Zalo QR
Zalo QR
1.1.1. Công dụng và phạm vi ứng dụng:
1. Công dụng:
Quá trình đun nóng, chần, hấp, làm héo được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm có thể với mục đích sau:
- Mục đích chuẩn bị:
+ đun nóng xirô trước khi cô đặc để tăng cường quá trình bốc hơi .
+ đun nóng sản phẩm trước khi vào hộp ghép nắp.
+ Chần các loại quả để dễ bóc vỏ.
- Tạo điều kiện cho các quá trình phản ứng, quá trình sinh học, lý học, thực hiện thuận lợi ...
- Mục đích khai thác:
+ Làm tăng khả năng thủy phân tinh bột cao.
+ Làm tăng khả năng trích ly
+ Làm tăng hiệu suất ép ...
- Mục đích chế biến:
+ Làm chín sản phẩm, tăng giá trị dinh dưỡng và khả năng hấp thụ.
+ Làm bay hơi những thành phần gây mùi, vị lạ, có mục đích tẩy mùi,
- Mục đích bảo quản.
- Mục đích hoàn thiện sản phẩm.
2. Phạm vi ứng dụng: Khá phổ biến.
- Trong công nghiệp sản xuất đồ hộp rau quả.
- Trong công nghiệp sản xuất đường.
- Trong công nghiệp chế biến cây nhiệt đới.
- Trong công nghiệp lạnh đông, sấy rau quả.
- Trong công nghiệp lên men.
- Trong công nghiệp sản xuất dầu, tinh dầu ...
1.1.2. Phân loại:
Các thiết bị đun nóng, chần, hấp và làm héo có thể phân loại theo các cách sau:
1. Theo phương thức làm việc:
- Thiết bị làm việc gián đoạn.
- Thiết bị làm việc liên tục.
2. Theo phương thức đun nóng
- Thiết bị đun nóng gián tiếp.
- Thiết bị đun nóng kết hợp.
3. Theo áp suất làm việc:
- Thiết bị làm việc ở áp suất thường
- Thiết bị làm việc ở áp suất chân không.
4. Theo cấu tạo thiết bị:
- Thiết bị truyền nhiệt hai vỏ.
- Thiết bị dạng khung bản, dạng ống chùm, ống bọc ống ...
- Thiết bị kiểu thùng quay, kiểu băng tải, kiểu trục xoắn...
1.2.1. Thiết bị đun nóng hai vỏ làm việc gián đoạn:
Đây là loại thiết bị làm việc ở áp suất thường.Thường dùng để đun nóng nước, các loại dung dịch dùng để chần (dung dịch muối, dung dịch axit nitric ..), các dung dịch để rót vào hộp (dung dịch đường, nước pha...), trong sản xuất bia... chất tải nhiệt là hơi nước bão hòa, truyền nhiệt gián tiếp.
* Phân loại:
- Thiết bị hở có hoặc không có cánh khuấy
- Thiết bị kín có hoặc không có cánh khuấy
* Ưu điểm của thiết bị:
- Cấu tạo đơn giản, vận hành dễ dàng.
- Sử dụng được cho nhiều loại sản phẩm.
* Nhược điểm:
- Áp suất hơi thấp, sự phân bố nhiệt không đều.
- Bề mặt truyền nhiệt không lớn, nên thời gian đun lâu .
- Làm việc gián đoạn.
*Cấu tạo và nguyên tắc làm việc:
Hình 7.1: Thiết bị đun nóng hai vỏ không có cánh khuấy
a) Sơ đồ nguyên tắc thiết bị đun nóng 2 vỏ
b) cấu tạo bình ngưng tụ
Thiết bị có vỏ bên trong tiếp xúc với thực phẩm nên được chế tạo bằng thép không rỉ, hoặc thép có lớp men chống ăn mòn, còn vỏ ngoài được làm bằng thép hay gang, và thường được bọc ngoài một lớp cách nhiệt.
- Nguyên tắc làm việc:
Hơi nước theo van vào phòng hơi (1) truyền nhiệt cho sản phẩm qua bề mặt trao đổi nhiệt (4), khí không ngưng được xả định kỳ theo van (2), còn nước ngưng được tháo qua van xả nước ngưng hoặc qua bình ngưng 5.
Bình ngưng tụ (5) làm việc như sau: Khi thân (3) (hình 7.1b) tập trung được một lượng nước ngưng nào đó thì phao 2 nối liền với van thoát 4 được nâng lên theo hướng vào cốc 1 và các lỗ thoát mở ra để tháo nước ngưng. Khi tháo được một phần nước ngưng ra ngoài thì phao sẽ hạ xuống và đậy kín lỗ tháo nhưng không cho hơi thoát ra khỏi ống tháo.
Để tăng cường khả năng truyền nhiệt và đun nóng đều, có thể sử dụng thiết bị đun nóng 2 vỏ có cánh khuấy như hình 7.2, các dạng cánh khuấy có cấu tạo khác nhau phụ thuộc loại sản phẩm cần đun nóng trong thiết bị
Hình 7.2: Nồi nấu hai vỏ có 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 sôi dung dịch đường với hoa houblon nhằm trích ly chất của hoa (hình 7.3). Thiết bị có thân hình trụ, đáy lồi hoặc lõm. Nắp dạng hình bán cầu có gắn ống thoát 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 thoát hơi 6. Cửa quan sát 7. Áp kế hơi 8. Ống dẫn dịch vào nồi 9. Ống dẫn hơi 10. Hơi ngưng
|
1.2.2. Thiết bị đun nóng hai vỏ làm việc liên tục (ở áp suất thường) .
Thường sử dụng để đun nóng các dung dịch có độ nhớt lớn. đây là loại thiết bị làm việc liên tục, có năng suất lớn.
1. Cấu tạo : (hình 7.4)
Hình 7.4. Thiết bị đun nóng 2 vỏ làm việc liên tục
2. Nguyên tắc làm việc:
Thiết bị có cấu tạo dạng hình trụ nằm, gồm hai vỏ (1) và (2) hệ nắp (3) có thể tháo mở được. Hơi được cấp vào qua van (9) vào khoảng không (6) và trụ rỗng (4) để đun nóng, 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 nóng sản phẩm được tháo ra theo cửa (8)
1.2.3. Thiết bị đun nóng kiểu ống:
Mục đích: để đun nóng các loại nước quả và các loại rau quả đã nghiền nhỏ. Thiết bị làm việc liên tục.
a. Thiết bị đun nóng 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 không
3. đường hơi vào 8. Lớp bọc cách nhiệt
4. Van xả nước ngưng 9. Chân đế
5. Xả khí không ngưng 10. Nắp thiết bị.
Hình 7.5. thiết bị đun nóng kiểu ống chùm
- Nguyên tắc:
Sản phẩm vào cửa (1) được đi dích dắc trong các ống (6) và sau khi đun nóng được ra cửa (2).
Hơi được cấp vào theo đường ống (3) và phân bổ vào khoảng không (7) truyền nhiệt cho các ống (6), nước ngưng được xả theo van (4), còn khí không ngưng xả định kỳ theo van (5) .
Thiết bị được bọc cách nhiệt (8), và tựa trên giá đỡ (9) .
Nắp thiết bị (10) có 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)
Thiết bị đun nóng kiểu ống bọc ống: (hình 7.7)
Ưu điểm:
Hệ số truyền nhiệt lớn vì có 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.
Khó làm sạch khoảng không giữa hai ống
Cấu tạo :
1. Cửa sản phẩm vào 4. Cửa hơi vào
2. Cửa sản phẩm ra 5. Khoảng không
3. Ống truyền nhiệt 6. Xả nước ngưng .
Hình 7.7. Thiết bị đun nóng kiểu ống bọc ống
* Nguyên tắc làm việc:
Đây 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 nóng được ra cửa (2)
Hơi được vào theo ống (4) và được phân bổ vào khoảng không (5) bọc quanh các ống truyền nhiệt (5). Nước ngưng được xả theo van xả nước ngưng (6).
1.3.1. Thiết bị chần - hấp trục xoắn:
1. Cấu tạo: (Hình 7.8).
2. Cửa nguyên liệu vào 4. đường ống cấp hơi
3. Cửa nguyên liệu ra 5. đường ống cấp nước, dung dịch
4. Trục xoắn rỗng 6. Bộ phận truyền động.
5. 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 có 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) thoát qua các lỗ trên trục và đun nóng trực tiếp dung dịch chần.
Thiết bị làm việc liên tục, ở áp suất thường.
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. Vòi nước rửa
2. Băng tải 6. Cửa nguyên liệu ra
3. Thùng chần 7. đường nước cấp
4. Ống hơi 8. đường 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) có chứa nước nóng hoặc dung dịch chần nóng. Băng tải (2) được cấu tạo bằng dây xích truyền động trên có gắn các lá kim loại ghép có gờ ngang để giữ sản phẩm, hoặc lưới sắt hay gàu chứa vật liệu.
Thùng chần (1) làm bằng kim loại và có nắp mở được khi cần thiết. Dung dịch hoặc nước chần được đun nóng nhờ các ống phun hơi (4) đặt ở giữa hai nhánh băng tải.
Vật liệu sau khi chần có thể được làm nguội hoặc rửa sạch nhờ hệ thống vòi rửa (5). Sản phẩm sau khi chần được ra ở máng (6), thường máng có 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 có kích thước nhỏ và thời gian chần tương đối lâu như : đậu côve ...
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 có đục lỗ φ = 3 ÷ 4mm, bên trong thùng có 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 ngoài, chứa nước hoặc dung dịch chần và được đun nóng 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
2. Hệ thống ống hơi 7. Băng chuyền làm nguội
3. Buồng hấp 8. Máng chứa chè
4. Ống thoát hơi 9. Giá đỡ
5. Ống thổi không 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 phòng qua hệ thống ống phun hơi (2) và hơi ẩm được thoát ra ống (4) .
Sau khi ra khỏi phòng hấp chè được rơi xuống băng chuyền (7) đi vào phòng làm nguội (6), tại đây không khí lạnh được thổi vào qua hệ thống ống (5) nhờ quạt ly tâm, sau đó vào máng chứa (8).
Thường vận tốc băng chuyền 2m/ phút, thời gian hấp khoảng 2 phút.
1.4.1. Khái niệm:
- Công đoạn làm héo được sử dụng trong sản xuất chè đen, chè xanh, trước khi qua các công đoạn tiếp (vò, sấy, lên men...)
- Thiết bị làm việc liên tục, sử dụng không khí nóng 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 còn 60 ÷ 65% để chè trở nên mềm, tạo điều kiện cho quá trình vò, lên men tiếp theo. Công đoạn này sử dụng không khí nóng 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 có trong nguyên liệu nhằm đình chỉ quá trình oxy hoá các chất nhất là tanin, giữ cho sản phẩm có màu xanh và vị chát đặc trưng. Công đoạn này sử dụng không khí nóng 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 không khí nóng
2. Băng tải nâng 7. Ống thoát 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.
11. 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) có gắn bộ phận gạt đều (3) đưa nguyên liệu vào thiết bị.
Đầu tiên nguyên liệu vào buồng diệt men (9) cấu tạo chính gồm có bốn băng chuyền (4). Tại buồng (9) không khí nóng được thổi qua các lớp nguyên liệu nhờ quạt (6) hút không khí nóng từ lò tạo không khí nóng. Sau đó hơi ẩm được thoát ra theo hệ thống ống thoát (7) và được thu hồi về lò tạo không khí nóng. 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 hoá, tự động hoá.
- Sản phẩm có chất lượng cao, tỷ lệ phế phẩm ít.
- Chi phí nhân công, 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 hòm kim loại kín, bên trong có 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.
Không khí nóng được dẫn vào từ tầng 1 qua ống dẫn khí nóng, có đục lỗ đặt ở khoảng giữa vòng đai truyền của băng chuyền 1, chui qua các lớp nguyên liệu, sau đó nhờ tấm hướng mà không khí nóng theo đường ống dẫn dồn xuống ống dẫn không khí nóng của tầng 2, và tiếp tục không khí nóng lần lượt luồn qua mặt trên của 5 tầng băng chuyền trước khi được dẫn thải ra khỏi máy.
Ngoài ra, thiết bị còn có các cửa điều chỉnh để mở bổ sung không khí nóng, lạnh vào dưới các tầng băng chuyền khi cần thiết.
Hỗn hợp không khí nóng là không khí nóng được đun nóng trong caloriphe trộn với không khí hút từ bề ngoài vào ở phòng hỗn hợp cho có độ ẩm và nhiệt độ theo yêu cầu.
2.1.1. định nghĩa:
" Quá trình cô đặc là quá trình hoá hơi dung dịch để lấy chất rắn bị hoà tan còn lại trong dung dịch ở nồng độ cao hơn "
- Dung dịch là hỗn hợp giữa dung môi và chất rắn bị hòa tan trong dung môi. Dung môi thường gặp là nước.
- Trong quá trình cô đặc, hơi của dung môi tạo ra gọi là hơi thứ cấp.
Quá trình hoá hơi dung môi có thể là quá trình bay hơi trên bề mặt dung dịch (tốc độ tạo hơi của quá trình này chậm), hoặc là quá trình sôi (bốc hơi) xảy ra trong toàn bộ dung dịch (tốc độ tạo hơi của quá trình lớn). Trong công nghiệp thường gặp quá trình bốc hơi.
Quá trình bốc hơi có thể xảy ra ở điều kiện áp suất thường, áp suất dư hoặc chân không.
2.1.2. Mục đích và phạm vi sử dụng:
1. Mục đích:
Cô đặc nhằm mục đích chuẩn bị, hoặc hoàn 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 cô đặc cà chua, purê...
- Trong công 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 có công suất nhỏ hoặc với dung dịch đặc có độ nhớt cao mà không thể dùng bơm để lấy dung dịch ra, hoặc trong trường hợp khi cần bốc hơi toàn bộ dung môi. 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 có công suất lớn . Ưu điểm tổn thất nhiệt nhỏ.
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 không.
Thường sử dụng thiết bị cô đặc làm việc ở chân không trong các trường hợp sau:
+ Nếu ở áp suất khí quyển (Pkq) mà nhiệt độ sôi của dung dịch lớn làm phân huỷ và thay đổi chất lượng (màu sắc, mùi vị ...) của sản phẩm. Ví dụ: đường, sữa, dịch rau quả...
+ Nếu ở Pkq mà nhiệt độ sôi của dung dịch lớn dẫn đến đòi 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 không.
3. Theo phương pháp cấp nhiệt:
- Thiết bị dùng hơi nước
- Thiết bị dùng nước nóng, dầu nóng...
- Thiết bị dùng điện
- Thiết bị dùng khói của phản ứng cháy nhiên liệu (loại cũ)
4. Theo cấu tạo thiết bị:
- Thiết bị giàn ống đứng.
- Thiết bị có giàn ống nằm ngang, nằm nghiêng
- Thiết bị có 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 cô đặc dung dịch tuần hoàn tự nhiên
- Thiết bị cô đặc dung dịch tuần hoàn cưỡng bức
- Thiết bị cô đặc kiểu màng chất lỏng.
2.1.4. Yêu cầu về thiết bị cô đặc:
1. Cấu tạo chung:
Về cấu tạo thiết bị cô đặc có nhiều loại, nhưng nhìn chung các thiết bị đều có 3 bộ phận chính sau:
- Bộ phận nhận nhiệt
- Không gian để phân ly.
- Bộ phận phân ly: Nhằm để tách các giọt dung dịch còn lại trong hơi.
2. Yêu cầu: Thiết bị cô 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 mòn kim loại ....
- Khả năng truyền nhiệt lớn, phân bố nhiệt đều.
- Tách ly hơi thứ cấp tốt, bảo đảm hơi thứ cấp sạch để có thể cho ngưng tụ (không bám bẩn bề mặt ngưng), hoặc dùng cho cấp cô đặc tiếp theo.
- Bảo đảm tách các khí không ngừng con lại sau khi ngưng tụ hơi đốt.
- Dễ dàng làm sạch bề mặt bên trong các ống.
Đây là loại thiết bị thông dụng, trong đó ống vỏ lớn hình trụ có thể đặt đứng, nghiêng hoặc nằm ngang, thông 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 hoàn tự nhiên
- Thiết bị dung dịch tuần hoàn cưỡng bức
- Thiết bị màng mỏng chất lỏng: dung dịch không tuần hoàn.
2.2.1. Thiết bị cô đặc dung dịch tuần hoàn tự nhiên:
1. Khái niệm:
* Lực tạo ra sự chuyển động tuần hoàn tự nhiên của dung dịch trong thiết bị gây nên là do độ chênh khối lượng riêng của dung dịch đưa vào (chưa đốt nóng) và của dung dịch được đốt nóng (hỗn hợp hơi và lỏng), từ đó tạo nên độ chênh áp suất ∆P.
Trong đó:
∆P : độ 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 hoàn.
* Bội số tuần hoàn K
Trong đó: G : Khối lượng dung dịch tuần hoàn , (kg/ s)
W : Lượng hơi thứ cấp tạo thành, (kg/ s)
Với : G = 0,785 nd2ω ρ, (kg/ s)
Trong đó :
n : Số ống
d : đường kính trong của ống , (m)
ω : Tốc độ tuần hoàn ; (m/s)
ρ : Khối lượng riêng của dung dịch, (kg/m3)
ρ = ρr - b + ςn (1 - b)
ρr : Khối lượng riêng của chất rắn hòa tan.
ρl : Khối lượng riêng của dung môi.
B : Nồng độ dung dịch.
Thường trong các thiết bị thì K = 20 ÷ 30 .
* Phân loại :
Tùy theo vị trí giàn ống mà ta có:
- 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 cô đặc tuần hoàn tự nhiên giàn ống đứng:
(Hình 8.13) : Thiết bị có ống xuống đưa dung dịch vào là một hoặc vài ống có đường lớn và đặt giữa giàn ống truyền nhiệt.
(Hình 8.14, hình 8.15) : Thiết bị có ống xuống đưa dung dịch vào đặt ở ngoài giàn ống.
* Cấu tạo: (Hình 8.13, 8.14,8.15)
1. Giàn ống truyền nhiệt 6. đường sản phẩm ra
2. Không gian phân ly 7. đường cấp hơi đốt
3. Ống xuống đưa dung dịch 8. đường tháo nước ngưng
4. Bộ phân ly 9. đường hơi thứ ra
5. đường dung dịch vào . 10. Xả khí không ngưng
* Nguyên tắc hoạt động:
Dung dịch đưa vào thiết bị theo cửa (5) rồi theo ống xuống (3) chảy xuống dưới, vì ống có đường kính lớn nên ít bị đốt nóng hơn (Hình 8.13), hoặc nếu đặt ở ngoài (hình 8.14, hình 8.15) thì hoàn toàn không bị đốt nóng nên dung dịch có khối lượng riêng lớn, sau đó dung dịch đi vào các ống nhỏ của giàn ống truyền nhiệt (1), nhận nhiệt tạo ra hơi bão hòa ẩm (hỗn hợp lỏng và hơi) nên có khối lượng riêng nhỏ và chuyển động lên phía trên. Sau đó hơi thoát qua không gian phân ly (2) và qua bộ phân ly (4) thoát ra theo đường ống (9).
Dung dịch lẫn trong hơi bị cản lại và quay về giàn ống, dung dịch cứ tuần hoàn 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), còn khí không ngưng được xả định kỳ theo đường ống (10) .
Thiết bị có ống xuống đặt ở ngoài thì tạo lực tuần hoàn 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 hoàn của dung dịch đạt tới ω = 2 ÷ 3 m/s.
b. Thiết bị cô đặc tuần hoàn tự nhiên với 2 giàn ống đứng:
- Thiết bị này thường dùng để cô đặc dung dịch dễ kết tinh hoặc sủi bọt.
- Ưu điểm: Có thể tháo rời và vệ sinh sửa chữa một trong hai giàn ống, còn 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 có cùng chung không gian phân ly và bộ phân ly
1. Ống nối 6. đường tháo nước ngưng .
2. Bộ phân ly 7. đường hơi thử
3. Bộ phân tách tinh thể 8. đường dung dịch vào
4. Ống xuống 9. đường sản phẩm ra .
10. Van hơi .
Thiết bị cô đặc tuần hoàn tự nhiên có giàn ống đứng đặt thấp hơn so với miệng ra của hơi :
Thiết bị này thường dùng để cô đặc dung dịch dễ kết tinh:
* Cấu tạo: (Hình 7.17)
1. Giàn ống truyền nhiệt 6. đường hơi thứ ra
2. Không gian phân ly 7. đường dung dịch vào
3. Ống xuống 8. đường sản phẩm ra .
4. Lá chắn 9. đường cấp hơi
5. Bộ ổn định dòng 10. đường tháo nước ngưng.
Hình 7.16: Thiết bị cô đặc tuần hoàn tự nhiên với 2 giàn ống đứng ñặt thấp hơn so với miệng ra của hơi
* 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 (có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ sôi ứng ρs) và chưa sôi. Do đó tại bề mặt giàn ống không xảy ra kết tinh (làm giảm quá trình truyền nhiệt) .
Quá trình tự sôi xảy ra tại miệng ống ra ở không 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.
Để thiết bị làm việc ổn định, ở miệng ống ra của hơi đặt thêm bộ phận ổn định dòng (5) là cụm ống trơn.
1. Thiết bị cô đặc tuần hoàn tự nhiên có dàn ống nằm ngang :
* Cấu tạo: (Hình 7.18):
1. Thân thiết bị 6. đường hơi thứ ra
2. Giàn ống truyền nhiệt 7. đường cấp hơi đốt
3. Bộ phận kết tinh 8. đường tháo nước ngưng
4. đường dung dịch vào 9. đường tháo không khí ngưng
5. đến bộ phận tách tinh thể 10. đường sản phẩm ra.
* Nguyên lý hoạt động:
Sự tuần hoàn 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 phòng có 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 hoàn nhỏ và hệ số truyền nhiệt kém .
e. Thiết bị cô đặc tuần hoàn tự nhiên có giàn ống nằm nghiêng:
Thường sử dụng cho các dung dịch dễ kết tinh.
* Cấu tạo: (Hình 7.19)
- Ưu điểm: Chiếm ít không gian và vệ sinh thiết bị dễ
- Nhược điểm: Lắp ráp thiết bị phức tạp.
2.2.2. Thiết bị cô đặc dung dịch tuần hoàn cưỡng bức
1. Khái niệm:
- Thiết bị được sử dụng khi cô đặc các loại dung dịch có độ nhớt lớn mà tuần hoàn tự nhiên khó thực hiện .
- Thiết bị làm việc được khi điều kiện hiệu số nhiệt độ có ích nhỏ (hiệu nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch) : 3 ÷ 50C, và lúc này cường độ tuần hoàn chỉ phụ thuộc vào bơm.
- để 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 công suất thiết bị không tăng nhiều.
Với dung dịch có kết tinh nên chọn ω > 2,5m/s, lúc này quá trình sôi chỉ xảy ra một phần nhỏ ở đầu ra cửa giàn ống nên kết tinh không xảy ra bên trong ống.
- Thiết bị có hệ số cấp nhiệt lớn hơn so với tuần hoàn tự nhiên gấp 3 ÷ 4 lần và hầu như không có hiện tượng bám cận trên bề mặt truyền nhiệt.
2. Thiết bị:
* Cấu tạo: Hình 7.20
2.2.3. Thiết bị cô 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 không có sự tuần hoàn, thiết bị làm việc liên tục.
- Được sử dụng trong công nghiệp đường và sản xuất mật tinh bột cũng thích hợp đối với các dung dịch có 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 khó vệ sinh ống, và ống dễ bị dãn nở nhiều.
+ Nhà sản xuất cần chiều cao lớn.
+ Không thích hợp đối với dung dịch có độ nhớt lớn và dung dịch dễ kết tinh.
2. Thiết bị:
a. Thiết bị cô đặc kiểu màng, dung dịch đi từ dưới lên:
* Cấu tạo: Hình 7.22
1. Giàn ống truyền nhiệt 5. đường cấp hơi đốt
2. Không gian phân ly 6. đường tháo nước ngưng
3. Bộ phận phân ly 7. đường dung dịch vào
4. đường dung dịch ra 8. đường 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 sôi 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 không gian phân ly (2) và hơi thứ cấp được tách ra, dung dịch còn 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 sôi không mãnh liệt, dẫn đến tốc độ dòng nhỏ và năng suất thiết bị nhỏ.
Nếu quá ít dung dịch, xảy ra sự sôi mãnh liệt và phần trên của ống là toàn bộ hơi nên không thu được dung dịch đặc.
b. Thiết bị cô đặc kiểu màng, dung dịch đi từ trên xuống.
* Cấu tạo: (Hình7.23)
1. Giàn ống truyền nhiệt 5. đường cấp hơi đốt
2. Không gian phân ly 6. đường tháo nước ngưng
3. Bộ phận phân ly 7. đường dung dịch vào
4. đường dung dịch ra 8. đường hơi thứ ra
Xả khí không ngưng
2.2.4. Phân ly hơi thứ cấp:
Hơi thứ cấp khi tạo thành luôn 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:
2. Làm sạch hơi thứ cấp: Nhằm đảm bảo vấn đề môi trường nếu thải hơi thứ cấp trực tiếp ra ngoài, còn nếu sử dụng để làm hơi đốt cho cấp sau thì sẽ không bám bẩn bề mặt ống truyền nhiệt làm giảm khả năng truyền nhiệt.
3. Thu hồi nhằm giảm tổn thất của dung dịch cô 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 dòng hơi thứ cấp quay tròn, nhờ lực li tâm các hạt chất lỏng bị văng ra ngoài 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.
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 ...
Rán là làm chín sản phẩm từng mặt bằng dầu mỡ, thường thực hiện bằng phương pháp thủ công, năng suất nhỏ
Chiên là làm chín sản phẩm nhiều mặt ngập trong dầu mỡ, thường dùng trong công 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 khô và dầu mỡ cho sản phẩm.
- Làm tăng giá trị cảm quan của sản phẩm: sản phẩm sau khi rán hoặc chiên có màu sắc và đẹp, săn chắc, dòn, có 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 hoàn toàn.
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 ngô, khoai, sắn...
Do nguyên liệu tiếp xúc với nhiệt độ cao nên xảy ra những biến đổi sau:
+ Đối với rau quả : Không khí và hơi nước trong các gian bào của nguyên liệu thoát 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 khô và vitamin. đồng thời với quá trình thoát 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 hoá làm cho sản phẩm có màu vàng nâu. Protopectin chuyển thành pectin hòa tan, clorofin chuyển thành fiofitin làm cho nguyên liệu có màu vàng, nếu nguyên liệu rán hoặc chiên có màu của carotennoic thì màu này sẽ hòa tan vào dầu rán hoặc chiên.
+ đối với thịt, cá:
- Protit bị biến tính từ nhiệt độ 60 – 65oC và đến 90 – 95oC thì nó sẽ biến tính hoàn toàn, mất khả năng giữ nước làm cho thịt, cá co lại và săn chắc. Mặt khác protit biến tính ở nhiệt độ cao thường làm đứt các liên kết lưu huỳnh và nhóm amin tạo ra H2S và NH3
- Phản ứng caramen hoá xảy ra mạnh, đặc biệt là thịt, cá có tẩm bột trước khi rán hoặc chiên, làm cho sản phẩm có mùi thơm và màu sắc vàng đẹp. Trong thịt, cá có mô liên kết colagen ở nhiệt độ 60oC nó không bị đông tụ là hút nước mạnh làm cho nguyên liệu mềm, bở, mất độ cứng cơ học cần thiết. Vì vậy không rán thịt, cá kéo dài ở nhiệt độ 600C mà phải tiến hành nhanh ở nhiệt độ cao.
+ Đối với các sản phẩm từ bột:
Các sản phẩm này thành phần chủ yếu là tinh bột nên quá trình đầu tiên là hồ hoá tinh bột, tiếp theo là quá trình caramen hoá tạo cho sản phẩm có màu vàng rơm. Các sản phẩm từ bột có 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 có 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 hoá tạo thành chất độc đối với cơ thể con người, vì vậy phải làm thoát khí tốt ở các lò rán hoặc chiên.
Trong quá trình rán và chiên dầu bị ôi, 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: có mùi đặc trưng của dầu, không có mùi ôi, khét, màu sắc sáng, không có cặn, độ ẩm và các chất bay hơi ≤ 0,3%. độ 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 không 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 không tạo ra điểm nhiệt độ cục bộ trong bể chứa dầu.
- Thiết bị cần có bộ phận làm nguội nhanh.
3.1.2. Phân loại thiết bị chiên rán
1. Theo phương thức làm việc:
- Thiết bị rán làm việc gián đoạn: Thường là thủ công.
- 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 đó thiết bị rán làm việc liên tục đốt bằng hơi, được dùng phổ biến nhất.
Thiết bị chiên chủ yếu gồm 2 bộ phận : Chiên và làm nguội
Cấu tạo của thiết bị chiên gồm: Thùng chiên trong đó chứa: Băng tải xích để kéo các nguyên liệu chiên, dầu chiên, dàn ống đốt nóng 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 nóng 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 nóng 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 công.
- 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 không đều, khó khống chế nhiệt độ nên chất lượng sản phẩm rán không đồng đều.
+ Tiêu hao dầu và nhiên liêụ lớn.
+ Khó đảm bảo điều kiện vệ sinh công nghiệp
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 chóp 8. Van xả
4. Bộ phận làm nguội 9. đường cấp hơi
5. Tiếp nhận nguyên liệu 10. Bộ phận thổi không khí lạnh.
Hình 7.24. Thiết bị chiên rán đốt bằng hơi kiểu băng chuyền
Thiết bị chính có dạng hình chữ nhật, đáy hình chóp, chiều dài thùng L = 2,5 ÷ 11m, chiều rộng R = 0,8 ÷ 2m, cao H = 0,8 ÷ 1m.
Để tiết kiệm và giữ chất lượng dầu rán, trong thiết bị thường có lớp "gối nước", phía trên là lớp dầu. Cần chú ý là lớp gối nước không được tiếp xúc với bộ phận đun nóng để tránh hiện tượng sôi 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 móc vào hệ thống dây xích của băng chuyền (2), được vận chuyển vào thùng rán (1), sau đó được đến buồng làm nguội (4) nhờ hệ thống thổi không khí lạnh (10). Tại buồng làm nguội nguyên liệu được vận chuyển dích dắc theo phương ngang hoặc thẳng đứng, sau đó 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
Hình 7.25. Cơ cấu điều chỉnh mức dầu - nước
3.2.3. Thiết bị rán liên tục, dùng điện, không có 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, có lớp gối nước:
1. Băng tải nạp nguyên liệu 4. Bộ phận làm mát
2. Bộ phận điện trở . 5. Nắp chóp
3. Thùng rán 6. Van cấp dầu.
Hình 7.27. Thiết bị chiên rán liên tục, dùng điện, có lớp gối nước
Ở hình 7.28. và 7.29 là sơ đồ mô tả một kiểu thiết bị chiên liên tục có 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
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 có tẩm bột
c) cho các sản phẩm nhẹ dễ nổi trên dầu ( như snack) cho 2 kiểu
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 nóng hay hơi nước bão hoà.
2. Phương pháp thanh trùng bằng dòng điện cao tần.
3. Phương pháp thanh trùng bằng các tia năng lượng.
Trong đó phương pháp thanh trùng bằng nhiệt là được sử dụng phổ biến trong công 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
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.
4.2.1. 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 toàn 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). đóng mở được nhờ cơ cấu tay quay (4) . được đóng 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.
- 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. đối trọng 8. Xả nước ngưng
4. Giỏ đựng sản phẩm 9. Ống nối
5. Chốt khóa 10. Nhiệt kế
11. Van an toàn
Nguyên tắc làm việc:
Giỏ đựng sản phẩm (4) được tời điện hoặc cẩu đưa vào thiết bị. Nắp (2) đóng mở nhờ đối trọng (3) và được đóng kín nhờ các chốt (5). Hơi được cấp vào theo đường ống (6) và ống phun hơi đặt dưới đáy thiết bị có dạng hình chữ thập hoặc uốn vòng, 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 có 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 hoá.
+ Làm việc tương đối vạn năng.
- Nhược điểm: Năng suất thấp
4.2.2. Thiết bị thanh trùng làm việc liên tục.
1. bị thanh trùng thủy lực:
a. Khái niệm:
- Thường được sử dụng để thanh trùng đồ hộp.
- đây 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 nóng dần, tiếp tục đến phòng hơi (2) để thanh trùng, điều chỉnh áp suất trong phòng (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 đó 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 sôi ở 120 0C.
Nếu áp suất dư là 19,6.104 N/m2. áp tuyệt đối là 29,4.104 N/m2 ) thì nước sôi ở 133 0C.
Hình 7.32 : Thiết bị thanh trùng thủy lực Carvallo (Pháp)
2. Thiết bị thanh trùng bản mỏng:
a. Khái niệm:
- được 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 có nguyên tắc làm việc giống nhau.
* Hình 7.33a là sơ đồ làm việc của thiết bị (sơ đồ lưu thông 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 đó 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)
Hình 7.33a. Sơ đồ làm việc của thiết bị thanh trùng bản mỏng
Thiết bị thanh trùng bản mỏng:
Đây 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 nó là các bản mỏng bằng thép không rỉ, lượn sóng hoặc phẳng nhưng có vạch định hướng khi xếp và ép các bản mỏng lại, các lỗ tạo thành rãnh thông kín, có các khoang chứa sản phẩm và các khoang chứa chất tải nhiệt hoặc nước làm nguội được xen kẽ nhau.
Do có 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.
Hình 7.33b: Thiết bị thanh trùng bản mỏng Alfa Laval
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 công nghệ bia.
- Vận chuyển sản phẩm là các băng tải lưới.
- Dựa vào sự chuyển động của sản phẩm mà có 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
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 thoát.
Đối 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.
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 môi 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 môi 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 môi chất thải nhiệt và ngưng tụ thành lỏng. Lỏng có áp suất cao đi qua van tiết lưu vào bình bay hơi. Tại bình bay hơi, lỏng môi chất sôi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp thu nhiệt của môi trường lạnh. Hơi được hút về máy nén, như vậy vòng tuần hoàn của môi chất được khép kín.
2. Sự thay đổi trạng thái môi 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 môi chất từ trạng thái qúa nhiệt xuống trạng thái bão hòa.
2' - 3' :: Ngưng tụ môi chất đẳng áp và đẳng nhiệt.
3' - 3 : Quá lạnh môi chất lỏng đẳng áp.
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 .
3. Chu trình hai cấp nén, bình trung gian có ống xoắn: (hình 7.36)
Hình 7.36. Chu trình hai cấp nén bình trung gian có 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
4. Nguyên lý hoạt động:
Hơi môi chất lạnh hình thành ở bình bay hơi (BH) được máy nén hạ áp (NHA) hút vào và nén từ trạng thái 1 có áp suất po và nhiệt độ t0 lên trạng thái 2 có áp suất trung gian Ptg và nhiệt độ t2, sau đó vào bình trung gian BTG, hơi được làm mát xuống trạng thái bão hoà (làm mát hoàn toàn). Hơi ở trạng thái 3 được máy nén cao áp NCA hút và nén lên trạng thái 4 có 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 nóng ở trạng thái 2 xuống trạng thái hơi bão hòa 3, còn phần lỏng chính được làm quá lạnh trong ống xoắn của bình trung gian và sau đó qua van tiết lưu VTL 2 vào bình bay hơi. Tại đây lớp môi chất bay hơi thu nhiệt của môi trường. Hơi hình thành được máy nén hạ áp hút về. Như vậy vòng tuần hoàn của môi chất lạnh đã khép kín.
b. Các quá trình của chu trình:
1' -1 : Quá trình hơi hút.
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 hoà 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 môi 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 có thể chia ra làm hai nhóm: 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 thông 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 có trong máy lạnh, nên chúng là những thiết bị chính
2/ Thiết bị ngưng tụ
a) đặc điểm :
Thiết bị ngưng tụ là thiết bị để biến hơi môi chất lạnh có 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 nó phải được làm lạnh đến nhiệt độ bảo hòa, 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 chóng tách tác nhân lạnh đã ngưng tụ ra khỏi bề mặt truyền nhiệt.
Tách không khí và các loại khí không ngưng tốt.
Tách dầu ra khỏi bình ngưng NH3 Làm sạch cáu bẩn về phía nước giải nhiệt hoặc không khí giải nhiệt như bùn đất, canxi, bụi, sét rỉ...
c) Phân loại thiết bị ngưng tụ:
Dựa vào môi 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 không khí (giải nhiệt bằng không khí)
- Thiết bị ngưng tụ kiểu kết hợp (giải nhiệt bằng nước và không khí
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 có thể sử dụng một lần hoặc tuần hoàn
3/ Thiết bị bay hơi :
a. đặc điểm :
Thiết bị bay hơi là thiết bị trao đổi nhiệt mà tại đó lỏng tác nhân sau khi qua van tiết lưu sẽ thực hiện quá trình bay hơi để thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh. Môi trường có thể là không khí hoặc lỏng
b. Phân loại thiết bị bay hơi:
- Dựa vào tính chất của môi 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 không kh. Trong loại này thường chia thành hai nhóm: dàn lạnh đông không khí đối lưu tự nhiên (dàn lạnh tĩnh) và dàn lạnh không khí đối lưu cưỡng bức (dàn lạnh quạt).
- Dựa theo mức độ choán chổ của môi chất lạnh lỏng trong thiết bị: + Thiết bị bay hơi kiểu ngập mỗi chất lạnh lỏng bao phủ toàn bộ bề mặt trao đổi nhiệt (thường là loại cấp lỏng từ dưới lên)
+ Thiết bị bay hơi kiểu không ngập: mỗi chất lạnh lỏng không bao phủ toàn 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)
5.2.1. Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước:
1/Thiết bị ngưng tụ kiểu ống vỏ nằm ngang NH3 đây 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)
1- Van an toàn 6 - Xả không khí của nước
2- đường cân bằng 7- đường nước ra
3- Cửa NH3 vào 8 - đường nước vào
4- Áp kế 9- Xã nước
5- Van xã khí không ngưng 10- Cửa lỏng NH3 ra
b) Nguyên tắc làm việc:
Hơi môi chất sau khi nén cao áp được đưa vào phần trên của bình ngưng qua đường ống (3) vào đầy không gian các ống tỏa nhiệt cho nước làm mát trong ống và ngưng tụ lại. Môi 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 có nắp 2 đầu, các ống nước ra và vào (7 và 8) được hàn vào nắp trong nắp có 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 đó bình chỉ có 1 nắp), sử dụng ống thép tròn không có cánh vì hệ số tỏa nhiệt phía trong ống và hệ số tỏa nhiệt khi ngưng của NH3 gần bằng nhau. Các ống thép có 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)
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 toàn
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 có 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 hòa tan của mỗi chất nên không có bầu gom dầu và van xã dầu
Sưu tầm và biên soạn bởi: Valve Men Team./.
Xem lại: Thiết bị thực phẩm - Các máy để rửa bao bì sản phẩm lỏng
