Dây chuyền sản xuất cồn

sản xuất cồn ( rượu trắng ) ở nhà máy rượu Hà Nội nhằm phá vỡ màng tế bào của tinh bột tạo điều kiện biến chúng thành trạng thái hoà tan trong dung dịch. Trong dây truyền sản xuất cồn của nhà máy rượu Hà Nội: Khối lượng bột cho một mẻ / một nồi là 1425 kg và tỷ lệ bột nước là 1/5 đ thể tích thùng của nồi nấu lớn hơn thể tích dung dịch là được ( thực tế nó khoảng 20m3 ). Dung dịch cần nấu là các dung dịch bột ngô , gạo , sắn có nồng độ không cao đ công suất của động cơ vận hành cánh khuấy cũng không lớn lắm ( do lực cản chuyển động là không lớn lắm ). Qua thực tế đợt kiến tập nhà máy rượu Hà Nội, em xin bạo dạn tính toán thiết kế một nồi nấu trong dây truyền sản xuất cồn của nhà máy. Được sự giúp đỡ giảng dạy nhiệt tình của các thầy trong bộ môn đặc biệt dưới sự tận tâm chỉ bảo của thầy giáo hướng dẫn Tôn Anh Minh, em đã cố gắng hoàn thành đề tài một cách tốt nhất nhưng vẫn còn có những điều chưa làm được và hiểu hết đặc biệt còn có những những thiếu sót. Kính mong các thầy nhận xét, giúp đỡ để em hoàn thiện hơn về hiểu biết của mình. Phần i: yêu cầu cơ bản đối với máy sản xuất thực phẩm Đối với máy sản xuất thực phẩm, khi thiết kế, chế tạo và sử dụng chúng, ngoài những yêu cầu chung (độ cứng, sức bền,độ bền dung động) còn phải đáp ứng những yêu cầu sau: Khả năng thực hiện quá trình công nghệ tiên tiến. Nói cách khác máy và thiết bị muốn đạt năng suất đầy đủ phải có tác động của công nghệ thích hợp nhất lên sản phẩm gia công. Trong trường hợp này, những tổn thất khôngthể tránh khỏi phải là nhỏ nhất. Do đó khi thiết kế mới hoặc cải tiến máy đang dùng, cùng với quá trình tốt nhất của quá tình công nghệ cần đảm bảo sự tương ứng của tốc độ và quĩ đạo chuyển động của các bộ phận làm việc, tính chất cơ lý,hoá học và sinh học của sản phẩm ban đầu,sản phẩm trung gian và sản phẩm cuối cùng. Hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao. Nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật suy cho cùng là biểu thị ở năng suất lao động xã hội, nghĩa là giảm chi phí cho một đơn vị sản phâm trên những máy thông thường và những máy tự động đã chỉ dẫn. Nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật là nguyên nhân chủ yếu của những thông số thuộc năng suất máy như kích thước, diện tích chiếm chỗ, tiêu thụ năng lượng, nước, hơi,giá thành chế tạo, lắp ráp sửa chữa và sử dụng thiết bị. Nên hiểu diện tích chiếm chỗ không chỉ là diện tích bản thân máy chiếm chỗ mà là diện tích cần để duy trì tự do cho kỹ thuật sử dụng máy. Tính chống mòn cao của các bộ phận làm việc của máy và thiết bị sản xuất thực phẩm. Đó là một yêu cầu đặc biệt quan trọng đối với thiết bị, vì các vật liệu dùng chế tạo máy khi pha lẫn vào sản phẩm có thể làm cho thực phẩm và thức ăn gia súc trở thành vô dụng. Khả năng truyền chuyển động cho máy trực tiếp từ động cơ riêng hay từng nhóm động cơ trong nhiều trường hợp cải tiến được kết cấu máy và nâng cao được chỉ tiêu sử dụng chúng. Độ bịt kín tốt và sự di chuyển hợp lý thể tích không khí cần hút ra tránh được bụi toả ra trong nhà sản xuất. Những yêu cầu đó đặc bịêt quan trọng bởi vì đã có sự nổ nguy hiểm của bụi các hạt, tinh bột, đường và bụi hột ở nồng độ nhất định của nó trong không khí và khi có những nguồn nhiệt đủ mạnh. Tính công nghệ của máy và thiết bị tức là sự tương hợp của kết cấu của chúng và phương pháp chế tạo tối ưu theo qui mô sản xuất đã biết với mọi cách tiết kiệm vật liệu. Tính công nghệ của kết cấu máy hay thiết bị có quan hệ đến toàn bộ quá trình sản xuất bắt đầu từ khâu chế taqọ phôi chi tiết và kết thúc khi hoàn thành chạy thử máy bằng thí nghiệm. Để đánh giá tính công nghệ người ta dùng các chỉ tiêu:khối lượng lao động chung và khối lượng máy hay thiết bị. Ngoài ra có thể dùng những chỉ tiêu khác, ví dụ: mức độ thống nhất hoá kết cấu tính thừa kế của kết cấu, thời gian của chu trình sản xuất v.v... Sự thống nhất hoá và qui chuẩn hoá các chi tiết và cụm máy, mức sử dụng rộng tối đa của các chi tiết và sản phẩm đã tiêu chuẩn hoá, điều đó nâng cao tính hàng loạt và tính công nghệ của máy, do đó nâng cao năng suất và hạ giá thành sản xuất, làm đơn giản và tăng nhanh quá trình thiết kế, giảm được những phức tạp sửa chữa máy, rút bớt được danh mục chi tiết dự chữ cần thiết. áp dụng các biện pháp tiết kiệm kim loại định hình trong thiết kế và chế tạo máy để giảm khối lượng vật liệu của máy. Trong nhiều trường hợp sử dụng những phôi định hình rỗng nhưng không gây tác hại đến độ bền và độ cứng của cụm và chi tiết sẽ giảm được chi phí kim loại từ 2 đến 3 lần. Để giảm trọng lượng chi tiết, tốt nhất là chọn vật liệu có tính cơ học cao, trong nhiều trường hợp nên dập và hàn những phần riêng biệt. Cần áp dụng rộng rãi những phương pháp tăng bền kim loại tiên tiến hiện đại các phương pháp này là tán đinh, lăn bằng con lăn v.v... gia công cơ nhiệt, tôi bề mặt, thấm cacbon, thấm nitơ, xianua hoá, crôm hoá, sun phua hoá, hàn đắp và che bụi cho những vật liệu đặc biệt trên bộ phận làm việc đặc biệt của máy. Sử dụng những vật liệu tôngr hợp (chất dẻo) trong chế tạo và sửa chữa máy. Những vật liệu ấy khối lượng riêng nhỏ mà lại đủ độ bền cơ học, tính đàn hồi và tính chống mòn cao. Sử dụng những vật liệu tổng hợp, trong nhiều trường hợp không những chỉ giảm khối lượng máy, tăng độ tin cậy và tuổi thọ của máy, mà còn giảm lượng lao động và giá thành chế tạo. Hiệu quả kinh tế do thay kim loại bằng chất dẻo rất lớn, nhưng với điều kiện là khi tính toán chi tiết bằng những vật liệu mới này phải được nghiên cứu cẩn thận về tính chất cơ lý của chúng. Máy và thiết bị phải bao gồm những khối riêng biệt ghép với nhau một cách không phức tạp. Thực hiện được yêu cầu đó sẽ làm dễ dàng cho việc tháo dỡ, di chuyển và lắp ráp máy khi lắp đặt và sửa chữa chúng. Những yêu cầu đối với máy và thiết bị trình bày trong qui tắc kỹ thụât an toàn và vệ sinh sản xuất. Nói chung máy phải có mặt ngoài nhẵn và dạng xuyên dòng để dễ dàng đáp ứng yêu cầu vệ sinh sản xuất. Sự tương quan chặt chẽ của dung sai vật liệu và của chi tiết theo tiêu chuẩn nhà nước.Đó là điều kiện cần thiết cho việc lặp lẫn cụm và chi tiết. Trong thời gian làm việc, tiếng ồn phát sinh từ máy ra không được vượt quá quy chuẩn cho phép theo mức độ chung cũng như theo thành phần phổ. Để giảm tiếng ồn và nguồn gốc của nó, nên tuỳ theo khả năng: thay tác dụng va đập bằng tác dụng không va đập, thay chuyển động tịnh tiến qua lại theo định luật điều hoà bằng chuyển động quay đều. Cản dao động của những chi tiết chịu va đập và cụm riêng biệt bằng chuyển động quay đều. Cản dao động của những chi tiết chịu va đập và cụm riêng biệt bằng các khớp động với những vật liệu có ma sát trong lớn như cao su, các tông bitum, sợi, amian, và... Giảm cường độ rung động của các chi tiết có bề mặt lớn (giá,vỏ, nắp)bằng cách phủ một lớp ốp hoặc bịt đầy trong các lỗ rỗng trong các chi tiết đó bằng những vật liệu cản dao động và đặt các liên kết mềm ( đêm đàn hồi, lò xo...) giã những cụm chi tiết và chi tiết kích thích dao động ấy. Cũng nên thay những chi tiết kim loại bằng các chi tiết chất dẻo hoặc bởi những vật liệu tương tự khác (theo dấu hiệu của tính chất ồn) hoặc phối hợp chi tiết chất dẻo với chi tiết kim loại, dự kiến dung sai tối thiểu có thể được trong chế tạo và lắp ráp các chi tiết của hệ thống máy để giảm khe hở trong những chi tiết nối khớp, chính vì thế mà giảm được năng lượng va đập và cường độ dung động. áp dụng rộng rãi việc bôi trơn những chi tiết chịu va đập bằng chất lỏng nhớt và đặt những chi tiết rung và phát ra tiếng động trong bể dầu. Nếu có tiếng ồn trong ổ trục thì trong trường hợp cần thiết có thể thay ổ lăn bằng ổ trượt. Khi không có khả năng giảm tiếng ồn ở tận nguồn đến giới hạn cho phép thì nên bố trí trong máy một bộ phận để ngăn ngừa tiếng ồn lan tràn, cách ly hoặc hấp thụ tiếng ồn. Muốn thế, nên đặt các cụm chi tiết ồn (hộp giảm tốc bánh răng, truyền động xích)các chi tiết chịu va đập vào trong những vỏ cách âm. Những máy phát ra tiếng ồn, trên toàn bề mặt của chúng phải đặt cả máy vào trong những vỏ cách âm, chỉ để bộ phận điều khiển và những dụng cụ kiểm tra ra ngoài các lỗ cần thiết ở vỏ cách âm cần bố trí như những rãnh, bên trong phủ bằng những vật liệu hấp thụ âm thanh. Tất cả các máy sinh ra tiếng ồn quá lớn do có vòng xoáy hoặc sả không khí (quạt, máy thổi không khí) phải có các bộ tiêu âm đặc biệt. Những máy lắp đặt trên các móng thường (không đặc biệt) phải có bộ giảm chấn. Tự động hoá kiểm tra và điều chỉnh các quá trình làm việc. Cân bằng tĩnh và cân bằng động những phần quay và khối chuyển động tịnh tiến của máy. Do không chính xác hoặc vì thiếu sót khác của phôi (ví dụ của vật đúc) gia công những chi tiết như thế và lắp ráp các cụm máy thường gây ra mất cân bằng, chủ yếu là vì vật liệu phân bố không đồng đều trong thể tích của chi tiết hay cụm chi tiết. Người ta phân biệt sự mất cân bằng tĩnh và mất cân bằng động. Mất cân bằng tĩnh xuất hiện khi chuyển vị trọng tâm củ vật quay đối với trục quay hình học của nó, sự mất cân bằng động xuất hiện khi tâm của trục quán tính chính của vật không trùng với trục quay hình học của nó. Khi quay các chi tiết mất cân bằng thì xuất hiện lực ly tâm, đôi khi đạt đến những trị số lớn. Sự mất cân bằng của các chi tiết máy gây rung động gối tựa của nó và cả nền nhà, trần ngăn, bào mòn nhanh các ổ trục và những phần khác của máy, tăng tổn thất năng lượng, giảm năng suất máy, tăng chi phí sử dụng gắn liền với việc sửa chữa từng phần và thay thế những chi tiết bị mòn, kích thích dao động cưỡng bức và rung động làm giảm tuổi thọ của máy, làm chất lượng công tác của máy xấu đi, đồng thời tựvặn ren ở các mối nối ra. Vì vậy các phần quay của máy cần phải được cân bằng tĩnh và cân bằng động. Sự hoàn chỉnh kỹ thuật và độ tin cậy của máy và thiết bị. Đặc trưng số lượng của sự hoàn chỉnh kỹ thuật của thiết bị là thời hạn mà thiết bị đáp ứng mức kỹ thuật hiện đại theo chỉ tiêu cơ bản của nó. Độ tin cậy - đó là tính chất của máy (khí cụ, thiết bị, hệ thống và các phần của chúng) thực hiện chức năng đã biết bảo toàn được các chỉ tiêu sử dụng của nó trong những giới hạn đã biết, trong khoảng thời gian yêu cầu hoặc thời gian làm việc yêu cầu. Độ tin cậy của máy là nguyên nhân của sự “không hỏng hóc” “tuổi thọ” “thuận lợi sửa chữa” và sự “toàn vẹn” . Độ tin cậy, về số lượng có thể đánh giá bằng tích của xác suất làm việc không hỏng hóc trong khoảng thời gian đã biết với hệ số sử dụng máy tối ưu. Khả năng làm việc - trạng thái của máy có thể thực hiện được những chức năng đã biết với những thông số xác định yêu cầu của hồ sơ kỹ thuật. Sự hỏng hóc - đó là sự biến huỷ hoại khả năng làm việc của máy. Tất cả những sự hỏng hóc theo tính chất có thể chia ra làm 2 nhóm nhóm thứ nhất gồm những hỏng hóc đột ngột là những sự cố ngẫu nhiên, con nhóm thứ 2 đó là những hỏng hóc do già cỗi tự nhiên hoặc do bị bào mòn không theo qui luật. Phân tích công việc của máy trong những điều kiện sử dụng có thể phát hiện được qui luật phát sinh hỏng hóc. Thời gian đã làm việc - đó là thời gian hoặc khối lượng công việc của máy tính bằng giờ (phut, giây), chu trình mét khối hoặc những đơn vị khác. Không hỏng hóc - đó là tính chất bảo toàn khả năng làm việc của máy trong thời gian đã làm việc nào đó không có những sự gián đoạn cưỡng bức. Tuổi thọ - tính chất của máy bảo toàn được khả năng làm việc đến trạng thái giới hạn có sự gián đoạn cận thiết để bảo dưỡng kỹ thuật và sửa chữa. Trạng thái giới hạn của máy được xác định khi không thể tiếp tục sử dụng nó được nữa, là nguyên nhân làm giảm hiệu quả, hoặc những yêu cầu về an toàn và được nmói rõ trong hồ sơ kỹ thuật. Những chỉ tiêu về tuổi thọ có thê xem như “nguồn dự trữ” hoặc “thời hạn phục vụ” Nguồn dự trữ đó là thời gian làm việc của máy đến trạng thái giới hạn được nói rõ trong hồ sơ kỹ thuật. Thời hạn phục vụ - thời gian sử dụng máy theo lịch đến thời điểm xuất hiện trạng thái giới hạn được nói rõ trong hồ sơ kỹ thuật. Thuận lợi sửa chữa - tính chất của máy thích ứng với phòng ngừa, phát hiện và khắc phục hỏng hóc, trục trặc bằng cách tiến hành bảo dưỡng kỹ thuật và sửa chữa. Khắc phục hỏng hóc tức là phục hồi hả năng làm việc. Sự trục trặc - trạng thái của máy không phù hợp với một trong những yêu cầu của hồ sơ kỹ thuật. Sự toàn vẹn tính chất của máy bảo toàn các chỉ tiêu sử dụng đã qui định trong thời gian và sau thời hạn bảo quản và vận chuyển được chỉ dẫn trong hồ sơ kỹ thuật. Hệ số sử dụng kỹ thuật - đó là tỷ số thời gian làm việc của máy tính theo đơn vị thời gian trong một ch kỳ sử dụng nào đó với tổng thời gian làm việc và thời gian dừng máy để bảo dưõng kỹ thuật và sửa chữa trong cùng chu kỳ sử dụng ấy. Khoa học về sự tin cậy dựa trên sự áp dụng các phương pháp toán học và xác suất để tạo nên thiết bị kỹ thuật hoàn chỉnh, xác định các qui luật xuất hiện hỏng hóc trong kết cấu công nghệ, sử dụng, và cò xác định sự phục hồi khả năng làm việc củathiết bị. Nó nghiên cứu một cách khách quan ảnh hưởng bên trong và bên ngoài của sự tác động, hình thành và xác định thêm một cách có hệ thống cơ sở tính toán độ tin cậy của thiết bị trong việc thiết kế, chế tạo và sử dụng nó. Độ tin cậy là những chỉ tiêu chất lượng quan trọng và toàn diện nhất của bất kỳ một hệ kỹ thuật nào, ý nghĩa của nó được tăng lên do đã áp dụng rộng rãi trong sản xuất phương tiện cơ khí hoá va tự động hoá. Phần ii Phương án đề tài thực hiện Nồi nấu được thiết kế chính xác cho quá trình nấu bột trong dây truyền sản xuất cồn của nhà máy rượu Hà Nội. Do nằm trong dây truyền này nồi nấu có những đặc điểm sau: Nồi nấu không cần thiết kế chân đỡ vì nó được nằm ở tầng 2 để phục vụ cho quá trình tháo liệu được dễ dàng và nhanh chóng, tiết kiệm kinh phí vận chuyển do làm bảo ôn (vì dịch sau nấu rất nóng) Thay vào đó phải có tai đỡ. Tai này được tỳ vào mặt sàn để nâng đỡ thiết bị. Vị trí tai đỡ sao cho người thực hiện quá trình nấu có thể quan sát dịch trong nồi một cách dễ dàng (qua cửa quan sát) Dịch bột sau khi nấu có có tỷ lệ nhất định. Chính vì vậy quá trình đun nóng phải đảm bảo tỷ lệ này. Chọn phương án đun nóng bằng hơi nước trực tiếp nên tỷ lệ bột nước khi đưa vào nấu phải nhỏ hơn tỷ lệ yêu cầu để sau khi nấu tỷ lệ này là đạt do lượng hơi nước trực tiếp ngưng tụ thêm vào. Bột nấu có thể bị phân lớp trong quá trình nấu nếu không có sự đảo trộn chính vì vậy chọn thiết bị đun nóng bằng hơi nước trực tiếp loại sủi bọt. Lắp hệ cánh khuấy gồm các cánh khuấy mái chèo và chân vịt Phần iIi : tổng quan về quá trình đun nóng I./ Bản chất, mục đích và phạm vi thực hiện Bản chất : Đun nóng là quá trình làm tăng nhiệt độ từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ cuối cùng cho trước Nhiệt độ ban đầu ( tbđ ) thường bằng nhiệt độ của môi trường không khí chung quanh . Nhiệt độ cuối cùng ( tc ) phụ thuộc vào mục đích của quá trình và tính chất của vật liệu. Thường được xác định từ trước. Chênh lệch giữa nhiệt độ cuối cùng(tc) và nhiệt độ ban đầu ( tbđ ) luôn luôn là mộtđại lượng lớn hơn 0 t = tc - tđ > 0 không phụ thuộc vào phương pháp thực hiện Có thể thực hiện quá trình tăng nhiệt một cách liên tục hoặc tăng gián đoạn nhưng cả hai quá trình vẫn đảm bảo t = tc - tđ > 0 Mục đích công nghệ : trong công nghiệp chế biến thực phẩm quá trình đun nóng thường được thực hiện nhằm các mục đích sau Mục đích chuẩn bị : trong thực tế khi tiến hành quá trình đun nóng chỉ nhằm mục đích chuẩn bị cho các quá trình khác. ví dụ để bóc vỏ cam cho dễ 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 bắt đầu nhanh hơn ; đun nóng sản phẩm trưỡc khi vào hộp ghép nắp ; đun nóng để tạo điều kiện tốt cho quá trình hoá học, sinh học, lý học thực hiện nhanh chóng hơn v..v... Mục đích 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 nhiệt độ cao khoảng 60 - 700C sẽ làm tăng hoạt độ của en zim amilaza ,làm cho khả năng trích ly các chất hoà tan như đường từ mía,dịch từ quả, làm tăng hiệu suất ép tăng sự hoà tan chất màu, v..v... Mục đích chế biến : dưới tác dụng của nhiệt độ cao nhiều loại nguyên liệu bị biến đổi về cấu trúc, tính chất hóa học, lý học v..v.. làm cho chất lượng của nguyên liệu biến đổi hẳn .Những biến đổi về chất lượng có thể theo chiều hướng xấu đi hoặc tốt lên .Trong công nghệ chế biến thực phẩm người ta lợi dụng những biến đổi tốt của chất lượng để tạo ra sản phẩm có ích Nhiệt độ cao sẽ làm cho sản phẩm chín, loại bỏ ( làm bay hơi ) những thành phần gây mùi, vị lạ làm tăng giá trị dinh dưỡng và khả năng hấp thụ dinh dưỡng của cơ thể; làm hồ hoá các sản phẩm tinh bột, tẩy mùi v...v..Những biến đổi đó sẽ làm cho sản phẩm có chất lượng tốt hơn, giá trị cảm quan cao hơn Mục đích bảo quản : đun nóng ở nhiệt độ trên 700C trước hết có tác dụng làm mất hoạt tính của các loại enzim có trong nguyên liệu ngăn ngừa đuợc những biến đổi xấu. Ví dụ các loại en zim xúc tác các quá trình phân huỷ các thành phần hoá học, sinh học, làm cho sản phẩm có thể biến màu hoặc giảm hàm lượng các thành phầng hoá học,sinh học có ích. Nhiệt độ cao trên 900C có thể tiêu diệt vi sinh vật có trong sản phẩm thực phẩm. Do vậy trong công nghệ thực phẩm thường đun nóng sản phẩm ở nhiệt độ và thời gian nhất định nhằm tiêu diệt vi sinh vật, ngăn ngừa hư hỏng sản phẩm .đó là quá trình thanh trùng nhiệt Mục đích hoàn thiện : một số loại thực phẩm thường tồn tại ở dạng bán thành phẩm. Để có chất lượng của các loại này đạt tới mức hoàn thiện hơn nhiều khi phải qua gia nhiệt ( đun nóng ) . Đun nóng sẽ làm cho sản phẩm chín sử dụng được Trong thực tế công nghiệp quá trình đun nóng thường được thực hiện kết hợp khi thanh trùngđồ hộp thịt cá ngoài mục đích để tiêu diệt vi sinh vật, bảo quản sản phẩm có mục đích chế biến làm cho thịt cá chín. Phạm vi thực hiện : đun nóng là một trong những quá trình quan trọng nhất. Quá trình này được thực hiện hầu hết trong các qui trình công nghệ sản xuất thực phẩm với nhữg mục đích khác nhau. II./ Những biến đổi của vật liệu (sản phẩm) trong quá trình đun nóng 1./ Các biến đổi vật lí:Các biến đổi vật lí trong khi đun nóng bao gồm Sự biến đổi nhiệt độ: Trong quá trình đun nóng do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường đun nóng và vật liệu, nhiêt 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 nhiệt độ sẽ bằng nhau. Do vậy trong vật liệu sẽ hình thành trường nhiệt độ trong đó lớp ngoài cùng có nhiệt độ cao nhất, ở trung tâm thì nhiệt độ thấp nhất. Tốc độ thay dổi nhiệt độ phụ thuộc vào sự truyền nhiệt trong khối vật liệu Sự truyền nhiệt trong vật liệu có thể thực hện bằng nhiều cách phụ thuộc vào trạng thái của chúng. Nếu vật liệu là chát lỏng thì nhiệt được truyền vào trung tâm chủ yếu bằng đối lưu. Nếu là chất rắn thì nhiệt truyền bằng dẫn nhiệt. Khi vật liệu ở thể bán chất lỏng (sệt) thì nhiệt truyền bằng cả đối lưu và dẫn nhiệt. Sự biến đổi trạng thái vật liệu Khi đun nóng vật liệu có thể biến đổi về trạng thái tồn tại - chuyển pha Phần lớn các chất rắn hoắcệt mà nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiẹt độ cua môi trường thì trong quảtình đun nóng trạng thái của chúng có thể chuyển sang pha lỏng hoặc bán chất lỏng (mỡ, bơ v.v...) Tuy nhiên có nhiều loại vật liệu dạng rắn, do nhiệt độ đun nóng không đủ cao hoặc do đặc tính lý hoá của chúng mà trong thồi gian đun nóng khong sảy ra hiện tượng chuyển pha (thịt,cá, rau, quảv.v.v...) Sự thay đổi thể tích Thể tích của vật liệu có thể tăng lên khi đun nóng DV = V - V0 > 0. Trong trường hợp đó thể tích của vật liệu bằng V = V0 + bt + DVKhí Trong đó: V: Thể tích khí đun b: hệ số nở khối t: nhiệt độ đun nóng DVKhí: Chênh lệch thể tích chất khí trong vật liệu Tuy nhiên có nhiều trường hợp khi đun nóng thể tích vật liệu sẽ giảm đi. đó là hiện tượng sảy ra khi đun nóng các loại nguuyên liệu có cấu trúc xốp, có chứa nhiều khí trong gian bào (như rau, quả...0 Sự biến đổi khối lượng Sự biến đổi khối lượng có thể biểu diễn bằng biểu thức sau M = m0 = at - nbh - yht Trong đó: m: khối lượng vật liệu m0: khối lượng vật liệu trước khi đun a: hệ số biến đổi khối lượng nbh: khối lượng bốc hơi yht : khối lượng hoà tan vào môi trường Sự biến đổi màu sắc Màu sắc biến đổi do nhiều nguyên nhân. một trong những nguyên nhân vậtt lý dẫn đến biến màu là do thay đổi khả năng hấp thụ và phản xạ ánh sáng của vật liệu dotác động của nhiệt độ cao. 2./Biến đổi hoá lí, hoá học. Các chỉ tiêu hoá lý của vật liệu như độ nhớt độ hoà tanv.v...cũng dễ bị thay đổi do nhiệt độ cao. Cụ thể : độ hoà tan tăng , độ nhớt giảm(hoặc tăng)... Đối với các phản ứng hoá học như thuỷ phân,trung hoà, polime hoá, ôxi hoá v.v...Thì nhiệt độ làm tăng tốc độ phẩn ứng. Kết quả sự xúc tiến các phản ứng hoá học là sự biến đổi các thành phần hóa học trong vật liệu. Một số chất được tạo thành có thể làm tăng chất lượng sản phẩm (pectin, chất thơm,chất màuv.v...) Nhưng nhiều trường hợp làm giảm hàm lượng của các chất có ích, tạo thành một số chất gây ảnh hưởng xấu dến mùi, vị, mầu của sản phẩm. đây là nhược điểm chủ yếu của quá trình nấu 3./ Biến đổi sinh hoá và sinh lí Quá trình đun nóng có ảnh hưởng rất lớn đến sự thay đổi hoạt độ của các enzim và sự hoạt động của các vi sinh vật. Ta biết rằng enzim và vi sinh vật có khoảng nhiệt độ hoạt động tối thích. Ví dụ enzim amilaza hoạt động mạnh ở nhiệt độ 60 á 700C, vi sinh vật hoạt động mạnh ở nhiệt độ 37 á 400C. nếu tăng dần nhiệt độ môi trường cao hơn nhiệt độ tối thích (top) thì hoạt động của enzim và vi sinh vật sẽ giảm dần đến bị vô hoạt hoá (bị tiêu diệt) hoàn toàn ở nhiệt độ đủ cao. Như vậy quá trình tăng nhiệt đi qua 2 vùng nhiệt độ có tác dụng khác nhau lên enzim và vi sinh vật. Vùng thứ nhất là vùng từ nhiệt độ môi trưòng đến nhiêt độ tối thích. Tại vùng này nhiệt độ càng tăng hoạt độ củaenzim và vi sinh vật càng tăng. Vùng thứ 2 là vùng nhiệt độ tối thích đến nhiệt độ đun nóng cuối cùng. Sự tăng nhiệt độ ở vùng này dẫn đến sự giảm dần đến ngừng hẳn hoạt động của enzim và vi sinh vật. Như vậy tốc độ tăng nhiẹt của quá trình đun nóng sẽ có ảnh hưởng trực tiếp tới chấ lượng sản phẩm. ví dụ khi đun nóng rau quả (khoai tqy, lê, táo...) nếu thời gian tăng nhiệt độ đun nóng càng chậm bao nhiêu thì sản phảm càng bị đen bấy nhiêu. đó là do enzim poliphenolxidaza hoạt ộng mmạnh và lâu trước khi bị tiêu diệt. Không phụ thuộc vào tốc dộ tăng nhiệt độ, cuối cùng en zim và vi sinh vật vẫn bị ức chế và dén tiêu dệt hoàn toà. Nhiệt độ cao cũng sẽ làm tác dụng của các chất độc được tạo thành trong sản phẩm trước khi đun nóng, đỡ nguy hiểm cho ngưòi tiêu thụ. 4./ Biến đổi cấu trúc tế bào Dưới tác dụng của nhiệt độ cao chất 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 gian bào bị thát ra ngoài làm cho cấu trúc toàn khối trở nên trật, mềm 5./ Biến đổi cảm quan Thay đổi màu sắc: Đun nóng dấn tới thay đỏi màu sắc do nhiều nguyên nhân khác nhau. Nhiều khi nhờ đun nóng mà màu sắc tốt lên hoặc giữ được màu tự nhiên ban đầu đó là trường hợp chần rau quả. Trong trường hợp này chần làm mất hoạt tính của các enzim phân huỷ hoặc tạo chất màu (poliphenoloxidaza,clorophilaza v.v...) Đun nóng có thể làm cho màu của các sản phẩm đã sunphít hoá trở lại bình thường sau khi bị mất màu do tác dụng của H2SO3. Ngược lại quá trình đun nóng có thể làm thay đổi màu tự nhiên của sản phẩm đó là hiện tượngtạo màu hồng trong nước chanh, cam, chuối v.v... hoặc là tạo màu nâu, sẫm màu trong các loại sản phẩm như bột cà chua, bột ớt v.v... Thay đổi mùi vị Nhiệt độ đun nóng có thể dẫn đến sự thay đổi mùi vị theo hai chiều hướng khác nhau tuỳ theo vật liệu. đối với các sản phẩm mà trước khi đun nóngcó chứa các chất gâymùi, vị không thích hợp (vị đắng trong măng,vị ngái trong đậu nành, mùi ôi tanh trong thịt cá v.v...) đun nóng sẽ làm cho sản phẩm mất mùi vị đó làm cho chất lượng sản phẩm tốt lên. còn đối với những sản phẩm có mùi vị tự hiên tốt thì sau khi đun sẽ bị ít nhiều mất đi mùi vì do các chất thơm hoặc các chất gây vị tốt bị bốc hơi hoặc bị phân huỷ III./ Nguồn nhiệt và các phương pháp đun nóng Đun nóng là một quá trình rất phổ biến trong công ghiệp hoá chất và thực phẩm, nó có tác dụng làm tăng tốc độ của một số quá trình phản ứng hoá học, ngoài ra đun nóng còn là phương tiện cần thiết để thực hiện các quá trình khác như trưng cất, cô đặc, sấy khô v.v... 1./ Nguồn nhiệt Nhiệt năng dùng để đun nóng có thể tạo ra bằng nhiều phương pháp khác nhau và từ nhiều nguồn nhiệt khác nhau. Có khi người ta sủ dụng nguồn nhiệt ngay từ nguồn nhiệt trực tiếp như khí lò dòng điện, có khi dùng chất tải nhiệt trung gian (chất này lấy nhiệt từ nguồn nhiệt rồi truyền nhiệt cho vật liệu cần đun nóng) như hơi nước, nước quá nhiệt, dầu khoáng các chất hữu cơ có nhiệt độ sôi caovà hơi của nó, các muối vô cơ nóng chảy hoặc hỗn hợp của nó và một số kim loại hoặc hợp kim ở trạng thái lỏng Ngoài ra người ta còn sử dụng nhiệt của khí thải hoặc chất lỏng thải có nhiệt độ cao Mỗi chất tải nhiệt đều có ưu điểm và nhược điểm nhất định, do đó, tuỳ trường hợp cụ thể mà ta lựa chon 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 hoà và độ bền do ảnh hưởng của nhiệt độ Độ độc và tính hoạt động hoá học Độ an toàn khi đun nóng (không cháy nổ v.v..) Rẻ và rễ tìm 2./ Các phương pháp đun nóng a./ Đun nóng bằng hơi nước bão hoà phương pháp đun nóng bằng hơi nước bão hoà được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hoá học. Những ưu điểm Hệ số cấp nhiệt lớn (a ằ 10000 á 15000 w/m2 độ) do đó bề mặt truyền nhỏ, nghĩa là kích thước thiết bị gọn hơn các thiết bị đun nóng bằng chất tải nhiệt khác Lượng nhiệt cung cấp lớn (tính theo đơn vị chất tải nhiệt) vì đó là nhiệt lượng toả 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 Dễ điêù chỉnh nhiệt độ đun nóng bằng cách điều chỉnh áp suất của hơi Vận chuyển xa được dễ dàng theo đường ống Nhược điểm chính của hơi nước là: không thể đun nóng ở nhiệt độ cao, vì nếu nhiệt đô hơi càng tăng thì áp suất hơi bão hoà càng tăng, ẩn nhiệt bay hơi cũng giảm. 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 hoà chỉ sử dụng tốt nhất trong trường hợp đun nóng không quá 1800 a.1./ Phương pháp đun nóng bằng hơi nước trực tiếp Phương pháp truyền nhiệt đơn giản nhất là đun nóng bằng hơi nước trực tiếp, tức là cho hơi nước sục thẳng vào chất lỏng cần đun nóng. Hơi nước ngưng tụ và cấp ẩn nhiệt cho chất lỏng, nước ngưng tạo thành lại trộn lẫ với chất lỏng. Thiết bị đơn giản nhất để đun nóng bằng hơi nước trực tiếp là thiết bị loại sục, gồm có một bể chứa chất lỏng cần đun nóng và một ống hơi ( hình 1 ) trên ống dẫn hơi có đặt các van để tạo thêm quá trình làm việc tốt. Van ngược chiều dùng để ngăn chặn không cho chất lỏng đi ngược trở lại trong trường hợp mà áp suất trong ống hơi thấp hơn áp suất khí quyển. Trước khi bắt đầu đun nóng, người ta mở van phụ để tháo hết nước ngưng đang tích tụ trong ống dẫn hơi. Khi cần thiết vừa đun nóng vừa khuấy trộn chất lỏng thì dùng thiết bị đun nóng loại sủi bọt ( hình 2 ) trong thiết bị này hơi từ ống dẫn hơi vào được đi qua những ống phun hình xoắn ốc, vòng tròn hoặc một số ống thẳng song song có những lỗ nhỏ đặt nằm dưới đáy bể chứa chất lỏng. Nhờ bố trí như thế nên hơi nước được phun đều trong bể có tác dụng khuấy trộn. Loại thiết bị sủi bọt và loại sục làm việc có nhiều tiếng động. để tránh tiếng động, người ta dùng thiết bị đun nóng không tiếng động. Loại này có lắp thêm một cái loa ở đầu ống dẫn hơi (hình 3). Khi làm việc, hơi phun ra khỏi đầu ống dẫn hơi với tốc độ rất lớn, do đó áp suất tĩnh học trong loa giảm xuống chất lỏng bên ngoài loa ập vào các lỗ cạnh 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 lầ rất đơn giản nhưng có nhược điểm là đưa thêm một lượng lớn nước ngưng tụ vào trong chất lỏng cần đun nóng. Do đó phương pháp này chỉ dùng trong trường hợp cho phép pha loãng chất lỏng và không có phản ứng xẩy ra giữa chất lỏng và nước. Thường người ta chỉ dùng để đun nóng nước và các dung dịch nước. Để xác định lượng hơi tiêu hao trong quá trình đun nóng người ta dựa vào phương trình cân bằng nhiệt lượng: D l + G2 c2 t2đ = c2D t2c + G2 c2 t2c + t Qm( (các quá trình công nghệ và thiết bi trang 281) Từ đó rút ra lượng hơi cần thiết Trong đó : G2 - lượng chất lỏng cần đun nóng (kg) c2 - nhiệt dung riêng của chất lỏng(j/kgđộ) t2đ,t2c - nhiệt độ đầu và cuối của chất lỏng (0C) l - nhiệt lượng riêng của hơi nước (j/kg) Qm - tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh (w) t - thời gian đun nóng (s) a.2./ 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 nhiẹt từ hơi chuyển qua tường để cấp cho chất lỏng. Đun nóng bằng hơi nước giántiếp đượpc thực hiện trong nhiều loại thiết bị có cấu tạo khác nhau như: Thiết bị có vỏ bọc ngoài laọi ống xoắn, loại ống chùm v.v... Hơi nước sau khi cáp nhiệt cho chật lỏng qua tường thì ngưng tụ lại thành nước ngưng chảy ra khỏi thiêt bị qua một đường ống riêng. Thường người ta dùng hơi nước bão hoà để đun nóng vì nó có hệ số cấp nhiệt lớn vàanr nhiệt ngưng tụ cao. Dùng hơi nước quá nhiệt không lợi vì hệ số cấp nhiệt thấp và lượng nhiệt quá nhiệt không lớn lắm. Trong trường hợp trao đổi nhiệt này chiều dày của lưu thể không ảnh hưởng tới quá trình trong khi làm việc, thường ngưòi ta cho hơi vào trong thiết bị từ phía trên để nước ngưng có thể chảy xuống dế dàn. Cũng giống như trường hợp đun nóng bằng hơi nước trực tiếp, lượng hơi nước tiêu hao để đun nóng gián tiếp xác định dựa váo phương trình cân bằng nhiệt lượng. D = Trong đó: q : nhiệt độ của nước ngưng C : nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ b./ Đun nóng bằng khói lò Đun nóng bằng khói lò được dùng rất p._.