ly 5. Bơm ly tâm 6. ðường cấp hơi 7. ðường dung dịch vào 8 ðường hơi thứ ra 9. ðường xả nước ngưng 10. ðường dung dịch ra . * Cấu tạo: Hình 7.21 1. Giàn ống truyền nhiệt Hình 7.20 113 2. Khơng gian phân ly 3. Bơm 4. Bộ phận tách bọt. 5. Ống tuần hồn 6. ðường cấp hơi 7. ðường tháo nước ngưng 8. ðường dung dịch vào 9. ðường sản phẩm ra 10. ðường hơi thứ ra. 11. Bộ phận phân ly. 2.2.3. Thiết bị cơ đặc kiểu màng chất lỏng: 1. Khái niệm: - Trong thiết bị, quá trình bay hơi tiến hành trên các màng dung dịch mỏng, và dung dịch đi qua giàn ống một lần mà khơng cĩ sự tuần hồn, thiết bị làm việc liên tục. - ðược sử dụng trong cơng nghiệp đường và sản xuất mật tinh bột cũng thích hợp đối với các dung dịch cĩ bột hoặc các loại dung dịch rất nhạy với nhiệt độ cao. - Ưu điểm: Do tạo được tốc độ lớn nên hệ số truyền nhiệt cao . - Nhược điểm: + Vì chiều dài ống truyền nhiệt lớn (6-9m), đường kính nhỏ (50mm) nên khĩ vệ sinh ống, và ống dễ bị dãn nở nhiều. + Nhà sản xuất cần chiều cao lớn. + Khơng thích hợp đối với dung dịch cĩ độ nhớt lớn và dung dịch dễ kết tinh. 2. Thiết bị: Hình 7.21 114 a. Thiết bị cơ đặc kiểu màng, dung dịch đi từ dưới lên: * Cấu tạo: Hình 7.22 1. Giàn ống truyền nhiệt 5. ðường cấp hơi đốt 2. Khơng gian phân ly 6. ðường tháo nước ngưng 3. Bộ phận phân ly 7. ðường dung dịch vào 4. ðường dung dịch ra 8. ðường hơi thứ ra * Nguyên tắc làm việc: Dung dịch chỉ chiếm khoảng 1/4 đến 1/5 chiều dài của ống (1). Tại đây khi dung dịch sơi tạo nên các bọt hơi và các bọt hơi này kéo theo chất lỏng tạo nên màng mỏng chất lỏng quanh trong ống với tốc độ lớn ( ≈ 20m/s), quá trình tạo hơi chủ yếu từ màng chất lỏng này. Hổn hợp hơi và lỏng vào khơng gian phân ly (2) và hơi thứ cấp được tách ra, dung dịch cịn lại với nồng độ cao được lấy ra theo cửa (4) Hiệu quả thiết bị phụ thuộc vào mức nạp đầy dung dịch trong ống. Nếu nhiều dung dịch xảy ra sơi khơng mãnh liệt, dẫn đến tốc độ dịng nhỏ và năng suất thiết bị nhỏ. Hình 7.23 Hình 7.22 115 Nếu quá ít dung dịch, xảy ra sự sơi mãnh liệt và phần trên của ống là tồn bộ hơi nên khơng thu được dung dịch đặc. b. Thiết bị cơ đặc kiểu màng, dung dịch đi từ trên xuống. * Cấu tạo: (Hình7.23) 1. Giàn ống truyền nhiệt 5. ðường cấp hơi đốt 2. Khơng gian phân ly 6. ðường tháo nước ngưng 3. Bộ phận phân ly 7. ðường dung dịch vào 4. ðường dung dịch ra 8. ðường hơi thứ ra 9. Xả khí khơng ngưng 2.2.4. Phân ly hơi thứ cấp: Hơi thứ cấp khi tạo thành luơn theo một lượng nhất định các hạt chất lỏng dung dịch, nhiệm vụ của sự phân ly ở đây là phải tách các hạt chất lỏng dung dịch ra khỏi hơi thứ cấp và cho quay về dung dịch. 1. Mục đích của phân ly hơi thứ cấp: 1. Làm sạch hơi thứ cấp: Nhằm đảm bảo vấn đề mơi trường nếu thải hơi thứ cấp trực tiếp ra ngồi, cịn nếu sử dụng để làm hơi đốt cho cấp sau thì sẽ khơng bám bẩn bề mặt ống truyền nhiệt làm giảm khả năng truyền nhiệt. 2. Thu hồi nhằm giảm tổn thất của dung dịch cơ đặc. 2.3.2. Phương pháp phân ly: Bộ phận làm sạch hơi thứ cấp gọi là bộ phân ly Người ta sử dụng các phương pháp vật lý sau để phân ly. 1. Phương pháp sử dụng lực trọng trường: Nhờ lực trọng trường mà các hạt chất lỏng to sẽ rơi xuống. 2. Phương pháp sử dụng lực dính ướt: Khi các hạt chất lỏng chạm vào bề mặt vách rắn, lực dính ướt sẽ làm dính các hạt chất lỏng trên bề mặt và chảy xuống. 3. Phương pháp dùng lực ly tâm: Hướng dịng hơi thứ cấp quay trịn, nhờ lực li tâm các hạt chất lỏng bị văng ra ngồi và chạm vào vách rắn và chảy xuống. Nhiều trường hợp ba phương pháp trên được sử dụng kết hợp ở những mức độ khác nhau trong bộ phân ly. 3. THIẾT BỊ RÁN VÀ CHIÊN: 3.1. Khái niệm: Rán và chiên là khâu quan trọng đối với quá trình chế biến một số mặt hàng đồ hộp và thức ăn sẵn từ thịt cá, mì ăn liền ... 116 Rán là làm chín sản phẩm từng mặt bằng dầu mỡ, thường thực hiện bằng phương pháp thủ cơng, năng suất nhỏ Chiên là làm chín sản phẩm nhiều mặt ngập trong dầu mỡ, thường dùng trong cơng nghiệp 3.1.1. Mục đích của quá trình chiên và rán: - Làm tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm: giảm lượng ẩm của sản phẩm đồng thời tăng hàm lượng chất khơ và dầu mỡ cho sản phẩm. - Làm tăng giá trị cảm quan của sản phẩm: sản phẩm sau khi rán hoặc chiên cĩ màu sắc và đẹp, săn chắc, dịn, cĩ mùi thơm dễ chịu. - Tiêu diệt các enzim và vi sinh vật trong sản phẩm, vì rán và chiên thực hiện ở nhiệt độ cao từ 120 - 1700C nên chúng bị tiêu diệt hồn tồn. 3.1.2. Những biến đổi của nguyên liệu trong rán và chiên: Nguyên liệu đưa vào rán hoặc chiên thường gồm: rau như cà tím, quả như chuối, thịt cá, các sản phẩm từ bột nhão: mì ăn liền, các loại bánh từ bột ngơ, khoai, sắn... Do nguyên liệu tiếp xúc với nhiệt độ cao nên xảy ra những biến đổi sau: + ðối với rau quả : Khơng khí và hơi nước trong các gian bào của nguyên liệu thốt ra làm cho thể tích nguyên liệu giảm. Protit trong rau, quả bị biến tính ngay ở nhiệt độ 60 -650C nên mất khả năng giữ ẩm. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao gây tổn thất chất khơ và vitamin. ðồng thời với quá trình thốt khí và ẩm của nguyên liệu, dầu rán thấm vào nguyên liệu làm tăng giá trị sản phẩm (tăng chất béo cho sản phẩm)
Về biến đổi sinh học: đường trong nguyên liệu bị caramen hố làm cho sản phẩm cĩ màu vàng nâu. Protopectin chuyển thành pectin hịa tan, clorofin chuyển thành fiofitin làm cho nguyên liệu cĩ màu vàng, nếu nguyên liệu rán hoặc chiên cĩ màu của carotennoic thì màu này sẽ hịa tan vào dầu rán hoặc chiên. + ðối với thịt, cá: - Protit bị biến tính từ nhiệt độ 60 - 650C và đến 90 - 950C thì nĩ sẽ biến tính hồn tồn, mất khả năng giữ nước làm cho thịt, cá co lại và săn chắc. Mặt khác protit kim loại ẩm nhiệt lớp dầu lớp vỏ nâu Sự chuyển khối trong quá trình rán và chiên 117 biến tính ở nhiệt độ cao thường làm đứt các liên kết lưu huỳnh và nhĩm amin tạo ra H2S và NH3 - Phản ứng caramen hố xảy ra mạnh, đặc biệt là thịt, cá cĩ tẩm bột trước khi rán hoặc chiên, làm cho sản phẩm cĩ mùi thơm và màu sắc vàng đẹp. Trong thịt, cá cĩ mơ liên kết colagen ở nhiệt độ 600C nĩ khơng bị đơng tụ là hút nước mạnh làm cho nguyên liệu mềm, bở, mất độ cứng cơ học cần thiết. Vì vậy khơng rán thịt, cá kéo dài ở nhiệt độ 600C mà phải tiến hành nhanh ở nhiệt độ cao. + ðối với các sản phẩm từ bột: Các sản phẩm này thành phần chủ yếu là tinh bột nên quá trình đầu tiên là hồ hố tinh bột, tiếp theo là quá trình caramen hố tạo cho sản phẩm cĩ màu vàng rơm. Các sản phẩm từ bột cĩ khả năng thấm dầu trong quá trình rán hoặc chiên nhiều hơn so với rau quả và thịt, cá. * Những biến đổi của dầu trong quá trình rán và chiên: Chiên hoặc rán thường tiến hành ở nhiệt độ 120 - 1700C nên dầu chiên thường cĩ những biến đổi sau: + Biến đổi về lý học: Dầu bị thủy phân làm cho chỉ số axit của dầu tăng. Glixerin là sản phẩm thủy phân của dầu bị oxy hố tạo thành chất độc đối với cơ thể con người, vì vậy phải làm thốt khí tốt ở các lị rán hoặc chiên. Trong quá trình rán và chiên dầu bị ơi, khét do tích tụ các peroxit, andehyt , axeton.. Những chất này dễ bay hơi nên ít ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm. Sự biến đổi của dầu ảnh hưởng lớn đến chất lượng của sản phẩm rán hoặc chiên, vì vậy khi dầu chiên đã vượt quá các chỉ tiêu cho phép cần phải thay dầu trong thiết bị chiên Yêu cầu của dầu chiên hoặc rán: cĩ mùi đặc trưng của dầu, khơng cĩ mùi ơi, khét, màu sắc sáng, khơng cĩ cặn, độ ẩm và các chất bay hơi ≤ 0,3%. ðộ axit trước khi chiên từ 0,2 - 0,4%, trong khi chiên đảm bảo trong khoảng 1 - 3% khi đã vượt trên 4% thì phải thay dầu. 3.1.3. Yêu cầu đối với thiết bị chiên rán: - Bảo đảm dây chuyền làm việc liên tục. - Bảo đảm yêu cầu sản xuất tối đa với lượng dầu khơng đổi trong thiết bị là tối thiểu. - Bảo đảm chênh lệch nhiệt độ giữa thiết bị truyền nhiệt và dầu càng nhỏ càng tốt. - Bảo đảm dầu luân chuyển đều và khơng tạo ra điểm nhiệt độ cục bộ trong bể chứa dầu. - Thiết bị cần cĩ bộ phận làm nguội nhanh. 3.1.2. Phân loại thiết bị chiên rán: 118 1. Theo phương thức làm việc: - Thiết bị rán làm việc gián đoạn: Thường là thủ cơng. - Thiết bị rán làm việc liên tục. 2. Theo phương pháp cấp nhiệt: - Thiết bị rán đốt bằng lửa - Thiết bị rán đốt bằng hơi. - Thiết bị rán dùng điện. Trong đĩ thiết bị rán làm việc liên tục đốt bằng hơi, được dùng phổ biến nhất. 3.2 Thiết bị và yêu cầu kĩ thuật của quá trình chiên: Thiết bị chiên chủ yếu gồm 2 bộ phận : Chiên và làm nguội Cấu tạo của thiết bị chiên gồm: Thùng chiên trong đĩ chứa: Băng tải xích để kéo các nguyên liệu chiên, dầu chiên, dàn ống đốt nĩng dầu chiên thường dùng bằng hơi nước, nước quá nhiệt, và lớp gối nước. Nếu cắt tiết diện ngang thiết bị chiên ta thấy: 1. Lớp dầu hoạt động là lớp tiếp xúc trực tiếp với nguyên liệu chiên, thường cao 85 - 115 mm. 2. Lớp dầu đốt nĩng là lớp tiếp xúc với giàn ống truyền nhiệt, dày từ 35 - 85mm 3. Lớp dầu thụ động là lớp tiếp giáp với lớp gối nước dày 25 - 35mm để ngăn cách giữa lớp dầu đốt nĩng và lớp gối nước. 4. Lớp gối nước là lớp cuối cùng ở đáy, để làm giảm lượng dầu chiên trong thiết bị và là nơi chứa các cặn, các mảnh nguyên liệu bị cháy tách ra trong quá trình chiên, tránh cho dầu bị sẩm màu. Lớp gối nước thường chiếm 75 - 85% lượng dầu chiên, yêu cầu nhiệt độ lớp gối nước ≤ 700C. Thiết bị : 3.2.1. Thiết bị chiên rán đốt bằng lửa: - Thường gặp ở các cơ sở nhỏ, thủ cơng. - Nhiên liệu dùng là : Than, củi gỗ, dầu hỏa hay hơi đốt. Thiết bị là thùng hoặc chảo bằng kim loại thường là gang đúc, đáy tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa. - Nhược điểm: + Năng suất thấp, làm việc gián đoạn. + Nhiệt độ dầu khơng đều, khĩ khống chế nhiệt độ nên chất lượng sản phẩm rán khơng đồng đều. + Tiêu hao dầu và nhiên liêụ lớn. + Khĩ đảm bảo điều kiện vệ sinh cơng nghiệp 119 3.2.2. Thiết bị chiên rán liên tục, dùng hơi, kiểu băng chuyền: 1. Cấu tạo: (Hình7.24) 1. Thùng rán 6. Buồng ra sản phẩm 2. Băng chuyền dây xích 7. Bổ sung dầu bằng phao 3. Nắp chĩp 8. Van xả 4. Bộ phận làm nguội 9. ðường cấp hơi 5. Tiếp nhận nguyên liệu 10. Bộ phận thổi khơng khí lạnh. Hình 7.24. Thiết bị chiên rán đốt bằng hơi kiểu băng chuyền Thiết bị chính cĩ dạng hình chữ nhật, đáy hình chĩp, chiều dài thùng L = 2,5 ÷ 11m, chiều rộng R = 0,8 ÷ 2m, cao H = 0,8 ÷ 1m. ðể tiết kiệm và giữ chất lượng dầu rán, trong thiết bị thường cĩ lớp "gối nước", phía trên là lớp dầu. Cần chú ý là lớp gối nước khơng được tiếp xúc với bộ phận đun nĩng để tránh hiện tượng sơi nước. Khoảng cách lớp dầu nước cách ống truyền nhiệt 15 - 20 cm, và nhiệt độ lớp gối nước được giữ < 600C, bằng cách cho nước luân lưu. Vận tốc dầu đối lưu trong thiết bị khoảng 0,8 ÷ 1m/s 2. Nguyên tắc làm việc: Nguyên liệu được cấp vào tại bàn tiếp nhận (5) được đựng trong các khay, giỏ và được mĩc vào hệ thống dây xích của băng chuyền (2), được vận chuyển vào thùng rán (1), sau đĩ được đến buồng làm nguội (4) nhờ hệ thống thổi khơng khí lạnh (10). Tại buồng làm nguội nguyên liệu được vận chuyển dích dắc theo phương ngang hoặc thẳng đứng, sau đĩ được tháo tại buồng ra sản phẩm (6) Hơi đốt được cấp theo đường ống (9) vào giàn ống truyền nhiệt đặt trong lớp dầu, để điều chỉnh và bổ sung lượng dầu trong quá trình rán nhờ bộ phận bổ sung dầu (7) bằng phao, được minh họa bằng sơ đồ hình 7.25 120 Hình 7.25. Cơ cấu điều chỉnh mức dầu - nước 3.2.3. Thiết bị rán liên tục, dùng điện, khơng cĩ lớp gối nước: . Cấu tạo: Hình 7.26 1. Băng chuyền 4. Bộ phận nạp nguyên liệu 2. Bộ phận điện trở . 5. Nắp thùng. 3. Thùng rán 6. Bộ truyền động. 3.2.4. Thiết bị rán dùng điện, cĩ lớp gối nước: 1. Băng tải nạp nguyên liệu 4. Bộ phận làm mát 2. Bộ phận điện trở . 5. Nắp chĩp 3. Thùng rán 6. Van cấp dầu. Mức dầu Dầu Mức nước Nước dầu Hình 7.26. Thiết bị chiên rán liên tục, dùng điện, khơng cĩ lớp gối nước 121 Hình 7.27. Thiết bị chiên rán liên tục, dùng điện, cĩ lớp gối nước Ở hình 7.28. và 7.29 là sơ đồ mơ tả một kiểu thiết bị chiên liên tục cĩ hệ thống băng tải chuyển bán thành phẩm vào thùng chiên được thiết kế theo yêu cầu của từng loại sản phẩm Hình 7.28. Thiết bị chiên liên tục 122 Hình 7.29. Cách bố trí hệ thống băng chuyền trong thiết bị chiên liên tục a) cho các sản phẩm dễ chìm và mỏng ( như cá cắt dạng thanh mỏng) b) cho các sản phẩm cĩ tẩm bột c) cho các sản phẩm nhẹ dễ nổi trên dầu ( như snack) cho 2 kiểu 4. THIẾT BỊ THANH TRÙNG: 4.1. Khái niệm: 4.1.1. Các phương pháp thanh trùng: Dựa vào phương pháp cấp nhiệt mà phân thành: 1. Phương pháp thanh trùng bằng nhiệt: dùng chất tải nhiệt là : nước nĩng hay hơi nước bão hồ. 2. Phương pháp thanh trùng bằng dịng điện cao tần. 3. Phương pháp thanh trùng bằng các tia năng lượng. Trong đĩ phương pháp thanh trùng bằng nhiệt là được sử dụng phổ biến trong cơng nghiệp thực phẩm vì đơn giản và hiệu quả cao (hiệu quả thanh trùng và hiệu quả kinh tế) 4.1.2. Phân loại thiết bị: 1. Theo phương thức làm việc; - Thiết bị thanh trùng làm việc gián đoạn: - Thiết bị thanh trùng làm việc liên tục 123 2. Theo áp suất tạo ra trong thiết bị. - Thiết bị thanh trùng làm việc ở áp suất thường - Thiết bị thanh trùng làm việc ở áp suất cao. 3. Theo cấu tạo: - Thiết bị thanh trùng kiểu đứng, kiểu nằm ngang . - Thiết bị thanh trùng kiểu băng tải, kiểu trục quay. - Thiết bị thanh trùng kiểu bản mỏng. 4.2. Thiết bị: 4.2.1. Thiết bị thanh trùng làm việc gián đoạn: 1. Thiết bị thanh trùng cao áp, kiểu nằm ngang: a. Cấu tạo ( Hình 7.30) 1. Thân nồi 6. Ống phân phối hơi 2. Nắp cầu lõm 7. Xả khí 3. Xe chứa sản phẩm 8. Van an tồn và áp kế 4. Cơ cấu tay quay 9. Xả nước ngưng 5. Van cấp hơi. 10. Bánh xe chốt b. Nguyên tắc làm việc: Xe chứa sản phẩm (3) được đẩy vào thiết bị trên đường ray, nắp dạng cầu lõm (2). ðĩng mở được nhờ cơ cấu tay quay (4) . ðược đĩng kín nhờ bánh xe chốt (10). Hơi được cấp qua van (5) vào ống phân phối hơi (6) đặt trên và dưới thiết bị, sau khi truyền nhiệt nước ngưng được tháo qua đường xả (9). Ban xả khí (7) dùng để xả khí trước khi cấp hơi vào thanh trùng và để xả hơi thừa sau khi thanh trùng để cân bằng áp suất khí quyển trước khi tháo sản phẩm. Hình 7.30. Thiết bị thanh trùng cao áp, kiểu nằm ngang 124 - Ưu điểm: + Năng suất lớn. + Thao tác điều chỉnh đơn giản. - Nhược điểm: + Thiết bị cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích. + Chi phí hơi và nước lớn . + Thời gian thao tác lâu. 2. Thiết bị thanh trùng cao áp, kiểu đứng. a. Cấu tạo:( hình 7.31) Hình 7.31. Thiết bị thanh trùng cao áp kiểu đứng 1. Thân thiết bị 6. Ống cấp hơi 2. nắp 7.Van xả khí 3. ðối trọng 8. Xả nước ngưng 4. Giỏ đựng sản phẩm 9. Ống nối 5. Chốt khĩa 10. Nhiệt kế 11. Van an tồn 125 b. Nguyên tắc làm việc: Giỏ đựng sản phẩm (4) được tời điện hoặc cẩu đưa vào thiết bị. Nắp (2) đĩng mở nhờ đối trọng (3) và được đĩng kín nhờ các chốt (5). Hơi được cấp vào theo đường ống (6) và ống phun hơi đặt dưới đáy thiết bị cĩ dạng hình chữ thập hoặc uốn vịng, nước ngưng được tháo theo đường ống (8), van xả khí (7) dùng để xả khí trước khi cấp hơi thanh trùng và để xả hơi thừa sau khi thanh trùng nhằm cân bằng áp suất khí quyển trước khi tháo sản phẩm.Ống nối (9) được nối giữa và đáy nồi cĩ gắn nhiệt kế (10) và áp kế nhằm đảm bảo nhiệt kế chỉ đúng nhiệt độ thanh trùng. - Ưu điểm: + Cấu tạo gọn, chiếm ít diện tích. + Thao tác thuận lợi, dễ cơ giới hố. + Làm việc tương đối vạn năng. - Nhược điểm: Năng suất thấp 4.2.2. Thiết bị thanh trùng làm việc liên tục. 1. Thiết bị thanh trùng thủy lực: a. Khái niệm: - Thường được sử dụng để thanh trùng đồ hộp. - ðây là thiết bị thanh trùng làm việc liên tục, hoạt động ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển. - Nguyên tắc áp suất cao trong thiết bị bằng chiều cao cột nước. b. Cấu tạo: c. Nguyên tắc làm việc: Băng tải (5) chuyển đồ hộp đầu tiên qua nhánh (1), ở đây đồ hộp được đun nĩng dần, tiếp tục đến phịng hơi (2) để thanh trùng, điều chỉnh áp suất trong phịng (2) bằng cách điều chỉnh chiều cao mực nước ở hai nhánh (1) và (3), đồng thời điều chỉnh thời gian thanh trùng bằng vận tốc băng tải. Sau đĩ sản phẩm đến nhánh (3) để làm nguội dần và được đưa đến thùng lạnh (4) để làm nguội hẳn. Nhiệt độ thanh trùng của thiết bị là 115 ÷ 126 0C. Năng suất thiết bị đạt 200 . 360 hộp / phút . * Nếu cột nước cao 10m thì áp suất dư được tạo ra tăng 1at (≈ 9,8 . 104N/m2) nghĩa là áp suất tuyệt đối 19,6.104 N/m2. lúc này nước sơi ở 120 0C. Nếu áp suất dư là 19,6.104 N/m2. áp tuyệt đối là 29,4.104 N/m2 ) thì nước sơi ở 133 0C. 5 126 Hình 7.32 : Thiết bị thanh trùng thủy lực Carvallo (Pháp) 2. Thiết bị thanh trùng bản mỏng: a. Khái niệm: - ðược sử dụng để thanh trùng nước quả, bia, sữa... - Thiết bị làm việc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển. - quá trình truyền nhiệt dạng khung bản. b. Cấu tạo và nguyên tắc làm việc: Các thiết bị loại này tuy khác nhau về cấu tạo nhưng đều cĩ nguyên tắc làm việc giống nhau. * Hình 7.33a là sơ đồ làm việc của thiết bị (sơ đồ lưu thơng của dung dịch, chất tải nhiệt và nước làm nguội) . Nâng nhiệt sơ bộ của dịch mới vào bằng nhiệt toả ra của dịch đã thanh trùng (từ nhiệt độ t1 đến t2) tại ngăn nâng nhiệt sơ bộ (I), sau đĩ dịch được nâng nhiệt độ từ t2 đến nhiệt độ thanh trùng t3 và được duy trì ở nhiệt độ thanh trùng trong khoảng thời gian nhất định tại ngăn thanh trùng và duy trì (II), tiếp tục dịch được làm nguội sơ bộ bằng cách truyền nhiệt cho dịch mới vào và hạ nhiệt độ từ t3 xuống t4 tại ngăn làm nguội sơ bộ (III) và cuối cùng dịch được làm nguội hẳn bằng chất tải lạnh (nước hoặc nước muối) hạ nhiệt từ t4 xuống t5 tại ngăn làm nguội (IV) 1,3. Hai nhánh cột nước 2. phịng hơi 4. thùng nước lạnh 5. băng tải 4 1 2 127 Hình 7.33a. Sơ đồ làm việc của thiết bị thanh trùng bản mỏng Thiết bị thanh trùng bản mỏng: ðây là loại thiết bị làm việc liên tục ở áp suất hơi nước cao hơn áp suất khí quyển. Thiết bị thanh trùng này thường được dùng để thanh trùng các loại nước quả trước khi cho vào bao bì (bao bì đã được thanh trùng trước). Cấu tạo chủ yếu của nĩ là các bản mỏng bằng thép khơng rỉ, lượn sĩng hoặc phẳng nhưng cĩ vạch định hướng khi xếp và ép các bản mỏng lại, các lỗ tạo thành rãnh thơng kín, cĩ các khoang chứa sản phẩm và các khoang chứa chất tải nhiệt hoặc nước làm nguội được xen kẽ nhau. Do cĩ cấu tạo như vậy nên nước quả chảy trong khoang kín thành lớp mỏng và được truyền nhiệt từ 2 mặt bên nên thời gian thanh trùng nhanh, ít làm biến đổi chất lượng sản phẩm. Nước quả vào Nước quả ra Nước lạnh Nước nĩng 128 Hình 7.33b: Thiết bị thanh trùng bản mỏng Alfa Laval 3. Thiết bị thanh trùng kiểu băng tải: a. Khái niệm: - Thường dùng để thanh trùng sản phẩm chứa trong bao bì (chai, lon, hộp) nhất là trong cơng nghệ bia. - Vận chuyển sản phẩm là các băng tải lưới. - Dựa vào sự chuyển động của sản phẩm mà cĩ thể phân thành; + Thiết bị thanh trùng kiểu tuyến tính + Thiết bị thanh trùng kiểu dích dắc. b. Cấu tạo và nguyên tắc làm việc: Hình 7.34. Thiết bị thanh trùng kiểu Tunen phun tuyến tính 1. Vùng nâng nhiệt sơ bộ 6. Giàn ống phun nước 2. Vùng thanh trùng 7. băng tải lưới 3. Vùng làm nguội 8.Chai thành phẩm 4. Vùng làm mát 9. Bể thu hồi nước 1 129 5. Vùng làm lạnh Hình 7.34. Thiết bị thanh trùng kiểu Tunen phun tuyến tính Kiểu máy tunen này được gọi là tuyến tính vì chai chạy trong thiết bị theo một đường thẳng vào ở đầu máy và ra ở cuối máy. Vì sử dụng băng tải lưới, nên nước phun ở vùng nào thì được thu gom ngay vào bể chứa tương ứng ở phía dưới. Các bể chứa nước được trang bị đường ống dẫn hơi để thường xuyên bổ sung nhiệt bị thất thốt. ðối với sản xuất bia thì nước phun ở các vùng như sau: - Vùng 1 (Nâng nhiệt sơ bộ) : 45 0C - Vùng 2 (thanh trùng) : 600C - Vùng 3 (làm nguội) : 450C - Vùng 4 (làm mát) : 350C - Vùng 5 (làm lạnh) : 250C Thời gian sản phẩm đi trong máy khoảng 90 phút. 1 2 3 4 6 9 8 7 5 130 5. THIẾT BỊ LẠNH: 5.1. Khái niệm: 5.1.1. Chu trình máy lạnh nén hơi: 1. Chu trình một cấp amoniac (Hình 7.35) Hình 7.35. Chu trình một cấp amoniac a) Sơ đồ: MN. Máy nén; NT. Bình ngưng tụ; TL. Van tiết lưu; BH. Bình bay hơi b) Chu trình biểu diễn trên đồ thị T-s; c) Chu trình biểu diễn trên đồ thị lgp-h - Hình 7.35a : Sơ đồ thiết bị đơn giản của chu trình máy lạnh một cấp được sử dụng cho mơi chất NH3. - Hình 7.35b : Chu trình biểu diễn trên đồ thị T - S - Hình 7.35c : Chu trình biểu diễn trên đồ thị Logp - h. a/ Nguyên lý hoạt động: Hơi mơi chất sinh ra ở thiết bị bay hơi được máy nén hút về và nén lên áp suất cao vào bình ngưng tụ. Ở bình ngưng hơi mơi chất thải nhiệt và ngưng tụ thành lỏng. Lỏng cĩ áp suất cao đi qua van tiết lưu vào bình bay hơi. Tại bình bay hơi, lỏng mơi chất sơi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp thu nhiệt của mơi trường lạnh. Hơi được hút về máy nén, như vậy vịng tuần hồn của mơi chất được khép kín. b. Sự thay đổi trạng thái mơi chất trong chu trình: 1’ -1 : Quá nhiệt hơi hút. 1 - 2 : Nén đoạn nhiệt từ áp suất thấp po lên áp suất cao Pk, và S1 = S2. 2 - 2' : Làm mát đẳng áp hơi mơi chất từ trạng thái qúa nhiệt xuống trạng thái bão hịa. 2' - 3' :: Ngưng tụ mơi chất đẳng áp và đẳng nhiệt. 3' - 3 : Quá lạnh mơi chất lỏng đẳng áp. 131 3 - 4 : Quá trình tiết lưu đẳng antapi ở van tiết lưu h3 = h4 . 4 - 1' : Quá trình bay hơi đẳng áp và đẳng nhiệt po = const, t0 = const . 2. Chu trình hai cấp nén, bình trung gian cĩ ống xoắn: (hình 7.36) Hình 7.36. Chu trình hai cấp nén bình trung gian cĩ ống xoắn BH- Bình bay hơi; NHA- Máy nén hạ áp; NCA- Máy nén cao áp NT- Bình ngưng tụ; TL1,TL2- Van tiết lưu 1 và 2;BTG- Bình trung gian 1. Nguyên lý hoạt động: Hơi mơi chất lạnh hình thành ở bình bay hơi (BH) được máy nén hạ áp (NHA) hút vào và nén từ trạng thái 1 cĩ áp suất po và nhiệt độ t0 lên trạng thái 2 cĩ áp suất trung gian Ptg và nhiệt độ t2, sau đĩ vào bình trung gian BTG, hơi được làm mát xuống trạng thái bão hồ (làm mát hồn tồn). Hơi ở trạng thái 3 được máy nén cao áp NCA hút và nén lên trạng thái 4 cĩ áp suất ngưng tụ pk và nhiệt độ cao t4, rồi được đẩy vào thiết bị ngưng tụ , tại đây hơi thải nhiệt và ngưng tụ thành lỏng cao áp, một phần lỏng đi qua van tiết lưu VTL1 vào bình trung gian nhằm làm mát hơi nĩng ở trạng thái 2 xuống trạng thái hơi bão hịa 3, cịn phần lỏng chính được làm quá lạnh trong ống xoắn của bình trung gian và sau đĩ qua van tiết lưu VTL 2 vào bình bay hơi. Tại đây lớp mơi chất bay hơi thu nhiệt của mơi trường. Hơi hình thành được máy nén hạ áp hút về. Như vậy vịng tuần hồn của mơi chất lạnh đã khép kín. Khi δ = O K P P > 9 thì dùng cấp 2, 3 cấp . PK : Áp suất ngưng tụ PO : Áp suất bay hơi b. Các quá trình của chu trình: 1' -1 : Quá trình hơi hút. 132 1 - 2 : Nén đoạn nhiệt cấp hạ áp từ po lên ptg. 2 - 3 : Làm mát hơi quá nhiệt hạ áp xuống đường hơi bão hồ x = 1 3 - 4 : Nén đoạn nhiệt cấp cao áp từ ptg lên pk 4 - 5 : Làm mát ngưng tụ và quá lạnh lỏng trong bình ngưng 5 - 7 : Tiết lưu từ áp suất pk vào bình trung gian 5 - 6 : Quá lạnh lỏng đẳng áp trong bình trung gian 6 - 10 : Tiết lưu từ áp suất Pk xuống po. 10 - 1' : Bay hơi thu nhiệt của mơi trường lạnh. 5.1.2 Thiết bị trao đổi nhiệt của hệ thống lạnh: 1/ Nhiệm vụ : Thiết bị trao đổi nhiệt của máy lạnh theo chức năng cĩ thể chia ra làm hai nhĩm: thiết bị chính và thiết bị phụ Nhiệm vụ chủ yếu của thiết bị trao đổi nhiệt là truyền nhiệt từ một chất này cho một chất khác thơng qua bề mặt ngăn cách hoặc bằng cách tiếp xúc trực tiếp . Các loại bình ngưng và dàn bay hơi là những thiết bị trao đổi nhiệt bắt buộc phải cĩ trong máy lạnh, nên chúng là những thiết bị chính 2/ Thiết bị ngưng tụ a) ðặc điểm : Thiết bị ngưng tụ là thiết bị để biến hơi mơi chất lạnh cĩ áp suất và nhiệt độ cao sau quá trình nén thành trạng thái lỏng. Hơi đi vào thiết bị là hơi quá nhiệt cho nên trước tiên nĩ phải được làm lạnh đến nhiệt độ bảo hịa, rồi đến quá trình ngưng tụ, sau cùng là bị quá lạnh vài độ trước khi ra khỏi bình ngưng. b) Yêu cầu đối với thiết bị: Nhanh chĩng tách tác nhân lạnh đã ngưng tụ ra khỏi bề mặt truyền nhiệt. Tách khơng khí và các loại khí khơng ngưng tốt. Tách dầu ra khỏi bình ngưng NH3 Làm sạch cáu bẩn về phía nước giải nhiệt hoặc khơng khí giải nhiệt như bùn đất, canxi, bụi, sét rỉ... c) Phân loại thiết bị ngưng tụ: Dựa vào mơi trường giữ nhiệt mà phân thành - Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước (giải nhiệt bằng nước ). - Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng khơng khí (giải nhiệt bằng khơng khí) - Thiết bị ngưng tụ kiểu kết hợp (giải nhiệt bằng nước và khơng khí 133 Trong các hệ thống lạnh trung bình và lớn thường sử dụng thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước hoặc kiểu kết hợp . Nước làm mát cĩ thể sử dụng một lần hoặc tuần hồn 3/ Thiết bị bay hơi : a. ðặc điểm : Thiết bị bay hơi là thiết bị trao đổi nhiệt mà tại đĩ lỏng tác nhân sau khi qua van tiết lưu sẽ thực hiện quá trình bay hơi để thu nhiệt của mơi trường cần làm lạnh. Mơi trường cĩ thể là khơng khí hoặc lỏng b. Phân loại thiết bị bay hơi: - Dựa vào tính chất của mơi truờng làm lạnh: + Thiết bị bay hơi làm lạnh chất tải lạnh lỏng ( nước, dung dịch nước muối, dung dịch rượu ..) + Thiết bị bay hơi làm lạnh khơng kh. Trong loại này thường chia thành hai nhĩm: dàn lạnh đơng khơng khí đối lưu tự nhiên (dàn lạnh tĩnh) và dàn lạnh khơng khí đối lưu cưỡng bức (dàn lạnh quạt). - Dựa theo mức độ chốn chổ của mơi chất lạnh lỏng trong thiết bị: + Thiết bị bay hơi kiểu ngập mỗi chất lạnh lỏng bao phủ tồn bộ bề mặt trao đổi nhiệt (thường là loại cấp lỏng từ dưới lên) + Thiết bị bay hơi kiểu khơng ngập: mỗi chất lạnh lỏng khơng bao phủ tồn bộ bề mặt trao đổi nhiệt. Một phần bề mặt trao đổi nhiệt dùng để quá nhiệt hơi hút về máy nén (thường là loại cấp lỏng từ trên từ dưới xuống lên) 5.2. Thiết bị ngưng tụ 5.2.1. Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước: 1/Thiết bị ngưng tụ kiểu ống vỏ nằm ngang NH3 ðây là loại thiết bị ngưng tụ được sử dụng phổ biến hiện nay cho các hệ thống lạnh năng xuất vừa và lớn a) Cấu tạo: (hình 7.37) 134 Hình 7.37. Bình ngưng ống vỏ nằm ngang 1- Van an tồn 6 - Xả khơng khí của nước 2- ðường cân bằng 7- ðường nước ra 3- Cửa NH3 vào 8 - ðường nước vào 4- Áp kế 9- Xã nước 5- Van xã khí khơng ngưng 10- Cửa lỏng NH3 ra b) Nguyên tắc làm việc: Hơi mơi chất sau khi nén cao áp được đưa vào phần trên của bình ngưng qua đường ống (3) vào đầy khơng gian các ống tỏa nhiệt cho nước làm mát trong ống và ngưng tụ lại. Mơi chất lỏng ngưng tụ lại được khống chế ở chiều cao cột lỏng khoảng 15 ÷ 20% đường kính trong thiết bị. Lỏng được lấy ra ở dưới ở dưới bình ngưng (10) đi vào bình chứa hoặc trạm tiết lưu. Bình ngưng cĩ nắp 2 đầu, các ống nước ra và vào (7 và 8) được hàn vào nắp trong nắp cĩ các tấm chắn để tạo số hành trình cần thiết cho nước chảy. Ống trong bình ngưng NH3 là ống thép dạng thẳng hoặc dạng chữ U (khi đĩ bình chỉ cĩ 1 nắp), sử dụng ống thép trịn khơng cĩ cánh vì hệ số tỏa nhiệt phía trong ống và hệ số tỏa nhiệt khi ngưng của NH3 gần bằng nhau. Các ống thép cĩ Φ 25x3mm * Ưu điểm: - Thiết bị gọn nhẹ, chắc chắn - Hệ số truyền nhiệt cao (k = 800 + 1000w/m2 0k) - Ít tốn kim loại, ít tốn diện tích lắp đặt 2/ Thiết bị ngưng tụ kiểu ống vỏ nằm ngang freon a) Cấu tạo (hình7.38) 135 Hình 7.38. Thiết bị ngưng tự kiểu ống vỏ nằm ngang 1 - Vỏ thiết bị 5 - Bầu gom lỏng 2 - Mặt sàng 6 - Van xã 3- Nắp 7 - Van an tồn 4- Ống trao đổi nhiệt b) Nguyên tắc: Thiết bị ngưng tụ freon khác so với bình ngưng ống vỏ NH3 như sau: - Ống truyền nhiệt cĩ thể bằng thép hoặc bằng đồng - Ống được tạo cánh về phía tác nhân lạnh vì hệ số toả nhiệt khi ngưng cuả freon nhỏ hơn hệ số tỏa nhiệt của nước khá nhiều . - Do dầu hịa tan của mỗi chất nên khơng cĩ bầu gom dầu và van xã dầu