Cỏc máy thanh trùng bằng tác dụng của nhiệt độ phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật như sau:
- Phải tiêu diệt được tất cả các loại vi khuẩn có hại trong sản phẩm, đảm bảo lượng vi khuẩn còn sống sót thấp đến mức không thể phát triển để làm hỏng sản phẩm.
- Không được làm giảm giá trị sản phẩm bao gồm cả về giá trị dinh dưỡng và giá trị cảm quan.
b) Phân loại
- Theo cấu tạo: Thiết bị thanh trùng loại băng tải, loại trục quay, loại thủy lực.
- Theo áp suất tạo ra trong thiết bị: thiết bị thanh trùng ở áp suất khí quyển còn gọi là thiết bị thanh trùng hở nắp và thiết bị thanh trùng làm việc ở áp suất cao hay thiết bị thanh trùng có nắp.
- Theo cách làm việc: thiết bị thanh trùng làm việc liên tục, thiết bị thanh trùng làm việc gián đoạn.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp thanh trùng: thanh trùng bằng phương pháp nâng cao nhiệt độ, thanh trùng bằng thuốc sát trùng, bằng siêu âm, bằng các tia ion hóa,... trong đó phương pháp thanh trùng bằng cách nâng cao nhiệt độ là có nhiều ưu điểm và đang được sử dụng phổ biến hơn cả.
Về cấu tạo thiết bị thanh trùng gồm có hai bộ phận chính: bộ phận gia nhiệt và bộ phận thanh trùng.
- Bộ phận gia nhiệt có nhiệm vụ cung cấp nhiệt để tạo ra nhiệt độ cần thiết cho bộ phận thanh trùng. Để gia nhiệt người ta thường dùng hơi nước, khi đó thiết bị gồm có: lò hơi, hệ thống ống dẫn dẫn hơi nước nóng, van an toàn, van điều chỉnh áp suất hơi,..
- Bộ phận thanh trựng cú nhiệm vụ chuyển nhiệt từ thiết bị sang cho sản phẩm. Khi thanh trùng trực tiếp các loại sản phẩm không đóng gói như bia, sữa, nước rau quả,…bộ phận thanh trùng là những bản kim loại mỏng (hình 6. 20a) một mặt tiếp xúc với hơi nước nóng một mặt tiếp xúc với sản phẩm hoặc có thể là điện cực, trong đó nhiệt được sinh ra do năng lượng của từ trường.
Khi thanh trùng sản phẩm đóng gói (đựng trong bao bì như hộp sắt, chai, lọ, can nhựa,…) bộ phận thanh trùng có thể là nồi hơi, trong đó hơi nước được đưa vào từ lò tạo hơi hoặc buồng chứa hơi trong đó hơi nước được cấp vào trực tiếp từ các cột nước nóng
Hình 1.6 Bộ phận thanh trùng
a) b) c) d) a) dạng bản mỏng; b) dạng điện cực; c) dạng nồi hơi; d) dạng buồng hơi.
Các thiết bị thanh trùng đều làm việc theo nguyên lý nâng cao nhiệt độ hợp lý để có thể tiêu diệt được hoàn toàn vi trùng, hệ sinh vật thông thường, hệ sinh vật gây bệnh với điều kiện làm thay đổi ít nhất đến cấu trúc, tính chất hóa lý, hóa sinh, hệ enzym và các chất dinh dưỡng, vitamin của bia.
Căn cứ vào nhiệt độ thanh trùng mà người ta chia ra 3 phương pháp: phương pháp thanh trùng ở nhiệt độ thấp (pasteurisation), phương pháp thanh trùng ở nhiệt độ cao (Sterilisation) và phương pháp thanh trùng ở nhiệt độ siêu cao (Ultra Hight Temperature, UHT), trong đó phương pháp thanh trùng ở nhiệt độ cao và nhiệt độ siêu cao còn được gọi là phương pháp tiệt trùng.
1.3.1.phương pháp thanh trùng pasteurisation
Nguồn nhiệt cung cấp là nước nóng hoặc hơi nước nóng. Nhiệt độ thanh trùng bia khoảng 750C và thời gian thanh trùng là 30 phút. Phương pháp này có nhược điểm là chậm và gián đoạn nhưng có ưu điểm là không làm thay đổi đặc tính của bia. Tuy nhiên các vi sinh vật ưa nhiệt (spore) thì vẫn còn sống sót. Đó là nguyên nhân gây tăng số lượng vi sinh vật cho bia sau quá trình thanh trùng.
1.3.2.Phương pháp tiệt trùng Sterilisation
Nguồn nhiệt chủ yếu là hơi nước quá nhiệt. Nhiệt độ thanh trùng khoảng 115- 1300C thời gian 15s đến 20s. Phương pháp này có thể tiêu diệt hầu hết vi sinh vật có trong sản phẩm. Mức độ tiêu diệt tiêu diệt vi sinh vật ở phương pháp này cao hơn so với phương pháp thanh trùng ở nhiệt độ thấp.
1.3.3.phương pháp tiệt trùng UHT
Nguồn nhiệt chủ yếu là hơi quá nhiệt. Nhiệt độ thanh trùng khoảng 135- 1500C, thời gian thanh trùng ngắn, khoảng 2- 8s. Phương pháp nàycos thể tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật có trong sản phẩm nhưng không làm ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng của bia vì thời gian thanh trùng rất ngắn.
1.4.Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu đề tài 1.4.1.Mục đích nghiên cứu
- Lựa chọn thiết bị thanh trùng phù hợp.
- Nghiên cứu các thông số cơ bản nhằm: Nâng cao chất lượng sản phẩm, đảm bảo các thành phần dinh dưỡng và cấu trúc bia sau khi thanh trùng.
1.4.2.Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tìm hiểu tình hình nghiên cứu hệ và ứng dụng hệ thống thanh trùng bia trong và ngoài nước.
- Tìm hiểu đặc điểm, thành phần cơ bản và các biến đổi của bia trong quá trình bảo quản.
- Nghiên cứu lựa chọn sơ đồ nguyên lý cấu tạo hệ thống thiết bị thanh trùng bia.
- Xỏc định các thông số cơ bản của hệ thống.
CHƯƠNG II (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CẤU TẠO HỆ THỐNG THIẾT BỊ THANH TRÙNG
2.1. Tình hình nghiên cứu các thiết bị đó cú ở trong và ngoài nước
Về cấu tạo thiết bị thanh trùng gồm hai bộ phận chính: bộ phận gia nhiệt và bộ phận thanh trùng.
- Bộ phận gia nhiệt có nhiệm vụ cung cấp nhiệt để tạo ra nhiệt độ cần thiết cho bộ phận thanh trùng. Để gia nhiệt người ta thường dùng hơi nước, khi đó thiết bị gồm có: lò hơi, hệ thống dẫn hơi nước nóng, van an toàn, van điều chỉnh áp suất hơi,…
- Bộ phận thanh trựng cú nhiệm vụ chuyển nhiệt từ thiết bị sang cho sản phẩm.
2.1.1. Một số loại máy thanh trùng được sử dụng phổ biến:
Thiết bị thanh trùng bản mỏng
Là loại thiết bị thanh trùng nhanh làm việc liên tục ở áp suất hơi nước cao hơn áp suất khí quyển.
- Phạm vi sử dụng: Sử dụng trong thanh trùng nước quả hoặc sữa, bia trước
khi rót vào hộp, chai.
Cấu tạo Khi nói đến thiết bị, ta phải nói đến thành phần cơ bản của nó: đó là các tấm trao đổi nhiệt cơ bản, chúng được coi như phần tử cơ bản của thiết bị, các tấm truyền nhiệt (các bản mỏng) được ghép song song với nhau. Mỗi bản mỏng đều có vách định hướng, có gờ cao su và hai lỗ thủng. Khi xếp và ép các bản mỏng lại các lỗ tạo ra 2 rãnh thông kín và giữa các bản mỏng các khoang kín, sao cho thực phẩm thanh trùng xen kẽ với các khoang chứa chất tải nhiệt. Các khoang nước thực phẩm thanh trựng thụng với nhau bằng một rãnh thông, còn các khoang mang chất tải nhiệt được thông với nhau bằng rãnh thông còn
lại. Do dịch thực chảy trong khoang kín bằng một lớp mỏng, lại được truyền nhiệt từ 2 mặt nên thời gian thanh trùng rất nhanh. Tùy theo hình dạng kích thước, đặc điểm cấu tạo của các tấm mà ta có cường độ trao đổi nhiệt khác nhau cũng như sơ đồ nối khác nhau. Vấn đề là ở chỗ để sản xuất ra các tấm chuẩn bằng phương pháp dập, cần tạo ra cỏc khuõn dập lớn và các loại thiết bị phụ trợ khác nhau nhằm xử lý nhiệt và gia công tấm theo đúng như thiết kế. Đây là một việc đòi hỏi nhiều lao động và tay nghề cao.
Các bản mỏng thường làm bằng thép không gỉ dày 1mm theo phương pháp dập tạo hình sóng nhằm tăng cường bề mặt truyền nhiệt, đặc biệt tăng hệ số truyền nhiệt do chảy rối ngay cả khi hệ số Reynon nhỏ ( Re = 180 ữ 200).
Hình 2.1 Thiết bị thanh trùng bản mỏng
Ưu điểm của loại này:
- Có hệ số truyền nhiệt rất lớn (K = 2500 W/m2 oC). Đối với chất lỏng ít nhớt thì hệ số truyền nhiệt của nó lớn gấp hơn ba lần so với loại ống chùm có vỏ bọc (K = 4000 ÷ 5000) W/m2 oC. Hệ số K lớn là do lớp chất lỏng mỏng và chảy rối. Cũng nhờ đó mà chênh lệch nhiệt độ giữa hai chất lỏng ở hai phía của tấm truyền nhiệt chỉ từ (2÷5) (0C).
- Cấu tạo nhỏ gọn nhưng có bề mặt truyền nhiệt lớn. - Chế độ nhiệt ổn định khi làm việc.
- Có thể tăng thêm hay giảm bớt bề mặt truyền nhiệt bằng cách lắp thêm hoặc giảm bớt số tấm truyền nhiệt một cách nhanh chóng và dễ dàng.
- Dễ tháo, lắp khi làm vệ sinh bề mặt truyền nhiệt bằng phương pháp cơ học. - Bia khi bị xử lý nhiệt độ cao dẫn tới thay đổi hương vị của sản phẩm, đặc biệt là thời gian xử lý nhiệt kéo dài, thanh trùng kiểu tấm bản là một biện pháp rút ngắn thòi gian xử lý nhiệt độ. Bia có thể nâng tới nhiệt độ 68 – 720C trong thời gian 50 giây, sau đó được làm lạnh trở lại.
Nhược điểm: của thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản là không chịu được áp suất
cao, nhiệt độ cao hoặc quá thấp. Giới hạn áp suất và nhiệt độ mà đệm kín có thể chịu được là:
P ≤ 1,5 MN/m2; -1500C < t < 4500C
Thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản được sử dụng nhiều trong các dây chuyền công nghệ sản xuất bia, nước giải khát, điều hòa không khí, chế biến thủy sản, chế biến thịt. Trong trường hợp chế biến thủy sản hoặc thịt gia súc cắt nhỏ đóng khay, thì tấm truyền nhiệt thường là hợp kim nhôm, phẳng và nhẵn, có chiều dày khoảng 3cm, chiều rộng và dài tính bằng m. Tác nhân lạnh bay hơi bên trong tấm để làm đông lạnh thịt, thủy sản trong khay đặt giữa hai tấm. Các tấm bay hơi được treo liên tiếp với nhau và nâng lên hạ xuống nhờ hệ thống thủy lực. Các tấm bay hơi được đặt trong tủ bọc cách nhiệt, vì vậy nú cũn được gọi là tủ lạnh đông nhanh tiếp xúc.
Ngoài ra ta cũng phải kể đến những khó khăn khi dựng cỏc loại thiết bị này như: khi sử dụng các thiết bị hàn thành khối hoặc lắp ghép, cần phải thường xuyên kiểm tra hệ số truyền nhiệt cũng như trở kháng thủy lực của hệ thống, vì khi sử dụng lâu, do cặn bẩn đóng lại trên bề mặt ống, gây ra các trở kháng phụ làm giảm hệ số truyền nhiệt. Khi trở kháng thủy lực đã lên tới mức tối đa cần phải tráng rửa thiết bị, nếu không thiết bị sẽ bị hư hỏng.
Khi sử dụng thiết bị kiểu lắp ghép, cần chú ý đến doăng làm kín. Trong quá trình làm việc do bị lão hóa, doăng sẽ bị sơ cứng, gây rò rỉ gây tách rời ra khỏi
tấm kim loại. Vì vậy nhiệt độ và áp suất chung của thiết bị này bị hạn chế, từ - 300C đến 1500C ữ 2000C và áp suất thay đổi từ 10 đến 16 at.
Hình 2.2 Bộ phận trao đổi nhiệt
Việc thiết kế các thiết bị kiểu tấm phải đáp ứng những yêu cầu sau đây:
- Tìm ra các hình dạng có hiệu quả cao, các kích cỡ tấm trong các điều kiện đã cho.
- Thiết kế tấm cơ bản làm cơ sở để thiết kế một loạt các tấm dùng cho các công suất khác nhau. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Tính toán và thiết kế loại thiết bị có bề mặt trao đổi nhiệt khác nhau với số lượng các tấm cơ bản cho trước.
- Thiết kế khuân dập các tấm bản.
- Mở rộng việc sử dụng có hiệu quả tấm cơ bản bằng cách lắp ghép nhiều thiết bị kiểu tấm từ các kim loại khác nhau.
Luôn luôn phải lưu ý tấm cơ bản là một chi tiết rất phức tạp, cùng một lúc phải thực hiện nhiều chức năng truyền nhiệt, cơ học, thủy khí, công nghệ.
Đặc điểm của tấm cơ bản như sau:
b. Hình dạng các lỗ khoan ở góc, nơi đầu vào và đầu ra của môi chất và kết cấu làm giảm trở lực đầu ra và vào của môi chất.
c. Hệ thống doăng.
d. Hệ thống treo các tấm trên khung của thiết bị và cách định vị các tấm trong từng cụm.
e. Cấu tạo của thiết bị phụ trợ nhằm làm cứng bệ khung thiết bị, giúp cho việc sử dụng thiết bị được dễ dàng.
f. Thiết bị xử lý cum tấm trong trường hợp hỏng doăng.
Cần phải nhấn mạnh rằng, không thể thỏa mãn cùng một lúc các yêu cầu nói trên để chế tạo ra một tấm cơ bản chuẩn.
Các tấm cơ bản có thể được phân loại như sau:
- Tấm có cấu trúc gây dòng chảy rối. - Tấm dạng băng tải.
- Tấm băng lưới.
- Tấm phẳng hay tấm tạo kênh. Các dạng tấm truyền nhiệt như sau :
a) b)
Hình2.3 Tấm có cấu trúc trỳc gõy dòng chảy rối
a) Hai tấm có cấu trúc gây dòng chảy rối bằng nhựa b) Hai tấm với cấu trúc gây dòng chảy rối bằng kim loại
Vì trong thiết bị kiểu tấm số lượng tấm nhiều, nờn kờnh dẫn cho môi chất chuyển động cũng nhiều. Có thể lắp ghép cỏc kờnh chuyển động theo nhiều cách khác nhau, theo một vòng hay nhiều vòng. Bản thân các thiết bị có thể là một đơn nguyên hay nhiều đơn nguyên hoặc hỗn hợp. Thiết bị một đơn nguyên là thiết bị trong đó chỉ có hai môi chất tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt. Thiết bị nhiều đơn nguyên hay thiết bị hỗn hợp là thiết bị trong đó có nhiều môi chất tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt. Ta xét thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm một đơn nguyên. Kênh dẫn được tạo ra giữa hai tấm cạnh nhau. Sau khi đi qua ống góp dọc, môi chất đi vào kênh dẫn song song với nhau. Tập hợp nhiều kênh dẫn trong đó môi chất lưu động theo một hướng nhất định gọi là cụm, đặc điểm của cụm là môi chất chuyển động theo một chiều giống nhau, sau khi ra khỏi cụm 1, môi chất đi vào cụm 2 chuyển động theo chiều ngược lại. Về nguyên tắc, số kờnh trờn 2 cụm có thể giống hoặc khác nhau.
Có nhiều cách phân bố cỏc kờnh của môi chất:
a. Sơ đồ đối xứng: số kênh của 2 môi chất như nhau.
b. Sơ đồ không đối xứng: số kênh của 2 môi chất khác nhau.Để giữ tốc độ chuyển động đồng đều của 2 môi chất, cần làm sao cho tỷ số lưu lượng của 2 môi chất tỷ lệ thuận với số kênh chuyển động của chúng.
c. Sơ đồ hỗn hợp, số cụm của môi chất khác nhau. Việc bố trí các tấm dựa trên quan điểm cách nhiệt cho đơn nguyên và giảm tối đa tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh. Nếu ta ghép trong một thiết bị lớn nhiều thiết bị trao đổi nhiệt một đơn nguyên, thì ta sẽ được một thiết bị trao đổi nhiệt nhiều đơn nguyên hay thiết bị hỗn hợp.
Tóm lại, sơ đồ cấu trúc thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm nhiều đơn nguyên có thể tóm tắt như sau:
Hình 2.2 sơ đồ cấu trúc thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm nhiều đơn nguyên
Khi so sánh thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm với các loại khác, ta thấy nổi bật lên những ưu điểm sau:
1. Việc bố trí song song các tấm mỏng với khe hẹp giữa chúng cho phép tăng bề mặt trao đổi nhiệt trên một đơn vị thể tích thiết bị, điều này làm giảm đáng kể kích thước của thiết bị.
2. Thiết bị dễ tháo lắp, do vậy bảo dưỡng và tháo dỡ thiết bị không cần phải có diện tích sản xuất phụ.
3. Do các tấm cấu trúc giống nhau, các cụm chi tiết giống nhau, nên công nghệ chế tạo các thiết bị có công suất khác nhau cũng giống nhau, vì vậy dễ dàng sản xuất trên quy mô lớn và chi phí giảm.
4. Các tấm được dập nguội nên dễ dàng tạo nên trên bề mặt tấm những cấu trúc gây dòng chảy rối cho môi chất, do đó nâng cao được hiệu quả truyền nhiệt. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
5. Thiết bị làm việc hiệu quả ngay cả với môi chất có độ nhớt cao. 6. Thiết bị làm việc tốt, dễ dàng đáp ứng với các thiết bị điều khiển