- Lượng sữa cho vào thiết bị đồng hóa : 56 928.256
8 = 7 116.032(kg/h) - Số thiết bị = 𝑁𝑆𝐶Đ
𝑁𝑆𝑇𝐵= 7 116.032
22600 = 0.315
- Thời gian đồng hóa là 20s. Tổng thời gian đồng hóa là 25p. - Nhiệt độ dòng lỏng: 700C
- Chế độ áp suất cho 2 cấp đồng hóa:
+ Áp lực cấp đồng hóa thứ nhất: 160bar (P1) + Áp lực cấp đồng hóa thứ hai: 40bar (P2)
Chọn 1 thiết bị đồng hóa Tetra Alex 30 của hãng Tetra Pak, áp lực đồng hóa 160bar cho năng suất tối đa 22.600 kg/h.
Thông số kỹ thuật của thiết bị:
Nước làm mát (áp lực > 300 kPa, nhiệt độ 250C, độ cứng <100dH):700 lít/h Lượng hơi nước tiệt trùng thiết bị (áp lực >300kPa): 25kg/h
Kích thước thiết bị (mm): 2820 x 1720 x 1250
Kích thước không gian đặt thiết bị (mm): 4300 x 3300 x 1700 (mm)
Thông số vận chuyển thiết bị: Khối lượng thiết bị: 3775kg
Khối lượng bao bì vận chuyển: 500kg Thể tích: 11,9 m3
Năng lượng tiêu tốn:
Năng lượng tiêu thụ/ 1000 lít sản phẩm: 8,2kWh Lượng nước tiêu thụ/ 1000 lít sản phẩm: 671 lít/h Hơi tiêu tốn/ 1000 lít sản phẩm: 3,4kg/h
65
Hình VI-5: Thiết bị đồng hóa 2 cấp Tetra Alex 30 hãng Tetra Pak
Nguyên lý hoạt động:
Máy hoạt động theo nguyên tắc đồng hóa ở áp suất cao, hai cấp gồm một bơm piston để đưa nguyên liệu vào máy, hai khe hẹp và hai hệ thống thủy lực tạo đối áp dùng chung một bể dầu. Bộ phận đồng hóa gồm các bộ phận chính sau đây: chày đồng hóa (forcer), bộ phận tạo khe hẹp (seat), vòng đập (impact-ring). Chày đồng hóa và bộ phận tạo khe hẹp vừa tạo ra áp lực cao cho dòng lưu chất vừa tạo ra khe đồng hóa (gap), khe đồng hóa có kích thước rất nhỏ (0,1mm), vòng chặn có tác dụng tạo ra va đập cho các hạt làm cho chúng phân tán tốt hơn.
Hình VI-6: Cấu tạo thiết bị đồng hóa áp lực cao hai cấp
1- cấp đồng hóa thứ nhất; 2- cấp đồng hóa thứ hai
Dưới tác dụng của chày đồng hóa, dòng lưu chất có áp lực rất cao và chuyển động qua khe hẹp với vận tốc rất lớn, có thể lên tới 50200m/s, vì vậy toàn bộ năng lượng ở dạng thế năng của áp suất sẽ được chuyển thành động năng của các phân tử. Chính năng lượng này sẽ làm phá vỡ và giảm kích thước các hạt. Tác dụng đồng hóa được giải như sau:
Nguyên lý chảy rối (turbulence theory): Khi hệ nhũ tương được bơm với tốc độ cao đến khe hẹp, nhiều dòng chảy rối với các vi lốc xoáy (micro – whirl) sẽ xuất hiện. Tốc độ bơm càng lớn thì số dòng chảy rối sẽ xuất hiện càng nhiều và kích thước các vi lốc xoáy sẽ càng nhỏ. Chúng sẽ va đập vào các hạt của pha phân tán và làm cho các hạt này bị vỡ ra.
66 Nguyên lý xâm thực khí (cavitation theory): Hệ nhũ tương được bơm đến khe hẹp với tốc độ cao sẽ làm xuất hiện các bong bóng hơi trong hệ. Chúng sẽ va đập vào các hạt của pha phân tán và làm vỡ hạt. Theo nguyên lý này, sự đồng hóa chỉ diễn ra khi hệ nhũ tương rời khỏi khe hẹp, do đó đối áp giữ một vai trò quan trọng và sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả đồng hóa. Tuy nhiên, sự đồng hóa vẫn có thể diễn ra mà không cần có hiện tượng xuất hiện các bong bóng khí nhưng hiệu quả của quá trình sẽ thấp hơn.
Thuyết va đập: Dịch sữa là một hỗn hợp chứa rất nhiều hạt pha phân tán. Khi các hạt này chuyển động với vận tốc cao chúng sẽ tự va đập vào nhau và do cấu tạo của thiết bị, khi thoát ra khỏi khe hẹp các hạt phân tán sẽ tiếp tục va đập vào một bề mặt cứng làm góp phần phá vỡ và giảm kích thước các hạt.
Hình VI-7: Thành phần chính của thiết bị đồng hóa áp lực cao
1- motor chính (main drive motor); 2- bộ truyền đai (V-belt transmission); 3- đồng hồ đo áp suất (pressure indication); 4- trục quay (crankcase);
5- piston; 6- hộp piston (piston seal cartridge); 7- bơm; 8- van; 9- bộ phận đồng hóa (homogenising device); 10- hệ thống tạo áp suất thủy
lực (hydraulic pressure setting system)
Theo hình trên, bơm piston cao áp được vận hành bởi động cơ điện (1) thông qua một trục quay (4) và bộ truyền động (2) để chuyển đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của piston. Các piston (5) chuyển động trong xilanh ở áp suất cao. Trong thiết bị còn có hệ thống dẫn nước nhằm làm mát cho piston trong suốt quá trình làm việc.
67
VI-8: Nguyên tắc hoạt động của thiết bị đồng hóa áp lực cao
1- chày đồng hóa (force); 2- vòng đập (impact ring); 3- bộ phận tạo khe hẹp (seat); 4- hệ thống thủy lực tạo đối áp (hydraulic actuator); 5- khe hẹp Theo hình trên, nguyên liệu sữa được đưa vào thiết bị đồng hóa bởi một bơm piston. Bơm sẽ tăng áp lực cho hệ nhũ tương từ 3bar lên đến 160bar tại đầu vào của khe hẹp (5). Người ta sẽ tạo một đối áp lên hệ nhũ tương bằng cách hiệu chỉnh khoảng cách khe hẹp trong thiết bị giữa bộ phận chày đồng hóa (1) và bộ phận tạo khe hẹp (3). Đối áp được duy trì bởi một bơm thủy lực sử dụng dầu. Khi đó, áp suất đồng hóa sẽ cân bằng với áp suất dầu tác dụng lên piston thủy lực. Vòng đập (2) được gắn với bộ phận tạo khe hẹp (3) sao cho mặt trong của vòng đập vuông góc với lối thoát ra của hệ nhũ tương khi rời khe hẹp. Một số hạt của pha phân tán tiếp tục va vào vòng đập (2) bị vỡ ra và giảm kích thước. Bộ phận tạo khe hẹp (3) được chế tạo nghiêng trung bình 50 trên bề mặt để gia tốc hệ nhũ tương theo hướng vào khe hẹp và tránh sự ăn mòn các chi tiết có liên quan. Đi ngang qua khe hẹp, vận tốc chuyển động của hệ nhũ tương có thể được tăng lên đến 100400m/s và quá trình đồng hóa chỉ diễn ra trong khoảng 1015 giây.
Sau khi nguyên liệu sữa đi qua khe hẹp thứ nhất với áp lực P1= 160bar, các hạt pha phân tán bị phá vỡ và giảm kích thước nhưng vẫn còn hiện tượng các hạt bị kết dính và tạo thành chùm hạt với nhau. Dòng nguyên liệu này sẽ tiếp tục đi qua khe hẹp thứ hai với áp lực P2=40bar nhằm duy trì đối áp ổn định cho giai đoạn đồng hóa cấp một, đồng thời tạo điều kiện cho các chùm hạt của pha phân tán tách ra thành từng hạt phân tán riêng lẻ có kích thước <1m tạo hệ đồng nhất cao.
Máy đồng hóa trong quy trình công nghệ:
Trong quy trình công nghệ, máy đồng hóa được đặt sau thiết bị thanh trùng sẽ có các ưu điểm sau:
68 - Sẽ phân tán được các khối cầu béo cũng như các khối đông tụ whey protein phát sinh không chỉ ở nguyên liệu đầu mà cả ở khâu xử lý nhiệt sau thanh trùng. Do đó hiệu quả đồng nhất cho sản phẩm sẽ cao.
- Tận dụng được nhiệt độ cao sẵn có của dòng sữa trong quá trình thanh trùng để đồng hóa nhằm tạo hiệu quả cao mà không cần tiêu tốn nhiệt để nâng nhiệt sơ bộ cho dòng sữa.
- Lợi dụng được áp suất cao của dòng ra trong máy đồng hóa để vận chuyển sữa đến thiết bị cô đặc mà không cần tốn bơm vận chuyển.
- Nhiệt độ của dòng sữa sau khi đồng hóa dao động 650C-700C, nhiệt độ này gần bằng với nhiệt độ sôi của sữa trong thiết bị cô đặc (670C) nên rất thuận lợi cho cô đặc.