- Máy sấy spinflash: trong đó buồng sấy được gắn với roto rở đáy.
d) Thiết bị thanh trùng Carvallô
4.3.3.3. Lý thuyết tính tốn một số thiết bị thanh trùng
Thiết bị thanh trùng sản phẩm khơng đóng gói
Đối với thiết bị thanh trùng trực tiếp dạng bản mỏng hay dạng trống parabol dùng để thanh trùng sữa, nước quả thì chế độ nhiệt của q trình đốt nóng, diện tích bề mặt đốt nóng, năng suất máy được tính tốn theo phương trình vi phân của quá trình truyền nhiệt.
Qs.Cs.dts = k(th – ts)dF (4.24)
Với: Qs - lưu lượng sữa chảy trong máy, kg/h Cs - nhiệt dung riêng của sữa, kcal/kg.0C k - hệ số truyền nhiệt, kcal/m2. h.0C th - nhiệt độ của hơi nước, 0C;
ts - nhiệt độ sữa ở thời điểm đang xét, 0C;
dF - diện tích bề mặt đốt nóng ở thời điểm đang xét, m2 Mối quan hệ giữa chế độ nhiệt của máy và diện tích bề mặt đốt nóng được thể hiện trên đồ thị (Hình 4.33).
Hình 4.33. Đồ thị sự phụ thuộc nhiệt độ sữa vào diện tích bề mặt đốt nóng
Phương trình vi phân (4.21) có thể viết dưới dạng:
Tích phân 2 vế phương trình (4.25) trong giới hạn nhiệt độ sữa ban đầu tsđ và cuối tsc ứng với diện tích bề mặt đốt nóng từ 0 F, ta có
(4.26) Từ đây ta rút ra: F = s s h sd h sc Q C lnt t k t t - - (4.27)
Tính tốn các thơng số cơ bản của thiết bị thanh trùng kiểu trống. Xác định độ cao nâng sữa: Đối với máy thanh trùng sữa kiểu trống parabol, khi trống quay, do lực ly tâm đã dồn ép sữa theo khe hở giữa trống và áo trống lên phía trên, khi đó tiết diện mặt cắt dọc của sữa trong khe hở cũng có dạng parabol.
Hình 4.34. Sơ đồ tính tốn độ cao nâng sữa
Độ cao nâng sữa lý thuyết được xác định theo công thức sau: Hlt = h + ho (4.28) Với: h - độ cao từ đáy tới miệng trống, m;
ho - độ cao chảy tự do của sữa khi ra khỏi miệng trống. Độ cao nâng sữa được xác định theo công thức thuỷ lực học như sau:
Hlt = v2 2 2 2R n 2g 2g.900
p
= (4.29) Trong đó: v- vận tốc vòng của đầu cánh gạt sữa, m/s;
g- gia tốc trọng trường, m/s2;
R- bán kính đầu cánh gạt sữa ở miệng trống, m; n - số vòng quay của trống, v/ph;
Độ cao nâng sữa thực tế Htt thường nhỏ hơn độ cao nâng sữa lý thuyết một đại lượng tổn thất áp suất Shđ = 0,2 0,5m vì phải khắc phục lực cản chuyển động của sữa trong khe hở giữa trống và áo trống:
Htt = Hlt - Shđ (4.30)
Từ cơng thức (4.29) ta có thể xác định được số vòng quay cần thiết của trống để nâng sữa tới độ cao Hlt là:
n = 30 2gHlt R
p (4.31)
Lực tác động vào thân máy thanh trùng.
Lập hệ trục toạ độ Oxy. Trục Ox ghi giá trị biến thiên bán kính từ mặt chất lỏng tới trục quay, trục Oy ghi biến thiên độ cao nâng sữa.
Xét một phần tử sữa tại điểm M bất kỳ trong khe ép, có kích thước dx, dy cách trục quay một đoạn là x. Lực ly tâm tác động vào phần tử vi phân của chất lỏng là:
Flt= ma =2pxdxdyrw2x (4.32) Với: m - khối lượng của phần tử chất lỏng,
m=2pxdxdyr (4.33)
r - mật độ chất lỏng: r= g g
(4.34)
g - trọng lượng riêng của chất lỏng, N/m3, g - gia tốc trọng trường, m/s2.
a - gia tốc ly tâm:
a = w2x (4.35)
w - vận tốc góc quay của trống, s-1.
Lực này được phân bố trên bề mặt vành đai có diện tích F = 2pxdy, sẽ tạo nên áp suất ly tâm:
dp = Flt 2xdx
F g
g
= w (4.36)
Lấy tích phân phương trình (4.36) trong giới hạn từ 0 p và từ x R ta xác định được áp suất ly tâm tác động vào áo trống:
2( 2 2)
2g R x
p= g w -
(4.37) Xuất phát từ điều kiện bền của thành áo trống:
pR=[s]d Ta rút ra: d = P R
[ ]s (4.38)
Với: [s] - ứng suất cho phép, N/m2; d - chiều dày áo trống, m. Lực tác động lên nắp máy thanh trùng:
chảy tự do khi chất lỏng theo khe hở vượt lên khỏi miệng trống. Tại điểm M ta có: tgj = dy ma a 2x dx mg g g w = = = (4.39)
j - góc hợp bởi đường tiếp tuyến với đường parabol tại điểm đang xét và trục Ox. Từ phương trình (4.25) ta có: dy = 2 xdx g w (4.40) Tích phân (4.26) trong giới hạn từ y H và x R, ta được:
H – y = 2(R2 x2) 2g
w -
(4.41) Tại nắp ứng với y = h và x = ro, ta có:
H – h = 2( 2 2) 0 R r 2g w - (4.42) Trên sơ đồ ta thấy H – h = ho, vì vậy:
ho = 2( 2 2) 0
R r
2g
w - (4.43)
Áp suất chất lỏng tác dụng lên nắp máy theo phương trình thẳng đứng giới hạn bởi hình vành khăn có bán kính r thay đổi trong giới hạn từ ro R.
Áp suất này được tạo nên do lực ly tâm ép chất lỏng theo khe hở lên phía trên. Do khe hở chứa chất lỏng nhỏ, ta có thể coi áp suất phân bố trên phân tố thể tích đều theo các phương, vì vậy áp suất tác động lên nắp máy có thể lấy gần đúng bằng áp suất ly tâm, nghĩa là:
p = 2( 2 2) 0 r r 2g gw - (4.44) Lực tác động vào vi phân diện tích hình vành khăn theo phương thẳng đứng là: dP = pFv = p.2prdr = 2( 2 2) 0 r r 2g gw - prdr (4.45)
Thực hiện phép tích phân phương trình (4.41) trong giới hạn từ 0 P và r R, ta xác định được lực tác động lên nắp máy:
P = 2 ( 2 2) 0 r r 2g gw - (R2 – r02)2 (4.46) Thay giá trị h0 từ phương trình (2.19) vào (2.22), ta được:
P = 2 0 2 gh pg w (4.47)
Để nắp máy được giữ chặt với thân cần bố trí các vít sao cho đủ chống được lực P.
Thiết bị thanh trùng sản phẩm đóng gói:
Q trình thanh trùng các sản phẩm đóng gói đồ hộp như hộp sắt, chai, can... được tiến hành theo trình tự như sau:
Đưa đồ hộp vào thiết bị thanh trùng, nâng nhiệt độ sản phẩm và thiết bị từ nhiệt độ bình thường đến nhiệt độ thanh trùng và giữ ở nhiệt độ đó trong một thời gian nhất định, sau đó hạ nhiệt độ xuống 30 500C và lấy đồ hộp ra khỏi thiết bị.
Mỗi loại đồ hộp đều có chế độ thanh trùng riêng và được được biểu diễn theo các ký hiệu chung sau đây, cịn gọi là “cơng thức” thanh trùng:
t P C B A 0 - - (4.48) Với: A- thời gian nâng nhiệt độ
B- thời gian giữ nhiệt độ C- thời gian hạ nhiệt độ t0- nhiệt độ thanh trùng
P- áp suất đối kháng được tạo ra để cho hộp khỏi bị phồng hoặc bật nắp.
Ví dụ 1: Cơng thức thanh trùng nước nhãn đường trong hộp số 10:
Công thức trên được hiểu như sau: nhiệt độ thanh trùng sản phẩm là 1000C, thời gian nâng nhiệt độ trong thiết bị từ khi cho hộp vào đến khi đạt được nhiệt độ thanh trùng là 5 phút, sau đó giữ ở nhiệt độ ấy trong thời gian 13 phút và làm nguội sản phẩm trong thiết bị xuống nhiệt độ 40 500C trong thời gian 15 phút.
Ví dụ 2: Cơng thức thanh trùng đậu Cơve trong lọ thuỷ tinh CKO-83 có dung tích 0,5 lít là:
Nhiệt độ thanh trùng là 1200C, thời gian nâng nhiệt độ, giữ nhiệt độ và hạ nhiệt độ là 25 phút, áp suất đối kháng tạo ra trong thiết bị là 2,5 at.
Để xác lập chế độ thanh trùng thích hợp đối với từng loại sản phẩm cần phải lựa chọn nhiệt độ thanh trùng và thời gian thanh trùng thích hợp.
Nhiệt độ thanh trùng được lựa chọn dựa vào loại vi sinh vật và mơi trường có độ pH mà vi sinh vật đó tồn tại và phát triển. Khi pH > 4,5 như đồ hộp thịt, cá, sữa thì cần thanh trùng ở nhiệt độ cao khoảng 100 1210C. Khi pH < 4,5 như đồ hộp rau quả, cà chua, rau dầm dấm,… cần thanh trùng ở nhiệt độ thấp, khoảng 80 1000C.
Thời gian thanh trùng đồ hộp được xác định như sau:
t = t1 + t2 (4.49)
t- thời gian thanh trùng.
t1- thời gian truyền nhiệt từ mơi trường đun nóng vào trung tâm hộp phụ thuộc vào kích thước và hình dáng hộp. Ví dụ, với hộp hình trụ:
t1 = A(8,3 HD +D)2 (4.50)
A- hệ số thực nghiệm
H, D- chiều cao và đường kính ngồi của hộp, m.
t2- thời gian tiêu diệt vi trùng phụ thuộc vào nhiệt độ thanh trùng, Số lượng và loại vi sinh vật có trong hộp. Khi nhiệt độ thanh trùng cao thì thời gian t2 ngắn và ngược lại. Mặt khác, khi số lượng vi sinh vật nhiều và loại vi sinh vật khó tiêu diệt thì thời gian tiêu diệt càng dài. Quan
hệ giữa thời gian tiêu diệt t2 và số lượng vi sinh vật x được biểu diễn bằng phương trình vi phân: 2 dx dt = - kx (4.51)
Với: k- hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào loại vi sinh vật và tính chất đồ hộp. Sau khi thực hiện tích phân ta được:
t2 = 1 Mln
k m (4.52)
Với: M - số lượng vi sinh vật ban đầu;
m - số lượng vi sinh vật sau thời gian tiêu diệt t2.