Tài liệu Các quá trình truyền nhiệt

Mẫu 4 ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BÀ RỊA – VŨNG TÀU TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TÀI LIỆU MÔ ĐUN/MÔN HỌC CÁC QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT (Lưu hành nội bộ) Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2018 BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Trong chế biến thực phẩm, một trong những quá trình được sử dụng phổ biến đó là quá trình truyền nhiệt. Ví dụ quá trình thanh trùng, tiệt trùng, hấp, xào, nướng, rán, cô đặc, ... Truyền nhiệt là một quá trình phức tạp xảy ra đồng thời bởi nhiều phương thức khác nhau: dẫn nhiệt, đối l

docx49 trang | Chia sẻ: huong20 | Ngày: 19/01/2022 | Lượt xem: 266 | Lượt tải: 0download
Tóm tắt tài liệu Tài liệu Các quá trình truyền nhiệt, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ưu nhiệt và bức xạ nhiệt. Hình 1.1: Các dạng truyền nhiệt Các quá trình dẫn nhiệt (Conduction) Khái niệm: Dẫn nhiệt là quá trình truyền nhiệt từ phần tử này đến phần tử khác của vật chất khi chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau. Các phần tử có nhiệt độ cao hơn, dao động mạnh hơn va chạm vào các phần tử lân cận, truyền cho chúng một phần động năng của mình và cứ như thế nhiệt năng được truyền đi mọi phía của vật thể. Ví dụ: một thanh thép, một đầu có nhiệt độ cao, một đầu có nhiệt độ thấp. Như vậy có sự truyền nhiệt từ đầu có nhiệt độ cao đến đầu có nhiệt độ thấp. Như vậy sự truyền nhiệt trong thanh thép này là "dẫn nhiệt".  Hiện tượng dẫn nhiệt xảy chủ yếu ở chất rắn 1.1.2 Độ dẫn nhiệt: λ cho biết khả năng dẫn nhiệt của vật liệu hay thực phẩm. Độ dẫn nhiệt càng cao, vật liệu dẫn nhiệt càng mạnh, lượng nhiệt truyền càng lớn. Hệ số này phụ thuộc thành phần hóa học, cấu trúc, nhiệt độ, của vật liệu. Độ dẫn nhiệt của chất lỏng và chất khí nhỏ hơn chất rắn rất nhiều. Ở chất rắn, phần lớn độ dẫn nhiệt tăng khi nhiệt độ tăng. Ở chất lỏng, hầu hết độ dẫn nhiệt giảm khi nhiệt độ tăng, trừ nước và glyxerin. Độ dẫn nhiệt của chất khí tăng khi nhiệt độ tăng, ít phụ thuộc vào áp suất. Vật liệu Độ dẫn nhiệt λ (W/m.độ) Đồng 384 Kẽm 110 Thủy tinh 1 Gỗ 0.13 – 0.18 Không khí 0.023 Bảng 1.1: Độ dẫn nhiệt của một số vật liệu Thành phần Độ dẫn nhiệt (W•m-1•độ-1) Khối lượng riêng (kg/m3) Nước 0,6240 1000 Gluxit 0,2430 1590 Protit 0,2147 1314 Lipit 0,0979 913 Chất xơ 0,2208 1301 Chất khoáng 0,3716 2415 Bảng 1.2: Độ dẫn nhiệt của thực phẩm 1.1.3 Dẫn nhiệt ổn định qua vách phẳng Dẫn nhiệt ổn định qua vách phẳng một lớp Phân phối nhiệt độ trong vách Ví dụ: Vách của một kho lạnh dài 12 m, cao 4m, được làm bằng vật liệu có hệ số dẫn nhiệt là 0,045 W•m-1•độ-1, có chiều dầy là 20 cm. Nhiệt độ của mặt ngoài vách là 30 ºC, mặt trong vách là -10 ºC thì lượng nhiệt truyền qua vách mỗi giờ là 1555,2 kJ. Dẫn nhiệt ổn định qua vách phẳng nhiều lớp 1.1.4 Dẫn nhiệt qua vách trụ Trong công nghệ thực phẩm cũng như nhiều ngành công nghiệp khác, việc sử dụng các ống hình trụ để vận chuyển hay xử lý lưu chất rất phổ biến. Trong các quá trình ấy, sự truyền nhiệt có thể xẩy ra. So với vách phẳng, quá trình truyền nhiệt trong các vách hình trụ có những điểm đặc như chiều dài ống trụ rất lớn, có sự dẫn nhiệt từ vách trong ra vách ngoài ống, nhiệt độ của một điểm trong ống chỉ phụ thuộc vào khoảng cách từ điểm ấy đến trục của ống.  Dẫn nhiệt ổn định qua vách trụ một lớp: Xét một ống trụ gồm hai mặt trụ đồng tâm nhau, có chiều dài lớn vô cùng. Nhiệt độ của mặt trong và mặt ngoài ống lần lượt là T1 và T2 (giả sử T1 > T2), bán kính vách trong và vách ngoài lần lượt là r1 và r2. Vậy có sự dẫn nhiệt xẩy ra từ vách trong ra vách ngoài ống . Các quá trình cấp nhiệt 1.2.1 Khái niệm: Nhiệt đối lưu là hiện tượng truyền nhiệt khi các phần tử chất lỏng và chất khí đổi chỗ cho nhau.Hiện tượng đổi chỗ của các phần tử chất lỏng và khí là do chúng có nhiệt độ khác nhau nên dẫn đến khối lượng riêng khác nhau. Quá trình nhiệt đối lưu còn được gọi là qt cấp nhiệt. Các phần tử có nhiệt độ cao hơn thì khối lượng riêng bé hơn sẽ nổi lên trên để các phần tử có nhiệt độ thấp hơn thì khối lượng riêng lớn hơn sẽ chìm xuống. Hình 1.2: Đối lưu trong một thùng được đốt nóng phía dưới + Đối lưu tự nhiên: Sự chuyển động xẩy ra một cách tự nhiên chỉ do sự chênh lệch nhiệt độ + Đối lưu cưỡng bức: do các tác động bên ngoài như bơm, quạt, khuấy bắt các phần tử của môi trường có nhiệt độ khác nhau đổi chỗ cho nhau. Như vậy, nhiệt đối lưu chỉ xảy ra trong môi trường lỏng hay khí, còn quá trình trao đổi nhiệt giữa bề mặt các vật thể rắn với môi trường xung quanh (lỏng, khí, hơi) gọi là quá trình cấp nhiệt. 1.2.2 Công thức Newton Công thức này giúp ta xác định lượng nhiệt truyền giữa khối lưu chất có nhiệt độ Tfvà bề mặt có nhiệt độ Tw khi lưu chất và bề mặt tiếp xúc nhau. Công thức được trình bày dưới dạng : q  =  h (T   w - Tf) Trong công thức này : q là mật độ dòng nhiệt, đơn vị là W/m2, h là hệ số đối lưu nhiệt, đơn vị là W•m -2•độ -1.  Công thức Newton đơn giản nhưng việc xác định hệ số h gặp nhiều khó khăn vì thông số này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố.  Để giải một bài toán truyền nhiệt đối lưu, ta có thể theo những hướng sau : Lý thuyết : ta giải trực tiếp bài toán bằng cách sử dụng các công thức, phương trình về cơ học, vật lý, nhiệt động, . . .. Các phương pháp theo hướng này cho ra kết quả có độ chính xác cao nhưng rất phức tạp, chỉ có thể áp dụng cho một vài trường hợp đơn giản. Thực nghiệm : ta chế tạo các vật mẫu giống như các vật thể khảo sát, sau đó đem thử nghiệm và xử lý các kết quả đo đạc. Phương pháp này cho kết quả chính xác nhưng tốn kém và kết quả chỉ có giá trị cho vật thể đó thôi. Dùng lý luận đồng dạng : Người ta tiến hành thử nghiệm trên các mô hình đơn giản, sau đó xử lý kết quả đo đạc và trình bày kết quả dưới dạng những công thức. Và những công thức này có thể áp dụng cho những trường hợp cụ thể khi có sự "đồng dạng" với mô hình. Điểm đặc biệt là những công thức ấy biểu thị mối quan hệ giữa các chỉ số đồng dạng. Các quá trình bức xạ nhiệt (Radiation) Khái niệm Bức xạ nhiệt là quá trình truyền nhiệt bằng dạng sóng điện từ, tức là nhiệt năng biến thành tia bức xạ truyền đi, khi gặp các vật thể nào đó thì một phần năng lượng bức xạ sẽ bị vật thể đó hấp thụ, một phần phản chiếu lại và một phần xuyên qua vật thể. Hình 1.3 Bức xạ nhiệt Trao đổi nhiệt dạng bức xạ là một dạng trao đổi cơ bản mà không cần có sự tiếp xúc trực tiếp (như đối lưu, dẫn nhiệt) giữa các vật tham gia trao đổi nhiệt và có ý nghĩa rất lớn trong kỹ thuật, đặc biệt là kỹ thuật nhiệt độ cao. Bức xạ và hấp thu nhiệt của các chất Mọi vật thể có nhiệt độ lớn hơn 0oK đều có khả năng bức xạ năng lượng do quá trình dao động điện từ ở bên trong các nguyên tử, phân tử vật chất. Các dao động điện từ này được truyền trong không gian theo mọi hướng dưới dạng sóng điện từ. Hình 1.4 Tia bức xạ tới vật thể Trong kỹ thuật, người ta chỉ khảo sát những tia nhiệt bao gồm tia hồng ngoại và tia sáng trắng. Các tia nhiệt này truyền đi trong không gian và đập vào một vật khác, chúng bị hấp thu một phần hay toàn bộ biến thành năng lượng nhiệt. Như vậy, quá trình trao đổi nhiệt bức xạ bao gồm hai lần biến đổi dạng năng lượng: biến đổi nội năng thành sóng điện từ ở vật phát và quá trình biến đổi ngược lại ở vật thu. Hiệu quả của quá trình bức xạ nhiệt không chỉ phụ thuộc và hiệu số nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào bản chất, trạng thái bề mặt, hình dạng, kích thước, ... của vật phát và vật thu. Vật đen tuyệt đối, trắng tuyệt đối và trong tuyệt đối A: hệ số (khả năng) hấp thụ của vật thể R: hệ số (khả năng) phản xạ của vật thể D: khả năng khúc xạ của vật thể - Nếu một vật có A = 1; R = D = 0 thì vật đó đen tuyệt đối - Nếu một vật có D = 1; R = A = 0 thì vật đó trong tuyệt đối - Nếu một vật có R = 1; A = D = 0 thì vật đó trắng tuyệt đối 1.3.2 Một số định luật về bức xạ Định luật Planck Định luật Planck cho ta biết quan hệ giữa cường độ bức xạ và những thông số khác. Mối quan hệ này thể hiện qua công thức sau : Trong đó : Eoλ : cường độ bức xạ của vật đen tuyệt đối, C1  =  0,374•10 -15 W•m2 : hằng số Planck thứ nhất, C2  =  1,4388•10 -2 m•K : hằng số Planck thứ hai. Vì dE  =  Eλ dλ  vậy : hay năng lượng bức xạ được biểu diễn bằng phần diện tích nằm bên dưới đường cong Eoλ Vì thế nhiệt độ càng cao, năng lượng bức xạ càng lớn. Phần lớn năng lượng này chỉ tập trung trong một khoảng nhất định của độ dài sóng. Đó là khoảng 10 -7 - 10 -4 m (các tia nhiệt). Truyền nhiệt bằng bức xạ Trong chế biến thực phẩm, có các quá trình truyền nhiệt bằng bức xạ. Ví dụ nướng một tấm bánh pizza trong lò nướng. Nhiệt từ thanh nhiệt bức xạ đến tấm bánh làm cho bánh chín. Sự truyền nhiệt hỗn hợp Ta đã khảo sát ba dạng truyền nhiệt cơ bản là dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ. Trong thực tế, một quá trình truyền nhiệt thường là sự kết hợp của hai hay ba dạng trên. Vì thế cần phải kể đến tất cả các ảnh hưởng của chúng lên quá trình chung và bài toán sẽ phức tạp lên nhiều. Dưới đây ta chỉ xem xét trường hợp đơn giản và khá phổ biến, đó là sự kết hợp giữa dẫn truyền và đối lưu để nung nóng hay làm nguội một khối vật chất. Bài 2: ĐUN NÓNG – LÀM NGUỘI – NGƯNG TỤ 2.1. Quá trình đun nóng : 2.1.1. Bản chất, mục đích và phạm vi sử dụng: Bản chất: Đun nóng là một quá trình rất phổ biến trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm, nó có tác dụng làm tăng tốc độ các phản ứng hóa học, ngoài ra đun nóng còn là một phương tiện cần thiết để thực hiện các quá trình khác như cô đặc, chưng cất, Mục đích công nghệ: - Chuẩn bị: Trong thực tế có khi việc tiến hành đun nóng chỉ nhằm mục đích chuẩn bị cho các quá trình khác. Ví dụ: để bóc vỏ cam người ta thường chần trong nước sôi trong thời gian 5-10 phút, đun nóng trước khi cô đặc sản phẩm lỏng để quá trình bốc hơi nước nhanh hơn. Đun nóng sản phẩm trước khi vào hộp để ghép mí nhằm mục đích bài khí. - Khai thác: quá trình đun nóng có thể làm tăng hiệu suất thu nhận sản phẩm từ một loại nguyên liệu nào đó. Ví dụ ở nhiệt độ 60-70oC sẽ làm tăng khả năng hoạt động của amylaza làm cho khả năng thuỷ phân tinh bột cao hơn để thu lượng đường cao hơn. Nhiệt độ cao có thể làm tăng khả năng trích lycác chất hoà tan, tăng hiêuu suất ép, tăng sự hoà tan chất màu... - Chế biến: Dưới tác dụng của nhiệt độ cao nhiều loại nguyên liệu bị biến đổi về cấu trúc, tính chất hoá học, vật lý... làm cho chất lượng nguyên liệu biến đổi hẳn. Những biến đổi về chất lượng có thể xấu đi hoặc tốt hơn. Trong CNTP người ta lợi dụng những biến đổi tốt của chất lượng để tạo ra sản phẩm có ích. - Bảo quản: Khi nguyên liệu được đun nóng ở nhiệt độ trên 70oC sẽ làm vô hoạt các en zim có trong nguyên liệu, ngăn ngừa những biến đổi xấu.Nhiệt độ cao hơn 90oC có thể tiêu diệt vi sinh vật có trong thực phẩm. Do đó trong chế biến thực phẩm thường đun nóng sản phẩm ở nhiệt độ và thời gian nhất định nhằm tiêu diệt vi sinh vật , ngăn ngừa sự hư hỏng sản phẩm. Đó là các quá trình thanh trùng nhiệt. - Hoàn thiện: Một số thực phẩm thường tồn tại ở dạng bán thành phẩm, để có thể sử dụng được cần phải qua công đoạn đun nóng để hoàn thiện sản phẩm, làm cho sản phẩm chín.  Trong thực tế quá trình đun nóng thường được thực hiện kết hợp với quá trình thanh trùng tiêu diệt vi sinh vật và làm chín sản phẩm. 2.1.2. Những biến đổi của vật liệu, sản phẩm trong quá trình đun nóng: Biến đổi vật lý:  - Sự biến đổi về nhiệt độ: trong quá trình đun nóng do sự chênh lệch về nhiệt độ giữa môi trường đun nóng và vật liệu nhiệt độ trong vật liệu tăng dần lên. Tốc độ tăng nhiệt độ chậm dần từ ngoài vào trung tâm do khoảng cách giữa chúng và nguồn nhiệt xa dần. Những điểm có cùng khoảng cách đến nguồn nhiệt thì có nhiệt độ bằng nhau. Do vậy trong vật liệu sẽ hình thành trường nhiệt độ tróng đó lớp ngoài cùng có nhiệt độ cao nhất, tâm vật liệu có nhiệt độ thấp nhất. - Nếu vật liệu là dạng chất lỏng thì truyền nhiệt chủ yếu bằng đối lưu, là chất rắn thì truyền nhiệt chủ yếu là dẫn nhiệt, dạng bán chất lỏng thì cả hai. - Khi đun nóng, vật liệu có thể biến đổi về trạng thái tồn tại - chuyển pha. Phần lớn các chất rắn hoặc sệt có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ của môi trường đun nóng thì trạng thái của chúng có thể chuyển sang pha lỏng hoặc bán lỏng (mỡ, bơ...) Tuy nhiên đối với nhiều loại vật liệu dạng rắn do nhiệt độ đun nóng không đủ cao hoặc do đặc tính lý hoá của chúng mà khi đun nóng không xãy ra hiện tượng chuyển pha (thịt, cá, rau, quả...). - Sự thay đổi thể tích: Thể tích của vật liệu có thể tăng lên khi đun nóng, tuy nhiên có nhiều trường hợp khi đun nóng thể tích vật liệu giảm đi. Đó là hiện tượng xãy ra khi đun nóng các nguyên liệu có cấu trúc xốp, có chứa nhiều khí trong gian bào (rau, quả...) Biến đổi hoá lý, hoá học: Các chỉ tiêu hoá lý của vật liệu như độ nhớt, độ hoà tan... cũng dễ bị thay đổi do nhiệt độ cao. Cụ thể: độ hoà tan tăng, độ nhớt giảm. Đối với các phản ứng hoá học như thuỷ phân, trung hoà, polime, ôxy hoá.. thì nhiệt tăng kéo theo tốc độ phản ứng tăng. Kết quả của sự xúc tiến các phản ứng hoá học là sự biến đổi các thành phần hoá học trong vật liệu. Một số chất được tạo thành sẽ làm tăng chất lượng sản phẩm nhưng nhiều trường hợp làm giảm hàm lượng các chất có ích và tạo thành một số chất gấy ảnh hưởng xấu đến mùi, vị, màu sắc của sản phẩm.  Biến đổi hoá sinh và vi sinh:  Đối với enzim và vi sinh vật luôn có khoảng nhiệt độ tối thích (amylaza hoạt động mạnh ở 60-70OC, vi sinh vật hoạt động mạnh ở 37-40oC. Nếu tăng dần nhiệt độ môi trường cao hơn nhiệt độ tối thích thì hoạt động của enzim và vi sinh vật sẽ giảm dần đến vô hoạt hoàn toàn. Nhiệt độ cao cũng sẽ làm giảm tác dụng của các chất độc có trong sản phẩm do đó sẽ an toàn hoan cho người sử dụng. Biến đổi cấu trúc tế bào:  Dưới tác dụng của nhiệt độ cao chât nguyên sinh trong tế bào bị đông tụ, màng tế bào bị phá huỷ làm mất tính bán thẩm thấu, không khí và hơi nước trong các gian bào thoát ra ngoàilàm cho cấu trúc toàn khối trở nên chặt, mềm. Biến đổi cảm quan: Thay đổi màu sắc: Đun nóng dẫn đến sự thay đổi màu sắc vật liẹu do nhiều nguyên nhân khác nhau. Có khi nhờ đun nóng mà màu sắc vật liệu tốt lên hoặc giữ được màu tự nhiên ban đầu. Đó là trường hợp chần rau quả (nhiệt độ chần làm mất hoạt tính của các enzim phân huỷ hoặc chất tạo màu như: poliphenoloxydaza, clorophilaza...)  Đun nóng có thể làm cho màu của các sản phẩm đã sunfit hoá trở lại bình thường sau khi bị mất màu do tác dụng của H2SO3. Ngược lại quá trình đun nóng cũng có thể làm thay đổi màu tự nhiên của các sản phẩm như tạo màu hồng trong nước chanh, cam, chuối hay màu nâu sẫm trong các sản phẩm bột cà chua, bột ớt... Thay đổi mùi vị: Nhiệt độ đun nóng có thể dẫn đến sự thay đổi mùi vị theo hai chiều hướng khác nhautuỳ theo vật liệu. Đối với các sản phẩm trước khi đun nóng có chứa các chất gây mùi, vị không tốt ( vị đắng trong măng, vị ngái trong đậu nành, mùi tanh của cá, thịt...) đun nóng sẽ làm mất mùi vị đó làm cho chất lượng sản phẩm tốt hơn. Cón đối với sản phẩm có mùi vị tự nhiên tốt sau khi đun đều ít nhiều sẽ giảm mùi vị do các chất thơm hoặc chất gây vị tốt bay hơi hoặc bị phân huỷ. 2.1.3. Phương pháp thực hiện: Nguồn nhiệt:  Nhiệt năng dùng để đun nóng có thể tạo ra bằng nhiều phương pháp khác nhau và từ những nguồn nhiệt khác nhau. Có thể dùng nhiệt ngay từ nguồn nhiệt trực tiếp như: khói lò, dòng điện, có khi dùng chất tải nhiệt trung gian như: hơi nước, nước quá nhiệt, dầu khoáng, các chất hữu cơ có nhiệt độ sôi cao... Ngoài ra người ta còn dùng nhiệt của khí thải hoặc chất lỏng thải có nhiệt độ sôi cao. Mỗi chất tải nhiệt đều có ưu điểm và nhược điểm nhất định, do đó tùy trường hợp cụ thể mà ta lựa chọn cho thích hợp. Khi lựa chọn cần chú ý các điều kiện quan trọng sau: - Nhiệt độ đun nóng và khả năng điều chỉnh nhiệt độ ; - Áp suất hơi bão hòa và độ bền do ảnh hưởng của nhiệt độ ; - Độ độc và tính hoạt động hóa học ; - Độ an toàn khi đun nóng (không cháy ,nổ v.v...); - Rẻ và dể tìm. Sơ lược về các phương pháp đun nóng - Đun nóng bằng hơi nước bão hòa : Phương pháp đun nóng bằng hơi nước bão hòa được ứng dụng rộng rải trong cuộc công nghiệp hóa học , nó có những ưu điểm sau:  - Hệ số cấp nhiệt lớn - Lượng nhiệt cung cấp lớn (tính theo một đơn vị chất tải nhiệt ) vì đó là lượng nhiệt tỏa ra khi ngưng tụ hơi. - Đun nóng được đồng đều vì hơi ngưng tụ trên toàn bộ bề mặt truyền nhiệt ở nhiệt độ không đổi. - Dể điều chỉnh nhiệt độ đun nóng bằng cách điều chỉnh áp suất của hơi. - Vận chuyển xa được dể dàng theo đường ống. Nhược điểm chính của hơi nước là không thể đun nóng được ở nhiệt độ cao, vì nếu nhiệt độ hơi càng tăng thì áp suất hơi bão hòa càng tăng , đồng thời ẩn nhiệt bay hơi cũng giảm. Ví dụ hơi nước bão hòa ở 3500C, áp suất là 180 at .Ở 3740C (nhiệt độ tới hạn) áp suất là 225 at và ẩn nhiệt bay hơi bằng 0 (r = 0). Do đó khi tăng nhiệt độ thì thiết bị sẽ phức tạp thêm , hiệu suất sử dụng nhiệt cũng giảm . Vì vậy phương pháp đun nóng bằng hơi nước bão hòa chỉ sử dụng tốt nhất trong trường hợp đun nóng không quá 1800C. - Đun nóng bằng khói lò :  Đun nóng bằng khói lò được dùng rất phổ biến , nhất là trong hoàn cảnh nước ta hiện nay , phương pháp này có thể đạt được nhiệt độ trên 10000C. Khói lò được tạo thành khi đốt cháy các nhiên liệu rắn ,lỏng hoặc khí trong các lò đốt . Ưu điểm chủ yếu của phương pháp đun nóng bằng khói lò là có thể tạo được nhiệt độ cao ,nhưng nó có nhiều nhược điểm : - Hệ số cấp nhiệt rất nhỏ (không quá 100W/m2.độ ) do đó thiết bị cồng kềnh . - Nhiệt dung riêng thể tích nhỏ nên đòi hỏi phải dùng một lượng khói rất lớn để làm việc . -Đun nóng không dược đồng đều vì khói lò vừa cấp nhiệt vừa nguội đi ; -Khó điều chỉnh nhiệt độ đun nóng nên dể có hiện tượng quá nhiệt từng bộ phận và gây ra phản ứng phụ không cần thiết ; cháy ,dể bay hơi thì không an toàn ; -Khói lò thường có bụi và khí độc của nhiên liệu (nhất là nhiên liệu rắn) do đó khi đun nóng gián tiếp bề mặt truyền nhiệt sẽ bị bám cặn , còn đun nóng trực tiếp thì cũng bị hạn chế ; -Nếu đun nóng các chất dể cháy ,dể bay hơi thì không an toàn ; -Trong khói luôn luôn có một lượng ô xi dư (nhất là khi điều chỉnh nhiệt độ của khói bằng cách trộn thêm không khí ngoài trời ), ở nhiệt độ cao khi tiếp xuc với thiết bị sẽ ôxi hóa kim loại làm hỏng thiết bị ; -Hiệu suất sữ dụng nhiệt thấp, lớn nhất là 30 %. - Đun nóng bằng dòng điện :  Đun nóng bằng dòng điện có thể tạo được nhiệt độ rất cao (đến 3200C) mà các phương pháp khác không thực hiện được, điều chỉnh nhiệt độ dể và chính xác, hiệu suất rất cao có thể đạt được đến 95% điện tiêu hao. Nhưng đun nóng bằn dòng điện cũng có nhược điểm là thiết bị phức tạp giá thành cao cho nên nó chưa được sử dụng rộng rải . - Đun nóng bằng chất tải nhiệt đặc biệt :  Khi cần đun nóng ở nhiệt độ lớn hơn 1800C người ta thường dùng các chất tải đặc biệt như :nước quá nhiệt , chất lỏng có nhiệt độ sôi cao và áp suất hơi bão hòa nhỏ ,không bị phân hủy ở nhiệt độ cao .Các chất tải nhiệt hửu cơ thường dùng là điphênyl , ête dipheenyl, hổn hợp ơtecti của điphênyl và ête điphênyl, hỗn hợp các muối, các kim loại nóng chảy... Thoạt tiên dùng khói lò hoặc dòng điện để đun nóng chất tải nhiệt, sau đó các chất tải nhiệt này ở trạng thái lỏng hoặc hơi truyền nhiệt cho vật liệu cần đun nóng. - Đun nóng bằng khí thải và chất lỏng thải:  Đây là một phương pháp đun nóng tiết kiệm, tận dụng nhiệt tronh khí thỉa hoặc chất lỏng thải ra từ các nhà máy, xí nghiệp mà nhiệt độ của nó còn cao. Đun nóng bằng hơi nước  - Đun nóng bằng hơi nước trực tiếp Là phương pháp đun nóng bằng cách cho hơi nước sục thẳng vào trong lòng chất lỏng cần đun nóng. Hơi nước ngưng tụ và cấp ẩn nhiệt cho chất lỏng, nước ngưng tạo thành lại trộn lẫn với chất lỏng. Hình 2.1 Thiết bị loại sục Thiết bị đơn giản nhất để đun nóng bằng hơi nước trực tiếp là thiết bị loại sục gồm một bể chứa chất lỏng cần đun nóng và một ống hơi. Trên ống dẫn hơi có đặt các van để tạo cho quá trình làm việc tốt. Van một chiều 5 dùng để ngăn không cho chất lỏng đi ngược trở lại trong trường hợp áp suất trong ống hơi thấp hơn áp suất khí quyển. Trước khi bắt đầu đun nóng, người ta mở van phụ 4 để tháo hết nước ngưng đang tích tụ trên ống dẫn hơi. Khi cần thiết vừa đun nóng vừa khuấy trộn chất lỏng thì dung thiết bị đun nóng loại sủi bọt. Trong thiết bị này hơi từ ống hơi vào được đi qua những ống phun hình xoắn ốc vòng tròn hoặc một số ống phẳng song song có những lỗ nhỏ đặt nằm dưới đáy bể chứa lỏng. Nhờ có sự bố trí như thế nên hơi nước được phun đều trong bể có tác dụng khuấy trộn. Để tránh tiếng động, người ta dùng thiết bị đun nóng không có tiếng động. Loại này có lắp them một cái loa ở đầu ống dẫn hơi. Khi làm việc, hơi phun ra khỏi đầu ống dẫn hơi với tốc độ rất lớn, do đó áp suất tĩnh học tỏng loa giảm xuống, chất lỏng bên ngoài loa ập vào đáy của loa vừa pha trộn với luồng hơi phun ra vừa làm tắt tiếng động. Phương pháp đun nóng bằng hơi nước trực tiếp nói chung là đơn giản, nhưng nó có nhược điểm là đưa thêm một lượng nước ngưng tụ vào trong chất lỏng cần đun nóng. Do đó phương pháp này chỉ dùng trong các trường hợp cho phép pha loãng chất lỏng và không có phản ứng xảy ra giữa chất lỏng và nước. - Đun nóng bằng hơi nước gián tiếp Nếu như chất lỏng cần đun nóng không được phép trộn lẫn với nước, không được phép pha loãng, thì không thể dùng phương pháp đun nóng trực tiếp, mà phải dùng phương pháp đun nóng bằng hơi nước gián tiếp, tức là giữa hơi và chất lỏng có một tường ngăn cách. Nhiệt từ hơi truyền qua tường để cấp cho chất lỏng. Đun nóng bằng hơi nước gián tiếp được thực hiện trong nhiều loại thiết bị có cấu tạo khác nhau như: thiết bị có vỏ bọc ngoài, loại ống xoắn, loại ống chum, Hơi nước sau khi cấp nhiệt cho chất lỏng qua tường thì ngưng tụ lại thành nước ngưng, chảy ra khỏi thiết bị theo một đường ống riêng. Người ta thường dùng hơi nước bão hòa để đun nóng vì nó có hệ số cấp nhiệt lớn và ẩn nhiệt ngưng tụ cao. Dùng hơi nước quá nhiệt không có lợi vì hệ số cấp nhiệt thấp và lượng nhiệt quá nhiệt không lớn lắm. Trong trường hợp trao đổi nhiệt này, chiều của lưu thể không ảnh hưởng đến quá trình nhưng khi làm việc, thường người ta cho hơi vào thiết bị từ phía trên để nước ngưng có thể chảy xuống phía dưới dễ dàng. Tháo nước ngưng: Khi đun nóng bằng hơi nước gián tiếp thì cần phải tháo nước ngưng ra một cách liên tục để thiết bị trao đổi nhiệt làm việc bình thường. Khi tháo nước ngưng là chỉ cho nước ngưng ra mà không cho hơi ra khỏi thiết bị. Do đó người ta phải dùng các loại thiết bị riêng cho việc tháo nước ngưng gọi là thiết bị tháo nước ngưng. Thiết bị tháo nước ngưng có loại làm việc liên tục, có loại gián đoạn. Có loại làm việc ở áp suất cao, có loại làm việc ở áp suất thấp, Thiết bị tháo nước ngưng loại phao kín Hình 2.4 Thiết bị tháo nước ngưng loại phao kín Cấu tạo chủ yếu gồm phao kín 3 ở bên trong thiết bị, phao nối với đòn bẩy 4. Hỗn hợp nước ngưng và hơi từ thiết bị trao đổi nhiệt theo ống dẫn 1 vào thiết bị tháo nước ngưng. Tấm chắn 2 có tác dụng ngăn ngừa sự va đập của hơi với phao. Nước ngưng tụ ngập đến một mức nào đó thì phao bị nâng lên và nhờ có đòn bẩy 4 mà van 5 được mở ra, nước ngưng theo cửa tháo nước ngưng 6 ra ngoài. Loại này dùng trong trường hợp áp suất hơi trong thiết bị lớn hơn 10at. Nếu như lượng nước ngưng từ thiết bị trao đổi nhiệt chảy ra với lưu lượng không đổi thì phao chỉ nằm tại một vị trí và liên tục tháo nước nhưng mà không cho hơi đi ra. Thiết bị tháo nước ngưng loại phao hở Phao hở có hình dạng như cái cốc, dưới đáy phao nối cứng với cần phao 3 nối liền với van 5. Bên trong cốc có lắp ống 4, ống này lắp cứng vào nắp của vỏ, dùng làm bộ phận định hướng cho cần phao và luôn luôn nhúng vào nước để tạo ra một van thủy lực. Van 6 để ngăn không cho nước ngưng chảy ngược lại vào cốc. Van 7 có tác dụng thông khí không ngưng định kỳ khi thiết bị làm việc, cần mở van 7 nhanh chóng để tháo hết nơớc ngưng ra khỏi thiết bị rồi đóng lại khi đã làm việc ổn định. Hình 2.4 Thiết bị tháo nước ngưng loại phao hở 2.2 Làm nguội 2.2.1. Làm nguội trực tiếp Làm lạnh bằng nước đá: - Để giảm nhiệt độ của chất lỏng một cách nhanh chóng đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ trong phòng thì ta cho nước đá hoặc nước lạnh trộn trực tiếp vào chất lỏng cần làm nguội. Phương pháp làm nguội này chỉ dùng trong trường hợp chất lỏng cần làm nguội không tác dụng hoá học với nước và được phép pha loãng. Phương pháp tự bay hơi: khi để chất lỏng nóng trong một bình hở, song song với quá trình truyền nhiệt qua thành bình còn có quá trình tự bay hơi trên bề mặt của chất lỏng. Làm nguội khí:kèm theo tác dụng rủa sạch khí, cho khí nóng vào tháp rỗng từ dưới lên, nước hoặc chất lỏng được tưới từ trên xuống. Trong quá trình tiếp xúc giữa hai pha, khí sẽ giảm nhiệt độ, đồng thời nếu có bị sẽ bị nước cuốn trôi ra ngoài, có thể dùng chất lỏng hoặc nước để làm nguội khí với điều kiện là chất lỏng không hấp thụ khí. 2.2.2. Làm nguội gián tiếp Quá trình truyền nhiệt giữa chất cần làm nguội và chất làm nguội được tiến hành qua tường ngăn trong thiết bị trao đổi nhiệt. tác nhân làm nguội được dùng nhiều nhất là nước và không khí. Nếu nhiệt độ cần phải đạt thấp hơn từ 150 ÷300C thì ta dùng tác nhân có nhiệt độ thấp như nước muối lạnh. Cấu tạo thiết bị làm nguội giống như thiết bị đun nóng, nhưng khi tiến hành quá trình làm nguội cần phải chú ý đến việc chọn chiều lưu thể vì cả hai lưu thể cùng thay đổi nhiệt độ. Nếu dùng nước để làm nguội thì lấy t2c ≤ 400- ÷500C. Cấu tạo các thiết bị đun nóng – làm nguội gián tiếp + Loại vỏ bọc Hình 2.5 Thiết bị ngưng tụ loại vỏ bọc Thiết bị truyền nhiệt kiểu vỏ bọc gồm: vỏ ngoài được ghép chắc chắn với vỏ thiết bị bằng mặt bích (hoặc hàn liền), giữa hai lớp vỏ tạo thành khoảng trống kín, chất tải nhiệt sẽ vào khoảng trống đó để thực hiện đun nóng hoặc làm nguội. Chiều cao của vỏ ngoài không được thấp hơn mực chất lỏng trong thiết bị. Thông thường các loại thiết bị vỏ bọc ngoài có bề mặt truyền nhiệt không quá 10m 2 , và áp suất làm việc của hơi đốt không quá 10at + Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống . Ống xoắn Hình 2.5 Thiết bị đun nóng – làm nguội kiểu ống xoắn Thiết bị truyền nhiệt kiểu ống xoắn là một trong những thiết bị đơn giản nhất, nó gồm những ống thẳng nối với nhau bằng ống khuỷu gọi là xoắn gấp khúc. Hoặc các ống uốn cong theo hình ren ốc gọi là ống xoắn ruột gà. Thiết bị ống xoắn có ưu điểm là chế tạo đơn giản có thể làm bằng vật liệu chống ăn mòn, dễ kiểm tra và sửa chữa ; Nhược điểm là cồng kềnh, hệ số truyền nhiệt nhỏ do hệ số cấp nhiệt bên ngoài bé, khó làm sạch phía trong ống. Đối với chất lỏng cho đi trong ống thì ta cho đi từ dưới lên để ống xoắn luôn chứa đầy, còn hơi nước dùng trong truyền nhiệt ta cho đi từ trên xuống để tránh 1m/s.¸va đập thuỷ lực.Tốc độ chuyển động trong ống khoảng 0,5. .loại ống tưới Hình 2.6 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống tưới Loại này thường dùng để làm lạnh và ngưng tụ, chất lỏng phun bên ngoài thường là nước. Nước tưới ở ngoài ống chảy lần lượt từ ống trên xuống ống dưới rồi chảy vào máng. Trong trao đổi nhiệt sẽ có khoảng từ 1-2% lượng nước đưa vào tưới bị bay hơi, khi bay hơi nó sẽ lấy một phần nhiệt từ chất tải nhiệt nóng ở trong ống do đó lượng nước dùng làm nguội ở thiết bị này ít hơn so với các thiết bị làm nguội khác, mật độ nước tưới 1500 lít/h. trên một mét chiều dài ống trên cùng của dãy¸trong khoảng từ 200 Ưu điểm: lượng nước làm lạnh ít, cấu tạo đơn giản, dễ quan sát và làm sạch bên ngoài ống và dễ sửa chữa thay thế. Nhược điểm: Cồng kềnh, lượng nước không tưới đều trên toàn bộ bề mặt ống . Loại ống lồng ống Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống gồm nhiều đoạn ống nối tiếp nhau, mỗi đoạn có hai đoạn ống lồng vào nhau, ống trong của doạn này nối với ống trong của đoạn khác, và ống ngoài của đoạn này nối với ống ngoài của đoạn khác. Ưu điểm: Hệ số truyền nhiệt lớn, chế tạo đơn giản. Nhược điểm: Cồng kềnh, giá thành cao khó làm sạch khoảng trống giữa hai ống Hình 2.7 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống lồng ống . Loại ống chùm Thiết bị này được dùng phổ biến nhất trong công nghiệp hoá chất vì có ưu điểm là cơ cấu gọn nhẹ, chắc chắn, bề mặt truyền nhiệt lớn gồm vỏ hình trụ, hai đầu hàn với hai lưới ống (vỉ ống), các ống truyền nhiệt được ghép chắc chắn kín vào lưới ống. Đáy và nắp được nối với vỏ bằng mặt bích có bu lông bích kín. Trên vỏ, nắp và đáy có cửa (nối ống) để dẫn chất tải nhiệt. Chất tải nhiệt I đi vào đáy dưới qua các ống từ dưới lên trên và ra khỏi thiết bị, còn chất tải nhiệt II đi từ 20 cửa trên của vỏ vào khoảng không giữa ống và vỏ rồi ra phía dưới. Hình 2.8 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống lồng ống 2.3 Ngưng tụ Ngưng tụ là quá trình chuyển hơi hoặc khí sang trạng thái lỏng, quá trình này có thể tiến hành bằng hai cách: + Làm nguội hơi hoặc khí + Nén và làm nguội hơi (khí) đồng thời. 2.3.1. Ngưng tụ trực tiếp Ngưng tụ trực tiếp, hay gọi là ngưng tụ hỗn hợp, tức là cho nước và hơi tiếp xúc trực tiếp với nhau. Hơi cấp ẩn nhiệt ngưng tụ cho nước và ngưng tụ lại. Nước lấy nhiệt của hơi nước nóng lên, cuối cùng tạo thành hỗn hợp chất lỏng đã ngưng tụ với nước. Nguyên tắc cơ bản trong các thiết bị ngưng tụ trực tiếp là ta phun nước vào trong hơi, hơi tạo ra ẩn nhiệt đun nóng nước và ngưng tụ lại. Để tăng hiệu quả quá trình ta cần phải có bề mặt tiếp xúc lớn. Vì thế người ta thường cho nước phun qua những vòi phun hoặc cho chảy qua nhiều tấm ngăn có lỗ nhỏ. Ưu điểm năng suất cao, cấu tạo đơn giản và dễ dàng chống ăn mòn. Tuỳ theo cách làm việc của thiết bị mà ta chia ra hai loại: thiết bị loại ướt và loại khô. Thiết bị loại ướt, chất lỏng ngưng tụ, nước làm nguội, khí không ngưng được dẫn ra cùng một đường bằng bơm. Thiết bị loại khô, thì nước ngưng và nước làm nguội được dẫn chung một đường, còn khí không ngưng được hút ra theo một đường khác. + Thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô xuôi chiều Ưu điểm của thiết bị này là gọn nhẹ. Nhược điểm năng suất tương đối nhỏ. Thiết bị này thường dùng trong trường hợp nước tháo ra còn được đưa đi sử dụng lại. Hình 2.3 Thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô xuôi chiều + Thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô ngược chiều (tb ngưng tụ barômét). Ưu điểm:nước tự chảy ra được không cần bơm nên tốn ít năng lượng. Năng suất cao. Trong công nghiệp hoá chất thiết bị này được dùng trong hệ thống cô đặc nhiều nồi. Nhược điểm:Thiết bị cồng kềnh Hình 2.4 Thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô ngược chiều 2.3.2 Ngưng tụ gián tiếp Ngưng tụ gián tiếp, hay còn gọi là ngưng tụ bề mặt, nghĩa là quá trình trao đổi nhiệt giữa hơi và nước qua tường ngăn trong thiết bị trao đổi nhiệt. Hơi được ngưng tụ trên bề mặt trao đổi nhiệt. Trong các thiết bị ngưng tụ gián tiếp, thường người ta cho hơi và nước đi ngược chiều nhau, nước làm lạnh cho đi từ dưới lên để tránh dòng đối lưu tự nhiên cản trở sự chuyển động của lưu thể, hơi đi từ trên xuống để chất lỏng ngưng tụ chảy tự do đi ra ngoài dễ dàng. Bài 3: CÔ ĐẶC 3.1 Các khái niệm chung Khái niệm: Cô đặc là quá trình đun sôi dung dịch làm bay hơi một phần dung môi trong...tan của tế bào giảm Hoạt tính của enzim có trong tế bào giảm Nhiệt độ, oC 40 10 0 -10 Khả năng phân giải, % 11.9 3.89 2.26 0.70 Bảng 5.1 Khả năng phân giải phụ thuộc vào nhiệt độ Các tế bào thực vật có cấu trúc đơn giản, hoạt động sống có thể độc lập với cơ thể sống. Vì vậy, khả năng chịu lạnh cao, đa số tế bào thực vật không bị chết khi nước trong nó chưa đóng băng. Tế bào động vật có cấu trúc và hoạt động sống phức tạp, gắn liền với cơ thể sống. Vì vậy khả năng chịu lạnh kém hơn. Đa số tế bào động vật chết khi giảm nhiệt độ xuống dưới 4oC so với thân nhiệt bình thường của nó. Tế bào động vật chết là do chủ yếu độ nhớt tăng và sự phân lớp của các chất tan trong cơ thể. Một số loài động vật có khả năng tự điều chỉnh hoạt động sống khi nhiệt độ giảm, cơ thể giảm các hoạt động sống đến mức nhu cầu bình thường của điều kiện môi trường trong một khoảng thời gian nhất định. Khi tăng nhiệt độ, hoạt động sống của chúng phục hồi, điều này được ứng dụng trong vận chuyển động vật đặc biệt là thủy sản ở dạng tươi sống, đảm bảo chất lượng tốt và giảm chi phí vận chuyển. * Ảnh hưởng của lạnh đối với vi sinh vật Khả năng chịu lạnh của mỗi loài vi sinh vật có khác nhau. Một số loài chết ở nhiệt độ 20-0oC. Tuy nhiên một số khác chịu được nhiệt độ thấp hơn. Khi nhiệt độ hạ xuống thấp, nước trong tế bào vi sinh vật đông đặc làm vỡ màng tế bào vi sinh vật. Mặt khác, nhiệt độ thấp làm cho nước đóng băng, làm mất môi trường khuếch tán chất tan, gây biến tính của nước làm cho vi sinh vật chết. Trong tự nhiên có 3 loài vi sinh vật thường phát triển theo chế độ riêng. Vi khuẩn Nhiệt độ thấp nhất Nhiệt độ thích hợp nhất Nhiệt độ cao nhất Vi khuẩn ưa lạnh 0oC 15-20oC 30oC Vi khuẩn ưa ấm 10-20oC 20-40Oc 45oC Vi khuẩn ưa nóng 40-50oC 50-55oC 55-70oC Bảng 5.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến vi sinh vật Nấm mốc chịu đựng lạnh tốt hơn, nhưng ở nhiệt độ -10oC hầu hết ngừng hoạt động ngoại trừ loài Mucor, Rhizopus, Penicillium. Để ngăn ngừa mốc, phải duy trì nhiệt độ dưới -15oC. Các loài nấm có thể sống ở nơi khan nước nhưng tối thiểu phải đạt 15%. Ở nhiệt độ -18oC, 86% lượng nước đóng băng, còn lại 14% không đủ cho vi sinh vật phát triển. Vì vậy để bảo quản thực phẩm lâu dài cần duy trì nhiệt độ kho lạnh ít nhất -18oC. Để bảo quản thực phẩm người ta có nhiều cách như phơi, sấy khô, đóng hộp, bảo quản lạnh. Tuy nhiên phương pháp bảo quản lạnh có những ưu điểm nổi bật vì: - Hầu hết thực phẩm, nông sản đều thích hợp với phương pháp này - Việc thực hiện bảo quản nhanh chóng và rất hữu hiệu phù hợp với tính chất mùa vụ của nhiều loại thực phẩm nông sản. - Bảo tồn tối đa các thuộc tính tự nhiên của thực phẩm, giữ gìn được hương vị, màu sắc, các vi lượng và chất dinh dưỡng trong thực phẩm. 5.3 Phương pháp thực hiện quá trình làm lạnh, lạnh đông Thực phẩm trước khi được đưa vào các kho lạnh bảo quản, cần được tiến hành xử lý lạnh để hạ nhiệt độ thực phẩm từ nhiệt độ ban đầu sau khi đánh bắt, giết mổ xuống nhiệt độ bảo quản. Có hai chế độ xử lý lạnh sản phẩm là xử lý lạnh và xử lý lạnh đông. + Xử lý lạnh là làm lạnh các sản phẩm xuống đến nhiệt độ bảo quản lạnh yêu cầu. Nhiệt độ này phải nằm trên điểm đóng băng của sản phẩm. Đặc điểm là sau khi xử lý lạnh, sản phẩm còn mềm, chưa bị hóa cứng do đóng băng. + Xử lý lạnh đông là kết đông (làm lạnh đông) các sản phẩm. Sản phẩm hoàn toàn hóa cứng do hầu hết nước và dịch trong sản phẩm đã đóng băng. Nhiệt độ tâm sản phẩm đạt -8oC, nhiệt độ bề mặt đạt từ -180C đến -12oC. Xử lý lạnh đông có 2 phương pháp: Kết đông hai pha: Thực phẩm nóng đầu tiêu được làm lạnh từ 37oC xuống khoảng 4oC sau đó đưa vào thiết bị kết đông để nhiệt độ tâm khối thực phẩm đạt -8oC. Kết đông một pha: Thực phẩm còn nóng được đưa ngay vào thiết bị kết đông để hạ nhiệt độ tâm khối thực phẩm xuống đạt dưới -8oC. Kết đông 1 pha có nhiều ưu điểm hơn so với kết đông 2 pha vì tổng thời gian của quá trình giảm, tổn hao khối lượng do khô ngót giảm nhiều, chi phí lạnh và diện tích buồng lạnh cũng giảm. Đối với chế biến thịt thường sử dụng phương pháp 1 pha. Đối với hàng thủy sản do phải qua khâu chế biến và tích trữ trong kho chờ đông nên thực tế diễn ra 2 pha. Quá trình làm lạnh cần được cung cấp công từ bên ngoài để vận chuyển nhiệt lượng từ môi trường có nhiệt độ thấp hơn đến môi trường có nhiệt độ cao hơn. Đây là vấn đề mấu chốt mà các thiết bị lạnh phải giải quyết bởi lẽ trong tự nhiên thì nhiệt sẽ di chuyển từ nơi có nhiệt độ cao sang nơi có nhiệt độ thấp hơn (như chuyện nước chảy từ trên xuống, để làm ngược lại, nghĩa là cho nước chuyển động từ thấp lên cao ta phải cung cấp cho nó một năng lượng và năng lượng này chính là do bơm cung cấp). Tương tự như thế, trong các máy lạnh, nhiệt lượng sẽ được vận chuyển theo chiều ngược lại, từ môi trường có nhiệt độ nhỏ hơn ra môi trường xung quanh. Đoạn nhiệt là thuật ngữ được dùng để chỉ trường hợp mà chất môi giới và môi trường không có sự trao đổi nhiệt. Như vậy, ở hệ thống này, trong quá trình hoạt động thì chất môi giới hòan toàn không có quá trình nhả nhiệt ra môi trường cũng như không nhận nhiệt từ môi trường. Để đánh giá hiệu quả của các máy làm lạnh người ta đưa ra khái niệm hệ số làm lạnh: là tỷ số giữa lượng nhiệt mà môi chất nhã ra Chất môi giới là chất trung gian thực hiện sự biến đổi và chuyển tải năng lượng trong các hệ thống lạnh. Đây là một thành phần quan trọng không thể thiếu được trong các máy làm lạnh. Về nguyên tắc ta có thể gặp chất môi giới ở trạng thái rắn, lỏng, khí hoặc hơi. Tuy nhiên trong hầu hết các trường hợp, Ta thường gặp chất môi giới ở trạng thái khí và hơi. Trong quá trình tính tóan các bài tóan về lạnh ta thường gặp khái niệm enthalpy. Về mặt ý nghĩa vật lý, trong hầu hết các trường hợp enthalpy mang ý nghĩa về năng lượng. Đơn vị của enthalpy giống như đơn vị của nội năng và các dạng năng lượng khác Đối với máy lạnh, ngoài hệ số làm lạnh người ta còn đánh giá mức độ sinh lạnh của một hệ thống lạnh bằng năng suất lạnh. Năng suất lạnh là lượng nhiệt mà hệ thống có thể nhận vào từ môi trường cần làm lạnh trong một đơn vị thời gian. Đơn vị của năng suất lạnh là kj/h, kcal/h Btu/h hay kW. Tác nhân lạnh, chất tải lạnh, môi trường lạnh Tác nhân lạnh Tác nhân lạnh là một chất môi giới không thể thiếu trong các máy làm lạnh, là những chất thuần khiết có đặc tính nhiệt động và tính chất lý hóa thích hợp. Các tác nhân lạnh cần thỏa các yêu cầu sau: -Không dễ cháy nổ, không gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người -Không ăn mòn kim lọai và các vật liệu khác trong hệ thống lạnh, có tính bền vững hóa học trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc. -Nên có mùi hoặc màu sắc đặc trưng để dễ phát hiện khi bị rò rĩ, không nên dẫn điện để có thể sử dụng trong máy nén kín hoặc nửa kín. -Có khả năng tan trong nước để tránh hiện tượng đóng băng gây tắc nghẽn hệ thống -Nên có khả năng hòa tan dầu bôi trơn ở mức độ hợp lý -Rẽ tiền, dễ kiếm, vận chuyển và bảo quản dễ dàng. -Áp suất tương ứng với nhiệt độ môi trường xung quanh không quá cao để không gây khó khăn tốn kém khi thiết kế các thiết bị liên quan của hệ thống -Áp suất tương ứng với quá trình sôi trong thiết bị bay hơi không nên nhỏ quá Năng suất lạnh riêng thể tích càng lớn càng tốt, vì như thế thiết bị trong hệ thống càng gọn nhẹ -Ẩn nhiệt hóa hơi lớn sẽ làm cho lượng tác nhân lạnh làm việc trong hệ thống giảm -Độ nhớt động học nên nhỏ để giảm bớt tổn thất áp suất trên đường ống và các van -Hệ số dẫn nhiệt và hệ số tỏa nhiệt đối lưu càng lớn càng tốt Nhiệt dung riêng ở thể lỏng nên có giá trị nhỏ để giảm lượng nhiệt cần thiết khi cần thực hiện quá trình quá lạnh sau khi ngưng tụ Nhiệt độ động đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi đáng kể và nhiệt độ tới hạn phải khác xa nhiệt độ ngưng tụ.. Nguyên tắc ghi công thức các fréon fréon là những dẫn xuất halogen của hydrocacbon no (CnH2n + 2) ở đó các nguyên tử H được thay thế hoàn toàn hoặc từng phần bằng những nguyên tử clo, brôm và flo. Công thức tổng quát của fréon có dạng: Cn Hx Fy Clz Bru Trong đó: x + y + z + u = 2n + 2 Trong kỹ thuật người ta kí hiệu fréon là F-N hay R-N (như R-11 hoặc F-11). Chỉ số F hay R chỉ fréon và N để chỉ chất gốc của dẫn xuất và số nguyên tử trong fréon, có thể gồm 2 hoặc 3 chữ số. Một hoặc hai chữ số đầu tiên để chỉ từ bên trái sang chỉ dẫn xuất gốc. Số nguyên tử flo cứa trong fréon được ghi tiếp theo về phía bên phải của số dầu, nếu không có thì ghi số 0. Số nguyên tử clo được ghi vào tiếp theo sao cho đủ hóa trị của hydro trong hdrocacbon no. Khi fréon có chứa nguyên tử brôm thì viết chữ Br sau chữ số và cuối cùng là số nguyên tử brôm có chứa trong fréon. Đặc tính của một số tác nhân lạnh Amoniac NH3: được sử dụng nhiều trong máy lạnh hơi có máy nén lạnh pittông. Amoniac có một số đặc tính kỹ thuật quan trọng sau: Nhiệt độ đóng băng -750C Thể tích riêng trong vùng nhiệt độ bay hơi tương đối nhỏ nên giảm được kích thước máy nén, đặc biệt đối với máy nén pittông Có mùi hắc khó chịu nên dễ dàng phát hiện khi bị rò rĩ Ít tan trong dầu bôi trơn nên ít ảnh hưởng đến quá trình bôi trơn và chất lượng của tác nhân, không có tác dụng ăn mòn thép, nếu nó lẫn nước nó sẽ ăn mòn kẽm, đồng thau và những hợp kim đồng khác Nhược điểm của amoniac là độc hại đối với sức khỏe con người, với nồng độ nhất định có thể bắt lửa, gây cháy nổ, không an toàn. R-11: có các đặc điểm sau Ở điều kiện tiêu chuẩn, nhiệt độ sôi của R-11 là 23,70C Tính bền vững về hóa học không cao, không tan trong nước nhưng có khả năng tan trong dầu, không ăn mòn kim loại Thích hợp cho các bơm nhiệt và thiết bị điều tiết không khí. R-12: có các tính chất sau Ở điều kiện tiêu chuẩn, nhiệt độ sôi của R-22 là -29,80C Không gây cháy nổ, không độc hại đối với cơ thể con người, không ăn mòn kim loại và không dẫn điện Nhiệt độ cuối tầm nén thấp Vận hành và bảo quản dễ dàng Nhược điểm của R-12 là: năng suất lạnh riêng khối lượng tương đối bé, do đó khối lượng tác nhân lạnh nạp vào hệ thống nhiều. R-12 chỉ thích hợp đối với các hệ thống lạnh có năng suất lạnh nhỏ Năng suất lạnh riêng thể tích nhỏ, do đó hệ thống làm việc với R-12 thường cồng kềnh. Tính chất trao đổi nhiệt kém do hệ số tỏa nhiệt khi sôi và khi ngưng bé. Độ nhớt động học cao nên tổn thất áp suất trên đường ống tương đối lớn. Hoàn toàn không hòa tan nước. Có khả năng hòa tan dầu rất cao. Chính vì điều này lại dễ dàng dễ phát hiện khi bị rò rĩ do tại chổ rò rĩ có vết dầu xuất hiện. R-22: Có các tính chất sau: Ở điều kiện tiêu chuẩn, nhiệt độ sôi của R-22 là - 40,80C Năng suất lạnh riêng thể tích lớn hơn 1,6 lần so với R-12. Do đó có thể nạp fréon 22 vào máy nén sử dụng fréon 12 để gia tăng năng suất lạnh nếu công suất động cơ và độ bền máy cho phép. Khả năng trao đổi nhiệt lớn hơn 1,3 lần so với R-12. Mức độ hòa tan với nước cao hơn khoảng 5 lần so với R-12, do đó giảm bớt nguy cơ bị tắc ẩm, bền về mặt hóa học ở phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc Nhược điểm của R22: tính hòa tan dầu hạn chế nên gây khó khăn cho việc bôi trơn. Trong khoảng nhiệt độ -200 đến -400C gần như hoàn toàn không hòa tan dầu. Do đó tránh hoạt động ở cùng nhiệt độ này. Có khả năng làm trương phồng cao su nên phải dùng các loại đệm chuyên dùng để bích kín Chất tải lạnh Trong kỹ thuật lạnh, muốn tải lạnh từ nơi phát sinh tới nơi tiêu thụ phải sử dụng nhữnh chất tải lạnh. Chất tại lạnh có thể ở dạng hơi (khí), lỏng hoặc rắn. Trong quá trình làm việc, chất tải lạnh chỉ biến đổi enthalpy mà không biến đổi pha. Những yêu cầu chính đối với chất tải lạnh: Nhiệt độ đóng băng thấp, độ nhớt nhỏ để giảm các tổn thất thủy lực trên đường ống Nhiệt dung riêng lớn để giảm lưu lượng chất tải lạnh Kém ăn mòn kim loại màu và kim loại đen, bền vững về hóa học trong điều kiện làm việc Không độc, không gây cháy nổ và ít bắt lửa Dễ kiếm, dễ bảo quản, rẻ tiền và dễ vận hành Môi trường lạnh Là chất tiếp xúc hay bao quanh vật phẩm được làm lạnh. Trong quá trình làm lạnh ổn định thì nhiệt độ của môi trường lạnh phải ổn định, không đổi. Môi trường làm lạnh thường là không khí, nước, dung dịch muối , 5.4 Thiết bị làm lạnh 5.4.1 Phân loại thiết bị làm lạnh Theo định luật nhiệt động học, khi trao đổi nhiệt từ vật có thiệt độ thấp đến vật có nhiệt độ cao là quá trình giảm entropi S, nghĩa là nó không thể tự xảy ra. Để thực hiện quá trình này cần thiết phải kết hợp với quá trình làm tăng entropi (tiêu hao công) để bù vào sự giảm S. Để thu nhiệt từ nguồn nhiệt độ thấp truyền nhiệt cho nguồn có nhiệt độ cao hơn cần có chất làm tác nhân lạnh. Nguyên tắc của quá trình lạnh: 1-2: Nén đoạn nhiệt hơi tác nhân lạnh, nhiệt độ hơi thay đổi từ To đến T1 tiêu hao công L1. 2-3: Ngưng tụ đẳng nhiệt hơi tác nhân lạnh, nhiệt lượng tỏa ra môi trường xung quanh (nước hoặc không khí) một lượng nhiệt Q. 3-4: Giãn đoạn nhiệt lỏng tác nhân lạnh, nhiệt độ cuối là To, sinh công Lo. 4-1: Bay hơi lỏng tác nhân lạnh, thu một lượng nhiệt của nguồn lạnh Qo. Hình 5.1 Nguyên tắc của quá trình lạnh Ta thấy khi tác nhân lạnh bay hơi thu nhiệt của nguồn lạnh (vật cần làm lạnh), còn khi tác nhân lạnh ngưng tụ tỏa nhiệt cho nguồn nóng. Lượng nhiệt do tác nhân lạnh thu vào từ nguồn lạnh gọi là năng suất của máy lạnh. 5.4.2 Nguyên lý cấu tạo của thiết bị làm lạnh Chu trình máy lạnh nén hơi Chu trình một cấp ammoniac Cấu tạo: MN – máy nén; NT – ngưng tụ; TL – van tiết lưu; BH – bình bay hơi Hình 5.2 Chu trình một cấp ammoniac Sơ đồ thiết bị đơn giản của chu trình máy lạnh một cấp được sử dụng cho môi chất NH3. Chu trình biểu diễn trên đồ thị T – S Chu trình biểu diễn trên đồ thị Logp-h Nguyên lý hoạt động: Hơi môi chất sinh ra ở thiết bị bay hơi được máy nén hút về và nến lên áp suất cao vào bình ngưng tụ. Ở bình ngưng hơi môi chất thải nhiệt và ngưng tụ thành lỏng. Lỏng có áp suất cao đi qua van tiết lưu vào bình bay hơi. Tại bình bay hơi, lỏng môi chất sôi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp thu nhiệt của môi trường lạnh. Hơi được hút về máy nén, như vậy vòng tuần hoàn của môi chất được khép kín. Sự thay đổi trạng thái môi chất trong chu trình: 1-1’: Quá nhiệt hơi hút 1-2: Nén đoạn nhiệt từ áp suất thấp po lên áp suất cao Pk và S1 = S2. 2-2’: Làm mát đẳng áp hơi môi chất từ trạng thái quá nhiệt xuống trạng thái bão hòa. 2’-3’: Ngưng tụ môi chất đẳng áp và đẳng nhiệt 3’-3: Quá lạnh môi chất lỏng đẳng áp. 3-4: Quá trình tiết lưu đẳng entanpi ở van tiết lưu h3 = h4. 4-1’: Quá trình bay hơi đẳng áp và đẳng nhiệt po = const, to = const. Chu trình hai cấp nén, bình trung gian có ống xoắn. Cấu tạo: BH – bình bay hơi; NHA – máy nén hạ áp; NCA –máy nén cao áp; NT – bình trung gian. Hình 5.3: Chu trình hai cấp nén bình trung gian có ống xoắn Nguyên lý hoạt động: Hơi môi chất lạnh hình thành ở bình bay hơi được máy nén hạ áp hút vào và nén từ trạng thái 1 có áp suất po và nhiệt độ to lên trạng thái 2 có áp suất ptg và nhiệt độ t2, sau đó vào bình trung gian BTG, hơi được làm mát xuống trạng thái bão hòa (làm mát hoàn toàn). Hơi ở trạng thái 3 được máy nén cao áp NCA hút và nén lên trạng thái 4 có áp suất ngưng tụ pk và nhiệt độ cao t4, rồi được đẩy vào thiết bị ngưng tụ, tại đây hơi thải nhiệt và ngưng tụ thành lỏng cao áp, một phần lỏng đi qua van tiết lưu VTL1 vào bình trung gian nhằm làm mát hơi nóng ở trạng thái 2 xuống trạng thái hơi bão hòa 3, còn phần lỏng chính được làm quá lạnh trong ống xoắn của bình trung gian và sau đó qua van tiết lưu 2 vào bình bay hơi. Tại đây lớp môi chất bay hơi thu nhiệt của môi trường. Hơi hình thanh được máy nén hạ áp hút về, Như vậy vòng tuần hoàn của môi chất lạnh đã khép kín. Các quá trình của chu trình: 1’-1: Quá trình hơi hút 1-2: Nén đoạn nhiệt cấp hạ áp từ po lên ptg. 2-3: Làm mát hơi quá nhiệt hạ áp xuống đường hơi bão hòa x=1 3-4: Nén đoạn nhiệt cấp cao áp từ ptg lên pk 4-5: Làm mát ngưng tụ và quá lạnh lỏng trong bình ngưng 5-6: Quá trinh lỏng đẳng áp trong bình trung gian 6-10: Tiết lưu từ áp suất pk xuống po 10-1’: Bay hơi thu nhiệt của môi trường lạnh Thiết bị trao đổi nhiệt của hệ thống lạnh Nhiệm vụ: -Thiết bị trao đổi nhiệt của máy lạnh theo chức năng có thể chia ra làm hai nhóm: thiết bị chính và thiết bị phụ. Nhiệm vụ chủ yếu của thiết bị trao đổi nhiệt là truyền nhiệt là truyền nhiệt từ một chất này cho một chất khác thông qua bề mặt ngăn cách hoặc bằng cách tiếp xúc trực tiếp. Các loại bình ngưng và dàn bay hơi là những thiết bị trao đổi nhiệt bắt buộc phải có trong máy lạnh, nên chúng là những thiết bị chính. Thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ là thiết bị để biến hơi môi chất lạnh có áp suất và nhiệt độ cao sau quá trình nén thành trạng thái lỏng. Hơi đi vào thiết bị là hơi quá nhiệt cho nên trước tiên nó phải được làm lạnh đến nhiệt độ bão hòa, rồi đến quá trình ngưng tụ, sau cùng là bị quá lạnh vài độ trước khi ra khỏi bình ngưng. Yêu cầu với thiết bị: Thanh chóng tách tác nhân lạnh đã ngưng tụ ra khỏi bề mặt truyền nhiệt Tách không khí và các loại khí không ngưng tốt Tách dầu ra khỏi bình ngưng NH3 Làm sạch cáu bẩn về phía nước giải nhiệt hoặc không khí giải nhiệt như bùn, đất, canxi, bụi, sét rỉ Phân loại thiết bị ngưng tụ Dựa vào môi trường giữ nhiệt mà phân thành Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí Thiết bị ngưng tụ kiểu kết hợp Trong các hệ thống lạnh trung bình và lớn thường sử dụng thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước hoặc kiểu kết hợp. Nước làm mát có thể sử dụng một lần hoặc tuần hoàn. Thiết bị bay hơi Đặc điểm: Thiết bị bay hơi là thiết bị trao đổi nhiệt mà tại đó lỏng tác nhân sau khi qua van tiết lưu sẽ thực hiện quá trình bay hơi để thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh. Môi trường có thể là không khí hoặc lỏng. Phân loại thiết bị bay hơi: Dựa vào tính chất của môi trường làm lạnh + Thiết bị bay hơi làm lạnh chất tải lạnh lỏng (nước, dung dịch nước muối, dung dịch rượu) + Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí. Trong loại này chia thành 2 nhóm: dàn lạnh không khí đối lưu tự nhiên (dàn lạnh tĩnh) và dàn lạnh không khí đối lưu cưỡng bức (dàn lạnh quạt). Dựa theo mức độ choán chỗ của môi chất lạnh lỏng trong thiết bị: + Thiết bị bay hơi kiểu ngập: mỗi chất lạnh lỏng bao phủ toàn bộ bề mặt trao đổi nhiệt (thường là loại cấp lỏng từ dưới lên) + Thiết bị bay hơi kiểu không ngập: mỗi chất lạnh lỏng không bao phủ toàn bộ bề mặt trao đổi nhiệt. Mỗi phần bề mặt trao đổi nhiệt dùng để quá nhiệt hơi hút về máy nén. 5.4.3 Tính cân bằng nhiệt và vật liệu Tính toán một số thông số quan trọng cho máy lạnh Xét chu trình lạnh một cấp Công cần cung cấp cho chu trình: A = G0 (i2 - i1’), kj/h 40 Nhiệt lượng mà tác nhân lạnh nhận được khi qua bình bốc hơi (năng suất lạnh- riêng) q0 = i1’ - i5 Năng suất lạnh của tác nhân Q0 = G0 (i1’ - i5 ) Nhiệt tải của thiết bị ngưng tụ Qc = G0 ( i2 - i4 ) 5.5 Ứng dụng quá trình làm lạnh, lạnh đông vào một số sản phẩm Lạnh đông thực phẩm Sau khi kết đông, sản phẩm được đóng gói và bảo quản ở kho lạnh chế biến nhiệt độ từ -24 đến -300C. Sau đó chúng được đưa đến kho lạnh bảo quản bằng xe lạnh đông. Từ kho lạnh bảo quản chúng được xe lạnh đưa đến các kho lạnh phân phối rồi từ đây chúng lại được các xe lạnh đưa tới các siêu thị, nhà hàng, Sản xuất kem công nghiệp Đối với qui trình sản xuất kem thì vấn đề lạnh cũng là một khâu rất quan trọng. Sau khi cân, đo, chuẩn bị nguyên liệu xong thì chúng được hạ nhiệt độ xuống khoảng 2 đến 40C trước khi đưa vào bồn ủ cho chín tới. Trong máy lạnh đông, hỗn hợp được nhào trộn và kết đông đồng thời nhiệt độ giảm đến -5 0C. Tiếp theo hỗn hợp được đưa đi rót vào bì, đóng gói và được mang đi kết đông, nhiệt độ của kem lúc này khoảng -8 -200 C. Sản xuất bia Trong quá trình sản xuất bia, có rất nhiều công đoạn phải cần nhiệt độ thấp.Trong phần này chúng ta chỉ xét đến các ứng dụng của lạnh trong quá trình lên men bia. Trong quá trình lên men, đường chuyển hóa chủ yếu thành rượu và CO2 đồng thời toả ra một lượng nhiệt lên men. Nhiệt lên men có thể thải ra ngoài qua dàn lạnh không khí trong phòng, nhưng cũng có thể thải trực tiếp qua dàn ống xoắn bố trí trong bể lên men hoặc các áo tăng có nước lạnh, nước muối lạnh hoặc glycol ở nhiệt độ khoảng -3 0C. Tủ lạnh gia đình Tủ lạnh gia đình dùng để bảo quản ngắn hạn các thực phẩm và thức ăn dễ bị ôi thiu hư hỏng hàng ngày trong gia đình Trong giàn bay hơi, môi chất lạnh sôi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp để thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh. Hơi sinh ra từ dàn bay hơi được máy nén hút về, nén lên áp suất cao và đẩy về dàn ngưng tụ. Ở dàn ngưng hơi nóng thải nhiệt ra môi trường và ngưng lại thành lỏng. Lỏng chảy qua ống mao để vào dàn bay hơi. Do tiết diện ống mao nhỏ nên gây ra hiện tượng tiết lưu cho lỏng chảy qua. Lỏng biến đổi từ áp suất cao, nhiệt độ cao sang áp suất thấp và nhiệt độ thấp Sản xuất đá công nghiệp Thông thường thời gian để sản xuất một mẻ đá vào khỏang 18 - 24h. Khi cây đá đạt yêu cầu, thì linh đá đầu tiên được lấy lên nhờ tời điện. Các linh đá tiếp theo luôn bị dồn về phía trước nên phía sau sẽ trống chổ, linh đá vừa tháo ra tiếp tục cho quay đầu lại thế chổ cho chổ trống vừa tạo ra. Điều hòa không khí Điều hòa không khí có thể hiểu là làm lạnh không khí trong điều kiện nhiệt độ không khí khá cao vì vậy hệ thống lạnh là rất quan trọng trong điều hòa không khí. BÀI 6: CHẦN, HẤP, CHIÊN, NƯỚNG, SAO RANG 6.1 Bản chất mục đích và phạm vi thực hiện Trong quá trình chế biến đồ hộp, nhiều loại nguyên liệu trong chế biến sơ bộ bằng cơ học, cũng như trước khi cho vào bao bì được xử lý bằng nhiệt. Người ta nhúng nguyên liệu vào nước hay dung dịch, hay xử lý nguyên liệu bằng hơi nước, tùy theo tính chất nguyên liệu và yêu cầu chế biến, ở nhiệt độ 75 – 100 độ C, trong thời gian 3 - 15 phút.  - Chần: là quá trình nhúng nguyên liệu vào nước nóng hay vào các dung dịch nóng của muối ăn, đường, axit - Hấp: Là quá trình xử lý nguyên liệu bằng hơi nước bảo hòa. * Mục đích của quá trình chần, hấp Tùy theo loại nguyên liệu và mục đích sản xuất mà mục tiêu của các quá trình này cũng khác nhau, nhưng có thể tóm tắt các mục đích chủ yếu sau: + Đình chỉ các quá trình sinh hóa trong nguyên liệu, đình chỉ hoặc tiêu diệt các hệ Enzim, đặc biệt enzim oxy hóa gây hiện tượng làm đen sản phẩm do tạo nên flobafen dưới xúc tác của các enzim oxy hóa khử như: feroxydaza và polyfenoloxydaza. + Tiêu diệt các vi sinh vật có trong nguyên liệu hay sản phẩm để hạn chế những biến đổi có hại xảy ra trong quá trình chế biến tiếp theo. + Làm thay đổi tính chất cơ - hóa - lý của nguyên liệu tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chế biến: Ví dụ: - Protopectin chuyển thành pectin hòa tan tạo điều kiện dễ dàng bóc vỏ các loại quả và củ. - Trong sản xuất chè thì pectin hòa tan lại làm tăng chất lượng nước trà. - Protid trong nguyên liệu thịt và cá bị đông tụ sẽ làm cho sản phẩm rắn, chắc, veo lại, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình công nghệ. - Đối với nguyên liệu thực vật, protit của nguyên sinh chất bị biến tính làm tăng tính thẩm thấu của màng tế bào, do đó khi ép nước rau quả dịch chiết dễ dàng thoát ra hơn và ngược lại các chất hòa tan ở ngoài dễ ngấm vào khi cần thiết như: trong sản xuất mức quả, quả dầm dấm - Đối với các nguyên liệu chứa nhiều tinh bột như đậu, ngô khôcó khả năng hút nước mạnh khi chần, thể tích nguyên liệu tăng lên do trương nở, do đó nó không hút nước cốt nhiều trong đồ hộp, đảm bảo tỷ lệ cái và nước theo quy định, đồng thời tránh hiện tượng biến dạng hộp do nguyên liệu trương nở sau khi ghép kín và thanh trùng. - Làm cho nguyên liệu thực vật mềm ra, bớt giòn dễ dàng cho quá trình vò, chà, xát,giảm phế liệu. + Đuổi bớt không khí có trong gian bào của nguyên liệu, do đó tránh được các hiện tượng: - Tạo thành nhiều bọt trong quá trình cô đặc và bốc hơi. - Tránh được sự phồng hộp khi thanh trùng do không khí trong hộp gây ra. - Tránh sự oxy hóa tiếp tục, các chất dinh dưỡng của sản phẩm. + Làm cho nguyên liệu có màu sắc thích hợp + Loại trừ một số mùi vị không thích hợp là những chất dễ bay hơi, có mùi khó chịu hay vị đắng, thường là các hợp chất có chứa lưu huỳnh có ở củ cải, cà tím, măng, da của gà vịt, v.vChần sẽ làm giảm được vị đắng của măng và vị quá cay của ớt. Chiên là làm chín sản phẩm nhiều mặt ngập trong dầu mỡ thường dùng trong công nghiệp. * Mục đích của quá trình chiên và rán: - Làm tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm: giảm lượng ẩm của sản phẩm đồng thời tăng hàm lượng chất khô và dầu mỡ cho sản phẩm. - Làm tăng giá trị cảm quan của sản phẩm: sản phẩm sau khi rán hoặc chiên có màu sắc đẹp, săn chắc, dòn, có mùi thơm dễ chịu. - Tiêu diệt các Enzim và vi sinh vật trong sản phẩm, vì rán và chiên thực hiện ở nhiệt độ cao từ 120 - 170oC nên chúng bị tiêu diệt hoàn toàn.  6.2 Biến đổi vật liệu trong quá trình chần, hấp, chiên, nướng, sao rang * Yêu cầu kỹ thuật quá trình chần, hấp - Tùy theo yêu cầu của chế biến và tính chất của nguyên liệu mà nhiệt độ của các quá trình này nằm trong khoảng 65-1000C thời gian từ 03-25 phút. - Nếu nhiệt độ quá cao, thời gian dài sẽ làm cho nguyên liệu bị nhũn và gây tổn thất nhiều chất khô và các chất dinh dưỡng. - Đối với rau quả xanh để giữ màu clorofin ổn định không bị chuyển hóa thành fiofitin (màu vàng) khi bò9 tác dụng của nhiệt độ cao thường người ta chỉ chần ở t0 = 760C trong vài phút, vì có nhiều giả thiết và thực nghiệm cho rằng clorofin ổn định và không bị oxy hóa ở nhiệt độ này (760C). - Để khống chế thời gian chần người ta nên đưa nguyên liệu vào thiết bị hấp hoặc dung dịch chần khi ở đó đạt được nhiệt độ chần hoặc hấp, và làm nguội nguyên liệu ngay sau khi chần Rán và chiên là khâu quan trọng đối với quá trình chế biến một số mặt hàng đồ hộp và thức ăn sẵn từ thịt cá, mì ăn liền   Rán là làm chín sản phẩm từng mặt bằng dầu mỡ, thường thực hiện bằng phương pháp thủ công, năng suất nhỏ. * Những biến đổi của nguyên liệu trong rán và chiên: Nguyên liệu đưa vào rán hoặc chiên thường gồm: rau như cà tím, quả như chuối, thịt, cá, các sản phẩm từ bột nhão: mì ăn liền, các loại bánh từ bột ngô, khoai,  + Đối với rau quả: Không khí và hơi nước trong các trong các gian bào các nguyên vật liệu thoát ra làm cho thể tích nguyên liệu giảm. Protid trong rau, quả bị biến tính ngay ở nhiệt độ 60 - 65oC nên mất khả năng giữ ẩm. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao gây tổn thất chất khô và vitamin. Đồng thời với quá trình thoát khí và ẩm của nguyên liệu, dầu rán thấm vào nguyên liệu làm tăng giá trị sản phẩm (tăng chất béo cho sản phẩm). . Về biến đổi hoá học: Đường trong nguyên liệu bị caramen hóa làm cho sản phẩm có màu vàng nâu. Protopectin chuyển thành pectin hòa tan, clorofin chuyển thành fiofitin làm cho nguyên liệu có màu vàng, nếu nguyên liệu rán hoặc chiên có màu của carotenoic thì màu này sẽ hòa tan vào dầu rán hoặc chiên. + Đối với thịt, cá:  Protid bị biến tính từ nhiệt độ 60 - 65oC và đến 90 - 95oC thì nó biến tính hoàn mất khả năng giữ nước làm cho thịt, cá co lại và săn chắc. Mặt khác protid biến tính ở nhiệt độ cao thường làm đứt các liên kết lưu huỳnh và nhóm amin tạo ra H2S và NH3. Phản ứng caramen hóa xảy ra mạnh đặc biệt là thịt cá có tẩm bột trước khi rán hoặc chiên, làm cho sản phẩm có mùi thơm và màu sắc vàng đẹp. Tong thịt cá có mô liên kết colagen ở nhiệt độ 600C nó không bị đông tụ mag hút nước mạnh làm cho nguyên liệu mền, bỡ mất độ cứng cơ học cần thiết. Vì vậy rán thịt cá không kéo dài ở nhiệt độ 600C mà phải tiến hành nhanh ở nhiệt độ cao. + Đối với các sản phẩm từ bột: Các sản phẩm này thành phần chủ yếu là tinh bột nên quá trình đầu tiên là hồ hóa tinh bột, tiếp theo là quá trình caramen hóa tạo cho sản phẩm có màu vàng rơm. Các sản phẩm từ bột có khả năng thấm dầu trong quá trình rán hoặc chiên nhiều hơn so với rau quả và thịt cá. * Những biến đổi của dầu trong quá trình rán và chiên: Chiên hoặc rán thường tiến hành ở nhiệt độ 1200C đến 1700C nên dầu chiên thường có những biến đổi sau: + Biến đổi về lý học: Dầu bị thủy phân làm cho chỉ số axit của dầu tăng. Glyxerin là sản phẩm thủy phân của dầu bị oxy hóa tạo thành acrolein là chất độc đối với cơ thể con người, vì vậy phải làm thoát khí tốt ở các lò rán hoặc chiên. Trong quá trình rán và chiên dầu bị hôi khét do tích tụ các peroxit, andehyd, axeton những chất này dễ bay hơi nên ít ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm. Sự biến đổi của dầu ảnh hưởng lớn đến chất lượng của sản phẩm rán hoặc chiên, vì vậy khi dầu chiên đã vượt qua các các chỉ tiêu cho phép cần phải thay dầu trong thiết bị chiên. Độ axit trước khi chiên từ 0,2-0,4%, trong khi chiên đảm bảo trong khoảng 1-3% khi đã vượt trên 4% thì phải thay dầu. Yêu cầu của dầu chiên hoặc rán: có mùi đặc trưng của dầu, không có mùi ôi khét, màu sắc sáng, không có cặn, độ ẩm và các chất bay hơi Hiện nay, biện pháp chủ yếu để chống hiện tượng hư hỏng dầu trong khi rán là duy trì dầu rán trong lò rán với thời gian ngắn nhất. Người ta còn chống oxy hóa dầu bằng cách cho chất chống oxy hóa vào dầu rán. 6.3 Phương pháp thực hiện chần, hấp, chiên, nướng, sao rang * Phương pháp thực hiện quá trình chần, hấp - Chần nguyên liệu trong nước nóng làm tổn thất nhiều chất khô và các chất dinh dưỡng. Để khắc phục nhược điểm này người ta thường chần trong dung dịch axit hay muối ăn với nồng độ thích hợp. - Hấp nguyên liệu bằng hơi nước giảm được tổn thất chất khô và chất dinh dưỡng, vì lượng nước ngưng tụ tiếp xúc với nguyên liệu ít hơn rất nhiều so với phương pháp chần. Vì vậy phương pháp hấp bằng hơi là phương pháp tốt nhất để làm chín và làm chín sơ bộ bằng nhiệt. Tuy nhiên, tùy theo điều kiện và yêu cầu của nguyên liệu. Ví dụ: ngô và đậu khô dùng trong chế biến đồ hộp người ta thường chần để nguyên liệu này hút nước trương nở. - Khi chần nguyên liệu trong nước nóng, trong dung dịch muối ăn hay axit người ta thường dùng các loại thùng hay nồi nấu nước sôi năng suất nhỏ. Nồi thường cấu tạo bằng inox hoặc sắt tráng men để chống tác dụng ăn mòn của muối ăn và axit. Còn đối với năng suất lớn thì dùng máy chần có băng tải làm việc liên tục - Quá trình hấp thường được tiến hành trong nồi 2 vỏ dùng bằng hơi nước bảo hòa, đối với năng suất nhỏ. - Người ta có thể dùng máy hấp dùng băng tải hoặc máy hấp bản xoắn làm việc liên tục đối với năng suất lớn. Đối với các thiết bị dung hơi nước bảo hòa thường có áp

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docxtai_lieu_cac_qua_trinh_truyen_nhiet.docx
Tài liệu liên quan