Đang tải... (xem toàn văn)
Vai trò các hệ thống lạnh trong nền kinh tế quốc dân Kỹ thuật lạnh đã ra đời hàng trăm năm nay và được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành kỹ thuật rất khác nhau: trong công nghiệp chế biến v
CHơNG I vai trò hệ thống lạnh kinh tế quốc dân Kỹ thuật lạnh đà đời hàng trăm năm đợc sử dụng rộng rÃi nhiều ngành kỹ thuật khác nhau: công nghiệp chế biến bảo quản thực phẩm, công nghiệp hoá chất, công nghiệp rợu, bia, sinh học, đo lờng tự động, kỹ thuật sấy nhiệt độ thấp, xây dựng, công nghiệp dầu mỏ, chế tạo vật liệu, dụng cụ, thiết kế chế tạo máy, xử lý hạt giống, y học, thể thao, đời sống vv Ngày ngành kỹ thuật lạnh đà phát triển mạnh mẽ, đợc sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, phạm vi ngày mở rộng trở thành ngành kỹ thuật vô quan trọng, thiếu đợc đời sống kỹ thuật tất nớc Dới trình bày số ứng dơng phỉ biÕn nhÊt cđa kü tht l¹nh hiƯn 1.1 ứng dụng ngành chế biến bảo quản thực phẩm 1.1.1 Tác dụng nhiệt độ thấp thực phẩm Năm 1745 nhà bác học Nga Lômônôxốp luận án tiếng Bàn nguyên nhân nóng lạnh đà cho rằng: Những trình sống thối rửa diễn nhanh nhiệt độ cao kìm hÃm chậm lại nhiệt độ thấp Thật vậy, biến đổi thực phẩm tăng nhanh nhiệt độ 40ữ50oC nhiệt độ thích hợp cho hoạt hoá men phân giải (enzim) thân thực phẩm vi sinh vật nhiệt độ thấp phản ứng hoá sinh thực phẩm bị ức chế Trong phạm vi nhiệt độ bình thờng giảm 10oC tốc độ phản ứng giảm xuống 1/2 đến 1/3 lần Nhiệt độ thấp tác dụng đến hoạt động men phân giải nhng không tiêu diệt đợc chúng Nhiệt độ xuống dới 0oC, phần lớn hoạt động enzim bị đình Tuy nhiên mét sè men nh− lipaza, trypsin, catalaza ë nhiƯt ®é -191oC không bị phá huỷ Nhiệt độ thấp khả phân giải giảm, ví dụ men lipaza phân giải mỡ Khi nhiệt độ giảm hoạt động sống tế bào giảm do: - Cấu trúc tế bào bị co rút - Độ nhớt dịch tế bào tăng - Sự khuyếch tán nớc chất tan tế bào giảm - Hoạt tính enzim có tế bào giảm Bảng 1-1: Khả phân giải phụ thuộc nhiệt độ Nhiệt độ, oC Khả phân giải, % 40 11,9 10 3,89 2,26 -10 0,70 Các tế bào thực vật có cấu trúc đơn giản, hoạt động sống độc lập với thể sống Vì khả chịu lạnh cao, đa số tế bào thực vật không bị chết nớc cha đóng băng Tế bào động vật có cấu trúc hoạt động sống phức tạp, gắn liền với thể sống Vì khả chịu lạnh Đa số tế bào động vật chết nhiệt độ giảm xuống dới 4oC so với thân nhiệt bình thờng Tế bào động vật chết chủ yếu độ nhớt tăng phân lớp chất tan thể Một số loài động vật có khả tự điều chỉnh hoạt động sống nhiệt độ giảm, thể giảm hoạt động sống đến mức nhu cầu bình thờng điều kiện môi trờng khoảng thời gian định Khi tăng nhiệt độ, hoạt động sống chúng phục hồi, điều đợc ứng dụng vận chuyển động vật đặc biệt thuỷ sản dạng tơi sống, đảm bảo chất lợng tốt giảm chi phí vận chuyển * ảnh hởng lạnh vi sinh vật - Khả chịu lạnh loài vi sinh vật có khác Một số loài chết nhiệt độ 20ữ0oC Tuy nhiên số khác chịu nhiệt độ thấp Khi nhiệt độ hạ xuống thấp nớc tế bào vi sinh vật đông đặc làm vỡ màng tế bào sinh vật Mặt khác nhiệt độ thấp, nớc đóng băng làm môi trờng khuyếch tán chất tan, gây biến tính nớc làm cho vi sinh vật chết Trong tự nhiên có loại vi sinh vật thờng phát triển theo chế độ nhiệt riêng Bảng 1-2: ảnh hởng nhiệt độ đến vi sinh vËt Vi khuÈn - Vi khuÈn −a l¹nh (Psychrophiles) - Vi khuÈn −a Êm (Mesophiles) - Vi khuÈn −a nãng (Thermopphiles) NhiƯt ®é thÊp nhÊt 0oC NhiƯt ®é thÝch hợp 15 ữ 20oC Nhiệt độ cao 30oC 10 ÷ 20oC 20 ÷ 40oC 45oC 40 ÷ 90oC 50 ữ 55oC 50 ữ 70oC Nấm mốc chịu đựng lạnh tốt hơn, nhng nhiệt độ -10oC hầu hết ngừng hoạt động trừ loài Mucor, Rhizopus, Penicellium Để ngăn ngừa mốc phải trì nhiệt độ dới -15oC Các loài nấm sống nơi khan nớc nhng tối thiểu phải đạt 15% nhiệt độ -18oC, 86% lợng nớc đóng băng, lại 14% không đủ cho vi sinh vật phát triển Vì để bảo quản thực phẩm lâu dài cần trì nhiệt độ kho lạnh -18oC Để bảo thực phÈm ng−êi ta cã thĨ thùc hiƯn nhiỊu c¸ch nh−: Phơi, sấy khô, đóng hộp bảo quản lạnh Tuy nhiên phơng pháp bảo lạnh tỏ có u điểm bật vì: - Hầu hết thực phẩm, nông sản thích hợp phơng pháp - Việc thực bảo quản nhanh chóng hữu hiƯu phï hỵp víi tÝnh chÊt mïa vơ cđa nhiỊu loại thực phẩm nông sản - Bảo tồn tối đa thuộc tính tự nhiên thực phẩm, giữ gìn đợc hơng vị, màu sắc, vi lợng dinh dỡng thực phẩm 1.1.2 Các chế độ xử lý lạnh thực phẩm Thực phẩm trớc đợc đa vào kho lạnh bảo quản, cần đợc tiến hành xử lý lạnh để hạ nhiệt độ thực phẩm từ nhiệt độ ban đầu sau đánh bắt, giết mổ xuống nhiệt độ bảo quản Có hai chế độ xử lý lạnh sản phẩm xử lý lạnh xử lý lạnh đông a) Xử lý lạnh làm lạnh sản phẩm xuống đến nhiệt độ bảo quản lạnh yêu cầu Nhiệt độ bảo quản phải nằm điểm đóng băng sản phẩm Đặc điểm sau xử lý lạnh, sản phẩm mềm, cha bị hóa cứng đóng băng b) Xử lý lạnh đông kết đông (làm lạnh đông) sản phẩm Sản phẩm hoàn toàn hóa cứng hầu hết nớc dịch sản phẩm đà đóng thành băng Nhiệt độ tâm sản phẩm đạt -80C, nhiệt độ bề mặt đạt từ -180C đến -120C Xử lý lạnh đông có hai phơng pháp: a) Kết đông hai pha Thực phẩm nóng đợc làm lạnh từ 370C xuống khoảng 40C sau đa vào thiết bị kết đông để nhiệt độ tâm khối thực phẩm đạt -80C b) Kết đông pha Thực phẩm nóng đợc đa vào thiết bị kết đông để hạ nhiệt độ tâm khối thực phẩm xuống đạt dới -80C Kết đông pha có nhiều u điểm so với kết đông hai pha tổng thời gian trình giảm, tổn hao khối lợng khô ngót giảm nhiều, chi phí lạnh diện tích buồng lạnh giảm Đối với chế biến thịt thờng sử dụng phơng pháp 01 pha Đối với hàng thuỷ sản phải qua khâu chế biến tích trữ kho chờ đông nên thực tế diễn pha Các loại thực phẩm khác có chế độ bảo quản (bảng 1-3 1-4) đông lạnh thích hợp khác (bảng 1-5) chế độ bảo quản lạnh giai đoạn đầu trình kết động hai pha, ngời ta phải gia lạnh sản phẩm Thông thờng thực phẩm đợc gia lạnh môi trờng không khí với thông số sau: - Độ ẩm không khí buồng: 85 ữ 90% - Tốc độ không khí đối lu tự nhiên: 0,1 ữ 0,2 m/s; đối lu cỡng cho phép 0,5 m/s (kể rau quả, thịt, cá, trứng ) - Giai đoạn đầu, nhiệt độ sản phẩm cao, ngời ta giữ nhiệt độ không khí gia lạnh thấp nhiệt độ đóng băng sản phẩm chừng ữ 0C Nhiệt độ đóng băng số sản phẩm nh sau: thịt -1,2 0C, cá từ 0,6 ữ -20C, rau - 0,84 -4,20C Nhiệt độ không khí gia tăng 20C thời gian gia nhiệt kéo dài thêm 5h Sau tăng nhiệt độ sản phẩm đạt 348oC, nhiệt độ không khí tăng lên -1400C Tóm lại, cần tăng tốc độ gia lạnh nhng phải tránh đóng băng sản phẩm Bảng 1-3 Chế độ bảo quản rau tơi Nhiệt độ Độ ẩm Chế độ Thời gian bảo Sản phẩm - B−ëi - Cam - Chanh - Chuèi chÝn - Chuối xanh - Dứa chín - Dứa xanh - Đào - Táo - Cà chua chín - Cà chua xanh - Cà rốt - Da chuột - Đậu tơi - Hành - Khoai tây - Nấm tơi - Cải bắp, súp lơ - Su hào - Dừa - Xoài - Hoa nãi chung - Cóc - H - Phong lan C 045 0,54 14 14416 11,54 13,5 447 10 041 043 042 5415 041 -18 -18 - 29 044 10 042 -18 -240 -18 -140,5 13 143 1,6 1,6 4,5 kh«ngkhÝ,% th«ng giã 85 Më 85 “ 85 “ 85 “ 85 “ 85 85 85490 90495 85490 85490 90495 90 90 90 90 75 85490 80490 90 90 90 85490 85 85490 85490 80 80 80 “ “ “ “ “ “ “ §ãng “ “ Më “ “ “ §ãng “ “ “ “ “ “ “ “ “ quản 142 tháng 142 tháng 142 tháng 5410 ngày 3410 tuần 34 tuần 446 tháng 446 tháng 3410 tháng 146 Tuần 144 Tuần 143 Tháng 12418 Tháng Tháng Năm 344 Tuần 142 Năm 8410 Tháng 0,543 Tháng 10412 Tháng 247 Tuần 243 Tuần - Hoa hồng 4,5 80 Bảng 1-4: Chế độ bảo quản sản phẩm động vật Sản phẩm Thịt bò, hơi, nai, cừu Thịt bò gầy Gà, vịt, ngan, ngỗng mổ sẵn Thịt lợn tơi ớp lạnh Độ ẩm Chế độ Thời gian Nhiệt độ không khí thông bảo quản C gió % §ãng 10415 ngµy -0,540,5 82485 ‘’ ‘’ 040,5 80485 ‘’ -140,5 85490 044 80485 Thịt lợn tơi ớp đông -1,84-23 80485 Thịt đóng hộp kín Cá tơi ớp đá từ 50 đến 100% lợng cá Cá khô (W=14417%) Cá thu muối, sấy Lơn sống 042 -1 75480 100 ‘’ §ãng 244 244 243 243 -1411 243 243 12415 -144 -184-20 1,544 7415 0410 042 50 75480 854100 854100 854100 854100 Mở 12 Tháng Vài tháng Vài tháng 75480 75480 75480 70 80485 75480 75480 75480 Më ‘’ ‘’ ‘’ ‘’ §ãng 15430 ngày Vài ngày Vài ngày 38 Tuần 12 Tuần 36 Tuần 4412 Tháng ngày 346 Tháng Tháng Ngày ốc sống Sò huyết Tôm sống Tôm nấu chín Bơ muối ngắn ngày Bơ muối lâu ngày Bơ muối lâu ngày Pho mát cứng Pho mát nhÃo Sữa bột đóng hộp Sữa đặc có đờng Sữa tơi 10412 Tháng 12418 Tháng 6412 Ngày Trong kho lạnh có buồng gia lạnh riêng biệt Song sử dụng buồng bảo quản lạnh để gia lạnh Khi đó, số lợng sản phẩm đa vào phải phù hợp với suất lạnh buồng Các sản phẩm nóng phải bố trí cạnh dàn lạnh để rút ngắn thời gian gia lạnh Sản phẩm gia lạnh xong phải thu dọn xếp vào vị trí hợp lý buồng để tiếp tục gia lạnh đợt Bảng 1-5 Các thông số phơng pháp kết đông Phơng pháp kết đông Kết đông hai pha - Chậm - Tăng cờng - Nhanh Kết đông pha - Chậm - Tăng cờng - Nhanh Nhiệt độ tâm thịt, C Ban ®Çu Cuèi 4 -8 -8 -8 37 37 37 -8 -8 -8 Th«ng sè kh«ng Tèn khÝ buồng kết Thời hao gian đông khối kết Tốc độ lợng, Nhiệt đông chuyển % độ, 0C động, m/s 2,58 -18 2,35 40 0,140,2 -23 2,20 26 0,540,8 -15 16 344 -23 -30 -35 0,140,2 0,540,8 142 36 24 20 1,82 1,60 1,20 1.2 ứng dụng ngành khác Ngoài ứng dụng kỹ thuật chế biến bảo quản thực phẩm, kỹ thuật lạnh đợc ứng dụng rÊt réng r·i rÊt nhiỊu ngµnh kinh tÕ, kü thuật khác Dới ứng dụng thông dơng nhÊt 1.2.1 øng dơng s¶n xt bia, n−íc Bia sản phẩm thực phẩm, thuộc loại đồ uống độ cồn thấp, thu nhận đợc cách lên men rợu nhiệt độ thấp dịch đờng (từ gạo, ngô, tiểu mạch, đại mạch vv ), nớc hoa húp lông Qui trình công nghệ sản xuất bia trải qua nhiều giai đoạn cần phải tiến hành làm lạnh đảm bảo yêu cầu Đối với nhà máy sản xuất bia đại, lạnh đợc sử dụng khâu cụ thể nh sau: 1.2.1.1 Sử dụng để làm lạnh nhanh dịch đờng sau nấu Dịch đờng sau trình húp lông hoá có nhiệt độ khoảng 80oC cần phải tiến hành hạ nhiệt độ cách nhanh chóng xuống nhiệt độ lên men 6ữ8oC Tốc độ làm lạnh khoảng 30ữ45 phút Nếu làm lạnh chậm số chủng vi sinh vật có hại cho trình lên men kịp phát triển làm giảm chất lợng bia Để làm lạnh dịch đờng ngời ta sử dụng thiết bị làm lạnh nhanh Quá trình đợc thực qua hai giai đoạn: - Dùng nớc 1oC hạ nhiệt độ dịch đờng từ 80oC xuống khoảng 20oC - Sử dụng glycol (hoặc nớc muối) có nhiệt độ thấp khoảng -8oC để hạ nhiệt độ dịch đờng từ 20oC xuống 8oC Kỹ thuật lạnh đại sử dụng glycol để làm lạnh nớc muối gây ăn mòn h hỏng thiết bị điện Nh trình hạ nhiệt đòi hỏi phải sử dụng lợng lạnh lớn Tính trung bình nhà máy bia công suất 50 triệu lít/năm ngày phải nấu khoảng 180m3 dịch đờng Lợng lạnh dùng để hạ nhiệt lớn 1.2.1.2 Quá trình lên men bia Quá trình lên men bia đợc thực phạm vi nhiệt độ định khoảng 6ữ8oC Quá trình lên men giai đoạn định để chuyển hoá dịch đờng houblon hoá thành bia dới tác động nấm men thông qua hoạt động sống chúng Trong trình lên men dung dịch toả lợng nhiệt lớn Quá trình lên men đờng houblon hoá diễn qua hai giai đoạn: - Lên men chính: Kéo dài từ ữ 12 ngày loại bia vàng 12 ữ 18 ngày loại bia đen Nhiệt độ lên men ữ 8oC - Lên men phụ tàng trữ: Kéo dài tuần tất loại bia Nhiệt độ lên men phụ ữ 2oC Nhiệt độ có ảnh hởng lớn đến trình lên men chất lợng sản phẩm Khi nhiệt độ cao dẫn đến tác động nh sau: + Thời gian lên men nhanh + Mật độ tối đa đạt đợc cao nhiệt độ thấp + Lên men triệt để nhng hàm lợng sản phẩm bậc hai (đặc biệt diaxetyl) tạo nhiều 10 + Lợng sinh khối tạo nhiều nhng lợng tế bào chết lại nhiều tốc độ suy giảm đặc tính công nghệ nhanh + Tỷ lệ cấu tử bia không cân đối, chất lợng bia giảm Mỗi loại nấm men có nhiệt độ thích hợp cho phát triển lên men Khi không đảm bảo yêu cầu nhiệt độ kết nhận đợc chất lợng 1.2.1.3 Bảo quản nhân men giống Một khâu vô quan trọng cần lạnh nhà máy bia khâu bảo quản nhân men giống Men giống đợc bảo quản tank đặc biệt nhiệt độ thấp Tank có cấu tạo tơng tự tank lên men, có thân hình trụ bên có áo dẫn glycol làm lạnh Tuy nhiên kích thớc tank men nhỏ tank lên men nhiều, nên lợng lạnh cần thiết cho tank men giống không lớn 1.2.1.4 Làm lạnh đông CO2 Trong trình lên men nhờ trình thuỷ phân mà tank lên men sinh nhiều khí CO2 Quá trình phát sinh khí CO2 thể phản ứng dới Kết cuối trình chuyển hoá (lên men) từ đờng hexoza đến rợu etylic khí cácbonic biểu diễn phơng trình tổng quát cña Gay - Lussac nh− sau: C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2 Khí CO2 lại cần cho qui trình công nghệ bia nh khâu chiết rót xử lý công nghệ tank lên men Khí CO2 thoát từ tank lên men trình sinh hoá cần phải đợc thu hồi, bảo quản để sử dụng vào dây chuyền công nghệ Để bảo qu¶n CO2 tèt nhÊt chØ cã thĨ ë thĨ láng, nhiệt độ bình thờng áp suất ngng tụ CO2 đạt gần 100at Vì để giảm áp suất bảo quản CO2 xuống áp suất dới 20 kG/cm2 cần thiết phải hạ nhiệt độ bảo quản xuống thấp cỡ -30 ữ -35oC Dới trình bày sơ đồ làm lạnh CO2: 11 Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống thu hồi CO2 1.2.1.5 Làm lạnh nớc 1oC Nớc lạnh đợc sử dụng nhà máy bia với nhiều mục đích khác nhau, đặc biệt đợc sử dụng để làm lạnh nhanh dịch đờng sau đợc houblon hoá đến khoảng 20oC Việc sử dụng nớc 1oC giải pháp hữu hiệu kinh tế nhà máy bia đại Phụ tải nhiệt mẻ nấu theo thời gian ngày không liên tực mà có dạng hình xung Khi mẻ nấu hoàn thành yêu cầu phải tiến hành làm lạnh nhanh Rõ ròng sử dụng làm lạnh trực tiếp công suất máy lạnh lớn Việc sử dụng nớc lạnh 1oC để hạ lạnh nhanh dịch đờng cho phép trữ lợng lạnh đáng kể để làm lạnh dịch đờng mẻ nấu cách nhanh chóng Điều cho phép không cần có hệ thống lạnh lớn nhng đảm bảo yêu cầu Nớc đợc làm lạnh nhờ glycol đến khoảng 1oC qua thiết bị làm lạnh nhanh kiểu 1.2.1.6 Làm lạnh hầm bảo quản tank lên men điều hoà Trong số nhà máy công nghệ cũ, bia đợc bảo quản lạnh hầm làm lạnh, trờng hợp cần cung cấp lạnh để làm lạnh hầm b¶o qu¶n 12 ... Hoa nãi chung - Cóc - H - Phong lan C 045 0,54 14 14 416 11 ,54 13 ,5 447 10 0 41 043 042 5 415 0 41 -1 8 -1 8 - 29 044 10 042 -1 8 -2 40 -1 8 -1 40,5 13 14 3 1, 6 1, 6 4,5 kh«ngkhÝ,% th«ng giã 85 Më 85 “ 85 “... muối, sấy Lơn sống 042 -1 75480 10 0 Đóng 244 244 243 243 -1 411 243 243 12 415 -1 44 -1 8 4-2 0 1, 544 7 415 0 410 042 50 75480 85 410 0 85 410 0 85 410 0 85 410 0 Mở 12 Tháng Vài tháng Vài tháng ‘’ ‘’ ‘’ 75480... xanh - Dứa chín - Dứa xanh - Đào - Táo - Cµ chua chÝn - Cµ chua xanh - Cµ rèt - Da chuột - Đậu tơi - Hành - Khoai tây - Nấm tơi - Cải bắp, súp lơ - Su hµo - Dõa - Xoµi - Hoa nãi chung - Cóc - H -