CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 1.1 Nguyên liệu [11] Cà chua là loại rau thuộc nhóm quả được sử dụng rộng rãi chẳng những như rau quả mà còn như nước giải khát bổ dưỡng nhất. Cà chua có xuất xứ từ Nam Mỹ, nay được trồng ở hầu hết các nước trên thế giới. Tuy nhiên, cà chua vùng ôn đới vẫn cho chất lượng và sản lượng tốt nhất. Có nhiều giống cà chua.
Chúng khác nhau về hình dạng, độ lớn, màu sắc, chất lượng quả, v. Mỗi giống có đặc tính công nghệ riêng thuận lợi cho nhu cầu sử dụng đa dạng. Thời vụ thu hái cà chua Việt Nam là khoảng tháng 11 đến tháng 2 năm sau, trong khi các nước ôn đới thu hoạch vào khoảng tháng 7 đến tháng 9. Thành phần hóa học: Độ khô 4,5÷8%, đường 3÷4% chủ yếu là đường fructoza và glucoza, chỉ có khoảng 0,5% saccaroza, acid 0,2÷0,5%, vitamin C 20÷40mg%, protein 1,0÷1,6%, khoáng chất 0,3÷0,6%.
Chất lượng cà chua được đánh giá qua các chỉ tiêu cơ bản sau: - Độ chín: màu đỏ là đặc trưng cho độ chín của cà chua. Giống của cà chua được đánh giá là tốt khi chín đỏ từ trong ra ngoài, từ phần thịt đến vỏ, khi đó đảm bảo tích lũy tối đa đường, vitamin và các chất khác. - Độ khô: độ khô cao hay thấp phụ thuộc vào giống, thời kì phát triển, kỹ thuật chăm bón cà chua. Độ khô càng cao chứng tỏ chất lượng càng tốt.2 Sản phẩm cà chua cô đặc [12] Cà chua cô đặc là một trong những sản phẩm chính của công nghiệp đồ hộp rau quả, được coi là bán chế phẩm vì nó được dùng để chế biến các loại đồ hộp khác như đồ hộp xốt các loại, nước xốt của đồ hộp thịt, cá, rau, để làm nguyên liệu nấu nướng.
Cà chua cô đặc được chế biến bằng cách cô đặc thịt cà chua (theo mức độ khác nhau) sau khi đã nghiền nhỏ và loại bỏ hạt, vỏ. Ở Liên Xô cà chua cô đặc được phân loại như sau: - Pure cà chua: có độ khô 12, 15 và 20%. - Cà chua cô đặc loại độ khô 30, 35 và 40%. - Cà chua cô đặc loại độ khô 50 – 70%.
- Bột cà chua: độ khô 88 – 95%. Dạng cà chua cô đặc có độ khô 30% được chế biến nhiều hơn cả. 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com GVHD: Trần Thị Thùy Linh ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ Ở Mỹ, cà chua cô đặc được phân loại như sau: - Pure cà chua: cà chua chà mịn qua rây để loại bỏ vỏ, hạt. - Pure cà chua miếng: cà chua xé tơi, qua sàng để loại bỏ vỏ, hạt.
- Cà chua cô đặc loại có độ khô 25 – 29%. - Cà chua cô đặc có độ khô 29 – 33%. - Cà chua cô đặc có độ khô trên 33%. - Cà chua miếng cô đặc: cà chua xé tơi, loại bỏ vỏ và hạt, rồi cô đặc.2 QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC 1.1 Định nghĩa Cô đặc là phương pháp thường dùng để làm tăng nồng độ một cấu tử nào đó trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử.
Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó) được tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt hay bằng phương pháp làm lạnh kết tinh. Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịch bằng cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi.2 Các phương pháp cô đặc 1.1 Phương pháp nhiệt độ (đun nóng) Trong phương pháp nhiệt, dưới tác dụng của nhiệt (do đun nóng), dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất bên ngoài lên mặt thoáng của dung dịch (tức dung dịch sôi). Để cô đăc các dung dịch không chịu được nhiệt độ cao (như dung dịch đường chứa nhiều vitamin) đòi hỏi phải cô đặc ở nhiệt độ đủ thấp ứng với áp suất cân bằng ở mặt thoáng thấp, hay thường là ở chân không (p < 1 at). Đó là phương pháp cô đặc chân không.2 Phương pháp nhiệt lạnh (kết tinh) [4] Trong phương pháp nhiệt lạnh, khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức độ yêu cầu nào đó thì một cấu tử sẽ được tách ra dưới dạng tinh thể đơn chất tinh khiết – thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất ta (trước khi xảy ra sự kết tinh otecti).
Tùy theo tính chất của các cấu tử - nhất là kết tinh dung môi, và điều kiện áp suất bên ngoài tác dụng lên dung dịch mà quá trình kết tinh đó có thể xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và có phải dùng đến máy lạnh (như kết tinh nước để cô đặc nước quả ép giàu sinh tố,.3 Bản chất thực sự của cô đặc do nhiệt Để tạo thành hơi (trạng thái tự do) thì tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com GVHD: Trần Thị Thùy Linh ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Do đó, cần cung cấp nhiệt để các phần tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này. Bên cạnh đó, sự bay hơi chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc.
Tách không khí và lắng keo khi đun sơ bộ sẽ ngăn được sự tạo bọt khi cô đặc.4 Phân loại thiết bị cô đặc nhiệt [9] Có nhiều cách phân loại khác nhau nhưng theo đặc điểm cấu tạo sau đây là dễ dàng và tiêu biểu nhất để phân loại. Thiết bị cô đặc được chia làm sáu loại thuộc ba nhóm chủ yếu sau đây: Nhóm 1: dung dịch được đối lưu tự nhiên (hay tuần hoàn tự nhiên) đối với nhóm này thường có hai loại như sau: - Có buồng đốt trong (đồng trục với buồng đốt hơi); có thể có ống tuần hoàn trong hay ống tuần hoàn ngoài. - Có buồng đốt ngoài (không đồng trục với buồng bốc hơi) Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng bức (tức tuần hoàn cưỡng bức) đối với nhóm này thường có hai loại như sau: - Có buồng đốt trong, có ống tuần hoàn ngoài. - Có buồng đốt ngoài, có ống tuần hoàn ngoài.
Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng, loại này thường cũng có hai loại: - Màng dung dịch chảy ngược lên, có thể có buồng đốt trong hay buồng đốt ngoài. - Màng dung dịch chảy xuôi, có thể có buồng đốt trong hay buồng đốt ngoài.5 Yêu cầu thiết bị Về cấu tạo thiết bị cô đặc có nhiều loại nhưng chúng đều có ba bộ phận chính sau: - Bộ phận nhận nhiệt: ở thiết bị đốt nóng bằng hơi nước bộ phận nhận nhiệt là dàn ống gồm nhiều ống nhỏ, trong đó hơi nước ngưng tụ ở bên ngoài các ống, truyền nhiệt do dung dịch chuyển động bên trong các ống. - Không gian để phân ly: hơi dung môi tạo ra còn chứa cả dung dịch nên phải có không gian lớn để tách dung dịch rơi trở lại bộ phận nhận nhiệt. - Bộ phận ly tâm: để tách các giọt dung dịch còn lại trong hơi.
Những yêu cầu chung cần bảo đảm khi chế tạo các thiết bị cô đặc 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com GVHD: Trần Thị Thùy Linh ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ - Thích ứng với tính chất đặc biệt của dung dịch cần cô đặc như độ nhớt cao, khả năng tạo bọt lớn, tính ăn mòn kim loại… - Có hệ số truyền nhiệt lớn, bởi vì khi nồng độ tăng hệ số truyền nhiệt giảm mạnh. - Tách ly hơi thứ cấp tốt, đảm bảo hơi thứ cấp sạch để có thể cho ngưng tụ (không bám bẩn bề mặt ngưng) lấy nhiệt cho cấp cô đặc tiếp theo. - Bảo đảm tách các khí không ngưng còn lại sau khi ngưng tụ hơi đốt. - Dễ dàng cho việc làm sạch sẽ bề mặt bên trong các ống vì khi dung dịch bốc hơi bên trong các ống sẽ làm bẩn bề mặt bên trong của ống (tạo cặn).
Chọn loại thiết bị cô đặc một nồi hoạt động liên tục có ống tuần hoàn trung tâm. Nhằm mục đích giữ được chất lượng của sản phẩm và thành phần quan trọng (tính chất tự nhiên, màu, mùi, vị, đảm bảo lượng vitamin,.) nhờ nhiệt độ thấp và không tiếp xúc oxy. - Ưu điểm: + Nhập liệu đơn giản: nhập liệu liên tục bằng bơm hoặc bằng độ chân không trong thiết bị. + Tránh phân hủy sản phẩm, thao tác dễ dàng.
+ Cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa, làm sạch. - Nhược điểm: + Năng suất thấp và tốc độ tuần hoàn nhỏ vì ống tuần hoàn cũng bị đốt nóng. + Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dung được cho mục đích khác. + Hệ thống phức tạp, có thiết bị ngưng tụ chân không.
4 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com GVHD: Trần Thị Thùy Linh ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CHƯƠNG 2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI LIÊN TỤC Nguyên lý hoạt động của hệ thống cô đặc một nồi liên tục được thể hiện hình 2.1 được qua thiết bị gia nhiệt. Dung dịch từ thùng chứa nguyên liệu (2) được bơm (1) bơm lên thùng cao vị (3) để ổn áp, sau đó chảy qua lưu lượng kế (4), qua thiết bị gia nhiệt (11) rồi đi vào thiết bị cô đặc (5) thực hiện quá trình bốc hơi. Hơi thứ và khí không ngưng đi qua phía trên của thiết bị cô đặc vào thiết bị ngưng tụ (6). Trong thiết bị ngưng tụ nước làm lạnh từ trên đi xuống, ở đây hơi thứ sẽ tụ lại thành lỏng chảy qua ống Baromet ra bồn chứa, phần không ngưng qua bộ phận tách giọt (7) để chỉ còn khí theo bơm chân không (8) ra ngoài.
Dung dịch sau cô đặc được bơm ra ở phía dưới thiết bị cô đặc đi vào thùng chứa sản phẩm (9).2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ CÔ ĐẶC ỐNG TUẦN HOÀN TRUNG TÂM Khi thiết bị làm việc, dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp lỏng – hơi có khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên miệng ống. Đối với ống tuần hoàn thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt dung dịch truyền nhiệt lớn hơn so với ống truyền nhiệt nên lượng hơi tạo ra trong ống truyền nhiệt lớn hơn.