- Làm lạnh thâm độ: khi nhiệt độ của sản phẩm sau cấp đông trong
khoảng:
-273
0
C < t < -100
0
C
• Cơ chế đóng băng trong thực phẩm khi cấp đông
Nước trong thực phẩm do có hòa tan các chất tan nên nhiệt độ đóng
băng thấp hơn 0
0
C.
Khi hạ nhiệt độ xuống thấp các dạng nước trong thực phẩm đóng
băng dần dần tùy theo mức độ liên kết của chúng với tế bào.
Khi hạ nhiệt độ xuống thấp bằng nhiệt độ cấp đông, trước tiên các
tinh thể đá xuất hiện ở gian bào (khoảng trống giữa các tế bào). Khi đến
điểm đóng băng đa số nước ở gian bào kết tinh và làm tăng nồng độ chất
tan lên cao hơn trong tế bào. Do đó áp suất thẩm thấu tăng lên làm cho
nước trong tế bào có xu hướng ra ngoài qua gian bào, qua màng bán thấm
của tế bào. Nếu tốc độ làm lạnh chậm thì nước trong tế bào ra sẽ làm cho
các tinh thể hiện diện lớn lên mà không tạo tinh thể mới.
Nếu tốc độ làm lạnh nhanh thì tinh thể sẽ tạo ra cả ở bên ngoài lẫn
bên trong tế bào, tinh thể đá sẽ nhuyễn và đều.
Do đó, nếu hạ nhiệt chậm tế bào bị mất nước, các tinh thể đá tạo ra
sẽ to và chèn ép làm rách màng tế bào, cấu tạo mô cơ bị biến dạng, làm
giảm chất lượng sản phẩm.
Khi nước tự do đã đóng băng hết thì đến nước liên kết, bắt đầu từ
nước có liên kết yếu đến nước có liên kết mạnh.
1.2.2.2. Một số biến đổi của thực phẩm trong quá trình bảo quản lạnh
đông
a. Sự biến đổi về nhiệt vật lý
Sự kết tinh của nước đá
Trong quá trình cấp đông nước tách ra và đông thành các tinh thể,
làm cho sản trở nên rắn, tăng thể tích một ít. Khi nước trong thực phẩm kết
tinh tạo thành mạng tinh thể xen kẽ giữa các thành phần khác tạo nên cấu
trúc vững chắc, nhưng khi làm tan băng, phục hồi trạng thái ban đầu thì cấu
trúc thực phẩm bị mềm yếu hơn, kém đàn hồi hơn do các tinh thể làm rách
cấu trúc tế bào thực phẩm.
Đối với các sản phẩm đông lạnh trong quá trình bảo quản nếu chúng
ta không duy trì được nhiệt độ bảo quản ổn định sẽ dẫn đến sự kết tinh lại
của nước đá. Đây là hiện tượng gây ảnh hưởng xấu cho sản phẩm bảo quản.
Do nồng độ chất tan trong các tinh thể nước đá khác nhau thì khác nhau,
nên nhiệt độ kết tinh và nhiệt độ nóng chảy cũng khác nhau.
Sự biến đổi màu sắc
Đồng thời với quá trình trên màu sắc thực phẩm cũng biến đổi do
hiệu ứng quang học do tinh thể đá khúc xạ ánh sáng. Màu sắc thực phẩm
khi nước đóng băng phụ thuộc tính chất ánh quang của các tinh thể nước
đá.
Bay hơi nước
Trong quá trình làm lạnh đông có hiện tượng mất nước, giảm trọng
lượng sản phẩm. Đó là sự bay hơi nước vào không khí từ bề mặt sản phẩm,
do chênh lệch mật độ ρ giữa không khí sát bề mặt và không khí xung
quanh.
Ẩm bốc lên từ bề mặt sản phẩm vào không khí xung quanh, nếu sản
phẩm nhập có bề mặt còn ướt thì khi cấp đông chúng sẽ đông lại, sau đó
diễn ra quá trình thăng hoa. Nếu chênh lệch nhiệt độ bề mặt sản phẩm và
không khí trong buồng cấp đông càng lớn thì ẩm bốc càng mạnh, gây hao
hụt khối lượng.
Khuếch tán nước
Khi cấp đông xảy ra hiện tượng khuếch tán nước trong cấu trúc thực
phẩm, nước khuếch tán là do các nguyên nhân:
- Sư chênh lệch nhiệt độ gây nên do chênh lệch mật độ ρ.
- Sự lớn lên của các tinh thể nước đá luôn thu hút nước từ những vị
trí chưa kết tinh dẫn đến, làm cho nước từ nơi có nồng độ chất tan thấp
chuyển đến nơi có nồng độ chất tan cao. Sự di chuyển của nước thực hiện
nhờ tính bán thấm và mao dẫn của cấu trúc thực phẩm. Động lực của quá
trình khuếch tán, làm cho nước di chuyển từ trong tế bào ra gian bào và từ
trong ra ngoài, từ vị trí liên kết ra tự do. Khi nước khuếch tán cấu trúc tế
bào co rút, một số chất tan biến hình.
Các thông số nhiệt vật lý thay đổi
- Biến đổi nhiệt dung: nhiệt dung sản phẩm thay đổi là do nước
trong thực phẩm đã đóng băng.
- Biến đổi hệ số dẫn nhiệt.
- Biến đổi hệ số dẫn nhiệt độ.
b. Biến đổi hóa học
Trong quá trình bảo quản đông lạnh các biến đổi sinh hóa, hóa học
diễn ra chậm. Các thành phần dễ bị biến đổi là các protein hòa tan, lipid,
vitamin, chất màu…
- Sự biến đổi protein: trong các loại protein thì protein hòa tan
trong nước là dễ bị phân giải nhất, sự phân giải chủ yếu dưới dạng tác dụng
của enzyme có sẵn trong thực phẩm. Sự khuếch tán nước do kết tinh lại và
thăng hoa của nước đá gây nên sự biến tính protein hòa tan. Biến đổi
protein làm giảm chất lượng sản phẩm khi sử dụng.
- Sự biến đổi của lipid: dưới tác động của enzyme nội tạng làm cho
chất béo bị phân giải cộng với quá trình thăng hoa nước đá làm cho oxy
xâm nhập vào thực phẩm. Đó là điều kiện thuận lợi cho quá trình oxy hóa
chất béo xảy ra. Quá trình oxy hóa này sinh ra các hợp chất có mùi vị xấu
làm giảm giá trị của sản phẩm.
- Các chất màu bị oxy hoá cũng làm thay đổi màu sắc của sản
phẩm.
c. Biến đổi do vi sinh
Trước khi làm lạnh thực phẩm thường được rửa sạch để loại bỏ các
tạp chất nơi chứa nhiều loại vi sinh vật.
Đối với sản phẩm đông lạnh có nhiệt độ thấp hơn -15
0
C và được bảo
quản ổn định thì số lượng vi sinh vật giảm theo thời gian. Ngược lại nếu
sản phẩm làm đông không đều, vệ sinh không đúng tiêu chuẩn, nhiệt độ
bảo quản không ổn định sẽ làm cho các sản phẩm bị lây nhiễm vi sinh vật,
chúng hoạt động gây thối rữa sản phẩm và giảm chất lượng sản phẩm.
1.2.2.3. Các phương pháp và thiết bị kết đông thực phẩm
Thiết bị cấp đông có rất nhiều dạng, hiên nay ở nước ta sử dụng phổ
biến các hệ thống sau:
- Kho cấp đông gió.
- Tủ cấp đông tiếp xúc.
- Tủ cấp đông gió.
- Hệ thống cấp đông dạng rời, có băng chuyền IQF.
+ Hệ thống cấp đông có băng chuyền cấp đông thẳng.
+ Hệ thống cấp đông có băng chuyền cấp đông dạng xoắn.
+ Hệ thống cấp đông siêu tốc.
- Hệ thống cấp đông nhúng nitơ lỏng.
1.3. Môi chất lạnh
1.3.1. Định nghĩa
Môi chất lạnh (tác nhân lạnh) là chất môi giới sử dụng trong chu trình
nhiệt động ngược chiều để hấp thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh và
thải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao hơn. Môi chất tuần hoàn được
trong hệ thống lạnh nhờ quá trình nén.
Phân loại
– Dựa vào thành phần hóa học:
• Môi chất vô cơ: NH
3
(R717), CO
2
(R744), …
• Môi chất hữu cơ: hydrocarbon, halocarbon…
– Dựa vào nhiệt độ sôi và áp suất bão hòa
• Môi chất có áp suất sôi cao: R744
• Môi chất có áp suất sôi trung bình: R123, R134
• Nhóm môi chất có áp suất sôi thấp: R717, R507
Ngoài ra còn dựa vào tính độc hại và tính dễ cháy nổ để phân loại
1.3.2. Môi chất lạnh NH
3
- NH
3
là chất khí không màu, có mùi khai, cháy trong oxy có ngọn lửa
màu vàng.
- Là chất lạnh rẻ tiền, dễ kiếm, dễ bảo quản, có thể sản xuất trong
nước.
- Tuy NH
3
độc hại nhưng vẫn được coi là môi chất của hiện tại và
tương lai.
• Tính chất nhiệt động:
- Nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển: -33,35ºC
- Nhiệt độ đông đặc: -77,7ºC
- Nhiệt độ ngưng tụ: 32ºC
- Áp suất ngưng tụ khoảng 12 ÷ 15 kg/cm
2
- ρ(0
0
C) = 0,64kg/dm
3
- Năng suất lạnh riêng khối lượng q
0
lớn.
- Năng suất lạnh riêng thể tích q
v
lớn (máy nén và thiết bị gọn nhẹ).
- Nhiệt độ cuối tầm nén cao (làm mát đầu xilanh và phải hút hơi bão
hòa).
- Độ nhớt nhỏ, tính lưu động cao (tổn thất áp suất nhỏ, đường ống và
các van gọn nhẹ).
- Hệ số dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt lớn (thuận lợi cho việc thiết kế chế
tạo thiết bị ngưng tụ và bay hơi).
- Bền vững trong khoảng nhiệt độ và áp suất công tác, chỉ phân hủy
ở 260
0
C. (Tuy nhiên nếu bề mặt xilanh làm bằng thép và có mặt ẩm làm
chất xúc tác thì ở nhiệt độ 110 - 120
0
C đã bị phân hủy).
Bảng 1.1. Các thông số trạng thái ở 0
0
C
Đơn vị Lỏng Hơi
Áp suất Mpa 0,43 0,43
Thể tích riêng dm
3
/kg 1,57 289,3
Hình 1.1. Môi chất NH
3
Nhiệt dung riêng
- Đẳng áp
- Đẳng tích
kJ/(kg.K)
kJ/(kg.K)
4,26
2,80
2,68
1,92
Độ nhớt 10
-6
Pa.s 170,09 9,06
Hệ số dẫn nhiệt W/(m.K) 0,559 0,023
Sức căng bề mặt N/m 0,033
Nhiệt hóa hơi kJ/kg 1262,2
Tính chất hóa học
– NH
3
không tác dụng với phi kim, kim loại đen chế tạo máy và kim
loại màu (trừ Cu và hợp kim của Cu).
– NH
3
hòa tan vô tận trong H
2
O (không bị tắc ẩm van tiết lưu nhưng
phải khống chế ẩm < 0,1%).
– NH
3
không hòa tan dầu bôi trơn.
– Hỗn hợp với Hg sẽ gây nổ.
– Khi có ngọn lửa NH
3
có thể gây cháy nổ ở nồng độ 13% – 16 % và
tự cháy ở 600
0
C.
Tính chất sinh lý
– Độc hại với con người, gây kích thích niêm mạc mắt và dạ dày, gây
co thắt các cơ quan hô hấp, làm bỏng da.
– Ở nồng độ 0,007 - 0,1% thể tích không khí bắt đầu có sự hủy hoại
cơ quan hô hấp. Từ 0,2 - 0,3% có thể làm mù mắt hoặc làm chết ngạt trong
30 phút.
– NH
3
làm giảm chất lượng thực phẩm
Biện pháp an toàn
– Khi tiếp xúc với NH
3
phải mang mặt nạ phòng độc, khi xử lí sự cố
hệ thống ít nhất phải có hai người.
– Khi bị ngạt phải đưa ra chỗ thoáng nhưng phải ấm, xông hơi ấm và
uống các chất kích thích: cà phê, trà nóng,…
– Khi bị bỏng phải nhanh chóng rửa bằng nước sạch và ấm. Nếu
nặng thì phải đưa đi bệnh viện.
1.4. Ứng dụng của kỹ thuật lạnh
1.4.1. Bảo quản thực phẩm
Lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất của kỹ thuật lạnh là dùng để bảo
quản thực phẩm. Theo thống kê thì khoảng 80% năng suất lạnh được sử
dụng trong công nghiệp bảo quản thực phẩm. Thực phẩm hầu hết là các sản
phẩm bị ôi thiu hư hỏng do vi khuẩn gây ra.
Để bảo quản thực phẩm ngoài phương pháp sấy khô, phóng xạ, bao
bì, xử lý khí…phương pháp làm lạnh tỏ ra có rất nhiều ưu điểm như ít làm
giảm chất lượng, màu sắc, mùi vị thực phẩm trong nhiều tháng, thậm chí
nhiều năm bảo quản.
Bảng 1.2. Số ngày bảo quản phụ thuộc vào nhiệt độ đối với cá, thịt bò, gia cầm
Nhiệt độ (
0
C) Cá Thịt bò Gia cầm
20 3 8 2
10 7 16 5
0 15 30 7
-10 40 100 70
-20 110 1000 230
-30 230 2300 800
Thực ra thời gian bảo quản còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ
ẩm, phương pháp bao gói, thành phần không khí nơi bảo quản, chất lượng
bán thành phẩm,…nhưng nhiệt độ đóng vai trò quan trong nhất.
Ngày nay, công nghiệp thực phẩm xuất khẩu đang giữ một vai trò hết
sức quan trọng trong nền kinh tế của nước ta và nền công nghiệp chế biến
thực phẩm này không thể thiếu những trang thiết bị hiện đại nhất của kỹ
thuật lạnh.
1.4.2. Sấy thăng hoa
Sản phẩm sấy đầu tiên được kết đông xuống - 20
0
C sau đó được sấy
bằng cách hút chân không nên chất lượng sản phẩm hầu như được giữ
nguyên vẹn. Khi sử dụng sản phẩm được tái hấp thụ nước và giữ nguyên
được trạng thái ban đầu cả về chất lượng, màu sắc, mùi vị…Do giá thành
sấy thăng hoa rất đắt nên ít được ứng dụng cho thực phẩm mà chủ yếu cho
ngành y, dược.
1.4.3. Công nghiệp hóa chất
Ứng dụng quan trọng nhất trong công nghệ hóa chất là việc hóa lỏng
và tách khí như công nghiệp sản xuất khí clo, amoniac, carbonic, sulfuro,
clohydryd, các loại khí đốt, khí sinh học, khí thiên nhiên, hóa lỏng và tách
không khí,…
Hóa lỏng và tách không khí từ không khí ngành công nghiệp có ý
nghĩa rất to lớn đối với ngành luyện kim, chế tạo máy và các ngành kinh tế
khác kể cả y học và sinh học. Oxy và nito được sử dụng nhiều ở lĩnh vực
khác nhau như hàn, cắt kim loại, sản xuất phân đạm, làm chất tải lạnh…các
loại khí trơ như heli, argon được sử dụng trong nghiên cứu vật lí, trong
công nghiệp hóa chất và sản xuất bóng đèn. Kỹ thuật lạnh cũng hỗ trợ đắc
lực trong các công nghệ sản xuất vải, sợi, tơ, cao su nhân tạo, phim ảnh…
nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong các phản ứng hóa học nên người ta
còn sử dụng lạnh để điều khiển tốc độ phản ứng hóa học.
1.4.4. Điều hòa hóa chất
Điều hòa không khí công nghiệp và tiện nghi ngày nay là không thể
thiếu và thực sự đang phát triển rất mạnh mẽ. Các yêu cầu nghiêm ngặt về
nhiệt độ, độ ẩm và thành phần không khí trong các quy trình công nghệ sản
xuất như vải, sợi, in ấn, thuốc lá, điện tử, vi điện tử, máy tính, quang học…
nhất thiết phải có điều hòa không khí.
Các dịch vụ như khách sạn, du lịch, vui chơi giải trí, y tế, thể dục thể
thao, giao thông vận tải…cũng không thể thiếu được điều hòa không khí.
Ngày nay kỹ thuật lạnh đã thâm nhập và hỗ trợ cho hàng trăm ngành kinh
tế khác nhau.
Chương 2. DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ VÀ QUÁ
TRÌNH THIẾT BỊ
2.1. Sơ đồ tủ cấp đông cấp dịch nhờ bơm
2.2. Nguyên lý hoạt động
Trên hình là sơ đồ lạnh và nguyên lý hoạt động của tủ cấp đông tiếp
xúc. Hệ thống cấp đông làm lạnh ở nhiệt độ thấp -40
0
C vì vậy máy nén có
tỉ số nén cao do đó phải sử dụng chu trình nén 2 cấp, 2 tiết lưu, làm mát
bằng bình trung gian có ống xoắn.
Hơi môi chất sẽ được hút về máy nén hạ áp và nén lên bình trung gian,
tại đây môi chất sẽ được làm mát trung gian hoàn toàn. Sau khi được làm
mát, hơi môi chất được máy nén cao áp hút về và tiếp tục nén cao áp. Hơi
sau khi nén cao áp sẽ đi qua bình tách dầu. Tại đây, dầu sẽ được tách ra
khỏi hơi môi chất để tránh trường hợp dầu sẽ theo hơi vào các thiết bị trao
đổi nhiệt làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt. Sau đó, môi chất sẽ đi vào thiết
bị ngưng tụ. Đây là bình ngưng ống chùm nằm ngang sử dụng cho môi chất
NH
3
. Bình ngưng tụ là thiết bị trao đổi nhiệt ngược dòng nên môi chất được
quá lạnh ngay ở thiết bị ngưng tụ. Tại bình ngưng môi chất lỏng sẽ được
làm mát bằng nước nhờ một tháp giải nhiệt. Sau khi hơi môi chất được
ngưng tụ thành lỏng sẽ đi qua bình chứa cao áp, đường ống nối từ bình
ngưng tụ xuống bình chứa cao áp chính là đường ống cân bằng áp. Bình
chứa cao áp dùng để chứa lỏng môi chất ở áp suất cao, giải phóng bề mặt
của thiết bị ngưng tụ duy trì sự cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu. Sau đó
môi chất lỏng sẽ được tiết lưu tự động, lỏng tiếp tục đi theo ống dẫn lỏng
qua phin lọc, khi qua đây thì các cặn bẩn cơ học, nước, các axit sẽ được
loại trừ. Lỏng qua phin sấy lọc rồi qua van điện từ, van điện từ có nhiệm vụ
đóng mở nhầm cung cấp dịch hoặc ngưng cấp dịch cho tiết lưu. Môi chất
sau đó lại đi vào tiết lưu nhiệt (ở đây ta dùng van tiết lưu tự động ), van tiết
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét