Tài liệu Tính toán và thiết kế hệ thống tiệt trùng đồ hộp pate

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TS. Trần Lệ Thu (GVHD) BÁO CÁO ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM (Hê ̣: Đại Học Chính Quy) ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TIỆT TRÙNG ĐỒ HỘP PATE CÔNG SUẤT 1000 KG/H Tên sinh viên Lớp Mã sinh viên Nguyêễn Thị Tú Uyên 05DHTP6 2005140714 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - NĂM 2017 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Tp. Hồ Chí Minh Khoa: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Bộ Môn: KỸ THUẬT THỰC PHẨM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KỸ THUẬT THỰC PHẨM - Mã số:…………… Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Tú Uyên MSSV: 2005140714 Lớp: 05DHTP6 Ngành: Công nghệ thực phẩm I. Đầu đề đồ án ( Tên đồ án ) Tính toán và Thiết kế hệ thống tiệt trùng đồ hộp Pate công suất 1000 kg/h II. Nhiệm vụ đồ án ( nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu ): - Yêu cầu tính toán các chi tiết nồi tiệt trùng và kích thước ống Thiết bị chính: Thiết bị tiệt trùng hình trụ nằm ngang hoạt động theo mẻ Công suất thiết bị chính: 1000 kg/h Khối lượng hộp: 170g, khối lượng hộp rỗng: 28g Cỡ lon: 84mm * 40mm (đường kính đáy * chiều cao) Nhiệt độ cài đặt: 121oC Nhiệt độ hộp pate khi ra lò: 40 - 50oC Áp suất cài đặt: 2,0 kg/cm2 = 0,196 MPa = 196000 Pa Thời gian tiệt trùng: 25 phút/121oC (hộp 170g) Tổng thời gian tiệt trùng: 60 phút III. Nội dung các phần thuyết minh tính toán: - Mở đầu, giới thiệu tổng quan về đề tài và tính chất sản phẩm thiết kế, ý nghĩa của đề tài. Chọn và thuyết minh sơ đồ hê ̣ thống. Tính cân bằng vật chất và năng lượng cho toàn hệ thống. Tính thiết kế các nồi bốc hơi tiệt trùng, tính kích thước của ống Tính và chọn thiết bị phụ. IV.Các bản vẽ và đồ thị ( loại và kích thước bản vẽ ): - Bản vẽ sơ đồ nguyên lý thiết bị (A1) - Bản vẽ cấu tạo thiết bị chính (A1) V. Ngày giao đồ án: 1/7/2017 VI. Ngày hoàn thành đồ án: 25/9/2017 VII. Ngày nộp đồ án: 29/9/2017 Tp.HCM , ngày…….tháng …….năm 2013 TRƯỞNG BỘ MÔN KTTP CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT ĐỒ ÁN Cán Bộ hướng dẫn. Nhận xét (CBHD ghi rõ đồ án được bảo vệ hay không) ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………… Điểm:……………………………… Chữ ký: ……………………………….. Cán Bộ chấm hay Hội Đồng bảo vệ. Nhận xét: ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………… Điểm:……………………………… Chữ ký: ……………………………….. Điểm tổng kết:…………………………… TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH ĐƠN VỊ : KHOA CNTP – BÔ MÔN KỸ THUẬT THỰC PHẨM PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KỸ THUẬT THỰC PHẨM Sinh viên thực hiện đồ án: Nguyễn Thị Tú Uyên Ký tên:……………… Cán Bộ hướng dẫn: Trần Lệ Thu Tên đồ án: Tính toán và Thiết kế hệ thống tiệt trùng đồ hộp Pate công suất 1000 kg/h STT 01 02 03 04 04 06 07 08 09 10 11 12 13 14 Ngày Nội dung hướng dẫn CBHD ký tên MỤC LỤC PHẦN 1. TỔNG QUAN..........................................................................................1 1.1. Cơ sở lý thuyết cua thiết bị chính.............................................................1 1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chính..............................................1 1.3. Các thiết bị và mô tả đặc tính cua từng thiết bị.......................................2 1.3.1. Thiết bị tiệt trùng sản phẩm trong bao bì......................................2 1.3.2. Thiết bị tiệt trùng sản phẩm ngoài bao bì......................................4 1.4. Các hãng có thiết bị tương ứng.................................................................7 1.5. Các tài liệu tham khảo và website..........................................................10 PHẦN 2. TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ THIẾT BỊ..................................................11 2.1. Tổng quan và lựa chhn tiêu chuẩn cho nguyên liệu..............................11 2.1.1. Định nghĩa và phân loại sản phẩm Pate.......................................11 2.1.2. Nguyên liệu.....................................................................................12 2.2. Sơ đồ công nghệ và giải thích công nghệ................................................23 2.2.1. Rã đông...........................................................................................24 2.2.2. Cắt...................................................................................................24 2.2.3. Xay thô............................................................................................24 2.2.4. Ướp muối........................................................................................24 2.2.5. Xử lý nguyên liệu phụ....................................................................25 2.2.6. Xay nhuyễn.....................................................................................25 2.2.7. Vào hộp...........................................................................................26 2.2.8. Bài khí.............................................................................................26 2.2.9. Ghép nắp........................................................................................27 2.2.10. Tiệt trùng........................................................................................27 2.2.11. Bảo ôn.............................................................................................29 2.2.12. Sản phẩm Pate................................................................................30 2.3. Tính toán cho thiết bị chính....................................................................33 2.3.1. Tính cân bằng nhiệt lượng............................................................34 2.3.2. Tính toán bồn tiệt trùng................................................................37 2.3.3. Tính toán đường ống.....................................................................44 2.3.4. Chhn thiết bị phụ...........................................................................47 2.4. Sơ đồ thiết bị và giải thích thiết bị..........................................................49 2.4.1. Thiết bị cắt......................................................................................50 2.4.2. Thiết bị xay thô..............................................................................50 2.4.3. Thiết bị xay nhuyễn.......................................................................51 2.4.4. Thiết bị vào hộp.............................................................................51 2.4.5. Thiết bị ghép nắp...........................................................................52 2.4.6. Thiết bị tiệt trùng...........................................................................53 2.5. Sơ đồ bố trí mặt bằng và diễn giải..........................................................55 2.6. Bảng dự trù các thiết bị...........................................................................57 PHỤ LỤC. BAN VE THIẾT BỊ CHÍNH (Bản in A3̉ - Autocad kèm oheoc đúnnc oiêut aheutẩn vẽ kỹ oheutậo)...........................................................................................60 DANH MỤC HÌNH ANH Hình 1. Thiết bị tiệt trùng thủy lực hydrostatic.........................................................3 Hình 2. Thiết bị tiệt trùng dạng thùng quay..............................................................3 Hình 3. Thiết bị tiệt trùng hydrolock.........................................................................4 Hình 4. Cấu tạo thiết bị tiệt trùng dạng bản mỏng....................................................4 Hình 5. Nguyên lý trao đổi nhiệt dạng tấm...............................................................5 Hình 6 . Các tấm trao đổi nhiệt cơ bản.....................................................................5 Hình 7. Cấu tạo thiết bị tiệt trùng ống lồng ống.......................................................6 Hình 8. Hydrostatic...................................................................................................7 Hình 9. Hydrolock.....................................................................................................8 Hình 10. Tetra Plex C...............................................................................................8 Hình 11. Tetra Plex CD (a) và Tetra Plex M (b).......................................................9 Hình 12. Thiết bị tiệt trùng UHT dạng tấm của JIMEI.............................................9 Hình 13. Tubular heat exchanger............................................................................10 Hình 14. Thiết bị tiệt trùng dạng ống lồng ống UHT..............................................10 Hình 15. Pate khối..................................................................................................11 Hình 16. Các loại pate hộp.....................................................................................11 Hình 17. Thịt heo....................................................................................................12 Hình 18. Gan...........................................................................................................15 Hình 19. Đá vảy......................................................................................................16 Hình 20. Nhóm tạo vị..............................................................................................17 Hình 21. Nhóm tạo cấu trúc....................................................................................19 Hình 22. Nhóm chất tạo mùi...................................................................................20 Hình 23. Sơ đồ khối quy trình công nghệ sản xuất pate..........................................23 Hình 24. Ướp muối gan theo mẻ.............................................................................25 Hình 25. Sơ đồ thiết bị quy trình công nghệ sản xuất pate đống hộp......................49 Hình 26. Máy cắt Starcutter....................................................................................50 Hình 27. Máy xay thô Kilia (a) và Mincer (b).........................................................50 Hình 28. Thiết bị xay Cutter....................................................................................51 Hình 29. Thiết bị vào hộp........................................................................................51 Hình 30. Máy ghép nắp bán tự động.......................................................................52 Hình 31. Sơ đồ tạo ra mối ghép kép........................................................................52 Hình 32. Thiết bị ghép nắp bán tự động (a) và tự động (b).....................................53 Hình 33. Thiết bị tiệt trùng hình trụ nằm ngang......................................................53 Hình 34. Sơ đồ nguyên lý hoạt động bồn tiệt trùng nằm ngang..............................54 Hình 35. Sơ đồ bố trí mặt bằng thiết bị...................................................................56 DANH MỤC BANG BIỂU Bảng 1. So sánh giữa thiết bị trao đổi nhiệt trong bao bì và ngoài bao bì................6 Bảng 2. Thành phần dinh dưỡng của thịt heo (tính trong 100g ăn được)...............12 Bảng 3. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng thịt heo lạnh đông theo TCVN 7047:2002...13 Bảng 4. Thành phần một số hợp chất trong gan.....................................................16 Bảng 5. Đánh giá chất lượng muối tinh theo TCVN 3973 – 84...............................17 Bảng 6. Đánh giá chất lượng bột ngọt theo TCVN 1459 – 74.................................18 Bảng 7. Chỉ tiêu chất lượng của bột mì (TCVN 4359:1996)...................................19 Bảng 8. Thành phần hóa học của trứng gà.............................................................20 Bảng 9. Đánh giá chất lượng bột tiêu theo TCVN 5387 – 1994..............................21 Bảng 10. Chế độ tiệt trùng pate thịt heo đóng hộp..................................................29 Bảng 11. Hàm lượng kim loại cho phép trong sản phẩm........................................30 Bảng 12. Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm..................................................................30 Bảng 13. Những sự cố thường gặp ở sản phẩm.......................................................31 Bảng 14. Chỉ tiêu cảm quan....................................................................................32 Bảng 15. Chỉ tiêu hoá lý..........................................................................................32 Bảng 16. Dư lượng kim loại nặng...........................................................................32 Bảng 17. Chỉ tiêu vi sinh vật...................................................................................33 Bảng 18. Dư lượng thuốc thú y...............................................................................33 Bảng 19. Dư lượng Hoocmon.................................................................................33 Bảng 20. Bảng dự trù các thiết bị............................................................................57 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây ngành công nghệ thực phẩm phát triển rất mạnh, với sự đa dạng và phong phú về nhiều loại sản phẩm. Sự phát triển không chỉ thể hiện về mặt số lượng mà cả chất lượng. Mặc dù hiện tại nền kinh tế toàn cầu đang khủng hoảng, nhưng không vì thế mà ngành công nghệ thực phẩm ngưng lại. Cũng như, không vì lẽ đó mà nhu cầu của con người thay đổi. Trong thời đại công nghệ ngày nay, việc sử dụng các loại thực phẩm chế biến sẵn, thực phẩm đóng hộp đã trở nên quen thuộc. Ngành công nghệ đồ hộp thực phẩm phát triển mạnh có ý nghĩa to lớn cải thiện được đời sống của người dân, giảm nhẹ việc nấu nướng hằng ngày. Giải quyết nhu cầu thực phẩm các vùng công nghiệp, các thành phố, địa phương thiếu thực phẩm, cho các đoàn du lịch, thám hiểm và cung cấp cho quốc phòng. Góp phần điều hòa nguồn thực phẩm trong cả nước. tăng nguồn hàng hóa, trao đổi hàng hóa với nước ngoài. Một sản phẩm thuộc dòng sản phẩm đồ hộp thịt đang được ưa chuộng ở nước ta là pate đóng hộp. Pate là sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, mùi vị đặc trưng, hợp với khẩu vị của nhiều người. Trong bài đồ àn này em sẽ Tìm hiểu các thiết bị trao đổi nhiệt (tiệt trùng) liên tục và Tính toán, thiết kế hệ thống tiệt trùng đồ hộp pate công suất 1000 kg/h. Tuy nhiên do chưa có nhiều dịp tiếp xúc thực tế, nhóm cũng không tránh khỏi sai sót trong bài đồ án này. Hi vọng cô và các bạn đóng góp ý kiến để bài báo cáo chính xác hơn. Xin chân thành cảm ơn cô đã tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình. Sinh viên thực hiện TỔNG QUAN PHẦN 1 PHẦN 1. TỔNG QUAN 1.1. Cơ sở lý thuyết cua thiết bị chính Nhiều loài vi sinh vật khác nhau được tìm thấy trong thực phẩm và nguyên liệu chế biến thực phẩm. Dựa vào khả năng sinh tổng hợp độc tố và gây bệnh, hệ vi sinh vật trong thực phẩm có thể chia làm hai nhóm:   Nhóm vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp độc tố và gây bệnh cho người: nếu thực phẩm bị nhiễm nhóm vi sinh vật này thì có thể gây ngộ độc cho người sử dụng. Đứng từ góc độ vệ sinh an toàn thực phẩm thì đây là nhóm vi sinh vật có hại và chúng ta cần phải áp dụng những giải pháp kĩ thuật trong quy trình sản xuất để chúng không bị nhiễm vào thực phẩm. Nhóm vi sinh vật không có khả năng sinh tổng hợp độc tố: nhóm vi sinh vật này hoặc không có ảnh hưởng xấu hoặc có ảnh hưởng tốt đến sức khỏe người tiêu dung (ví dụ như Lactobacillus bulgaricus và Streptococcus thermophiles trong sữa chua yaourt coa ảnh hưởng tốt đến quá trình tiêu hóa thức ăn trong đường ruột ở người). Tuy nhiên, khi nhóm vi sinh vật này có mặt trong thực phẩm chúng sẽ thực hiện quá trình trao đổi chất, từ đó gây ra những biến đổi về thành phần hóa học và giá trị cảm quan của thực phẩm. Kết quả là chất lượng thực phẩm nhanh chóng bị biến đổi theo thời gian bảo quản. Ngoài ra, chúng ta cũng cần lưu ý đến sự có mặt của các enzyme trong thực phẩm vì chúng sẽ gây ra những biến đổi hóa sinh và cảm quan, từ đó làm thay đổi các chỉ tiêu chất lượng của thực phẩm trong quá trình bảo quản. Quá trình tiệt trùng: Tiệt trùng là quá trình tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật (ở dạng tế bào sinh dưỡng hoặc bào tử) và ức chế không thuận nghịch các enzyme trong thực phẩm. Sau quá trình tiệt trùng, sản phẩm sẽ trở thành vô trùng. Như vậy, quá trình tiệt trùng không những đảm bảo cho thực phẩm an toàn về mặt vệ sinh mà còn kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm, giúp ổn định các chỉ tiêu chất lượng của thực phẩm sau một thời gian dài sau sản xuất. Tuy nhiên, quá trình tiệt trùng cũng gây ra những biến đổi bất lợi, làm ảnh hưởng xấu đến giá trị dinh dưỡng và cảm quan của thực phẩm. trong một số trường hợp, các nhà sản xuất lựa chọn quá trình thanh trùng để thay thế cho quá trình tiệt trùng. Thanh trùng là quá trình tiêu diệt các vi sinh vật trong thực phẩm và ức chế quá trình sinh tổng hợp độc tố của chúng. Chế độ xử lý của quá trình thanh trùng “nhẹ nhàng hơn” so với quá trình tiệt trùng. Do đó, quá trình thanh trùng không làm tổn thất đáng kể giá trị dinh dưỡng và cảm quan của thực phẩm. Tuy nhiên, sau quá trình thanh trùng, hệ vi sinh vật trong thực phẩm vẫn chưa bị tiêu diệt hết, đặc biệt là nhóm vi sinh vật chịu nhiệt và vi sinh vật có khả năng sinh bào tử. 1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chính Hai thông số quan trọng nhất trong quá trình tiệt trùng nhiệt là nhiệt độ và thời gian. Nếu nhiệt độ trong sản phẩm không đồng nhất trong quá trình tiệt trùng thì các nhà sản xuất sẽ quan tâm đến nhiệt độ tại tâm sản phẩm. Cần lưu ý là giá trị nhiệt độ tại tâm sản phẩm không phải là một hằng số trong quá trình tiệt trùng. Các nhà sản xuất cần xác định một chế độ tiệt trùng hợp lý để chất lượng sản phẩm đảm 1 TỔNG QUAN PHẦN 1 bảo an toàn vệ sinh đồng thời giá trị dinh dưỡng và cảm quan của sant phẩm cũng đạt yêu cầu. Hệ vi sinh vật trong thực phẩm Mẫu thực phẩm trước khi đưa vào tiệt trùng luôn chưa một hệ vi sinh vật. Các nhà sản xuất cần quan tâm đến tên các loài vi sinh vật bị nhiễm và mật độ của chúng trong mẫu thực phẩm. Theo lý thuyết, nếu các loài vi sinh vật nhiễm thuộc nhóm ưa nhiệt thì chế độ tiêt trùng cần phải “nghiêm ngặt” thì mới tiêu diệt được chúng. Ngoài ra, mật độ vi sinh vật trong mẫu ban đầu càng cao thì việc tăng nhiệt độ và thời gian xử lý là rất cần thiết để khống chế mật độ vi sinh vật trong mẫu thực phẩm trước khi thực hiện quá trình tiệt trùng luôn ở mức thấp nhất.  Trạng thái vật lý của thực phẩm  Thực phẩm lỏng có hệ số truyền nhiệt cao hơn thực phẩm rắn vì trong quá trình tiệt trùng nhiệt sẽ xuất hiện các dòng đối lưu trong sản phẩm. Các chỉ tiêu như hàm lượng chất khô, độ nhớt,… sẽ ảnh hưởng đến hệ số truyền nhiệt của thực phẩm lỏng. Đối với thực phẩm rắn, sự truyền nhiệt xảy ra chủ yếu là do sự dẫn nhiệt.  Thành phần hóa học của thực phẩm Việc chọn chế độ tiệt trùng sẽ phụ thuộc vào gái trị pH hay độ chua của sản phẩm. Những thực phẩm lỏng có giá trị pH cao như sữa tươi (pH ≥ 4.5) thì giá trị nhiệt độ xử lý thường không thấp hơn 100 oC để sản phẩm đạt được độ vô trùng công nghiệp. Ngược lại, những sản phẩm có độ pH khá thấp (pH = 3.7 – 4.5) như nước ép từ nhóm trái cây có múi hoặc pH thấp (pH < 3.7) như một số loại rượu vang, rau trái dầm giấm,…thì có thể thanh trùng ở nhiệt độ thấp mà vẫn đảm bảo được độ vô trùng công nghiệp. Trong một số thành phần hóa học của thực phẩm, cần lưu ý đến chất béo vì chúng có hệ số dẫn nhiệt thấp.  Phương pháp tiệt trùng nhiệt Các phương pháp tiệt trùng nhiệt có thể được chia thành hai nhóm: xử lý sản phẩm trong bao bì và xử lý sản phẩm ngoài bao bì. Riêng phương pháp xử lý sản phẩm ngoài bao bì thường chỉ áp dụng cho nhóm thực phẩm lỏng. Phương pháp này được sử dụng với phương pháp rót sản phẩm vào bao bì vô trùng trong điều kiện vô trùng. Tùy theo tính chất của sản phẩm và vốn đầu tư mà các nhà sản xuất cần lựa chọn phương pháp tiệt trùng phù hợp. 1.3. Các thiết bị và mô tả đặc tính cua từng thiết bị 1.3.1. Thiết bị tiệt trùng sản phẩm trong bao bì a. Thiết bị tiệt trùng thủy lực hydrostatic (hoạt độ liên tục) Bộ phận chính của thiết bị là năm bánh xe được kết nối với nhau bằng một hệ thống băng tải dạng ống lưới. Người ta sẽ nạp bao bì chứa thực phẩm vào bên trong các ống lưới của băng tải này. Bên trong thiết bị có ba khoang liên thông với nhau. Nhờ vào kết cấu đặc biệt như hình vẽ nên người ta có thể tạo ra các vùng nhiệt dộ khác nhau bên trong thiết bị để gia nhiệt, giữu nhiệt và làm nguội sản phẩm. Các sản phẩm sẽ thay đổi chiều cao cột nước thủy lực để hiệu chỉnh nhiệt độ tại các 2 TỔNG QUAN PHẦN 1 vùng khác nhau ở bên trong thiết bị. Trước khi ra khỏi thiết bị, sản phẩm sẽ được làm nguội hoàn tất trong bể nước lạnh được đặt ở phía bên dưới. Hình 1. Thiết bị tiệt trùng thủy lực hydrostatic Ưu điểm nổi bật của thiết bị là có thể sử dụng nhiều loại bao bì có kích thước và kiểu dáng khác nhau. Thiết bị này có tính cơ giới và tự động hóa cao nên thích hợp cho các nhà máy có năng suất lớn. Hiện nay, thiết bị tiệt trùng thủy lực được sử dụng trong lĩnh vực chế biến sữa, thịt và thủy sản. b. Thiết bị tiệt trùng liên tục dạng thùng quay Thiết bị tiệt trùng thùng quay được sử dụng phổ biến trong công nghệ sản xuất đồ hộp thịt và thủy sản. Hình 2. Thiết bị tiệt trùng dạng thùng quay Thiết bị gồm có hai ống hình trụ đồng trục, có đường kính khác nhau và được đặt lồng vào nhau. Sản phẩm sẽ được cho vào khoảng không gian giữa hai thân trụ như trên hình vẽ. Người ta sẽ thiết kế một đường dẫn hình xoắn ốc trong khoảng không gian trong khoảng không gian này và nó được chia làm ba khu vực: gia nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội. Các hộp sản phẩm sẽ được nạp vào thiết bị theo đường dẫn trên và lần lượt đi từ khu vực gia nhiệt sang khu vực giữ nhiệt, làm nguội rồi thoát ra khỏi thiết bị. Trong quá trình làm việc, thiết bị hình trụ sẽ xoay xung quanh trục của nó (ống hình trụ đường kính nhỏ). Như vậy, mỗi hộp sản phẩm ngoài chuyển động theo quỹ đạo của đường dẫn hình xoắn ốc thì còn có thể tự xoay 3 TỔNG QUAN PHẦN 1 xung quanh trục của nó. Hiện tượng này giúp đảo trộn sản phẩm trong bao bì, cải thiện quá trình truyền nhiệt. c. Thiết bị tiệt trùng liên tục hydrolock Thiết bị tiệt trùng hydrolock được sử dụng trong lĩnh vực chế biến sữa, thịt và thủy sản. Hình 3. Thiết bị tiệt trùng hydrolock Thiết bị dạng hình trụ nằm ngang được chia làm hai khoang: khoang gia nhiệt, giữ nhiệt nằm phía trên (tác nhân nhiệt là hơi nước) và khoang làm nguội nằm bên dưới (tác nhân làm nguội là nước). Hai khoang này được ngăn cách là một tấm cách nhiệt và được liên thông với nhau tại vài vị trí để băng truyền đưa sản phẩm từ khoang gia nhiệt – giữ nhiệt vào khoang làm nguội. Băng chuyền có dạng ống lưới, sản phẩm được rót vào bao bì, đóng nắp rồi được đặt vào bên trong các ống lưới của băng chuyền. Trong quá trình vận hành, hơi bão hòa và nước sẽ lấp đầy hai khoang bên trong thiết bị. Để nước không bị rò rỉ ra bên ngoài, người ta sử dụng một bơm hoạt động liên tục để đưa nước làm nguội liên tục vào khoang dưới của thiết bị. Khi thoát ra khỏi thiết bị, sản phẩm tiếp tục được đưa xuống vùng phía bên dưới để làm nguội tiếp bằng không khí lạnh. 1.3.2. Thiết bị tiệt trùng sản phẩm ngoài bao bì Các thiết bị này được sử dụng cho nhóm thực phẩm lỏng. a. Thiết bị tiệt trùng dạng bản mỏng (kiểu tấm) Hình 4. Cấu tạo thiết bị tiệt trùng dạng bản mỏng 4 TỔNG QUAN PHẦN 1 Đây là loại thiết bị làm việc liên tục, sử dụng phương pháp gia nhiệt gián tiếp được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hóa chất, hóa dầu, thực phẩm (ví dụ như sữa),… Bộ phận chính của thiết bị là những tấm bản hình chữ nhật với độ dày rất mỏng và được làm bằng thép không gỉ. Mỗi tấm bản sẽ có 4 lổ tại 4 góc tạo thành rãnh thông kín và hệ thống các đường rãnh trên khắp bề mặt để tạo ra sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt. Khi ghép các tấm bản mỏng lại với nhau, trên bộ khung của thiết bị sẽ hình thành nên những hệ thống đường vào và ra cho mẫu khảo sát và chất tải nhiệt. Hai dòng lưu chất nóng và lạnh chảy xen kẽ với nhau giữa các tấm, các tấm này được dập rãnh để tạo nên dòng chảy rối cho hai lưu chất nhằm đạt được năng suất trao đổi nhiệt lớn nhất. Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể, các nhà tổ chức sẽ bố trí hệ thống những đường dẫn thích hợp. Hình 5. Nguyên lý trao đổi nhiệt dạng tấm   Ưu điểm: Đảm bảo được hệ số truyền nhiệt cao với hệ số kháng thủy lực thấp Thiết bị gọn nhẹ, giá thành thấp Làm việc đáng tin cậy, không bị rò rỉ, kết hợp hài hòa hai yếu tố lắp đặt và bảo dưỡng Có thể thay đổi nhiệt lượng trao đổi bằng cách thay đổi số lượng tấm trao đổi nhiệt Vệ sinh dễ dàng bằng cách tháo tấm và khung. Các tấm trao đổi nhiệt cơ bản: Hình 6 . Các tấm trao đổi nhiệt cơ bản 5 TỔNG QUAN PHẦN 1 Cấu tạo của tấm cho ta những chỉ tiêu kĩ thuật của thiết bị. Tùy theo hình dạng, kích thước, đặc điểm cấu tạo của tấm mà ta có cường độ trao đổi nhiệt khác nhau, độ tin cậy của thiết bị, chi phí sản xuất thiết bị khác nhau. Cấu tạo tấm dập nổi, mặt cắt bề mặt trao đổi nhiệt. Hình dáng các lỗ khoan ở góc, nơi đầu vào và đầu ra của môi chất và các kết cấu nhằm làm giảm trở lực đầu ra và vào của môi chất. Hệ thống gioăng cao su nhằm giúp ngăn hai dòng lưu chất nóng và lạnh. b. Thiết bị tiệt trùng dạng ống lồng ống Thiết bị làm việc liên tục, sử dụng phương pháp gia nhiệt gián tiếp, dùng cho chiết rót nóng các thực phẩm lỏng, tức là không có công đoạn hạ nhiệt nhanh sau khi tiệt trùng. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống được ứng dụng nhiều trong thực phẩm như sữa, chocolate sữa, sữa đậu nành, trà và nước trái cây. Hình 7. Cấu tạo thiết bị tiệt trùng ống lồng ống Ống và vỏ có cấu tạo là thép chịu lực. Thiết bị càng có nhiều ống thì vận tốc dòng chảy càng lớn làm hệ số đối lưu tăng, vậy nên người ta thường sử dụng kiểu cấu hình nhiều ống lồng trong một ống. Thiết bị gồm một chùm ống hình trụ song song, có cùng đường kính và được đặt bên trong một ống hình trụ lớn. Nguyên liệu sẽ được bơm vào bên trong các ống hình trụ nhỏ, còn chất tải nhiệt sẽ đi vào khoảng không gian được tạo ra giữa bề mặt ngoài của các ống hình trụ nhỏ và bề mặt trong ống hình trụ lớn. Bảng 1. So sánh giữa thiết bị trao đổi nhiệt trong bao bì và ngoài bao bì Trong bao bì Ngoài bao bì Trực tiếp - Thời gian tiệt trùng lâu, ảnh hưởng chất lượng cảm quan - Tốn năng lượng hơn Gián tiếp Sử dụng hơi nước bão hòa phối trộn Sử dụng nước nóng với thực phẩm để gia nhiệt. hoặc hơi nước làm tác  Ưu điểm: nhân để gia nhiệt.  Ưu điểm: + Gia nhiệt và làm nguội nhanh, sản phẩm ít bị biến đổi, hư hỏng về mặt + Có thể điều khiển cảm quan trong suốt quá trình gia nhiệt nhiệt độ thực phẩm + Sản phẩm không bị hư hỏng do nhiệt khi gia nhiệt độ cao + Tiết kiệm năng 6 TỔNG QUAN PHẦN 1 + Tiết kiệm năng lượng (ít tổn thất lượng hơi) + Có thể áp dụng cho  Nhược điểm: các sản phẩm có độ + Khó kiểm soát quá trình nhớt cao mà không + Cần kiểm tra kĩ hơi nước khi đưa làm cháy sản phẩm  Nhược điểm: vào sử dụng để tránh lây nhiễm các tạp chất từ hơi nước vào thực phẩm + Sản phẩm có thể bị + Sản phẩm bị pha loãng biến đổi chút ít + Không tái sử dụng hơi nước 1.4. Các hãng có thiết bị tương ứng a. Hydrostatic Nhà sản xuất: Chisholm – Ryder International Ltd., Middlesex, England.  Thông số kỹ thuật: Cao: 20m với diện tích đáy khoảng 40m2 Năng suất: 60 – 1000 chai/phút Tốc độ băng tải: 2 m/phút Hình 8. Hydrostatic  Ưu điểm của thiết bị: Hạn chế sự thay đổi đột ngột về áp suất và nhiệt độ cho thực phẩm trong quá trình tiệt trùng Có thể sử dụng cho nhiều loại bao bì có kích thước và kiểu dáng khác nhau Quá trình tiệt trùng được điều khiển với mức tự động hóa cáo, các thông số của quá trình được kiểm tra dễ dàng chính xác Kết quả sử dụng hiệu quả cả hai tác nhân là nước nóng và hơi để tiêu diệt vi sinh vật và ức chế enzyme Ít chiếm diện tích nhà xưởng Công suất thiết bị lớn. 7 TỔNG QUAN  PHẦN 1 Nhược điểm: Chiều cao lớn gây khó khan cho quá trình vận chuyển thiết bị Hoạt động liên tục với nhiều sản phẩm trên băng chuyền nên nếu xảy ra sự cố ở một công đoạn sản xuất nào đó trước quá trình tiệt trùng sẽ làm gián đoạn hoạt động của thiết bị Giá thành cao, chỉ thích hợp cho nhà máy có công suất lớn. b. Hydrolock Hình 9. Hydrolock  Nhà sản xuất: ACB Thích hợp với nhiều loại bao bì: chai nhựa, lon, túi,… Ưu điểm: Sự trao đổi nhiệt bằng cách tăng vận tốc quay và tiệt trùng trong thời gian ngắn. Chất lượng sản phẩm sẽ tốt hơn Quá trình liên tục sẽ tạo được sản phẩm có chất lượng cao và ổn định, giảm giá thành Dễ vận hành do có thể điều khiển ba thông số kỹ thuật là áp suất, nhiệt độ tiệt trùng và nhiệt độ làm nguội một cách độc lập Dễ bảo trì vì các bộ phận được làm bằng thép không rỉ và được gá lên khung có thể tháo lắp khỏi các ống chịu lực Dễ lắp đặt thiết bị Hydrolock không yêu cầu đặc biệt nào. c. Thiết bị tiệt trùng bản mỏng Hình 10. Tetra Plex C  Tiêu chuẩn về vật liệu: 8 TỔNG QUAN PHẦN 1 -  Bản mỏng: thép không rỉ AISI 316 được tôi sang hoàn toàn, titan hoặc SMO Tấm đệm: Nitrile – FDA, Nitrile – FDA chịu nhiệt hay EPDM – FDA Khung: làm bằng thép không rỉ, những đai ốc có thể dịch chuyển được trên những con bulong lắp chặt được làm bằng đồng mạ crom. Tùy chọn: Nhiệt kế Nối với bộ chuyển áp suất 51 mm Tấm bảo vệ: bảo vệ bulong bằng thép không rỉ Chỗ nối bằng titan hay SMO (khung và bản ép) Chân thiết bị có thể kéo dài Thêm cờ lê tiêu chuẩn hoặc dụng cụ siết bằng khí nén Trang bị các bộ phận, tấm đệm. a b Hình 11. Tetra Plex CD (a) và Tetra Plex M (b) Hình 12. Thiết bị tiệt trùng UHT dạng tấm của JIMEI d. Thiết bị tiệt trùng ống lồng ống 9 TỔNG QUAN PHẦN 1 Hình 13. Tubular heat exchanger Nhà sản xuất: Tetra Park Ống làm bằng thép chịu lực AISA 316 (L), vỏ làm bằng thép chịu lực AISA 304 Nhiệt độ thiết kế: 160oC Áp suất thiết kế: 5 MPa Hình 14. Thiết bị tiệt trùng dạng ống lồng ống UHT 1.5. Các tài liệu tham khảo và website [1]. Lê Văn Việt Mẫn (Chủ biên), Lại Quốc Đạt, Nguyễn Thị Hiền, Tôn Nữ Minh Nguyệt, Trần Thị Thu Trà, Công Nghệ Chế Biến Thực Phẩm, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2011, 1019 trang. [2]. Lê Mỹ Hồng, Công nghệ chế biến thực phẩm đóng hộp, giáo trình trường ĐH Cần Thơ, khoa Nông nghiệp và sinh hoc ứng dụng. [3]. Bài giảng Kỹ thuật quá trình và thiết bị 2. [4]. http://www.tetrapak.com/processing/heat-exchangers/tetra-pak-tubular-heatexchanger. 10