4.1. Bản chất:
Là quá trình cơ học để phân riêng hỗn hợp khơng đồng nhất bằng trọng lực hoặc lực li tâm.
4.2. Phạm vi sử dụng của quá trình:
Được sử dụng rộng rãi trong cơng nghệ sản xuất thực phẩm nhằm các mục đích sau: - Nâng cao chất lượng sản phẩm (làm trong) bằng cách tách các chất ảnh hưởng xấu đến sản phẩm và đến quá trình tiếp theo.
Ví dụ: lắng xác tế bào, pectin, tanin, sắc tố, chất nhựa...trong sản xuất nước quả. Lắng các chất khơng phải đường như chất màu, protein, chất hữu cơ, keo... trong sản xuất đường. Lắng các chất tạo cặn trong sản xuất rượu mùi, rượu trắng..., làm sạch, tách các loại bột và tinh bột.
- Chuẩn bị cho các quá trình tiếp theo. Ví dụ: lắng trước khi đem lọc để tách bớt kết tủa trong sản xuất đường, lắng tách bỏ tạp chất và nước trước khi lọc dầu...
- Khai thác thu nhận sản phẩm ở dạng rắn, ví dụ tách tinh bột khỏi dịch bào trong sản xuất tinh bột, thu nhận các chế phẩm enzim...
- Vệ sinh cơng nghiệp: làm sạch khí, nước thải trước khi thải ra ngồi.
4.3. Đặc điểm vật liệu và những biến đổi :
* Vật liệu:
Cĩ tính khơng đồng nhất (khối lượng riêng khác nhau) và cĩ thể là hỗn hợp: khí- rắn (bụi), lỏng-rắn (tinh bột), lỏng- lơ lững (huyền phù, nhũ tương, bọt), lỏng-khí (thu hồi CO2). Trong cơng nghệ thực phẩm thường dùng phương pháp lắng và lọc ly tâm để phân riêng hệ lỏng chủ yếu là hệ huyền phù thơ: các hạt rắn cĩ kích thước lớn 100µ cĩ thể nhìn thấy được.
* Những biến đổi:
Khi lắng các phân tử rơi lắng bằng lực: f' =G.g (kgm/s2)
G: khối lượng của vật rơi lắng, kg. g: gia tốc trọng trường, m/s2
Thường vật rơi lắng cĩ kích thước rất nhỏ nên coi nĩ cĩ dạng hình cầu:
( 1 2)3 3 3 4π ρ −ρ = r G r: bán kính của vật rơi lắng, m
ρ1, ρ2 : tỷ trọng (khối lượng riêng) của phân tử rơi lắng và chất lỏng, kg/m3 Trong khi rơi các phân tử rơi lắng bị tác dụng bởi một lực cản.
f" = 6πηrv , kgm/s2
η: độ nhớt của mơi trường, Ns/m2
v: tốc độ rơi lắng của phân tử rơi lắng, m/s
Trong quá trình rơi f" tăng dần lên vì v là một đại lượng biến động. Đến khi f' = f" thì sự rơi tiếp theo tiến hành ở một tốc độ khơng đổi:
( ) g m s r v 1 , / 9 2 2 1 2 η ρ ρ − =
Cơng thức này của định luật Stơck áp dụng cho một hệ đơn thuần khơng phải hệ keo (hệ keo gồm các hạt cĩ kích thước nhỏ hơn 0,1 µ; hệ nhũ tương: các hạt chất lỏng khơng tan trong các chất lỏng khác), phân tử rơi khơng bị các yếu tố khác chi phối.
Tuy vậy cũng cho một số kết luận cho hệ keo trong thực phẩm. Theo tính tốn chỉ lắng được các phân tử cĩ kích thước >10-4 cm. Một số thực phẩm cĩ chứa hệ keo (ví dụ các
loại nước đường, nước quả...) tốc độ lắng chậm, một số dung dịch chứa tạp chất nhỏ cũng lắng rất chậm. Trong trường hợp đĩ ta cần tách keo rồi mới lắng.
Như vậy tốc độ lắng phụ thuộc vào mức độ phân tán của hỗn hợp, kích thước của hạt và khối lượng riêng của hai pha. Khi kích thước của hạt lớn, chênh lệch khối lượng riêng của hai pha lớn tốc độ lắng sẽ tăng lên, ngược lại khi độ nhớt dung dịch lớn tốc độ lắng lại giảm.
Những phân tích ở trên cho thấy biến đổi vật liệu trong qúa trình lắng là sự thay đổi chủ yếu về trạng thái chung: các pha được tách riêng ra khỏi hỗn hợp; khơng cĩ biến đổi về hĩa học, hĩa lý hay sinh hĩa nhiều. Tuy nhiên do thời gian dài cĩ thể cĩ những thay đổi về độ màu của dung dịch và một số vi sinh vật cĩ thể phát triển nếu để lâu.
4.4. Sản phẩm sau lắng:
Thực tế sau khi lắng bằng trọng lực ta thu được một hỗn hợp gồm 3 pha đã được phân chia:
1. Bột: một số chất keo cĩ ρ < ρhh và lẫn một ít dung dịch.
2. Dung dịch trong suốt (cĩ lẫn một ít cặn) 3. Cặn là pha rắn cĩ lẫn một ít dung dịch. 3. Cặn là pha rắn cĩ lẫn một ít dung dịch.
Yêu cầu sản phẩm sau lắng nếu là dung dịch phải trong suốt.
4.5. Phương pháp thực hiện quá trình:
* Lắng trọng lực: dùng bể lắng, thùng lắng, máng lắng (cĩ chiều dài lớn 12-33m, cĩ chiều rộng nhỏ 0,2-0,3m, tốc độ chuyển động của dung dịch trong máng cố định 0,15- 0,2m/s).
* Lắng li tâm: trong sản xuất thực phẩm thường sử dụng xiclon khơ hoặc xiclon nước để lắng.
Ví dụ thiết bị Wilrpool trong sản xuất bia.