Quá trình đun nóng, chần và làm nguội trong thực phẩm

ĐUN NÓNG & CHẦN Đun nóng heating và chần blanching là các quá trình trao đổi nhiệt giữa thực phẩm và chất tải nhiệt nhằm nâng nhiệt độ của thực phẩm.. ĐUN NÓNG & CHẦN Nguồn nhiệt Nhiệt

Trang 1

CHƯƠNG 4 QUÁ TRÌNH ĐUN NÓNG, CHẦN VÀ LÀM NGUỘI

1

Trang 2

ĐUN NÓNG & CHẦN

Đun nóng (heating) và chần (blanching) là các quá trình trao đổi nhiệt giữa thực phẩm và chất tải nhiệt nhằm nâng nhiệt độ của thực phẩm

Mục đích:

- Tiêu diệt vi sinh vật trong thực phẩm

- Làm vô hoạt hệ enzym trong thực phẩm

- Tạo ra những biến đổi vật lý, hóa học mong muốn

Trang 3

Đun nóng = tăng nhiệt độ của thực phẩm từ nhiệt độ ban đầu (Tđ, thường

là nhiệt độ phòng) tới 1 nhiệt độ cao hơn (Tc, theo yêu cầu công nghệ)

∆𝑇 = 𝑇𝑐 − 𝑇đ > 0

Phương thức đun nóng:

- Đun nóng liên tục:

ΔT > 0 tại mọi thời điểm

- Đun nóng không liên tục:

Tùy vào từng thời điểm mà ΔT > 0, ΔT = 0

Trang 4

Nguồn nhiệt

Nhiệt năng dùng để đun nóng được tạo ra bằng nhiều phương pháp khác nhau:

- Nguồn nhiệt trực tiếp: điện, gas

- Nguồn nhiệt trung gian = Chất tải nhiệt: hơi nước, nước quá nhiệt

Yêu cầu đối với chất tải nhiệt:

- Có nhiệt độ đun nóng cao và dễ điều chỉnh nhiệt độ

- Không độc và không gây ra các phản ứng hóa học

- An toàn khi sử dụng, không cháy, nổ

- Rẻ và dễ tìm

Trang 5

Hơi nước bão hòa:

- Có hệ số cấp nhiệt lớn (h = 10 000-15 000 W/m2 °C), do đó bề mặt truyền nhiệt nhỏ

- Lượng nhiệt cung cấp lớn (tính theo một đơn vị chất tải nhiệt) vì đó là lượng

nhiệt tỏa ra khi ngưng tụ hơi

- Đun nóng được đồng đều vì hơi nước ngưng tụ trên toàn bộ bề mặt truyền nhiệt

ở nhiệt độ không đổi

- Dễ điều chỉnh nhiệt độ đun nóng bằng cách điều chỉnh áp suất hơi

- Vận chuyển xa được dễ dàng bằng các đường ống

- Không thể đun nóng được ở nhiệt độ cao, vì nếu nhiệt độ hơi càng tăng thì áp

suất hơi bão hòa càng tăng, đồng thời ẩn nhiệt hóa hơi càng giảm

Chất tải nhiệt

5

Trang 6

- Do sự khác nhau về tốc độ truyền nhiệt >> Có điểm tăng nhiệt chậm nhất

Trang 7

Chiều chuyển động của các lưu thể

Chảy xuôi chiều

Trang 9

Tính toán lượng hơi nước tiêu hao

- Trong đun nóng bằng hơi nước trực tiếp:

Từ phương trình cân bằng nhiệt lượng:

𝑚𝑣 ℎ𝑣 + 𝑚𝑓 𝑐𝑝𝑓 𝑡𝑓1 = 𝑐𝑝𝑤 𝑚𝑣 𝑡𝑓2 + 𝑚𝑓 𝑐𝑝𝑓 𝑡𝑓2 + 𝑄𝑙

𝑚𝑣 = 𝑚𝑓 𝑐𝑝𝑓 𝑡𝑓2 − 𝑡𝑓1 + 𝑄𝑙

ℎ𝑣 − 𝑐𝑝𝑤 𝑡𝑓2Trong đó:

mv : khối lượng hơi cần thiết (kg/s)

mf : khối lượng thực phẩm cần đun nóng (kg/s)

hv : nhiệt lượng riêng của hơi nước (J/kg)

Ql : nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh (J)

cpf : nhiệt dung riêng của thực phẩm (J/kg ⁰C)

cpw : nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ (J/kg ⁰C)

tf1 :nhiệt độ ban đầu của thực phẩm (⁰C)

tf2 :nhiệt độ cuối của thực phẩm (⁰C)

Ta có:

Trang 10

𝑚𝑣 ℎ𝑣 + 𝑚𝑓 𝑐𝑝𝑓 𝑡𝑓1 = 𝑐𝑝𝑤 𝑚𝑣 𝑡𝑤 + 𝑚𝑓 𝑐𝑝𝑓 𝑡𝑓2 + 𝑄𝑙

𝑚𝑣 = 𝑚𝑓 𝑐𝑝𝑓 𝑡𝑓2 − 𝑡𝑓1 + 𝑄𝑙

ℎ𝑣 − 𝑐𝑝𝑤 𝑡𝑤

Tính toán lượng hơi nước tiêu hao

- Trong đun nóng bằng hơi nước gián tiếp:

Từ phương trình cân bằng nhiệt lượng:

Trong đó:

Ta có:

tw : nhiệt độ của nước ngưng tụ (⁰C)

Trang 11

LÀM NGUỘI

Làm nguội = quá trình hạ nhiệt độ của thực phẩm xuống nhiệt độ

thường

Chất tải nhiệt thường dùng là nước và không khí

Nếu cần làm nguội tới nhiệt độ thấp hơn > dùng nước muối

lạnh

Thường sử dụng làm nguội gián tiếp > sử dụng các thiết bị

trao đổi nhiệt

Chọn chiều lưu thể: thường chọn hai lưu thể chuyển động ngược

chiều

11

Trang 12

Đun nóng trực tiếp:

THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

= chất tải nhiệt (hơi nước) tiếp xúc trực tiếp

Trang 13

- Hơi nóng đi vào khoảng không

gian giữa hai lớp vỏ của nồi

- Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt

thường không lớn (không quá 10

Trang 14

Lõi xoắn ngập trong thực phẩm

(Heating coils immersed in liquids)

Hình 4.3 Loại ống xoắn ruột gà

- Ống xoắn hình ruột gà được đặt ngập

trong thực phẩm trong 1 nồi chứa

- Hơi đi trong ống và truyền nhiệt cho

thực phẩm

- Tốc độ truyền nhiệt cao hơn trong

trường hợp nồi hai vỏ do diện tích bề

mặt trao đổi nhiệt lớn hơn

- Hệ số truyền nhiệt cao hơn nồi hai

vỏ, = 300 – 3600 J/m2 s °C

Trang 15

Thiết bị trao đổi nhiệt loại bản mỏng

(Plate heat exchanger)

Hình 4.4 Thiết bị trao đổi nhiệt loại

bản mỏng

Cấu tạo:

- Gồm 1 loạt các bản mỏng có kích thước, cấu

tạo giống nhau được gắn song song với nhau

trên 1 khung đỡ (Hình 4.4a)

- Các miếng đệm bằng cao su gắn các mép của

các bản để tránh hiện tượng trộn lẫn giữa

thực phẩm và chất tải nhiệt; giúp định hướng

dòng chất tải nhiệt hoặc dòng thực phẩm đi

vào đúng các lỗ trống để tạo thành dòng

chảy

- Các bản mỏng : chế tao bằng thép không gỉ,

có thể được dập các đường rãnh để tăng sự

chuyển động hỗn loạn của các lưu thể (Hình

4.6)

15

Trang 16

Xem thêm trên internet:

https://www.youtube.com/watch?v=Jv5p7o-7Pms

Hình 4.5 Nguyên lý hoạt động trong thiết bị

trao đổi nhiệt loại bản mỏng

Trang 17

Hình 4.6 Cấu tạo các bản mỏng của thiết bị

trao đổi nhiệt loại bản mỏng

- Tăng công suất bằng cách lắp thêm các bản mỏng vào khung

- Giúp tiết kiệm năng lượng bằng cách tái sử dụng nhiệt

Dòng nóng và dòng nguội chảy trong các bản

khác nhau, trao đổi nhiệt gián tiếp qua bản

mỏng

17

Trang 18

Loại ống

(Tubular heat exchanger)

Hình 4.7 Sơ đồ của thiết bị trao đổi nhiệt loại

ống lồng ống

Cấu tạo:

Một ống nằm bên trong , ở trung

tâm của 1 ống khác

- Một lưu thể chảy trong ống trong,

lưu thể còn lại chảy trong khoảng

không gian hình khuyên giữa hai

ống

Ống lồng ống

Trang 19

Loại ống

Ống chùm

(Shell and Tube heat exchanger)

Hình 4.8 Nguyên lý họat động của thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm

19

Trang 20

Xem thêm trên internet:

https://www.youtube.com/watch?v=hxhB3k0vh2g

Thực phẩm cần gia nhiệt đi trong ống; chất tải nhiệt đi trong không gian phía bên ngoài ống

Trang 21

Thực phẩm đi trên băng tải, đến các khu vực nâng

nhiệt bằng nước nóng hoặc hơi; và làm nguội bằng

nước lạnh hoặc không khí

Tốc độ của băng tải được điều chỉnh để thời gian xử lý nhiệt

đảm bảo việc vô hoạt enzyme cho từng sản phẩm cụ thể

21

Trang 22

THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI ỐNG

Mục đích chính của thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt loại ống là xác định

được diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cho một yêu cầu cụ thể

Sự thay đổi nhiệt lượng trong một lưu thể khi nó thay đổi nhiệt độ từ T1 đến T2 là:

𝑞 = 𝑚 𝑐𝑝 (𝑇2 − 𝑇1)

Tốc độ truyền nhiệt từ lưu thể nóng (H) sang lưu thể lạnh (C) là:

𝑑𝑞 = 𝑈∆𝑇𝑑𝐴

ΔT: chênh lệch nhiệt độ giữa lưu thể nóng và lưu thể lạnh; ΔT = TH - TC

Lưu ý: ΔT khác nhau tại vị trí (1) và (2)

(4.1)

(4.2)

Trang 23

23

Trang 24

Áp dụng cân bằng năng lượng

Trang 25

Trang 26

Trang 27

27

Trang 28

Ví dụ tính toán:

Một thực phẩm lỏng (nhiệt dung riêng = 4 kJ/[kg °C]) chảy trong ống trong của thiết bị trao đổi nhiệt loại ống lồng ống Thực phẩm lỏng đi vào thiết bị tại 20°C và đi ra ở nhiệt độ 60°C Lưu lượng của thực phẩm lỏng là 0,5 kg/s Trong khoảng không gian hình khuyên, nước nóng có nhiệt độ 90°C đi vào thiết bị và chảy ngược dòng với lưu lượng 1 kg/s Nhiệt dung riêng trung bình của nước là 4,18 kJ/(kg °C) Thừa nhận các điều kiện là ổn định

1 Hãy tính nhiệt độ đầu ra của nước

2 Hãy tính chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit

3 Nếu hệ số truyền nhiệt tổng số trung bình là 2000 W/(m2 °C) và đường kính của ống trong là 5 cm, hãy tính chiều dài của thiết bị trao đổi nhiệt này

Định dạng
Số trang	28
Dung lượng	0,96 MB