Quá Trình Bay Hơi Và Chưng Cất

MỤC LỤC PHẦN I: QUÁ TRÌNH BAY HƠI VÀ CHƯNG CẤT Lý thuyết 1.1 Giới thiệu chung chưng cất .5 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Mục đích công nghệ phạm vi sử dụng 1.1.3 Phân loại 1.2 Cân pha – lỏng hỗn hợp chưng 1.3 Các phương pháp chưng cất 1.3.1 Chưng cất đơn giản .8 1.3.2 Chưng có hồi lưu 1.3.3 Chưng nước trực tiếp 1.3.4 Chưng luyện 10 Thiết bị chưng cất .14 2.1 Tháp chưng cất .14 2.1.1 Tháp đĩa .14 2.1.2 Tháp đệm .16 2.2 Thiết bị ngưng tụ 18 2.3 Thiết bị gia nhiệt đáy 21 Ảnh hưởng đến thực phẩm .19 Ứng dụng công nghiệp thực phẩm 20 4.1 Sản xuất rượu 20 4.2 Chưng cất tinh dầu 21 PHẦN II: ÉP ĐÙN .22 1.Lý thuyết 22 1.1 Khái niệm .22 1.2 Lịch sử phát triển ứng dụng .22 1.3 Quá trình ép đùn .22 1.4 Ưu điểm công nghệ ép đùn 23 Thiết bị ép đùn 23 2.1 Thiết bị ép đùn trục 23 2.2 Thiết bị ép đùn hai trục 25 Sự thay đổi chất dinh dưỡng trình ép đùn 26 3.1 Protein 26 3.2 Vitamin 27 3.3 Sự hình thành lưu giữ lại hương vị qua trình ép đùn .27 Ảnh hưởng chất dinh dưỡng đến trình ép đùn 28 4.1 Protein 28 4.2 Chất béo 28 4.3 Đường .29 Ứng dụng ép đùn sản xuất thực phẩm 29 5.1 Ứng dụng sản xuất mì ống 30 5.2 Ứng dụng sản xuất bim bim 30 5.3 Ứng dụng sản xuất bỏng ngô 30 5.4 Ứng dụng sản xuất loại protein cấu trúc 31 5.5 Ứng dụng sản xuất bánh kẹo socola 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 QUÁ TRÌNH BAY HƠI VÀ CHƯNG CẤT Lý thuyết 1.1 Giới thiệu chung chưng cất 1.1.1 Khái niệm Chưng cất phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào khác độ bay chúng Chưng cất khác với trình cô đặc dung môi chất hòa tan bay trình cô đặc có dung môi bay Khi chưng, ta thu nhiều sản phẩm Thường hỗn hợp chứa cấu tử có nhiêu sản phẩm Trường hợp có cấu tử, theo sơ đồ chưng hình ta thu được: + Sản phẩm đỉnh gồm cấu tử dễ bay phần cấu tử khó bay + Sản phẩm đáy gồm chủ yếu cấu tử khó bay phần cấu tử dễ bay 1.1.2 Mục đích công nghệ phạm vi sử dụng Trước hết trình chưng cất thực với mục đích thô chế, làm tạp chất thô, ví dụ: chất keo, nhựa, bẩn… trình sản xuất rượu thô chế nguyên liệu có tinh dầu Mục đích quan trọng khác phạm trù khai thác thu nhận sản phẩm cất cồn, cất rượu, cất loại tinh dầu Cuối cùng, chưng cất để nâng cao chất lượng sản phẩm, trình tinh chế, ví dụ tinh chế cồn, tinh chế loại tinh dầu có giá trị kinh tế cao 1.1.3 Phân loại + Phân loại theo áp suất làm việc: chân không, áp suất thường áp suất cao + Phân loại theo số lượng cấu tử hỗn hợp: hệ cấu tử, hệ cấu tử số cấu tử mười hệ nhiều cấu tử (lớn mười) + Phân loại theo phương thức làm việc: liên tục, gián đoạn + Phân loại theo mức độ phức tạp: chưng đơn giản, chưng luyện Ngoài người ta phân biệt phương pháp chưng đặc biệt như: chưng nước trực tiếp, chưng trích ly, chưng đẳng phí, chưng cất thăng hoa 1.2 Cân pha – lỏng hỗn hợp chưng Dung dịch lý tưởng dung dịch mà lực liên kết phân tử loại lực liên kết phân tữ khác loại nhau, cấu tử hoà tan vào theo tỉ lệ Cân lỏng hoàn toàn tuân theo định luật Rauolt Dung dịch thực dung dịch không hoàn toàn tuân theo định luật Rauolt, sai lệch với định luật Rauolt dương, lực liên kết phân tử khác loại nhỏ lực liên kết phân tử loại, sai lệch âm lực liên kết phân tử khác loại lớn lực liên kết phân tử loại Trường hợp chất lỏng hoà tan vào theo tỉ lệ áp suất cấu tử giảm áp suất chung cuả hỗn hợp, nhiệt độ sôi hỗn hợp thành phần cấu tử số mà thay đổi theo thành phần cấu tử dung dịch Đường cong OMD đường nối liền điểm biểu diễn cho thành phần cân với x Đường gọi đường ngưng tụ Đường cong OND đường nối liền điểm ứng với thành phần x, đường gọi đường cong sôi Khu vực phía đường OMD khu vực hơi, khu vực đường cong OND khu vực lỏng, khu vực hai đường cong khu vực hỗn hợp lỏng Ví dụ; ta có hỗn hợp lỏng, có thành phần x1 nhiệt độ t1 (điểm S), đun nóng hỗn hợp đến nhiệt độ t2 (điểm N) suất thành phần x2 cân với lỏng Ta tiếp tục tăng dần nhiệt độ lượng hỗn hợp tăng lên, lượng lỏng giảm Nếu trình ngưng lại t3 ta thu hỗn hợp có thành phần x4 > x1 hỗn hợp lỏng có thành phần x4 < x1 Nếu ngưng tụ toàn hỗn hợp ta hỗn hợp lỏng có thành phần cấu tử dễ bay x4, cách làm ta tách hỗn hợp lỏng có nồng độ x1 thành hai hỗn hợp lỏng có nồng độ giàu cấu tử dễ bay (x4) giàu cấu tử khó bay (x3) Cứ vậy, ta tiếp tục cho bốc phần hỗn hợp lỏng có x1 ngưng tụ lại ta sản phẩm có nồng độ chất dễ bay cao tuỳ theo yêu cầu Cần phải nói rằng, phương pháp chưng ứng dụng cho hỗn hợp hai cấu tử mà ứng dụng cho hỗn hợp nhiều cấu tử (khi độ bay cấu tử khác nhau) 1.3 Các phương pháp chưng cất 1.3.1 Chưng cất đơn giản : Chưng cất đơn giản dùng để chưng cất hỗn hợp bao gồm cấu tử dễ bay có lẫn tạp chất khó bay hơi, không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao (thô chế), tách sơ hỗn hợp chứa nhiều cấu tử tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất không bay Trong công nghệ thực phẩm ta gặp trình cất tinh dầu từ nguyên liệu chứa tinh dầu, cất cồn thủ công nơi chưng đơn giản mà phận ngưng tụ làm lạnh có tên vòi voi Ở cất với nước áp suất thường to = 100oC Vật liệu nạp vào nồi chưng cất Ở hỗn hợp đun đến to bay Bộ phận đun nóng trực tiếp củi, than (nồi cất thủ công) gián tiếp phận truyền nhiệt Hơi bốc lên ngưng tụ thiết bị làm lạnh,thường ống ruột gà, nước làm nguội bên ống ; chất lỏng (sản phẩm đỉnh) thu vào thùng chứa, bã dung dịch khó bay lại thiết bị tháo 1.3.2 Chưng có hồi lưu Sản phẩm đỉnh sau ngưng tụ cho quay phần trở thiết bị chưng với mục đích nâng cao chất lượng tăng hiệu suất thu hồi 1.3.3 Chưng nước trực tiếp Phun trực tiếp qua lớp chất lỏng vật liệu rắn, nước bão hòa nhiệt Trong trình tiếp xúc nước chất lỏng, cấu tử cần chưng khuếch tán vào Hỗn hợp nước với cầu tử bay ngưng tụ tách thành sản phẩm Phương án có lợi chất có nhiệt độ sôi cao Tuy nhiên tốt ta dùng phương pháp đốt gián tiếp để đun bốc hỗn hợp, lớp nước trực tiếp có nhiệm vụ mang cấu tử dễ bay mà Ngoài để chất lỏng khỏi bị phân hủy giảm bớt lượng nhiệt chi phí người ta thường tiến hành chưng cất với nước áp suất chân không Tổng lượng nhiệt chi phí cho chưng cất với nước lớn chưng cất đơn giản 1.3.4 Chưng luyện Để thu sản phẩm tinh khiết ta tiến hành chưng nhiều lần Chưng nhiều lần nhóm thiết bị: Hỗn hợp đầu A liên tục vào nồi chưng thứ Một phần chất lỏng bay thành sản phẩm đỉnh C Mức chất lỏng nồi không đổi Hơi C cân với trạng thái lỏng B thu ngưng tụ thành chất lỏng D vào nồi chưng Quá trình tiếp tục lặp lại lần Mỗi nồi có phận đốt nóng riêng biệt Kết thu sản phẩm đáy sản phẩm đỉnh có chứa nhiều cấu tử dễ bay Để thu sản phẩm đáy có nhiều cấu tử bay ta cho sản phẩm đáy nồi sau quay lại nồi trước Trạng thái cân nồi chưng thay đổi Ta có sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy Phương án chưng luyện cho sản phẩm cuối quay trở lại có hồi lưu cho sản phẩm đỉnh phương án có hiệu Tuy nhiên sơ đồ chưng nhóm thiết bị cồng kềnh Để đơn giản người ta thay hệ thống tháp chưng luyện Tháp có nhiều đĩa, đĩa tháp ứng với nồi chưng Bộ phận đun nóng đáy tháp Hơi từ lên lỗ đĩa, chất lỏng chảy từ xuống theo ống chảy chuyển Nồng độ cấu tử thay đổi theo chiều cao tháp, nhiệt độ sôi tháp thay đổi tương ứng với thay đổi nồng độ Trên đĩa chất lỏng chứa cấu tử dễ bay nồng độ x1, bốc lên từ đĩa có nồng độ cân với x1 y1 y1 > x1 Hơi qua lỗ đĩa tiếp xúc với chất lỏng đĩa Nhiệt độ đĩa thấp đĩa nên phần ngưng tụ lại, nồng độ x2 > x1 Hơi nước bốc lên từ đĩa có nồng độ tương ứng cân với x2 y2 y2 > x2 Hơi từ đĩa lên đĩa nhiệt độ đĩa thấp hơn, ngưng tụ phần chất lỏng đĩa có nồng độ x3 > x2 … Trên đĩa xảy trình chuyển khối pha lỏng pha Do phần cấu tử dễ bay chuyển từ pha lỏng vào pha phần chuyển từ pha vào pha lỏng Lặp lại nhiều lần bốc ngưng tụ thế, với số đĩa tương ứng cuối đỉnh tháp ta thu cấu tử dễ bay dạng lẫn tạp chất đáy tháp thu cấu tử khó bay dạng nguyên chất đĩa tháp bậc thay đổi nồng độ, số đĩa tháp số bậc thay đổi nồng độ Quá trình chưng luyện xảy áp suất thường, áp suất cao áp suất chân không Có thể làm gián đoạn liên tục 10 Ảnh hưởng đến thực phẩm Qua trình chưng cất, độ tinh khiết sản phẩm tăng, tách tạp chất Về cảm quan màu sắc trạng thái sản phẩm đồng dễ chịu Tách số thành phần không mong muốn khỏi sản phẩm, làm tăng giá trị sản phẩm Trong chưng cất tinh dầu, cấu tử ester tinh dầu thường dễ bị phân giải cho axit ancol đun nóng thời gian dài với nước Do đó, để hạn chế tượng chưng cất nước phải thực thời gian ngắn tốt Nhiệt độ cao làm phân hủy tinh dầu Do đó, cần thiết phải dùng nước nhiệt (trên 100ºC), nên thực việc giai đoạn cuối chưng cất, sau cấu tử dễ bay bị lôi hết Thực ra, hầu hết tinh dầu bền tác dụng nhiệt nên vấn đề cho thời gian chịu nhiệt độ cao tinh dầu ngắn tốt Ứng dụng công nghiệp thực phẩm 4.1 Sản xuất rượu Dung dịch đường lên men đun nóng để tách rượu nhờ tượng rượu bay nhiệt độ thấp nước Có hai phương pháp chưng cất: Dùng nồi chưng cất Dùng cột chưng cất liên tục Sự khác biệt rượu chưng cất nồi cột : Chưng cất nồi : rượu mùi vị chất kèm tạo hương thơm gắt, cần ủ để dịu Thời gian ủ tối thiểu thường hai năm thùng gỗ sồi Các thùng đắt phải làm thủ công có hơ lửa mặt Rượu ngấm mùi màu gỗ sồi hơ lửa tạo vị thơm ngon 17 Chưng cất cột : rượu tinh khiết vô chai không cần ủ thiếu mùi vị đặc trưng Phương pháp kinh tế dùng sản xuất quy mô lớn Ví dụ: sản xuất rượu Whisky Sau lên men, dịch wash đưa đến “still room”, sẵn sàng cho trình chưng cất Scotch whisky thường chưng cất lần tĩnh đồng (copper still), loại bình đồng khiến người ta liên tưởng đến ấm đun nước lớn đun lửa Hình dạng, kích thước, số lượng tĩnh đồng có ảnh hưởng lớn đến hương vị whisky, tương tác rượu với đồng Nói chung, rượu tiếp xúc nhiều với thành đồng bình, rượu êm & nhẹ Các bình đồng nhà máy chưng cất Glenkinchie ví dụ điển hình Ở người ta dùng loại bình lớn, thân to, coi bình chưng cất lớn nhà máy, dẫn đến tiếp xúc đáng kể rượu thành bình Và kích thước & hình dạng bình đồng giúp tạo nên êm nhẹ Glenkinchie Single Malt Scotch Whisky Quá trình chưng cất diễn bình lớn chứa dịch wash, 18 dịch đun nóng đến rượu chuyển thành Bình ngưng làm chuyển đổi thành chất lỏng - rượu với với nồng độ cồn thấp khoảng 20% Rượu nồng độ thấp đun nóng lần bình chứa (spirit still), loại bình nhỏ wash still Rượu bốc lại ngưng tự thành chất lỏng, với nồng độ cồn khoảng 68%, chảy vào bình chứa rượu 4.2 Chưng cất tinh dầu Chưng cất tinh dầu tiến hành phương pháp chưng cất nước Phương pháp dựa thẩm thấu, hòa tan, khuếch tán lôi theo nước hợp chất hữu tinh dầu chứa mô tiếp xúc với nước nhiệt độ cao Sự khuếch tán dẽ dàng tế bào chứa tinh dàu trương phồng nguyên liệu tiếp xúc với nước bão hòa thời gian định Trường hợp mô thực vật có chứa sáp, nhựa, axit béo chưng cất phải thực thời gian dài hợp chất làm giảm áp suất chung hệ thống làm cho khuếch tán trở nên khó khăn 19 ÉP ĐÙN Lý thuyết 1.1 Khái niệm Ép đùn trình ép, nguyên liệu đưa vào thông qua khe hở Nó bao gồm xay, nén, nghiền nguyên liệu tỉ lệ định sẵn đẩy qua thiết bị đầu 1.2 Lịch sử phát triển ứng dụng Lần công nghệ ép đùn áp dụng vào chế biến thực phẩm kỉ 19, thịt sườn đưa vào thùng chứa sử dụng loại máy ép đùn dùng piston Vào năm 30 kỉ 20, máy ép đùn trục đơn giới thiệu công nghiệp làm mì ống giúp định hình bột nhào thành mì Ngày nay, vài loại sản phẩm trung gian sản phẩm thực phẩm sản xuất nhờ công nghệ ép đùn 1.3 Quá trình ép đùn Ép đùn trình hoạt động nhiệt hiệu bao gồm vài công đoạn: trộn, nhào, làm nóng, làm lạnh, tạo khuôn, làm khô, thổi phồng phụ thuộc vào nguyên liệu thiết bị sử dụng Trong suốt trình ép đùn, nguyên liệu chịu ảnh hưởng nhiệt độ cao áp suất cao nên dãn tới vài thay đổi tính chất nguyên liệu Trong ép đùn có nguồn lượng sử dụng Một loại lượng chuyển từ quay vòng trục, nguồn lượng thứ chuyển từ máy làm nóng, dẫn tới tăng nhiệt độ nguyên liệu ép đùn 20 Nguyên liệu sử dụng ép đùn nguyên liệu khô, phổ biến lúa mì, ngô, bột gạo…Vì bột khô biến đổi nên tính chất độ cứng, ma sát bề mặt,sự cấu kết phân tử trở nên quan trọng Ngoài ra, số sản phẩm giàu protein sản suất ép đùn hạt đậu nành, ngũ cốc… 1.4 Ưu điểm công nghệ ép đùn Có vài ưu điểm sử dụng máy ép đùn để xử lí nguyên liệu thực phẩm, việc sản xuất sản phẩm đa dạng hình dáng chủng loại cách thay đổi cài đặt máy sử dụng nguyên liệu thô khác Với việc thực loạt hành động tự phát liên tục, máy ép đùn giúp tiết kiệm tiền thuê lao động, thuê công xưởng chi phí cho lượng suất tăng Vì công nghiệp chế biến thực phẩm, phương pháp ép đùn xem công nghệ hữu hiệu ứng dụng rộng rãi Thiết bị ép đùn 2.1 Thiết bị ép đùn trục 21 Thiết bị ép đùn trục đơn sử dụng lần vào năn 40 kỉ 20 để sản xuất bỏng từ bột ngũ cốc bột kiều mạch Trong suốt trình chuyển qua máy ép đùn, từ trục quay máy đươc chuyển thành nhiệt, tăng nhiệt hỗn hợp tạo thành, sau ép vào khuôn Sự giảm đột ngột áp suất khuôn gây thay đổi tính chất nguyên liệu Vì máy ép đùn trục có khả trộn kém, chúng thường sử dụng với nguyên liệu trộn trước nhào trước để giảm lượng tiêu thụ tăng công suất Trong trình trộn, nguyên liệu thùng nguyên liệu tạo lực ma sát giữ nguyên liệu khỏi bị với trục, đó, số máy trục có rãnh cắt thùng để nâng cao khả kết dính với thùng Máy ép đùn trục phụ thuộc vào áp suất khuôn bánh trượt, hầu hết sử dụng để quay trục tạo trình nén Vòng quay trục thùng làm xuất dòng chảy gọi dòng chảy ngang Dòng chảy không đóng góp vào chuyển dịch nguyên liệu tạo nên tuần hoàn khép kín thùng, đóng vai trò thực hoạt động nhào trộn máy ép Dòng chảy thứ biết đến dòng áp suất.Dòng áp suất gây dịch chuyển ngược lại hướng thùng ép đùn gây xáo trộn sản phẩm Hai dòng chảy kết hợp lại với để nhào trộn đưa nguyên liệu vào thùng 22 Máy ép đùn trục 2.2 Thiết bị ép đùn hai trục Được ứng dụng ngành công nghiệp thực phẩm vào năm 70 kỉ XX sử dụng rộng rãi công nghiệp thực phẩm Ngoài việc dùng để sản xuất thực phẩm giống máy ép đùn trục, máy ép đùn trục áp dụng rộng rãi nhờ vào điều khiển trình tốt hơn, thiết kế đa dạng linh động Máy ép đùn trục chia thành loại Đó máy ép đồng trục có sợi trục ăn khớp trục khác máy ép ngược trục có sợi trục trục không ăn khớp với nhau, cho phép trục quay mà không cản trở khác Máy ép đồng trục hoạt động máy bơm chuyển dịch tích cực, tác dụng lên nguyên liệu bên để đưa hướng vào khuôn chuyển động quay trục Nguyên liệu ép chuyển từ trục sang trục khác với chế kết hợp lực kéo lực chuyển tích cực Máy ép đồng trục có tốc độ cao máy ép ngược trục lực hướng tâm sinh phân tán tốt Khả truyền máy đồng trục cho phép xử lí chất dính 23 khó khăn xử lí nguyên liệu Máy ép đồng trục có ứng dụng rộng rãi nhờ nhào trộn hiệu khả tự làm Máy ép ngược trục có chức giống máy ép trục công suất lớn hơn, thích hợp với nguyên liệu có độ nhớt thấp mà yêu cầu tốc độ trục thời gian dài Máy ép loại có khả nhào trộn chủ yếu nhờ vào tuần hoàn khép kín bên thùng Áp suất xảy máy ép ngược trục tốc độ trục tăng, lực phân tán lớn sinh bề mặt chung trục, gây hao mòn máy Sự thay đổi chất dinh dưỡng trình ép đùn 3.1 Protein Cũng cách chế biến thực phẩm khác, ép đùn có ảnh hưởng tốt xấu đến giá tri dinh dưỡng protein Trong trình ép đùn, nguyên liệu tiếp xúc với nhiệt độ cao, tốc độ dịch chuyển, áp suất cao làm tăng giảm giá trị dinh dưỡng protein Chất lượng dinh dưỡng phụ thuộc 24 vào nhiệt độ, độ ẩm, pH, tốc độ dịch chuyển, thời gian lưu nguyên liệu thiết bị, tương tác chúng, chất protein hay có mặt thành phần khác cacbohydrate, lipid Cấu trúc protein phần làm ức chế hoạt động enzyme tiêu hóa, trình ép đùn kết hợp nhiệt trình cắt làm phá vỡ cách hiệu cấu trúc protein Nói chung, biến tính protein cải thiện chất lượng dinh dưỡng, làm cho phân tử dễ dàng tiếp cận với proteaza dễ tiêu hóa Liên kết disulphide tạo ổn định cho cấu trúc bậc protein, phá vỡ liên kết dịch chuyển nhẹ trình ép đùn làm trình tiêu hóa diễn Tuy nhiên lysine trình ép đùn bị nhiều trình nướng tăng nhiệt độ độ ẩm Trong suốt trình ép đùn nóng, phản ứng Maillard xảy với thực phẩm chứa protein điều kiện nhiệt độ cao (>180), sư dịch chuyển (>100 rpm), với độ ẩm thấp (