Nghiên cứu thiết kế quy trình, công nghệ sản xuất sữa thanh trùng

ữa) 16á18 Chỉ số bức xạ ở 200C 1,35 1.1.2. Thành phần hoá học và tính chất lý hoá của sữa tươi Về tính chất hoá lý người ta coi sữa như một thể keo gồm các cầu béo (đường kính 3-5mm) và các mixen protein (đường kính gần 0,1mm trong pha phân tán là nước). Nước là thành phần lớn và quan trọng nhất chiếm tỷ 9/10 của thành phần sữa, còn lại là tổng hợp các chất khô (chiếm 25-130g/lít sữa). Chất béo của sữa (váng sữa) tách ra được tính trong thành phần tổng hàm lượng chất khô có trong một lít sữa). Vì vậy lượng chất béo trung bình xấp xỉ bằng 90 g/lít. Một số các thành phần khác có trong sữa với hàm lượng thay đổi và đẽ dàng định lượng được. Tuy nhiên một số các thành phần khác chỉ hiện diện dưới dạng vết. Nên rất khó xác định (thường dùng các loại sắc ký để định lượng bằng vết trên cột). Các chất khó định lượng có thể kể đến: Các chất béo,đường lactoza, các chất chứa Nitơ, các loại muối khoáng. Các chất tiếp theo là các loại enzym, các sắc tố và các Vitamin. Đặc tính chủ yếu của thành phần sữa là tính hoà tan cân đối của nó. Điều này về giá trị được coi như một yếu tố vô giá, đặc biệt là đối với trẻ em. Phần lớn các thành phần quan trọng tham gia vào cấu trúc của các cơ quan trong cơ thể người và động vật đã được chứng minh. Bảng 1.2. Thành phần hóa học trung bình cuẩ một lít sữa bò I-Thành phần tạo hình hoặc cung cấp năng lượng Nước 900á910g Chất béo 35á45g Lactoza 47á52g Chất chứa Nitơ 33á36g Chất chứa muối 9á9,1g II- Các chất xúc tác sinh học (không định lượng được hoặc ở trạng thái có vết). Các sắc tố-Enzym-Vitamin. III- Các khí hoà tan: Khí cacbonic, oxy, nitơ (4á5% thể tích của sữa khi vắt). Chất béo của sữa Đặc tính hoá - lý của chất béo Chỉ số gam iot là số gam IOT kết hợp với 100g chất béo. Chỉ số xà phòng hóa là số gam mg KOH cần thiết để xà phòng hoá chất béo.Chỉ số axit bay hơi không hòa tan và hoà tan được biểu diễn bằng số ml dung dịch NaOH 0,1N cần thiết để trung hoà các axit béo không hoà tan hoặc hoà tan được trong 15g chất béo ở điều kiện nhất định. Mật độ quay ở 150C 0,91á0,95 Điểm nóng chảy 31á360C Điểm hoá rắn 25á300C Chỉ số IOF (theo Hubl) 25á45 Chỉ số xà phòng hoá (theo Keoftstosfer) -218á235 Chỉ số axit bay hơi không hoà tan (Polenske) 1,5á3 Chỉ số axit bay hơi khi hoà tan được (Reichert) 26á30 Chỉ số khúc xạ 1,453á1,462 Cấu trúc sủa chất béo có trong sữa Chất béo có trong sữa tồn tại dưới dạng huyền phù của các hạt nhỏ hình cầu (tiểu cầu) hoặc hình ô van với đường kính từ 2á10mm tuỳ thuộc vào giống bò sản sinh ra sữa. Các tiểu cầu được vây quanh bởi một màng Protit gồm hai phần: Phần có thể hoà tan được và phần không thể hoà tan được trong nước. Các phần này rất khác nhau trong từng loại sữa. Màng tiểu cầu béo còn chứa nhiều chất khác với hàm lượng nhỏ, trong đó chủ yếu là sắt, đồng, enzym nhất là enzym Photphattaza có trong pơhần không hoà tan được. Sự phân bố các loại glyxerit trong lòng tiểu cầu mang đặc điểm sau: Phần trung tâm tiểu cầu chứa glyxerit có điểm nóng chảy thấp, giàu axit oleic và luôn ở dạng lỏng trong điều kiện môi trường. Trong khi đó phần ngoại vi nơi tiếp xúc với màng chứa các glyxerrit với chỉ số IOF rất thấp (5-6) nhưng có điểm nóng chảy cao có thể đông đặc lại ở nhiệt độ môi trường. Sự toàn diện về cấu trúc của tiểu cầu là điều kiện quyết định cho sự ổn định của chất béoa có trong sữa. Đặc biệt sự biến dạng của màng sẽ tăng cường sự hoạt động trực tiếp của một số loài vi sinh vật hoặc là sự tăng lên của chỉ số axit hoặc còn làm thay đổi các tính chất vật lý một cách sâu sắc gây ra cuộc tiến lại gần rồi kết dính các tiểu cầu với nhau dẫn đến quá trình tách chất béo làm mất đi tính đồng nhất của sữa. Các chất béo chứa nitơ của sữa Protein của sữa cũng do các axit amin trùng ngưng với nhau tạo nên. Vì thế, khi protein chia tác dụng của enzym proteinaza sẽ tạo thành đầu tiên là các peptit và cuối cùng là các axit amin. Các axit amin chủ yếu có trong sữa: Glyxerin 2,7% tính theo sản phẩm khô)/lít sữa, alamin 3,0%, valin 7,27%, lơxin 9,2%, izolơxin 6,1%, prolin 11,3%, phelylamin 5,0%,cystin cytein 0,34%, methionin 2,8%, tryprophan 1,7%, arginin 4,1%, serin 6,3%, histidin 3.1%, hysin 8,2%, axit aspartic 7,1%, axit glutamin 22,4%, treonin 4,9%, tyrosin 6,3%. Thành phần quan trọng nhất của các chất chứa nitơ là các cazein hoặc có thể nói cazein là thành toó quan trọng nhất của protit có trong sữa. Cazein dưới kính hiển vi điện tử là các hạt hình cầu có đường kính thay đổi từ 40-200mm. Bằng phương pháp ly tâm cao tốc, các hạt này tập trung lại và lắng xuống với dạng keo có màu trắng, được tách bệt với chất lỏng màu lục nhạt và đục gồm sữa. Điều đáng quan tâm trong công nghệ chế biến sữa là sự không đồng nhất của lazein. Đường lactoza Đường lactoza trrong sữa có hàm lượng trrung bình 50g/lit và tồn tại dưới dạng a- và b- lactoza, khi thuỷ phân lactoza cho ra một phân tử đường glucoza và một phân tử đường galactoza. Thuỷ phân C6H12O6 + C6H12O6 C12H22OH + H2O Lactoza là gluxit thuộc nhóm diholuzip Trong sữa, dùng lactoza luôn ở trạng thái hoà tan. Những đặc điểm về khả năng hoà tan và kết tinh của nó rất quan trọng cho phép áp dụng trong công nghiệp chế biến sữa đặc có đường. Khả năng kết tinh của đường lactoza: Khi người ta làm lạnh dung dịch bão hoà đường lactoza. Sự kết tinh không xảy ra rức thì mà đầu tiên dung dịch ở trạng thái quá bão hoà rồi tiếp đến là sự kết tinh theo quá trình đảo ngược so với quá trình thao tác. Trước tiên a-lactoza kết tinh và đồng thời b- lactoza chuyển hoá thành a-lactoza kết tinh xung quanh nó và vì vậy toàn bộ đương b- lactoza chuyển hoá thành a-lactoza dưới dạng tinh thể. Cơ chế của sự kết tinh đường lactoza có ích lớn trong công nghiệp chế biến sữa đặc có đường. Đường lactoza của sữa rất nhạy cảm bởi nhiệt. Giữa 110-1300C xảy ra dạng mất nước của tinh thể đường. Trên 1500C người ta nhận được màu vàng và ở 1700C màu nâu đậm hình thành bởi quá trình Caramen hoá đường lactoza, cũng còn phải kể đến phản ứng của đường với những chất chứa nitơ kéo theo sự xuất hiện các thành phần có màu nâu được gọi là melanvidin. Các muối khoáng Các muối khoáng này thường bao gồm muối clorua (2,01g/l), photphat (3,32g/l), xtrat (3,21g/l), natribicacbonat (0,25g/l), natri Sunphat (0,18g/l), muối canxi protein (0,16%). Các kim loại nặng có trong sữa: Fe 1á1,5mg; Cu 0,2á0,5mg; Zn 2á3mg; Mn 0,05mg. Việc xác định thành phần muối có trong sữa rất quan trọng. Bằng con đường phân tích hoá học, người ta xác định được các anion và cation nhưng người ta không xác định được các liên kết tồn tại giữa chúng với nhau. Mặt khác, trong sữa các chất khoáng tồn tại dưói dạng cân bằng, hoà tan và thể keo (colloidal). Sự cân bằng dễ bị phá vỡ hoặc có thể bị biến đổi dưới ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau: Nhiệt độ, độ pH... Sự cân bằng giữa hai dạng muối canxi (Ca2+ của các muối hoà tan được phân ly và Ca ở dạng phức của các thể keo) là điều kiện đặc biệt cho sự ổn định của sữa. Sự tăng lên của Ca2+ làm tăng khả năng mất ổn định của sữa khi đun nóng hoặc khi sử dụng các men dịch vị. Vì vậy để hạn chế hiện tượng trên thường người ta cho thêm vào trong sữa các loại muối phức (photphat hoặc xitrat) cho phép giữ được sự ổn định của sữa trong quá trình đun nóng, đặc biệt đối với một số loại sữa được chế biến ở nhiệt độ cao (sữa tiệt trùng, sữa cô đặc). Axit xitric Trong sữa chứa nhiều loại axit hữu cơ khác nhau nhưng quan trọng nhất là axit xitric, là một triaxit hữu cơ, nó đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường mùi thơm của các sản phẩm bơ nhờ sự tạo thành axetoin, diaxetyl và 2,3-butylen-glylcol. HO CH2- COOH C CH2- COOH (Axit xitric) Các chất có hoạt chất sinh học Các chất xúc tác sinh học tìm thấy trong sữa với lượng rất nhỏ nên không thể đóng vai trò cung trong việc cung cấp thức ăn cũng như không có vai trò trong việc tạo hình hoặc cung cấp năng lượng. Thế nhưng, sự có mặt của chúng cho phép thực hiện một số phản ứng hoá học dưới vai trò xúc tác cũng như sự thúc đẩy của các phản ứng này trong việc kiểm tra trạng thái của sữa. Các chất xúc tác sinh học bao gồm chủ yếu là các Vitamin và các enzym. Các Vitamin Là các chất hữu cơ, chỉ có ở dạng vết trong sữa nhưng rất cần cho sự phát triển, tồn tại và hoạt động của các cơ quan. Phần đông các vitamin và vai trò sinh lý của chúng trong vòng 40 năm qua, đặc biệt về phương diện hoá học, cơ chế và vai trò tham dự của các loại vitamin không phải đã được chứng minh đầy đủ. Hiểu biết của chúng ta về vấn đề này càng phong phú một cách nhanh chóng. Sữa là một trong số những thức ăn chứa nhiều loại vitamin nhất song hàm lượng của chúng không nhiều. Thông thường người ta xếp vitamin thành hai nhóm tuỳ theo khả năng hoà tan trong sữa hoặc trong chất béo. Các vitamin A,D,E đều là các vitamin tan được trong chất béo (liposuluble) và phần đông tìm thấy trong các loại Crem, còn vitamin B,C hoà tan được trong nước (hydroluble) tồn tại trong sữa đã được tách mỡ. *) Các loại vitamin tan trong chất béo: VitaminA: Khoảng 1500uI/I=0,3mg retinol axerophtol. VitaminA còn được gọi là retirol có tác dụng chống lão hoá và giữ gìn tuổi thanh xuân. Bên cạnh đó còn tồn tại nhiều vitamin dạng chất béo màu vàng. Vitamin có khả năng chịu nhưng rất nhạy cảm với chất oxy hoá. VitaminD: Khoảng 20uI/I=0,25mg canxipherol hay vitaminD2 có vai trò trong việc tham gia cấu trúc xương. VitaminE: 1-2mg/l dưới tên gọi tocopherol. Dầu của mầm lúa mì là nguồn chứa vitaminE chủ yếu, còn trong sữa rất ít, vitamin này có tác dụng chống lão hoá và không bền nhiệt, thường mất đi trong quá trình tiệt trùng. *) Các loại vitamin tan trong nước: VitaminB1: 400-1000mg/l, thiếu loại vitamin này gây nguy hiểm cho các bệnh về thần kinh , vitaminB1 còn được gọi là anerin hoặc thiamin. Vitamin tham gia vào cấu tạo của co-carboxylaza phức hệ diataza chính là những enzym góp phần chuyển hoá đường trong cơ thể. VitaminB2: 800-3000mg/l, vitamin này tham gia trong nhóm hoạt động chuyển hoá đường trong cơ thể. VitaminPP: 1-2mg/l, nó tham gia vào tổ chức cơ quan như B1,B2 và tham gia vào quá trình chuyển hoá đường phức tạp, nó đóng vai trò như chất chuyển tải hydro trong quá trình oxy hoá trong tế bào. Sữa bò nghèo thành phần niacin, vitamin này khá ổn định và ít thay đổi trong sữa. Axit pantothenic: 2-5mg/l, đó là thành phần chủ yếu của axetylcholin, cholin và của các axit amin khác. VitaminPP tham dự vào quá trình tổng hợp các axit béo và chuyển hoá gluxit. Trong sữa chứa một lượng rất quan trọng axit pantothenic và vitamin này rất ổn định. VitaminB6: 0,3-1,5mg/l, vitamin này tồn tại trong sữa dưới dạng piridoxal. Nó đóng vai trò trong quá trình chuyển hoá protit, lipit và nó tham gia vào quá trình tạo huyết. VitaminB12: 1- 8mg/l, vitamin này tham gia vào quá trình tổng hợp methionin và quan trọng hơn là trong việc tổng hợp protein. Sự thiếu hụt B12 gây nên chứng thiếu máu ác tính. Cobalamin có thể tổng hợp được nhờ vi sinh vật dạng cỏ. VitaminB12 nhạy cảm với nhiệt và trong quá trình đun nóng không bị phá huỷ trong điều kiện thiếu oxy, sự tiệt trùng có thể phá huỷ gần 90% vitamin trong khi đó nếu đun nóng theo kiểu thanh trùng thì chỉ phá huỷ 10%. Sữa là nguồn quan trọng về vitaminB12. Axit folic: 0,25-6mg/l, vai trò chính của vitamin này là tham gia vào sự hình thành axit nucleic. Cũng như nucleprotein, nó rất quan trọng trong quá trình tạo huyết. Sữa là nguồn nghèo axit folic. VitaminH: 15-100mg/l, có tên gọi là biotin. Hoạt động sinh lý của nó trong cơ thể con người còn chưa xác định. Có thể giả thiết rằng có một mối quan hệ trực tiếp giữa hàm lượng biotin với hàm lượng chất béo của sữa. Vitamin này rất ổn định, hàm trung bình của nó trong sữa cho phép coi như nguồn về vitaminH. Các vitamin khác thuộc nhóm B: Các vitamin này hiện diện trong sữa dưới dạng aminobenzoic được coi là yếu tố tăng trưởng cho phàan lớn các loài sinh vật, Inotirol, axit orotic mới được chiết tách từ sữa và có vai trò chính trong việc tổng hợp các axit nucleic. VitaminC: 10-20mg/l, có tên gọi axit ascorbic. Vai trò sinh lý của nó chưa hoàn toàn sáng tỏ. VitaminC tham gia vào quá trình sinh hoá oxy hoá-khử. Hầu hết các loại trái cây nhất là các loại cam quýt hàm lượng vitamin này lớn. Sữa nghèo vitaminC. Các sử lý nhiệt và oxy hoá góp phần làm nghèo thêm. Các enzym Sữa có chứa nhiều loại enzym nhưng việc nghiên cứu chúng còn khó khăn bởi lẽ việc chiết tách các enzym tự nhiên có trong sữa hoặc enzym có mặt trong chất lỏng không phải dễ dàng, tuy biết rằng các enzym đó có lợi ích lớn trong công nghiệp. Chúng ta nghiên cứu các loại enzym của sữa theo sự sắp xếp chung cho hai loại: enym thuỷ phân và enzym oxy hoá sinh học. *) Các loại enzym thuỷ phân: Chúng thuỷ phân các loại axit khác nhau, trong sữa các enzym đặc trưng thuộc loại này: Lipaza, phosphotaza, kiềm galactoza và amyaza. Lipaza: Thuỷ phân cac glyxerit với sự có mặt của axit béo tự do và của glyxerol. Lipaza không bền, nhiệt độ xấp xỉ 700C trong thời gian vài giây có thể làm mất hoạt tính. Phosphotaza: Thuỷ phân các loai este phosphat như glyxerolphosphat, phenylphosphat... chúng bị phá huỷ bởi sự đốt nóng khoảng nhiệt độ 720C trong thời gian 15-20 phút hoặc ở 630C trong 30 phút. Lợi ích chủ yếu của enzym phosphotaza kiềm tính được sử dụng như một yếu tố để kiểm tra sự thanh trùng của sữa và Crem. Galactoza hoặc protaza: Các enzym này có thể phân huỷ protit đến sản phẩm pepton và axit amin. Chúng bị kiềm chế trong môi trường axit, ngoài ra chúng còn bị kiềm chế hoạt động ở nhiệt độ môi trường thấp và bị phá huyư bởi sự đốt nóng khoảng 750C trong 10 phút. Amylaza: enym này thuỷ phân tinh bột thành các dextrin. Vai trò của amylazacos trong sữa chưa được giả thích rõ. Cấ u trúc của enzym này hoàn bị phá vỡ khi chịu sự đốt nóng khoảng 650C trong 30 phút. *) Các enzym oxy hoá học: Loại enzym này bao gồm tất cả các loại enzym tham gia vào quá trình oxy hoá sinh học. Trong số các enzym này cần phải kể đến: Reductaza... Reductaza: trong thực tế sự hiện diện của loại enzym này dẫn đến sự mất màu nhanh chóng của hợp chất xanh metylen được cho vào trong sữa tươi (do hình thành hợp chất Lenco-derive không màu). ở nhiệt độ 700C trong 30 phút hoặc 800C trong 10 phút, Loại enzym này được phá huỷ hoàn toàn. Reductaza sinh ra do vi sinh vât. ý nghĩa thực tế của enzym này rất đáng kể: Sự làm mất màu xanh của metylen do liên quan giữa tốc độ làm mất màu xanh của metylen cho vào trong sữa với lượng vi sinh vật có trong sản phẩm. Lactoperoxydaza: enzym phân huỷ nước oxy già tạo thành oxy hoạt động và có thể liên kết với các chất chứa oxy. Sự ngừng hoạt động của các enzym này xảy ra ở 820C trong 20 phút hoặc 750C trong 19 phút. Catalaza: Phân huỷ nước oxy già, giải phóng ra oxy ở dạng tự do dưới dạng phần tử không hoạt động. Là loại enzym khá bền nhiệt do đó cần phải đun nóng sữa đến 700C trong 30 phút để phá huỷ nó. 7. Vi sinh vật có trong sữavà vai trò của nó Hệ sinh vật tìm thấy trong sữa bao gồm nấm mốc, nấm men và vi khuẩn. a) Nấm mốc Loài nấm mốc nhận được trong sữa chủ yếu là loàiMucor và Rhzopus với số lượng lớn. Một số loại Mucor hoặc Rhzopus đặc biệt gây biến động đến quá trình chế tạo phomat dạng nhão. Tất cả các loài nấm mốc này đều hô hấp mạnh và phát triển trên bề mặt môi trường nuôi cấy. Chúng thích hợp trên các môi trường axit và trong sữa tạo ra axit lactic. Phần đông các nấm mốc tiết ra enzym lipaza có khả năng thuỷ phân chất béo và enzym proteaza có vai trò thuỷ phân các chất chứa nitơ. b) Nấm men Phần đông các loài này chuyển đường thành rượu và sinh sản theo kiểu nảy chồi. Các loài nấm men Chinin có trong sữa bao gồm: Sacharomyces, Mycorderma và Torula. c) Vi khuẩn Chúng là các tế bào đồng nhất mà kích thước của nó không vượt quá một vài micron. Trong sữa có các loài riêng lẻ: Coccus, Bacterium... Thông thường trong sữa vi khuẩn lactic có đặc tính chủ yếu sau: Hô hấp khí hay yếm khí tuỳ tiện Không sản sinh ra enzym calataza vì vậy chúng không phân huỷ nước oxy già. Không sản sinh ra các hợp chất nitrat. ít hoặc không tiết ra enzym proteaza trong sữa, nhưng đôi khi trong phomat các vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc phá huỷ thành phần Cazein. Lên men các loại đường ở các điều kiện khác nhau. Đối với sữa các loài vi khuẩn tham gia vào các quá trình biến đổi các thành phần sữa như sau: Loài strettococcus Thermophilus: Tác nhân của sự hình thành axit là quá trình chín của phomat. Nhóm vi khuẩn lactic: Là vi khuẩn sữa chung nhất strettococcus lactic và S.Cremorit đều là tác nhân của sự đông tụ tự nhiên. một vài chủng loại của loài này sản sinh ra các chất kháng sinh. Ví dụ: Lactobacillus, Staphylococus, đặc biệt Micobaterium Tuberculosis là tác nhân gây bệnh lao, Strettococcus diatil lactic là loài sản sinh ra hợp chất axetoin, từ axit xitric có trong sữa. Vì đặc tính này chúng được ứng dụng trong sản xuất bơ như một “chất men”, axetoin tạo nên hương vị đặc biệt của bơ. Lactobacillus: là các loài vi khuẩn có khả năng axit hó sữa chậm hơn là các loài strettococcus lactic, nhưng chúng sinh ra sản phẩm cuối cùng mang tính axit với liều lượng cao tuỳ thuộc vào số lượng của chúng có trong môi trường. Vi sinh vật gây bệnh: Tồn tại trong sữa do quá trình nhiễm từ người hoặc động vật. Đặc trưng Samonella Typhi, Samonella Pazatyphi… các loài này phần đông trong thực tế không gây ra sự biến đổi đáng kể của sữa và không thể xác định bởi con đường phân tích hệ sinh vật có trong sữa. 1.1.3. Biến chất và các dạng biến chất của sữa 1. Biến chất do bổ sung vào sữa các chất từ bên ngoài Các chất này có mặt trong sữa từ các nguồn khác nhau, đặc biệt thông qua động vật. Vai trò nổi bật tham gia vào quá trình biến đổi chất là các loại thuốc sử dụng cũng như cách thức bổ sung vào trong thức ăn cho động vật lấy sữa, chúng gây ra những ảnh hưởng xấu ngay cả khi với liều lượng nhỏ. Để hạn chế nhứng hiện tượng đó thì phải sử dụng các chất đó cho vào thức ăn trước 5 giờ trước khi vắt sữa. 2. Biến chất do thay đổi các cấu tử bình thường của sữa Nguồn gốc của sự thay đổi này có thể là vi sinh vật, enzym hoặc biến đổi hoá lý Biến chất do vi sinh vật Sự biến chất do vi sinh vật chủ yếu do các enzym có trong vi khuẩn lactic làm giảm độ axit của sưã bởi quá trình chuyển hoá đường lactoza thành axit lactic. Các vi khuẩn lactic chủ yếu tham gia vào quá trình này là strettococcus Lactic là loài phát triển mạnh ở nhiệt độ bình thường. Khi độ axit đạt 35-400D Cazein bị đông tụ và khi độ axit đạt 60-700D thì xảy ra hiện tượng “trở chua” cũng ở nhiệt độ môi trường. Một số vi khuẩn khác cũng thuộc loài vi khuẩn lactic ggây nên các biến chất cho sữa như: Làm giảm độ axit của sữa, làm đông tụ sữa xảy ra ngay ở độ axit không cao, phân giả protein, phân huỷ chất béo bởi Lypaza, làm thay đổi màu sắc của sữa, làm tăng độ nhớt của sữa và làm xuất hiện các vị khác nhau. 3. Biến chất do enzym Enzym lipaza có trong thiên nhiên có thể hoạt động trong môi trường dịch sữa khi tiến hành làm lạnh sữa hoặc khi khuấy trộn hay đồng hoá sữa. Trong trường hợp làm lạnh, enzym lipaza được cố định theo một chiều hướng nhất định trên tiểu cầu trong quá trình làm lạnh. Trong trường hợp khuấy trộn hay đồng hoá do sự tạo bọt và sự hình thành các hạt tiểu cầu béo có kích thước trung bình sẽ làm cho các enzym lipaza hoạt động mạnh. 4. Biến chất do các yếu tố lý hóa Quan trọng nhất của sự biến chất này là vị của sữa bị oxy hoá. Thông thường người ta nhóm thành các vị sau: Vị kim loại, vị dầu, vị mỡ, vị gây, vị cactôn. Vị oxy hoá chia thành hai nhóm đặc trưng: Nhóm 1: Gồm các vị dầu vị mỡ và vị kim loại. Chúng đều là sản phẩm của qú trình oxy hoá chất béo. Nhóm 2: Gồm các vị giấy và vị cactôn có liên quan đến các chất bay hơi nhưng chưa được biết rõ và thường sinh ra trong quá trình chế biến. Các vị thuộc nhóm 1 và 2 thường xuất hiện trong quá trình chế biến từ nguồn sữa tự nhiên cao hơn từ sữa đã được tách bơ. Người ta cho rằng sự xuất hiện của methional đóng vai trò quan trọng trong các vị trên. Axit ascorbic (vitaminC), caroten (vitaminA), tocopherol (vitaminE) có tác dụng ức chế hoặc đình chỉ quá trình xuất hiện các vị oxy hoá của sữa. Các loại sữa thu hoạch vào mùa đông có hàm lượng vitamin giảm nên thường làm tăng vị oxy hoá cuả sữa. Đối với các loại sữa đầu hàm lượng caroten thì ít bị oxy hoá hơn. Một số các yếu tố vật lý và hoá học khác như: ánh sáng, sự có mặt của các muối kim loại nặng như muối sắt, muối kẽm và nhất là loại muối đồng là kim loại hoạt động mạnh nhất là các nguyên nhân gây ra quá trình oxy hoá tạo vị bất bình thường cho sữa. 5. Biến chất do pha sữa Sự pha sữa bao gồm các quá trình chủ yếu sau: Cho thêm nước vào sữa, sự tách bơ, sự thêm các chất bảo quản và sự pha trộn sữa. *) Pha thêm nước vào sữa: Sữa được pha 5% có nghĩa là trong 100 thể tích thì có 5 thể tích nước. Việc cho thêm nước vào sữa đương nhiên làm giảm thành pơhần chất khô của sữa. Sự cân bằng chất khô trong sữa bình thường được xác định theo công thức: C.M.S=L+11,9C Trong đó: L- Đường Lactoza (g/l sữa không tách béo) C- Muối clorua (g/l sữa không tách béo) 1g muối clorua bằng 11,9g đường Lactoza L và C là hai thành phần chính hoà tan trong pha lỏng của sữa và là điều kiện chính tạo ra áp suất thấm lọc của chất lọc. Trong trường hợp sữa không tách bơ, sự tích tụ muối clorua và đường lactoza cho phép tính được thể tích của chất béo: Loại sữa không pha nước luôn luôn có C.M.S³70 Chỉ số C.M.S rất quan trọng để đánh giá chất lượng sữa tươi bởi nếu một trong hai cấu tử chính trong quá trình chế biến (phần tử đường lactoza chẳng hạn) trên đường thoái biến thì ngược lại, các phần tử lọc (chẳng hạn clorua) sẽ tăng lên đồng thời để thiết lập hệ cân bằng về áp suất thâms lọc của sữa. Để thiết lập tỷ lệ pha nước vào sữa, ta sử dụng quan hệ sau: Quan hệ với CMS Tỷ lệ nước pha(%) Quan hệ với chất khô đã tách béo (ESD) *) Cho thêm các chất bảo quản hoá học: Trước hết việc cho thêm các chất bảo quản vào sữa là cấm. Tuy nhiên trong những trường hợp cần thiết nhằm giữ được tuổi thọ của sữa, người ta có thể bổ sung một số chất không độc cho phép và không gây sự biến chất cho sữa. 1.2. Bảo quản , thu nhận, lọc và tiêu chuẩn hoá sữa tươi Các công đoạn nên ra trong phần này nhằm đảm bảo cho sữa sau khi thu nhận được từ con vật phải được bảo quản và tiến hành một số công đoạn thích hợp, nhằm làm cho sữa không bị biến chất do vi sinh vật. 1.2.1. Bảo quản sơ bộ sữa tươi tại nơi vắt sữa Sữa sau khi vắt hầu như không được sử dụng ngay tức thì hoặc đem chế biến ngay, mà phải lưu lại thời gian sau khi vắt và vận chuyển sữa khỏi nông trại. Do đó trong giai đoạn này nhất định sữa phải được bảo quản trong những điều kiện nhất định nhằm ổn định chất lượng ban đầu của sữa. Sau khi sữa được lấy từ con vật, sữa có nhiệt độ khoảng 35-370C và chứa một lượng vi sinh vật (ngay cả vắt sữa trong những điều kiện vệ sinh tốt nhất). Với nhiệt độ trên của khối sữa tươi, vi sinh vật phát triển nhanh chóng và làm thay đổi độ axit của sữa. Vì vậy, để đình chỉ hay hạn chế tác dụng của chúng cần tiến hành làm lạnh nhanh sữa. 1. Lọc sữa sau khi vắt Quá trình lọc sữa là một công đoạn rất cần thiết và đôi khi cũng được xem là một phương pháp kiểm tra sữa. Nếu sữa được đem bán trực tiếp cho người tiêu dùng thì việc lọc sữa là không thể thiếu được. Ngược lại, nếu sữa được đem chế biến ở nhà máy cần phải xem xét lợi ích của việc lọc sữa ở giai đoạn này, bởi vì việc lọc sữa tiến hành ngay cả trong điều kiện vệ sinh nghiêm ngặt thì cũng không thể loại hết được lượng vi sinh vật đã có mặt trong khối sữa mà là điều kiện để phát triển sinh vật. 2. Làm lạnh sữa Tiến hành làm lạnh sữa là công đoạn khôpng thể thiếu được trong khâu xử lý đã được giải thích. Vấn đề làm lạnh ở đây là xác định nhiệt độ làm lạnh và các dụng cụ sử dụng cho quá trình làm lạnh. Thực tế cho thấy ở các nông trường người ta không bảo quản sữa trong nhiều ngày mà chỉ trong một vài giờ sau khi vắt sữa. Sau đó sữa được chuyển đến người tiêu dùng hay nhà máy chế biến. Nhiệt độ của sữa nhất thiết phải hạ xuống khoảng 100C để đảm bảo tính tự nhiên của sữa tươi. ở đây chúng ta cần chú ý là việc làm lạnh được tiến hành trong cgốc lát, phải tiến hành trong điều kiện tốt nhất. Nguồn chất làm lạnh ở đây là: Nước mát Nước đá Chất tải lạnh trong quá trình bay hơi tức là làm lạnh bằng cơ khí. 3. Chứa sữa và vận chuyển sữa Chúng ta cần hiểu rằng nơi chế biến sữa không chỉ giải quyết việc xử lý và chế biến sữa mà còn là một xí nghiệp tổ chức phương thức vận chuyển sữa. Như đã biết, bảo quản sữa sau khi vắt là rất quan trọng, nhằm ổn định chất lượng sữa, vận chuyển sữa hợp lý cũng góp phần không nhỏ vào chính chất lượng sữa cuối cùng. Do điều kiện địa lý giữa nhà máy chế biến và nơi vắt nên đòi hỏi nhà máy phải đảm bảo việc vận chuyển sữa hàng ngày, bởi nhất thiết sữa phải được giữ ở trạng thái tươi nên thời gian lưu lại ở nông trại rất ngắn. *) Cách tiếp nận sữa khi vận chuyển về nhà máy: Vì dụng cụ chứa sữa có thể khác nhau nên cách tiếp nhận sữa đưa vào nhà máy cũng khác nhau. Nếu nơi có nguồn sữa có ít dụng cụ chứa sữa thì sữa có thể được đưa đến cho người thu gom sữa trong các bể chứa của nơi vắt sữa. Nếu nơi chứa sữa có nhiều dụng cụ chứa sữa thì nhà máy có thể để các bình chứa sữa không tại nông trại và vận chuyển các thùng chứa sữa đã đầy. Trong trường hợp nhà máy mua sữa theo trọng lượng hì việc kiêm tra chất lượng sữa ngay tại nơi thu nhận sữa về chỉ tiêu hàm lượng chất béo có trong sữa là chủ yếu. Cuối cùng, người thu gom sữa của nhà máy chế biến sữa cũng chính là người thu mua phomat. Việc thu mua này không cần phải tiến hành hàng ngày bởi mất nhiều thời gian song phải yêu cầu thực hiện phương thức baỏ quản nghiêm ngặt. 1.2.2. Thu nhận sữa và lọc sữa trước khi đưa vào nhà máy Khi sữa được thu nhận về nhà máy phải qua xử lý có tính công nghiệp, có nghĩa là phải được kiểm tra chất lượng bằng cách lấy mẫu để thực hiện việc kiểm tra chất lượng tiến hành khâu phân loại chất lượng sữ ban đầu. Sau khi sữa được chuyển sang bình khác thì phải luôn thực hiện quá trình lọc nhằm loại các tạp chất lơ lửng trong dịch sữa. Quá trình lọc này là bắt buộc đối với mọi nhà máy sữa. Trước khi dem sữa vào chế biến việc đầu tiên là tiến hành lọc sữa để loại bỏ tạp chất còn lại trong khối sữa. công đoạn lọc sữa này còn có thể gọi là công đoạn làm sạch và được tiến hành theo hai giai đoạn: *) Giai đoạn 1: Tiến hành lọc các tạp chất có kích thước lớn nhờ lưới lọc bằng kim loại, được tiến hành trong quá trình sang dụng cụ chứa. *) Giai đoạn 2: Tiếp tục lọc sữa bằng vải hoặc thiết bị ly tâm. 1.2.3. Tiêu chuẩn hoá sữa trước khi đem chế biến Sau quá trình lọc sữa phảu được tiêu chuẩn hoá. Quá trình tiêu chuẩn hoá nhằm đồng nhất hoá các thành phần khô với chất béo. Tiêu chuẩn hoá có nghĩa là bổ sung phần mỡ sữa hoặc sữa đã tách bơ vào lô sữa chuẩn bị chế biến, nhằm ổn định thành phần chất béo có trong sữa ban đầu. 1.3. kỹ thuật chế biến sữa 1.3.1. Các phương pháp bảo quản sữa Các phương pháp bảo quản sữa chủ yếu được đề cập đến là: Các phương pháp vật lý, còn các phương hoá học phần lớn bị cấm, các phương pháp sinh học đôi khi ssược sử dụng và thay đổi phụ thuộc vào yêu cầu của sữa. các phương pháp vật lý gồm: Phương pháp làm lạnh: Lạnh đông và làm lạnh Phương pháp đun nóng Phương pháp đun óng và làm khô từng phần: Sữa cô đặc tiệt trùng Phương pháp đun nóng và làm khô từng phần và thêm đường: Sữa đặc có đường Phương pháp đun nóng và làm khô dạng bột: Sữa bột Phương pháp hoá học được sử dụng trong công nghiệp có liên quan đến vấn đề bảo quản sữa bởi khí oxy. Phương pháp sinh học có nguồn gốc từ việc chế biến các loại sữâ lên men trong đó sữa chua là đại diện. 1.3.2. Kỹ thuật bảo quản sữa ở nhiệt độ thấp Cho đến ngày nay, các phương pháp bảo quản sữa ở nhiệt độ thấp chưa được sử dụng rộng rãi. Bởi vì vấn đề bảo quản sữa ở trạng thái lạnh đặt ra các vấn đề và kinh tế rất lớn mà hiện nay còn nhiều khó khăn chưa giải quyết được, nhưng tương lai lại có tính khả thi tốt. Để ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật, người ta cần phải làm lạnh đông. ở nhiệt độ dưới điểm đóng băng, phần lớn các vi sinh vật bị ức chế hoạt động. Tuy nhiên khi nhiệt độ của khối sữa trở lại bình thường thì chúng lại hoạt động trở lại để tái thiết lập sự sống của chúng. Nếu quá trình làm lạnh tiến hành ở nhiệt độ trêm điểm đóng băng sẽ không làm thay đổi cả về thành phần lẫn cấu trúc của sữa. Do vậy, cần phải thận trọng phòng ngừa các hiện tượng có thể xảy ra khi làm lạnh sữa và nhất thiết phải đồng nhất hoá nghiêm ngặt trước khi đem đóng bao bì. 1.3.3. Kỹ thuật bảo quản sữa ở nhiệt độ cao Phương pháp sử dụng nhiệt độ cao được sử dụng phổ biến trên toàn thế giới. Tác động của nhiệt độ cao có tác dụng đặc trưng hơn là tác động của nhiệt độ thấp. Tác động của nhiệt độ cao cho phép tiêu diệt các loại vi sinh vật và chủ động điều khiển được sự phát triển của chúng khi cần thiết. Việc sử lý sữa ở nhiệt độ cao không chỉ đơn thuần là phương pháp bảo quản. Không phương pháp làm lạnh nào làm cải thiện được chất lượng ban đầu của sản phẩm, còn phương pháp đun nóng có thể làm tăng chất lượng ban đầu trong một số trường hợp. Lý thuyết sử lý ở nhiệt độ cao sữa tuy còn chưa được giải thích rõ nhưng có ưu việt rõ nét bởi nhiệt độ cao có khả năng tiêu diệt tất cả vi sinh vật kéo dài thời gian bảo quản. Nhiệt độ thường sử dụng là trên 1000C. Còn đối với sản phẩm chỉ cần bảo quản trong thời gian ngắn thì sử dụng nhiệt độ thấp hơn 1000C, nhưng phảo đảm bảo loại trừ tất cả các loại vi sinh vật có khả năng gây bệnh. Trong trường hợp đun nóng ở nhiệt độ trên 1000C, là phương pháp tiệt trùng ta nhận được sữa tiệt trùng. Trong trường hợp đun nóng ở nhiệt độ nhỏ hơn1000C, là phương pháp thanh trùng ta nhận được sữa thanh trùng. Nhiệt độ sử dụng và thời gian đun nóng có ảnh hưởng sâu ắc đến cấu trúc của sữa thông qua việc biến đổi thành phần chính chiếm tỷ lệ cao trong sữa. 1.3.4. Thanh trùng sữa Mục đích Thanh trùng sữa nhằm tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật thông thường, hệ vi sinh vật gây bệnh bằng cách sử dụng hợp lý nhiệt với điều kiện chỉ tác động ít nhất đến cấu trúc của sữa, đến sự cân bằng hoá học cũng như đến các cấu tử sinh học, hệ enzym và vitamin. Điều kiện thanh ._.trùng sữa Đầu tiên phải xác định nhiệt độ đun nóng có nghĩa xác định nhiệt và thời gian kéo dài cần thiết. Chúng ta biết rằng khả năng phá vỡ cấu trúc của các loại trực khuẩn chịu nhiệt xảy ra ở 630C kéo dài trong 6 phút hoặc 710C trong 6-8 giây. tuy nhiên trong thực tế để đảm bảo phá vỡ hoàn toàn cấu trúc của chúng, người ta thực hiện các chế độ nhiệt độ tương ứng với thời gian như sau: 630C trong 30 phút hoặc 720C trong 15-20 giây. *) Nhiệt độ làm lạnh: Hệ vi sinh vật có trong sữa rất đa dạng và với số lượng tăng lên nếu chế độ bảo quản không hợp lý, vi khuản lactic ưa ẩm có thể phát triển bình thường ở nhiệt độ 30-600C. Vậy không giữ sữa thanh trùng ở nhiệt độ này, để tránh hình thành nhanh axit lactic. Mặt khác một vài loài vi sinh vật chịu nhiệt có thể tăng số lượng ở nhiệt độ môi trường, do đó để tiêu diệt các loài này cần phải hạ nhiệt độ rất nhanh xuống 3-40C. Tuy nhiên, sữa được thanh trùng không hoàn toàn ổn định bởi các bào tử còn tồn tại vẫn phát triển ở nhiệt độ thấp. Thế nhưng, sự phát triển ở các bào tử trong điều kiện nhiệt độ thấp có tốc độ chậm nên sữa sau thanh trùng nếu được bảo quản trong điều kiện thích hợp thì vãn có thể ổn định chất lượng trong thời gian ngắn. *) Các điều kiện đun nóng và làm lạnh. Muốn làm thay đổi ít nhất thành phần và cấu trúc của sữa, cần xác định các chế độ tối ưu khi đun nóng hoặc làm lạnh. Điều quan trọng đầu tiên là tất cả các thành phần có trong sữa có khả năng cịu được nhiệt độ thanh trùng thích hợp. Nếu nhiệt độ thanh trùng không phù hợp thì sẽ dẫn đến những thay đổi đáng kể. Các phương pháp thanh trùng sữa Có hai phương pháp thanh trùng chính: Thanh trùng ở nhiệt đọ thấp và thanh trùng ở nhiệt độ cao. Thanh trùng sữa ở nhiệt độ thấp Phương pháp này được tiến hành khi đun nóng sữa ở 630C trong 30 phút. Đó là phương pháp chậm và gián đoạn nhưng có ưu điểm là không làm thay đổi các đặc tính của sữa. Tuy nhiên, các vi sinh vật ưa nhiệt có thể phát triển được ở nhiệt độ 630C, do đó là nguyên nhân làm tăng số lượng vi sinh vật sau quá trình thanh trùng. Thanh trùng sữa ở nhiệt độ cao Phương pháp này được tiến hành khi đun nóng sữa ở 75-850C trong 15 giây. Phương pháp này nhanh, liên tục và ít làm thay đổi các đặc tính của sữa, nhưng các thiết bị hiện đại sẽ làm giảm đáng kể nhiệt độ này. Thanh trùng ở nhiệt đọ cao được áp dụng trên toàn thế giới. Qua các phân tích trên có thể đưa ra quy trình công nghệ sản xuất sữa tươi thanh trùng như sau: Gia nhiệt Làm lạnh Bảo quản lạnh Thu nhận sữa Kiểm tra chất lượng Ly tâm làm sạch Ly tâm tiêu chuẩn hoá Sữa thanh trùng Đồng hoá Thanh trùng Làm nguội Rót hộp Bảo quản Sơ đồ quy trình sản xuất sữa tươi thanh trùng Sữa tươi nguyên liệu khi đến nhà máy thì được các nhân viên của nhà máy kiểm tr chất lượng trước khi đem đi làm lạnh và bảo quản. tỷ lệ thành phẩm trong sữa tươi nguyên liệu là: bột sữa 6,5%, đường 3,5%, bơ 3,5%, nước 86,5%. Làm lạnh là công đoạn sau khi sữa đã được kiểm tra chất lượng, mục đích của việc làm lạnh nhằm hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và các hoạt động của các enzym để giữ nguyên chất lượng của sữa sau đó được bảo quản trong các bồn chứa có cách nhiệt cho tới khi chế biến. Gia nhiệt: Khi làm lạnh ở nhiệt độ thấp mỡ sữa có thể bị đông lại, độ nhớt của sữa giảm do đó hiệu suất của quá trình ly tâm sau này bị giảm. Vì thế ta cần phải gia nhiệt cho sữa nhằm làm tăng độ nhớt của sữa, để tăng hiệu suất của quá trình ly tâm làm sạch và ly tâm tiêu chuẩn hoá sau này. Ly tâm làm sạch: Quá trình này với mục đích loại bỏ các tạp chất cơ học còn trong sữa nguyên liệu để cho sữa thành phẩm có độ tinh khiêts cao. Tiêu chuẩn hoá: Mục đích để đưa hàm lượng chất béo đến tiêu chuẩn của sản phẩm, với mhà máy sữa Hà Nội dùng phương pháp hoà thêm sữa bột gầy và một số nguyên liệu khác mà không dùng biện pháp tách bơ. Thanh trùng: Nhằm tiêu diệt toàn bộ hệ vi sinh vật thông thường và hệ vi sinh vật gây bệnh, và tác độmg ít nhất đến cấu trúc vật lý của sữa, đến sự cân bằng hoá học cũng như đến cấu tử sinh học, hệ enzym và viamin bằng cách sử dụng hợp lý nhiệt độ để đạt điều kiện vệ sinh và chất lượng hương vị, dinh dưỡng. Có thể thanh trùng ở các nhiệt độ sau: Đun nóng sữa đến 600C trong 30 phút, 72-750C trong 15-20 phút hoặc đun nóng lớn hơn 800C trong thời gian tức thời Làm nguội: sữa sau khi thanh trùng được làm nguội xuống nhiệt độ thích hợp để rót hộp và bảo quản. Chương ii. tính năng suất lạnh 2.1. Xác định khối lượng riêng và nhiệt dung riêng của sữa 2.1.1. Xác định khối lượng riêng của dịch sữa Theo công nghệ sản suất sữa thanh trùng tại nhà máy sữa Hà Nội thì hàm lượng định mức cho nguyên liệu (ứng với 200 lít sữa) như sau: Bột sữa [kg] Đường [kg] Bơ [kg] ổn định [kg] Nước [kg] 16,8 10,2 6,8 1,2 170 Lượng sữa có trong 200 lít sữa thành phẩm (đây cũng chính là lượng sữa nguyên liệu đem vào sản xuất ): G = Gbs+Gđ+Gb+Gôđ+Gn (2.1) G = 16,8+10,2+6,8+1,2+170 = 205 [kg] Do đó khối lượng riêng của dịch sữa dùng trong dây truyền sản xuất là: 2.1.2. Xác định nhiệt dung riêng của dịch sữa Sữa được vận chuyển từ nơi vắt sữa đến nhà máy sữa để sản xuất. Mặc dù tại nơi vắt, sữa đã được làm lạnh nhưng do quá trình vận chuyển và cân đo kiểm tra chất lượng tại nhà máy nên nhiệt độ của sữa sẽ lên khoảng 120C. Vì vậy sau công việc cân đo kiểm tra, sữa được làm lạnh và bảo quản ở 4á60C (với dây chuyền này ta bảo quản ở 50C) trước khi đem vào sản xuất. Trong giai đoạn làm lạnh này ta xác định được nhiệt dung riêng trung bình ứng với nhiệt độ trung bình : ứng với nhiệt độ này ta xác định được Cr1= 3,43[kJ/kg], [17] Trong dây truyền sản xuất còn một quá trình làm lạnh nữa là: làm lạnh sữa từ nhiệt độ thanh trùng 850C xuống nhiệt độ rót hộp và bảo quản ở 250C. trong giai đoạn này ta xác định được nhiệt dung riêng ứng với nhiệt độ trung bình : ứng với nhiệt độ này ta xác định được Cr2= 3,96[kJ/kg], [17] 2.2. Giới thiệu thiết bị và chọn thiết bị cho dây chuyền 2.2.1. Hệ thống các bồn chứa sữa Đối với dây chuyền sản xuất sữa thì hệ thống các bồn chứa có nhiệm vụ rất quan trọng, ngoài nhiệm vụ chứa sữa nó còn có tác dụng để đưa nhiệt độ của sữa đạt nhiệt độ mà công nghệ yêu cầu, đó là các bồn có cách nhiệt, có hệ thống áo lạnh. Bồn tích sữa và bảo quản sữa nguyên liệu đảm bảo đủ cho sản xuất hai ca Theo công nghệ sản xuất sữa thanh trùng tại nhà máy sữa Hà Nội thì một mẻ nấu mất 4h, do đó trong hai ca thì dây chuyền này nấu được bốn mẻ. Do vậy với dây chuyền sản xuất sữa thanh trùng công suất 5000 lít/giờ, thì để đảm bảo đủ nguyên liệu sản xuất cho hai ca ta cần lượng là: V = 5000.16 = 80000 [lít] Với lượng sữa 80000 lít, ta có thể chọn bồn theo các phương án sau: Phương án 1: Dùng bồn có dung tích 20m3 (4 cái) Phương án 2: Dùng bồn có dung tích 16m3 (5 cái) Phương án 3: Dùng bồn có dung tích 10m3 (8 cái) Theo 3 phương án trên thì ta chọn phương án 2 với bồn có dung tích 16m3, vì bồn có kích thước vừa phải và lắp đặt dễ dàng. Tuy nhiên ta không phải lắp đủ 5 bồn mà chỉ cần 3 bồn với lượng sữa 16.3 = 48m3 là đủ lượng sữa để sản xuất 1 ca, khi bồn nào được nấu hết thì lại tiếp nhận sữa vận chuyển về. Với việc lắp đặt 3 bồn sẽ tiết kiệm được chi phí cho dây chuyền và giảm được mất mát nhiệt. Các kích thước và vật liệu chế tạo bồn: Toàn bộ bồn (gồm: thân trụ, nắp bồn, đáy bồn) được chế tạo bằng thép không rỉ AISI 316, với chiều dày S = 3mm. Thân trụ: đường kính F = 3000mm, chiều cao H = 2400mm. Đáy trên (nắp) là chóp đều có độ côn 1500. Bảo ôn: bảo ôn toàn bộ phân thân trụ và đáy, vật liệu bảo ôn là Polystirol với chiều dày d = 100mm. Bồn gồm một áo nước lạnh với chiều rộng l = 1800mm, được bố trí ở thân trụ. Bộ phận gá đỡ: gồm 4 chân bằng Inox F = 150x5mm. Các bộ phận khác: ở phần phía dưới thân bồn có lắp đầu đo nhiệt độ Pt100, cửa tăng F600mm, quả cầu phun nước làm vệ sinh, hai bộ hiển thị mức cao thấp của sữa trong bồn, một ống lấy sữa ra từ đáy và hai ống nạp sữa từ nắp bồn Bồn tiêu chuẩn hoá Dùng để tiêu chuẩn hoá hỗn hợp gồm nhiều thành phần trong nguyên liệu. Số lượng bồn: hai cái, dung tích hữu ích 10m3/cái. Vật liệu chế tạo: toàn bộ thân bồn, đáy bồn, nắp bồn được chế tạo bằng thép AISI 316, với chiều dày S=3mm. Kích thước: Thân trụ f=2600mm, chiều cao phần trụ H=1900mm. Phần đáy và nắp đều có độ côn 1500. Bảo ôn: Bảo ôn toàn bộ phần thân và đáy bồn, vật liệu bảo ôn là bọt xốp Polyurethane, chiều dày bảo ôn d =70mm, phía ngoài lớp cách nhiệt bọc tôn Inox dày 2mm. Hệ thống khuấy: Motor khuấy công suất 4kW, hệ thống trục khuấy và cánh khuấy có hai chế độ tốc độ (1450 và 720 vòng/phút). Các bộ phận khác được trang bị giống như bình tích sữa. Bồn làm lạnh sau thanh trùng Dùng để làm lạnh sữa sau thanh trùng có nhiệt độ cao nhằm đảm bảo chất lượng và hương vị của sữa. Vật liệu chế tạo: toàn bộ thân bồn đáy bồn và nắp bồn được chế tạo bằng thép AISI 316 với chiều dày S =3mm. Số lượng bồn: Một cái, dung tích hữu ích 10m3/bồn. Kích thước: Thân trụ có đường kính f =2600mm, chiều cao phần trụ H=1900mm. Đáy bồn và nắp bồn đều có độ côn là 1500. Bảo ôn: Bảo ôn toàn bộ phần thân và đáy bồn bằng vật liệu Polystirol với chiều dày cách nhiệt d =100mm. Các bộ phận khác cũng được trang bị giống như các bồn đã giới thiệu. Hệ thống làm lạnh của bồn gồm một áo lạnh được bố trí ở phần thân trụ bồn với chiều rộng L =1300mm. Bồn chờ rót Dùng để chứa dịch sữa (chính là thành phẩm) sau khi làm lạnh từ nhiệt độ thanh trùng xuống nhiệt độ rót hộp và bảo quản. Vật liệu chế tạo: toàn bộ thân bồn, đáy bồn, nắp bồn được chế tạo bằng thép AISI với chiều dày S =3mm. Số lượng bồn: Hai cái, dung tích hữu ích 6m3/bồn. Kích thước: Đường kính thân trụ f =2300mm, chiều cao H =1500mm. Phần đáy bồn và nắp bồn có độ côn 1500. Bảo ôn: Bảo ôn toàn bộ phần thân và đáy bồn, vật liệu bảo ôn là Polyurethane với chiều cách nhiệt là d =100mm, phía ngoài lớp cách nhiệt được bọc lớp Inox có chiều dày 2mm. Hệ thống khuấy: Motor khuấy công suất 2kW, có bộ phận giảm tốc và cánh khuấy chỉ còn một chế độ tốc độ (72 vòng/phút). Hệ thống gá đỡ và các bộ phận khác được trang bị giống như các bồn đã được giới thiệu ở trên (chỉ khác một điều: ở hệ thống bồn này chỉ có một ống nạp sản phẩm). 2.2.2. Hệ thống đồng hoá thanh trùng Dây chuyền này dùng thiết bị thanh trùng của hãng APV - Đan Mạch Ký hiệu của thiết bị thanh trùng N35-RKS, với các thông số kỹ thuật sau: Nhiệt độ làm việc: 0 á1200C áp suất làm việc: 2,3at Bề mặt trao đổi nhiệt: 362 tấm Khoảng cách giữa các tấm: 1,5mm Kích thước: HxDxL =1700x1000x1370mm 2.2.3. Thiết bị đồng hoá Chọn thiết bị của hãng APV- Đan Mạch, với các thông số sau: Năng suất: 5000 lít/giờ áp suất làm việc: P=125bar áp suất làm việc lớn nhất: Pmax=200bar Tốc độ quay động cơ: 750 vòng/phút Kích thước: HxDxL=1280x1000x1370mm 2.2.4. Thiết bị rót hộp Chọn thiết bị Bencopack của Italy với năng suất 20000 hộp/giờ (một hộp có dung tích 250ml). 2.3. Tính toán năng suất lạnh cho dây chuyền Để tính toán lượng lạnh ta coi dịch sữa chiếm toàn bộ thể tích hữu ích của các bồn trong quá trình sản xuất và các chế độ nhiệt độ được tính theo công nghệ chế biến sữa thanh trùng của nhà máy sữa Hà Nội. Để dây chuyền không bị quá tải ta chọn chế độ khắc nghiệt nhất (Mùa hè). Nhiệt độ mùa hè tại Hà Nội: Nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất, Nhiệt độ tối cao tuyệt đối, Nhiệt độ dùng để tính toán: Đặc điểm của quá trình nhiệt trong dây chuyền đã được giới thiệu trong phần thuyết minh quy trình công nghệ. 2.3.1. Tính lượng lạnh cho quá trình sau khi nhận sữa và cân đo kiểm tra chất lượng Sữa tươi nguyên liệu trước khi đem đến nhà máy đã được làm lạnh ngay sau khi vắt và bảo quản ở 50C. Nhưng do quá trình vận chuyển đến nhà máy và công việc cân đo kiểm tra tại nhà máy nên nhiệt độ của sữa tăng lên khoảng 120C, do đó trong dây chuyền sản xuất ta cần phải giảm nhiệt độ và bảo quản sữa nguyên liệu ở nhiệt độ như lúc đầu. Quá trình làm lạnh này được tiến hành trong các bồn 16m3 có vỏ cách nhiệt, có áo lạnh, dùng nước lạnh 10C để làm lạnh. Các thông số nhiệt độ vào ra của nước và sữa như sau: Nhiệt độ sữa lúc vào bồn làm lạnh: tS1=120C Nhiệt độ sữa sau khi làm lạnh: tS2=50C Nhiệt độ nước khi vào áo lạnh: tn1=30C Nhiệt độ nước khi ra khỏi áo lạnh: tn2=60C Nhiệt độ trung bình áo lạnh: Tính nhiệt do dịch sữa toả ra và lượng nước cần thiết cho quá trình này Lượng nhiệt do dịch sữa toả ra được xác định theo công thức sau: (2.2) Trong đó: m- Khối lượng dịch sữa tươi nguyên liệu (lượng sữa này phải đảm bảo đủ cho sản xuất trong một ngày (2 ca)).Do vậy lượng sữa ở đây bằng: m=V.r=80.1025=82000[kg] Cp- Nhiệt dung riêng của dịch sữa, trong giai đoạn này: Cp=Cp1=3,43[kJ/kgK] Tính lượng nước cần thiết cho quá trình: Nhiệt lượng do nước nhận vào Qn=mn.Cpn.(tn2-tn1) đúng bằng nhiệt do dịch sữa thải ra trong quá trình trao đổi nhiệt. Do đó lượng nước cần cung cấp là: Lượng nước tính ở trên được dùng để phục vụ cho quá trình bảo quản sữa nguyên liệu trong 24giờ. Năng suất lạnh cần thiết để đưa 157.103kg nước từ nhiệt độ tn=370C xuống nhiệt độ tn1=30C trong 24 giờ là: Tính tổn thất lạnh cho bồn 16m3 Nhiệt độ nước lạnh vào áo lạnh, tn1=30C Nhiệt độ nước khi ra khỏi áo lạnh, tn2=60C Nhiệt độ trung bình của áo lạnh là: Nhiệt độ dịch sữa lúc bảo quản, ts2= 50C Hình 2.2. Kích thước bồn 16m3 Xác định diện tích vách cách nhiệt Diện tích phần trụ không có áo lạnh là: Diện tích đáy bồn là: Suy ra diện tích tổng cộng phần không có áo lạnh là: F=F1+F2=5,65+1,88=7,53[m2] Diện tích phần trụ có áo nước lạnh là: F’=p.d.L=3,14.3.1,8=16,96[m2] Xác định hệ số truyền nhiệt k Đường kính bồn là tương đối lớn, do đó ta coi sự truyền nhiệt qua vách bồn là sự truyền nhiệt qua vách phẳng. Do vậy hệ số truyền nhiệt k được xác định theo công thức sau: (2.3) Trong đó: a1- Hệ số toả nhiệt ngoài từ không khí tới vỏ bồn. Tra bảng (3.7-[1] ta được a1=23,3[W/m2] di- Chiều các lớp vật liệu của vách truyền nhiệt li- Hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu Với vỏ ngoài là Inox có d nhỏ và l rất lớn nên ta bỏ qua trong tính toán, mà ở đây ta chỉ quan tâm tới lớp cách nhiệt Polystirol với chiều dày dCN=0,1m và hệ số dẫn nhiệt lCN=0,047[W/m2K] a2- Hệ số toả nhiệt mặt trong từ vách bồn tới sữa, rất lớn nên 1/a2đ0. Do vậy: Nhiệt tổn thất qua bồn được xác định như sau: Q2=Q21+Q22 (2.4) Q21- Nhiệt tổn thất qua thành áo lạnh (2.5) Trong đó: tN- Nhiệt độ môi trường dùng để tính toán, tN=t=37,20C Q21=0,46.16,96.(37,2-2,5)=275[W] Q22- Nhiệt độ tổn thất qua phần cách nhiệt còn lại Q22=k.F.(tN-ts2)=0,46.7,53.(37,2-5)=114[W] Vậy tổn thất qua bồn: Q2=Q21+Q22=275+114=389[W] Vì phần chóp nón phía trên không được cách nhiệt và quá trình vận hành cũng gây tổn thất nhiệt nên tổn thất lạnh được tính thêm 10%. Do đó tổn thất lạnh thực tế trên một bồn là: Trong quá trình làm lạnh này ta dùng 3 bồn nên nhiệt tổn thất tổng cộng là: Qb1S=3.Qb1=3.428=1284[W] Vậy tổng năng suất lạnh cần thiết cho giai đoạn làm lạnh này (giai đoạn 1) là: Q0gđ1=Q01+Qb1S =257,742+1,284=259,026[kW] Và với lượng nước dùng cho 24 giờ trong giai đoạn này là: mn1=157.103[kg] 2.3.2. Tính lượng lạnh cho quá trình làm lạnh sau thanh trùng Tính nhiệt do dịch sữa toả ra và lượng nước cần thiết cho quá trình này Sữa sau khi thanh trùng để khử trùng có nhiệt độ 850C và vì vậy ta cần hạ nhiệt độ xuống 250C để đảm bảo hương vị, chất lượng của sữa và đóng hộp. Các thông số công nghệ của sữa và nước như sau: Nhiệt độ sữa lúc đem làm lạnh: ts1=850C Nhiệt độ sữa sau khi làm lạnh: ts2=250C Nhiệt độ nước vào áo lạnh: tn1=30C Nhiệt độ nước ra khỏi áo lạnh: tn2=520C Lượng sữa dùng trong một mẻ sản xuất 4h là: m= V.r=4.5.1025=20500[kg] Lượng nhiệt do dịch sữa toả ra Q1=m.Cp2(ts1-ts2) (2.6) Trong đó: m- Khối lượng dịch sữa trong một mẻ, m=20500kg Cp2- Nhiệt dung riêng của sữa trong giai đoạn này, Cp2=3,96kJ/kgK Vậy: Q1=20500.3,96.(85-25)= 48703.103[kJ] Xác định lượng nước cần cho quá trình làm lạnh Nhiệt lượng do nước nhận vào đúng bằng nhiệt thải ra từ dịch sữa, do đó ta có cân bằng sau: Qn=mn.Cpn.(tn2-tn1)=Q1 (2.7) Suy ra: Năng suất lạnh cần thiết để đưa 23780kg nước từ nhiệt độ môi trường 370C xuống 30C là: Tính tổn thất do bồn 10m3 của quá trình làm lạnh Các thông số nhiệt độ để tính toán như sau: Nhiệt độ nước vào áo lạnh: tn1=30C Nhiệt độ nước ra khỏi áo lạnh: tn2=520C Nhiệt độ sữa sau khi làm lạnh: ts2=250C Nhiệt độ trung bình nước trong áo lạnh là: Hình 2.2. Kích thước bồn 10m3 Xác định các diện tích Diện tích phần trụ không có áo lạnh: F1=p.d1.(H-L)=3,14.2,8.(1,9-1,3)=5,28[m2] Diện tích phần đáy nón: Diện tích tổng cộng phần không có áo lạnh là: F=F1+F2=5,28+1,54=6,82[m2] Diện tích phần có áo lạnh: F’=p.d1.L=3,14.2,8.1,3=11,43[m2] Xác định hệ số truyền nhiệt k Do đường kính bồn tương đối lớn nên coi sự truyền nhiệt qua vách bồn là sự truyền nhiệt qua vách phẳng. Do đó, ta có công thức tính hệ số truyền nhiệt k như sau: Trong đó: a1- Hệ số toả nhiệt ngoài từ không khí tới vỏ bồn. Tra bảng 3.7 [1] ta được a1=23,3[W/m2] di- Chiều các lớp vật liệu của vách truyền nhiệt li- Hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu Với vỏ ngoài là Inox có d nhỏ và l rất lớn nên ta bỏ qua trong tính toán, mà ở đây ta chỉ quan tâm tới lớp cách nhiệt Polystirol với chiều dày dCN=0,1m và hệ số dẫn nhiệt lCN=0,047[W/m2K] a2- Hệ số toả nhiệt mặt trong từ vách bồn tới sữa, rất lớn nên 1/a2đ0. Do vậy: Nhiệt tổn thất qua bồn được xác định như sau: Q2=Q21+Q22 Q21- Nhiệt tổn thất qua thành áo lạnh Trong đó: tN- Nhiệt độ môi trường dùng để tính toán, tN=t=37,20C Q21=0,46.11,43.(37,2-27,5)=65[W] Q22- Nhiệt độ tổn thất qua phần cách nhiệt còn lại Q22=k.F.(tN-ts2)=0,46.6,82.(37,2-25)=40[W] Do vậy: Q2=Q21+Q22=65+40=105[W] Vì phần chóp nón phía trên không được cách nhiệt và quá trình vận hành cũng gây tổn thất nhiệt nên tổn thất lạnh được tính thêm 10%. Do đó tổn thất lạnh thực tế là: Vậy tổng năng suất lạnh cần thiết cho giai đoạn làm lạnh này (giai đoạn 2) là: Q0gđ2=Q01+Qb1 =234,710+0,115=234,825[kW] Và với lượng nước dùng cho một mẻ giờ trong giai đoạn này là: mn2=23780[kg] Vậy năng suất lạnh tối thiểu cần cho dây chuyền sản suất là: Q0t= Q0gđ1+ Q0gđ2= 259,026 + 234,825 = 493,851 [kW] Để tính đến tổn thất bể nước sau này thì năng suất lạnh phải lấy dư ra một ít, vì vậy ta lấy tròn là: Q0= 500 [kW] Chương iii. Tính chọn máy nén Máy nén lạnh là một bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống lạnh nén hơi. Máy nén có nhiệm vụ: Liên tục hút hơi sinh ra ở thiết bị bay hơi Duy trì áp suất p0 và nhiệt độ t0 cần thiết Nén hơi lên áp suất cao tương ứng với môi trường làm mát, nước hoặc không khí, đẩy vào thiết bị ngưng tụ. Đưa lỏng qua thiết bị tiết lưu trở về thiết bị bay hơi, thực hiện vòng tuần hoàn kín của môi chất lạnh trong hệ thống gắn liền với việc thu nhiệt ở môi trường lạnh và thải nhiệt ở môi trường nóng. Máy nén quan trọng một mặt do chức năng của nó trong hệ thống, mặt khác, do gồm nhiều bộ phận chuyển động phức tạp nên chất lượng, độ tin cậy và năng suất lạnh của hệ thống phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng, độ tin cậy và năng suất lạnh của máy nén. Trong kỹ thuật lạnh, người ta sử dụng hầu như tất cả các kiểu loại máy nén với các nguyên lý làm việc khác nhau, nhưng những loại máy nén hay được sử dụng nhất là máy nén piston, trục vít, roto làm việc theo nguyên lý nén thể tích và máy nén tuabin, máy nén ejector làm việc theo nguyên lý động học. Theo nguyên lý nén thể tích thì quá trình nén từ áp suất thấp lên áp suất cao nhờ sự thay đổi thể tích của khoang hơi giữa piston và xilanh. Máy nén thể tích làm việc theo chu kỳ, không liên tục. Hơi được hút và nén theo những phần riêng, do đó đường hút và đường đẩy có hiện tượng xung động. Trong các máy nén làm việc theo ngyên lý động học, áp suất của dòng hơi tăng lên là do động năng biến thành thế năng. Quá trình làm việc của máy nén tuabin được chia ra làm hai giai đoạn. Giai đoạn đầu dòng hơi được tăng tốc nhờ đĩa quay và cánh quạt, giai đoạn hai, dòng hơi có động năng lớn được dẫn đến buồng khuếch tán, ở đó động năng biến thành thế năng và áp suất tăng dần. Đặc điểm của máy nén làm việc theo nguyên lý động học là liên tục và không có van. Máy nén lạnh Máy nén thể tích Máy nén động học Máy nén tuabin ly tâm Máy nén ejector hơi Máy nén trục vít, máy nén roto lăn, máy nén roto tấm trượt Máy nén piston trượt, máy nén con lắc Hình 3.1. Phân loại tổng quát các loại máy nén lạnh Máy nén piston dao động Máy nén piston quay Máy nén ejector Máy nén tuabin Máy nén thể tích có thể tạo ra áp suất lớn với khối lượng hơi nhỏ, nhưng ngược lại, máy nén động học đòi hỏi có một lưu lượng hơi lớn hoặc rất lớn, tỷ số áp suất đạt được qua mỗi tầng bánh cánh quạt lại tương đối hạn chế và phụ thuộc nhiều vào tính chất của từng môi chất lạnh. Trên thế giới, người ta sử dụng hầu như tất cả các nguyên lý và kiểu loại máy nén khác nhau chokỹ thuật lạnh nhưng các loại máy nén thông dụng nhất hiện nay là máy nén Pittông, trục vít, rôto, xoắn ốc, làm việc theo nguyên lý nén thể tích. Còn ở Việt Nam, thì máy nén piston được sử dụng rộng dãi nhất cho mọi hệ thống lạnh. Vì vậy trong bản thiết kế này sẽ chọn máy nén piston. 3.1. Chọn các thông số của chế độ làm việc Chế độ làm việc của một hệ thống lạnh được đặc trưng bằng bốn nhiệt độ sau: Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0 Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tk Nhiệt độ quá lạnh lỏng trước van tiết lưu tql Nhiệt độ quá nhiệt hơi hút về máy nén tqn Môi chất dùng trong hệ thống lạnh này là amoniac (NH3) 3.1.1. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh dùng để tính toán thiết kế có thể lấy như sau: t0= tb- Dt0 (3.1) Trong đó: tb- Nhiệt độ của bể nước lạnh, tb= 30C Dt0- Hiệu nhiệt độ yêu cầu. Đối với việc làm lạnh gián tiếp thì nhiệt độ sôi lấy thấp hơn nhiệt độ nước 5á100C, tức là Dt0= 5á100C. ở đây ta chọn Dt0= 80C. Do vậy: t0= 3 – 8 = -50C 3.1.2. Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ. ở đây ta chọn kiểu thiết bị ngưng tụ bốc hơi (tháp ngưng) thì: tk= tw+ Dtk (3.2) Trong đó: Dtk- Hiệu nhiệt độ độ ngưng tụ yêu cầu, Dtk= 3á50C, với bản thiết kế này ta chọn Dtk= 30C. tw- Nhiệt độ nước tuần hoàn trong tháp, tw= tư+ (3á50C). Với thông số ngoài trời tN= 37,20C và jN= 83% tra đồ thị h-x ta được tư= 340C. Do vậy: tw= 34+3=370C; nên tk=37+3=400C 3.1.3. Nhiệt độ quá lạnh Là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi vào van tiết lưu. Nhiệt độ quá lạnh càng thấp năng suất lạnh càng lớn, vì vậy người ta cố gắng hạ nhiệt độ quá lạnh xuống càng thấp càng tốt. Tuy nhiên, đối với máy lạnh một cấp không có hồi nhiệt (amoniac) nhiệt độ khi qua thiết bị trao đổi nhiệt ngược chiều cũng vẫn cao hơn nhiệt độ nước vào 3á50C. Ta thấy ngay với hệ thống này thì không có quá lạnh bởi vì nhiệt độ nước vào và nhiệt độ ngưng tụ chênh lệch nhau không nhiều. 3.1.4. Nhiệt độ quá nhiệt hơi hút Để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng, người ta bố trí bình tách lỏng và phải đảm bảo hơi hút vào máy nén nhất thiết phải là hơi quá nhiệt. Độ quá nhiệt ở từng loại máy nén và đối với từng loại môi chất có khác nhau. Với môi chất là NH3, nhiệt độ hơi hút cao hơn nhiệt độ sôi 5á150C, nghĩa là độ quá nhiệt hơi hút Dtqn= 5á150K là có thể đảm bảo an toàn cho máy khi làm việc. Với hệ thống lạnh ta thiết kế ở đây ta chọn Dtqn=100K Do đó: tqn= t0+Dtqn=-5+10=50C Vậy các thông số của chế độ làm việc dùng môi chất là NH3 như sau: Nhiệt độ sôi, t0=-50C Nhiệt độ ngưng tụ , tk=400C Nhiệt độ quá nhiệt, tqn=50C 3.2. Chọn chu trình cho hệ thống lạnh Với nhiệt độ độ bay hơi và nhiệt độ ngưng tụ như trên ta tra bảng hơi bão hoà của NH3 [7] ta được các áp suất tương ứng như sau: t0= -50C ị p0= 3,5479 bar tk= 400C ị pk= 15,548 bar Tỷ số nén: Đối với máy nén NH3 tối đa chỉ làm việc với tỷ số nén ếmax= 9 và với máy nén Freon tối đa chỉ làm việc với tỷ số nén ếmax= 12á13. Khi tỷ số nén vượt quá giá trị ếmax thì nên sử dụng chu trình hai hoặc nhiều cấp nén, đó là bài toán phức tạp về tối ưu kinh tế, vận hành cho nên ta cần phải xem xét tất cả các tình huống của từng trường hợp ứng dụng cụ thể. Ta có thể nêu ra một vài so sánh đặc trưng của chu trình một cấp với chu trình hai cấp sau: Máy lạnh một cấp: Có những ưu điểm chính là đơn giản, ít thiết bị, sử dụng và vận hành dễ dàng, già thành rẻ, vốn đầu tư ban đầu thấp nhưng có nhược điểm là giá thành vận hành cao khi vượt quá chế độ làm việc thuận lợi. Máy lạnh hai cấp: Phức tạp hơn nhiều máy nén một cấp, thiết bị nhiều hơn, sử dụng và vận hành khó hơn, giá thành cao, giá thành một đơn vị lạnh thấp đặc biệt là ở chế độ làm việc mà máy lạnh một cấp hầu như không vận hành nổi. Hình 3.1 Sơ đồ và chu trình của máy nén một cấp NH3 Từ những nhận xét và đánh giá trên cùng với tỷ số nén ế=4,18<ếmax cho nên ta chọn chu trình máy lạnh một cấp 3.3. Tính toán chu trình và chọn máy nén 3.3.1. Tính toán chu trình Các thông số cơ bản của các điểm nút của chu trình được xác định bằng bảng hơi bão hoà của môi chất và bằng đồ thị lp-h của chu trình. Được cho trong bảng (3.1) sau: Thông số Điểm t [0C] p [bar] h [kJ/kg] v [m3/kg] 1’ -5 3,5479 1455,2 0,40 1 5 3,5479 1517,8 0,41 2 120 15,548 1745 - 3 40 15,548 177,19 - 4 -5 3,5479 177,19 - Năng suất lạnh riêng q0=h1’- h4=1455,2-177,19=1278,01 kJ/kg Lưu lượng nén qua máy nén Nhiệt thải ở thiết bị ngưng tụ Công nén riêng Hệ số lạnh Hiệu suất exergi 3.3.2. Chọn máy nén Số lượng máy nén Năng suất khối lượng thực tế của máy nén Năng suất hút thể tích thực tế của máy nén Hệ số cấp của máy nén (thực chất đây là hiệu suất thể tích của máy nén): Hệ số cấp thực tế của máy nén là tỷ số giữa thể tích thực tế Vtt và thể tích lý thuyết Vlt của máy nén, l đặc trưng cho các tổn thất của quá trình nén thực so với quá trình nén lý thuyết. Có rất nhiều phương pháp xác định l. Song ở đây ta xác định l bằng phương pháp đồ thị, tra đồ thị 3.4 [4] với ế = 4,38 ta xác định được l = 0,72 Thể tích hút lý thuyết: Máy nén có rất nhiều hãng sản xuất, đủ chủng loại. Với bản thiết kế này ta chọn máy nén piston một cấp môi chất NH3 của hãng Mycom sản xuất có ký hiệu N6WB [20] với các thông số của máy như sau: Thể tích quét lý thuyết, VltMN= 477,8 m3/h=0,133 m3/s Năng suất lạnh, Q0MN= 268,9.103 kCal/h=312 kW Công suất trên trục, Ne = 81,4 kW Số lượng máy nén: ị chọn z=2 Công nén đoạn nhiệt: Ns= m.l, kW (3.3) Trong đó: m - lưu lượng khối lượng thực tế qua máy nén, m=mtt=0,391 kg/s l - công nén riêng, l=227,2 kJ/kg Do đó: Ns= 0,391.227,2 = 88,84 [kW] Công nén chỉ thị Ni: là công nén thực do quá trình nén lệch khỏi quá trình nén lý thuyết (3.4) Trong đó: hi- là hiệu suất chỉ thị, gí trị của nó có thể được xác định theo đồ thị cho trước của nhà chế tạo nhưng cũng có thể xác định theo biểu thức: (3.5) Trong đó: b = 0,001 t0- nhiệt độ sôi của môi chất, t0= -50C Suy ra: Vậy: Công nén hiệu dụng Ne: Là công nén có tính đến tổn thất ma sát của các chi tiết máy nén. Đây chính là công đo được trên trục khuỷu máy nén Ne= Ni+Nms (3.6) Hoặc có thể tính theo công thức: (3.6’) Trong đó: he- Hiệu suất hữu ích, giá trị của nó được xác định bằng đồ thị hình 3.6 [4] với ế = 4,38 ta tra được he= 0,80 Vậy: Ta nhận thấy Ne tính được theo công thức 3.6’ lớn hơn Ne theo máy nén. Vậy máy nén chọn được là thỏa mãn. Công suất điện Nel: là công suất đo được trên bảng đấu điện có kể đến truyền động khớp, đai,… và hiệu suất của chính động cơ điện , kW (3.7) Trong đó: Nếu là máy nén kín thì, htđ= 1 Nếu là máy nén hở thì, htđằ 0,95. ở đây ta dùng máy nén hở nên htđ= 0,95 Hiệu suất động cơ hel= 0,8á0,95. ta chọn hel= 0,9 Thay số được: Công suất động cơ lắp đặt Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh, động cơ lắp đặt phải có công suất lớn hơn Nel. Tuỳ theo tình hình cụ thể, có thể chọn động cơ lắp đặt có công suất lớn hơn công suất tính toán từ 1,1á2,1 lần. Với hệ thống lạnh phục vụ cho sản xuất sữa nên ta chọn Nđc= 2.Nel. Vậy công suất động cơ cần lắp đặt là: Nđc= 2.153,04= 306,08 [kW] Ta đã chọn số máy nén là hai máy nên ta dùng hai động cơ do vậy công suất mỗi động cơ là: N1đc=nđc/2=153,04 [kW] Nhiệt thải ra ở dàn ngưng là: Qk= Q0+ Ni = 500 + 104,52 = 604,52 [kW] Chương iv. Tính thiết kế các thiết bị trao đổi nhiệt chính Trong các hệ thống lạnh hiện có thì các thiết bị trao đổi nhiệt chiếm một tỷ lệ rất lớn về khối lượng (52 – 68%) và thể tích (45 – 62%) của toàn bộ hệ thống. Thiết bị trao đổi nhiệt quan trọng nhất là thiết bị ngưng tụ và thiết bị bay hơi. Ngoài ra còn có các thiết bị phụ khác cũng thực hiện các quá trình trao đổi nhiệt khác nhau để nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống, đó là các thiết bị quá lạnh, thiết bị trao đổi nhiệt hồi nhiệt, bình trung gian bình tách dầu… Thiết bị ngưng tụ dùng để biến hơi môi chất lạnh thành trạng thái lỏng ở áp suất và nhiệt độ không đổi. Đôi khi trong thiết bị ngưng tụ còn xảy ra cả quá trình làm lạnh môi chất lạnh lỏng xuống xuống thấp hơn nhiệt độ ngưng tụ (quá trình quá lạnh). Môi trường giải nhiệt của môi chất lạnh trong thiết bị ngưng tụ gọi là môi trường làm mát (thường là nước hoặc không khí). Thiết bị bay hơi dùng để thu nhiệt từ môi trường lạnh, môi trường này (khônh khí, nước, nước muối…) tuần hoàn giữa thiết bị bay hơi và đối tượng làm lạnh. Trường hợp đối tượng lạnh thải nhiệt trực tiếp cho không khí rồi khônh khí trao đổi nhiệt với môi chất lạnh qua thiết bị bay hơi (làm lạnh trực tiếp). Trường hợp làm lạnh chất lỏng trung gian (chất tải lạnh) gọi là làm lạnh gián tiếp. Trong các máy lạnh ghép tầng thì thiết bị ngưng tụ của tầng nhiệt độ thấp còn đóng vai trò thiết bị bay hơi của tầng nhiệt độ cao. ở đây xảy ra quá trình truyền nhiệt của hơi môi chất ngưng tụ ở tầng dưới cho môi chất lỏng bay hơi ở tầng trên. Thiết bị như vậy gọi là thiết bị ngưng tụ - bay hơi. Khối lượng kim loại để chế tạo các thiết bị trao đổi nhiệt cũng chiếm một tỷ lệ rất lớn so với tiêu hao kim loại của toàn bộ hệ thống. Thí dụ, khối lượng của thiết bị ngưng tụ và thiết bị bay hơi khi làm lạnh nước muối cũng chiếm khoảng 2/3 khối lượng của toàn bộ máy lạnh amoniac, còn giá thành của nó bằng 1/2 giá thành toàn bộ. Trong máy lạnh freon, khối lượng của các thiết bị cũng bằng ._.