3.1 Thiết bị khuấy đảo cream
Hiện nay có nhiều phương pháp và nhiều hệ thống thiết bị khác nhau. Phổ biến nhất là phương pháp do giáo sư Tritz người Đức đề xuất ( hệ thống tạo hạt bơ xử lý sản phẩm của hãng Invensys APV).
3.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động3.1.1.1Thiết bị hoạt động gián đoạn 3.1.1.1Thiết bị hoạt động gián đoạn
Hình 3.1 Thiết bị thùng đáng cream
Cấu tạo chung:
Vật liệu thép khơng rỉ.
Bên trong có các tấm chắn và thanh đánh cream.
Thiết bị có thể thực hiện chuyển động xoay nhờ một motor và bộ phận truyền động. Tốc độ quay của thiết bị có thể hiệu chỉnh được.
Thơng số kỹ thuật: thể tích làm việc tối đa 40-50% V, tốc độ xoay v= 25 – 35 vòng/ phút.
Nguyên lý hoạt động: gồm 2 quá trình là tạo hạt bơ và xử lý hạt bơ.
Tạo hạt bơ: chất béo trong hỗn hợp cream được nạp vào thiết bị sẽ tồn tại dưới dạng tinh thể và dịch lỏng.
Khi thiết bị chuyển động xoay sẽ khuấy đảo mạnh hỗn hợp cream bên trong để thực hiện quá trình tạo hạt bơ.
Khi quá trình tạo hạt bơ kết thúc, hỗn hợp thu được trong thiết bị gồm 2 phần: các hạt bơ và sữa bơ.
Xử lý hạt bơ:
Rửa: sau khi tách sữa bơ ra khỏi thiết bị, người ta thường dùng nước vô trùng để rửa các hạt bơ nhằm loại bỏ các hợp chất hòa tan trong sữa bơ còn bám trên bề mặt các hạt bơ.
Tách nước và bổ sung muối.
Trộn và nén ép: các hạt bơ sẽ được nén ép để tạo thành một khối đồng nhất.
3.1.1.1 3.1.1.2 3.1.1.3 3.1.1.4 3.1.1.5
Hình 3.2: Thiết bị khuấy đảo cream
Hình 3.3 Thiết bị tạo hạt bơ và xử lý sản phẩm liên tục
Thiết bị được cấu tạo với bốn vùng chính:
Vùng tạo hạt bơ:
Là một bộ phận hình trụ ngang có các thanh đập thực hiện chuyển động xoay. Quá trình tạo hạt bơ diễn ra trong thời gian rất ngắn chỉ vài giây.
Ta cần chọn tốc độ quay thích hợp cho các thanh đập để kích thước các hạt bơ, độ ẩm của bơ và lượng chất béo trong sữa bơ đạt yêu cầu.
Vùng tách hạt bơ và sữa bơ:
Vùng này có dạng hình trụ nằm ngang, có thể xoay quanh trục của nó và được chia thành hai khu vực
Khu vực 1: có bố trí các tấm ngăn để thực hiện tiếp các quá trình xử lý cơ học
hỗn hợphạt bơ và sữa bơ.
Khu vực 2: thường được thiết kế như một thiết bị rây để tách sữa bơ. Kích thước các lỗ trên
rây rất mịn cho phép ta có thể giữ lại các hạt bơ có kích thước nhỏ. Việc tách sữa bơ diễn ra hiệu quả: do thùng hình trụ ngang thực hiện chuyển độngxoay quanh trục nên hiện tượng các hạt bơ nhỏ làm bít nghẹt lỗ rây của thùng được hạn chế ở mức tối thiểu. Phần sữa bơ chảy qua rây theo hệ thống máng bên dưới được đưa đến cửa thốt để tháora ngồi.
Vùng tạo khối bơ:
Gồm hai khu vực I và II tương ứng với hai ống hình trụ đặt nghiêng, hai khu vựcnày đặt cách nhau bởi buồng chân không (4). Bên trong mỗi ống trụ có hệ thống trục vis và tấm lưới. Mỗi ống trụ có một motor tương ứng để làm quay trục vis.
Tại vùng này, trục vis xoay sẽ nén các hạt bơ lại thành khối và đẩy khối bơ chuyển động theo chiều dài thân trục.
Trong trường hợp cần bổ sung thêm muối, người ta sử dụng hỗn hợp muối và nước (nồng độ 40 – 60%) cho vào khu vực I của vùng tạo khối bơ (3). Việc hiệu chỉnh độ ẩm cho sản phẩm
Vùng xử lý chân không:
Buồng chân không (4) được thiết kế để làm giảm lượng khí trong bơ thành phẩm..
Khối bơ rời khu vực I của vùng (3) được nén qua hai tấm bảng đục lỗ để làm tăng tổngdiện tích bề mặt của toàn bộ khối bơ. Dưới áp lực chân khơng, q trình tách khí trongkhối bơ diễn ra nhanh và hiệu quả.
Với phương pháp này, lượng khí trong sản phẩm khơng q 0,5%(v/v). Sau cùng, bơ rờikhỏi khu vực II của vùng (3) qua đầu phun. Bơm (5) sẽ vận chuyển bơ vào silo bảo quảnhoặc đi đến thiết bị bao gói.
Thơng số kỹ thuật
Năng suất hoạt động: 500 – 12000 kg/giờ.
Tốc độ thanh đập: 0 – 1400 vịng/phút và có thể điều chỉnh được.
Cân bằng vật chất: Theo hãng Invensys APV (2002), để sản xuất 1kg bơ (lượng chất béo 80%, độ ẩm 16%), người ta cần trung bình 20kg sữa 4,2% chất béo hoặc 2,2kg cream 38% chất béo.
Hình 3.4 Tạo hạt bơ
3.2 Thiết bị thanh trùng
Thiết bị thanh trùng dùng nhiệt gồm
3.2.1 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng
Là thiết bị truyền nhiệt hiệu quả cao, tiết kiệm năng lượng thích hợp cho cho chất lỏng và chuyển chất lỏng thành hơi nóng. Hệ số truyền nhiệt cao, mất mát nhiệt nhỏ, trọng lượng thấp, kích thước nhỏ, cài đặt thuận tiện cho việc vệ sinh thiết bị, thông dụng, tuổi thọ cao và nhiều mặt khác. Sử dụng rộng rãi trong luyện kim, dầu khí, hố học, thực phẩm, dược phẩm, đóng tàu, dệt, giấy, gia nhiệt, làm lạnh…thuận tiện cho mục đích gia nhiệt nhanh.
Do mỗi tấm có diện tích bề mặt lớn, nên tạo ra bề mặt trao đổi nhiệt lớn giữa các môi chất. So với thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm truyền thống với cùng cơng suất thì một thiết bị trao đổi nhiệt bảng mỏng sẽ có hiệu suất trao đổi nhiệt tốt hơn. Hơn nữa, với thiết bị trao đổi nhiệt bảng mỏng quá trình vệ sinh, bảo trì và bảo dưỡng cũng trở nên dễ dàng hơn.
Mục đích: nhờ q trình biến đổi nhiệt liên tục để tiêu diệt bớt các VSV gây
hại cho sản phẩm. Cấu tạo: Bộ phận chính của thiết bị là những tấm bảng hình chữ nhật rất mỏng và được làm bằng thép khơng rỉ. Mỗi tấm bảng có bốn lỗ tại bốn góc và hệ thống các đường rãnh trên khắp bề mặt để tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt.
Hình 3.5: thiết bị trao đổi nhiệt bảng mỏng.
Nguyên lý hoạt động:
lượt qua các vùng gia nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội. Có thể bố trí để mẫu đi ra ở vùng làm nguội trao đổi nhiệt với mẫu đi vào ở vùng gia nhiệt.
Hình3.6: nguyên tắc hoạt động.
Tiêu chuẩn về vật liệu
Bản mỏng: Thép không rỉ AISI 316 được tơi sáng hồn tồn, titan hoặc SMO.
Tấm đệm: Nitrile-FDA, Nitrile-FDA chịu nhiệt hay EPDM-FDA
Khung: làm bằng thép khơng rỉ, những đai ốc có thể dịch chuyển được trên những con bulơng lắp chặt được làm bằng đồng mạ crôm.
Thông số kỹ thuật và ứng dụng của máy
Loại Dạng
Hãng sản xuất : Sondex Số tâm trao đổi : 40 Nhiệt độ thiết kế tối đa (độ C) : 140 Sức ép kiểm tra (MPa) : 1 Sức ép vi phân (MPa) : 1
Ưu điểm :
• Chịu nhiệt độ cao • Chịu áp lực nén cáo • Có thể vận hành liên tục • Chịu được nhiệt độ thấp
• Chịu được chất độc hại, ăn mịn • Dễ dàng xử lý vệ sinh
• Làm mát, lạnh
• Cơng nghệ sản xuất thực phẩm • Bộ phận gia nhiệt
• Làm nóng
• Hệ thống thơng gió
3.2.2 Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống
Thực tế cho thấy rằng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống có cấu tạo rất gọn gàng do hiệu quả trao đổi nhiệt cao, chúng có các ưu điểm nổi trội sau:
Thường được sử dụng để trao đổi nhiệt giữa các chất lỏng với nhau hoặc chất lỏng với môi chất đang sôi hay đang ngưng với khả năng trao đổi nhiệt lớn.
Cả hai môi chất khi chuyển động qua thiết bị đều chuyển động đối lưu cưỡng bức với tốc độ rất lớn nên thời gian đạt được yêu cầu trao đổi nhiệt sẽ giảm xuống.
Kết cấu gọn gàng, an toàn và dễ chế tạo.
Tuy nhiên, các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống hiện nay chỉ là các ống trơn có hiệu quả thấp, ít nhiều cịn bị hạn chế, đặc biệt trong trường hợp ngưng tụ môi chất, ống trơn sẽ hạn chế khả năng ngưng tụ của mơi chất.
Mặt khác, khi màng ngưng hình thành nó sẽ hạn chế q trình trao đổi nhiệt giữa dòng hơi và bề mặt vật rắn. Trong các hệ thống Freon, hệ số tỏa nhiệt khi ngưng khá thấp, vì vậy cũng rất cần thiết phải có các biện pháp để nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt, đặc biệt là người ta sẽ làm cánh bên ngòai của ống trong để tăng cường khả năng tỏa nhiệt về phía mơi chất. Trong thực tế, ta có các loại thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống có các dạng như sau:
Thiết bị gồm những ống hình trụ lồng vào nhau trong đó mẫu và tác nhân gia nhiệt đi trong các ống xen kẽ nhau (thiết bị với cấu hình một hay nhiều kênh).
Hình3.7: thiết bị với cấu hình một hay nhiều kênh
Thiết bị gồm một ống lớn và chùm ống nhỏ bên trong, mẫu đi trong những ống nhỏ và tác nhân gia nhiệt đi ngồi ống lớn (thiết bị với cấu hình một hay nhiều ống).
Hình3.8 : thiết bị với cấu hình một hay nhiều ống
3.2.3 Thiết bị với cấu hình một hay nhiều kênh
Cấu tạo
Bề mặt truyền nhiệt là thân các ống trụ có cùng trục nhưng kích thước đường kính khác nhau. Tại mỗi đầu ống trụ có bộ phận liên kết các ống lại với nhau và bố trí dịng vào/ dịng ra cho thực phẩm/ chất tải nhiệt. Toàn bộ hệ thống được lắp ráp chặt chẽ với nhau nhờ chốt trục.
Trong quá trình làm việc, mẫu và chất tải nhiệt chuyển động ngược chiều, xen kẽ nhau trong những kênh được tạo ra bởi khoảng không gian giữa các ống trụ cùng trục trong thiết bị. Kênh ngoài cùng ln chứa chất tải nhiệt, thường thì các ống trụ được thiết kế với bề mặt gồ ghề để tạo ra các dịng chảy rối, nhờ đó hiệu quả của q trình truyền nhiệt sẽ được cải thiện.
3.2.3 Thiết bị với cấu hình một hay nhiều ống
Có hai trường hợp xảy ra:
Trường hợp 1:
Cấu tạo: thiết bị gồm hai ống hình trụ cùng trục nhưng có đường kính khác nhau
và được đặt lồng vào nhau.
Nguyên lý hoạt động: mẫu thực phẩm sẽ di chuyển theo ống bên trong còn chất tải
nhiệt sẽ di chuyển theo ống bên ngoài.
Trường hợp 2:
Cấu tạo: thiết bị gồm một chùm ống hình trụ song song có cùng đường kính được
đặt bên trong một ống hình trụ lớn.
Nguyên lý hoạt động: mẫu thực phẩm sẽ di chuyển trong các ống hình trụ nhỏ,
còn chất tải nhiệt sẽ di chuyển trong khoảng khơng gian giữa thân trong ống hình trụ lớn và thân ngồi ống hình trụ nhỏ. Để tạo nên các dịng chảy rối và tăng cường hiệu quả của sự truyền nhiệt, các ống trụ nhỏ có thể được thiết kế với cấu hình dạng xoắn.
3.2.4 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống có sử dụng bộ phận khuấy trộn cơ học
Cấu tạo:
Gồm hai ống hình trụ có kích thước đường kính khác nhau và được lồng đồng trục vào nhau và bề mặt hai thân trụ bằng phẳng. Tại vị trí trục chung là rotor có gắn các thanh khuấy có thể tháo lắp được. Rotor thường có đường kính từ 50,8 – 127 mm, việc lựa chọn đường kính rotor phụ thuộc vào kích thước các hạt phân tán trong thực phẩm: nếu hạt có kích thước lớn, người ta sử dụng rotor có đường kính nhỏ và ngược lại. Trên hệ thống rotor và thành khuấy có gắn một số thanh chắn theo phương thẳng đứng và trục gắn các thanh khuấy được nối với một motor đặt phía trên hai ống trụ.
Hình3.9 : Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống có sử dụng bộ phận khuấy trộn cơ học.
Nguyên lý hoạt động:
Thực phẩm sẽ được bơm vào ống hình trụ bên trong từ phía đáy thiết bị và được tháo ra khỏi thiết bị từ phía trên đỉnh. Ngược lại, chất tải nhiệt sẽ được nạp vào từ phía trên đỉnh theo khoảng khơng gian được tạo ra giũa hai thân trụ và được tháo ra ngồi từ phía gần đáy.
Trong q trình hoạt động, cánh khuấy và thanh chắn sẽ quay giúp cho sự truyền nhiệt được diễn ra nhanh và tốt hơn, đồng thời giúp phối trộn các mẫu thực phẩm có độ nhớt cao hoặc các huyền phù có kích thước hạt phân tán lớn.
Hình3.10 : nguyên lý hoạt động.
Bảng 3.1 So sánh ưu điểm và nhược điểm các loại thiết bị trao đổi nhiệt
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng.
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống.
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống có bộ phận
khuấy trộn. Ưu điểm Mặc dù cream có độ
nhớt cao, khả năng truyền nhiệt kém nhưng do cream chảy thành từng lớp mỏng xen kẽ với chất tải nhiệt nên nhiệt lượng tổn thất không nhiều, nhiệt độ được phân phối đều trong toàn dịch cream giúp hiệu quả truyền nhiệt cao.
Tiết kiệm năng lượng Hệ số truyền nhiệt cao. Mất mát nhiệt nhỏ. Trọng lượng thấp, kích thước nhỏ.
Cài đặt thuận tiện cho việc vệ sinh thiết bị.
Tuổi thọ cao.
Bảo trì và bảo dưỡng cũng trở nên dễ dàng hơn. Thích hợp để thanh trùng hoặc tiệt trùng thực phẩm dạng huyền phù. Cả hai môi chất khi chuyển động qua thiết bị đều chuyển động đối lưu cưỡng bức với
tốc độ rất lớn nên thời gian đạt được yêu cầu trao đổi nhiệt sẽ giảm xuống. Kết cấu gọn gàng, an toàn và dễ chế tạo. Áp dụng cho mẫu có độ nhớt cao. Thích hợp thanh trùng hay tiệt trùng những thực phẩm dạng huyền phù với các hạt phân tán có thích thước lớn. Q trình truyền nhiệt nhanh và đồng đều hơn.
Nhược điểm
Không hiệu quả khi thanh trùng thực phẩm có hàm lượng chất béo cao.
Hiệu quả truyền nhiệt thấp hơn thiết bị trao đổi nhiệt bảng mỏng.
Tốn năng lượng để thực hiện khuấy trộn.
3.3 Thiết bị lên men
Cấu tạo:
Thiết bị là một hình trụ đứng làm bằng thép khơng rỉ hay lớp kim loại kép có đáy và nắp hình nón. Bên trong thiết bị có hệ thống cánh khuấy và các đầu dò nhiệt độ, pH,…để theo dõi trực tiếp các thơng số cơng nghệ của q trình lên men. Trong sản xuất bơ không cần cung cấp oxi cho vi sinh vật lên men nên các thiết bị khơng có hệ thống sục khí. Phần trên nắp thiết bị có chứa cửa với nhiều chức năng khác nhau: cửa thông cánh khuấy nối với motor, cửa nạp giống, cửa nạp chất điều chỉnh pH,… Cửa nạp môi trường và tháo canh trường ra khỏi thiết bị thường được bố trí ở phần đáy. Ngồi ra thiết bị cịn có cửa quan sát, van lấy mẫu,…
Hình3.10 : thiết bị lên men bề sâu. 1. Động cơ. 2. Hộp giảm tốc. 3. Khớp nối. 4. Ổ bi 5. Vịng bít kín. 6. Trục. 7. Thành thiết bị.
8. Máy khuấy trộn tuabin.
9. Bộ trao đổi nhiệt dạng ống xoắn. 10. Khớp nối.
11. Ống nạp khơng khí. 12. Máy trộn kiểu cánh quạt. 13. Bộ sủi bọt. 14. Máy khuấy dạng vít. 15. Ơ đỡ. 16. Khớp để tháo. 17. Áo. 18. Khớp nạp liệu. 19. Khớp tháo khơng khí.
Xử lý thiết bị với H2S04 và HN03 lỗng, thơng khí trong 24h. Tiệt trùng thiết bị bằng hơi nước (0.2bar), làm nguội bằng tác nhân lạnh thông qua vỏ áo.
Nguyên lý hoạt động: máy làm việc liên tục với các công đoạn:
Chuẩn bị thiết bị lên men.
Nạp môi trường vô trùng cho thiết bị.
Cấy giống và lên men.
3.4.1. Thiết bị bao gói bơ:
3.4.1.1. Thiết bị bao gói bơ dạng hình hộp chữ nhật:
Thông số kĩ thuật của máy:
Số bánh sản phẩm/phút >65 Khối lượng bánh sản phẩm, g 30; 62.5; 100 Nhiệt độ sản phẩm 0C 9 – 16