TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÁO CÁO MÔN THIẾT KẾ MÁY VÀ NHÀ MÁY THỰC PHẨM
Đề tài:
TÌM HIỂU THIẾT BỊ TIỆT TRÙNG SỮA BẰNG
PHƯƠNG PHÁP UHT DẠNG BẢN MỎNG

Tháng 03 năm 2010
Trang 2
MỤC LỤC
I. Giới thiệu
…………………………………………………………….
II. Cơ sở khoa học của quá trình tiệt trùng
2.1 Cơ sở khoa học:
Nhiều loài vi sinh vật khác nhau được tìm thấy trong thực phẩm và nguyên liệu chế biến thực
phẩm.Dựa vào khả năng sinh tổng hợp độc tố và gây bệnh,hệ vi sinh vật trong thực phẩm có thể chia làm hai
nhóm:
+Nhóm vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp độc tố và gây bệnh cho người:nếu thực phẩm bị nhiễm
nhóm vi sinh vật này thì có thể gây ngộ độc cho người sử dụng.Đứng từ góc độ vệ sinh an toàn thực phẩm
thì đây là nhóm vi sinh vật có hại và chúng ta cần phải áp dụng những giải pháp kĩ thuật trong quy trình sản
xuất để chúng không bị nhiễm vào thực phẩm.
Trang 3
+Nhóm vi sinh vật không có khả năng sinh tổng hợp độc tố:nhóm vi sinh vật này hoặc không có ảnh
hưởng xấu hoặc có ảnh hưởng tốt đến sức khỏe người tiêu dung.Tuy nhiên,khi nhóm vi sinh vật này có mặt
trong thực phẩm chúng sẽ thực hiện quá trình trao đổi chất,từ đó gây ra những biến đổi về thành phần hóa
học và giá trị cảm quan của thực phẩm. Kết quả là chất lượng thực phẩm nhanh chóng bị biến đổi theo thời
gian bảo quản.
Ngoài ra,chúng ta cũng cần lưu ý đến sự có mặt của các enzyme trong thực phẩm vì chúng sẽ gây ra
những biến đổi hóa sinh và cảm quan, từ đó làm thay đổi các chỉ tiêu chất lượng của thực phẩm trong quá

Một số sản phẩm trong quy trình sản xuất có sử dụng phương pháp tiệt trùng UHT như: sản phẩm
dạng lỏng từ sữa, nước trái cây,cream,sữa chua,rượu,salad dressing…
Phương pháp tiệt trùng UHT gồm có hai phương pháp chính:phương pháp gia nhiệt trực tiếp và gia
nhiệt gián tiếp.
a) Hệ thống gia nhiệt trực tiếp:
Trang 4
Sản phẩm sẽ được gia nhiệt bằng cách tiếp xúc trực tiếp với hơi nước vô trùng.Ưu điểm của phương
pháp này là sản phẩm sẽ được đạt được nhiệt độ cao trong thời gian ngắn.Và đối với một sản phẩm nhạy
cảm như sữa thì điều này sẽ ít làm biến đổi chất lượng của sản phẩm.Có thể gia nhiệt trực tiếp bằng hai
phương pháp:
+Sử dụng vòi phun hơi nước để đưa hơi nước áp suất cao vào chất lỏng đã được gia nhiệt trước để
nhiệt độ sản phẩm tăng lên một cách nhanh chóng.Sau giai đoạn giữ nhiệt,sản phẩm sẽ được làm lạnh nhanh
trong chân không để loại bỏ nước tương đương với lượng hơi nước đã sử dụng.Với phương pháp này,sản
phẩm được gia nhiệt và làm lạnh nhanh và loại được hơi nước.Tuy nhiên,phương pháp này chỉ phù hợp với
một số sản phẩm.Vì phương pháp này tiêu hao năng lượng khá lớn,mặt khác sản phẩm tiếp xúc trực tiếp với
thiết bị ở nhiệt độ cao sẽ ảnh hưởng đến mùi vị của sản phẩm.
+Dòng sản phẩm sẽ được bơm vào buồng chứa hơi nước áp suất cao bằng vòi.Điểm nổi bật của hệ
thống này là lượng hơi nước lớn còn thể tích dòng sản phẩm nhỏ được phân bố trên một diện tích bề mặt lớn
của sản phẩm.Nhiệt độ sản phẩm được kiểm soát chính xác thông qua áp suất.Bên cạnh đó,giai đoạn giữ
nhiệt sẽ được thực hiện bằng việc sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng hoặc dạng ống.Tiếp theo sản
phẩm sẽ được làm lạnh nhanh trong buồng chân không.Ưu điểm của phương pháp này là sản phẩm được gia
nhiệt và làm lạnh nhanh chóng,quá trình trao đổi nhiệt xảy ra đồng đều trong dòng sản phẩm,thích hợp cho
cả sản phẩm có độ nhớt thấp và cao.
b) Hệ thống gia nhiệt gián tiếp:
Với phương pháp này,thiết bị gia nhiệt và sản phẩm không tiếp xúc trực tiếp với nhau,cách nhau bởi
các thiết bị tiếp xúc bề mặt.Có nhiều kiểu trao đổi nhiệt được áp dụng:thiết bị dạng bản mỏng,dạng ống.
Thiết bị dạng bản mỏng:tượng tự như khi ta sử dụng trong HTST,nhưng áp suất của quá trình được
giới hạn bởi những tấm đệm.Vận tốc chất lỏng thấp có thể dẫn đến việc gia nhiệt không đồng đều.Phương
pháp này giúp tiết kiệm được không gian tầng,dễ dàng kiểm tra và có khả năng tái sinh.
Thiết bị dạng ống gồm có kiểu ống bọc,kiểu ống xoắn,kiểu ống lồng ống,nhiều ống.Tất cả những

3.2 Sơ đồ thiết bị
Trang 7
IV. Thiết bị tiệt trùng UHT dạng bản mỏng (kiểu tấm)
4.1 Cấu tạo:
Các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hóa chất,
hóa dầu ,thực phẩm…
Bộ phận chính của thiết bị là những tấm bảng hình chữ nhật với độ dày rất mỏng và được làm
bằng thép không rỉ. Mỗi tấm bảng sẽ có bốn lỗ tại bốn góc và hệ thống các đường rãnh trên khắp bề mặt
để tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt.
Trang 8

Khi ghép các tấm bảng mỏng lại với nhau trên bộ khung của thiết bị sẽ hình thành nên những
hệ thống đường vào và ra cho mẫu khảo sát và chất tải nhiệt. Tùy thuộc vào đều kiện cụ thể, các nhà tổ chức
sẽ bố trí hệ thống những đường dẫn thích hợp

a) Những ưu điểm nổi bật:
Trang 9
Đảm bảo được hệ số truyền nhiệt cao với hệ số kháng thủy lực thấp.
Thiết bị gọn nhẹ, chi phí chế tạo thấp.
Làm việc đáng tin cậy, không bị rò rỉ, kết hợp hài hòa hai yếu tố lắp đặt và bảo dưỡng.
Việc chuẩn hóa các chi tiết cho phép áp dụng rộng rãi loại thiết bị này ở các áp suất và nhiệt độ khác
nhau.
b) Phân loại
Theo hình dáng và vật liệu bề mặt trao đổi nhiệt,
Theo mục đích sử dụng môi chất làm việc,
Theo chiều chuyển động của môi chất.
c) Kết cấu các thành phần cơ bản của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm:
i. Các tấm trao đổi nhiệt cơ bản
Cấu tạo của tấm cho ta những chỉ tiêu kĩ thuật của thiết bị.
Tùy theo hình dạng, kích thước, đặc điểm cấu tạo của tấm mà ta có cường độ trao đổi nhiệt khác

Trang 13

ii. Phân loại các tấm cơ bản:
Tấm có cấu trúc gây dòng chảy rối.
Tấm dạng băng tải.
Tấm băng lưới.
Tấm phẳng hay tấm tạo kênh.
e) Cấu tạo thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm hiện đại
i. Các loại thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm cơ bản:
Đặc điểm chủ yếu của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm là kết cấu, hình dáng, kênh dẫn, cho môi chất
làm việc; kênh dẫn nằm giữa các tấm cạnh nhau, thường có hình dáng khe hẹp.
Trang 14
Trong các khe hẹp này, môi chất thường chuyển động dưới dạng màng mỏng, do đó, hệ số trao đổi
nhiệt cao. Hình dạng và mặt cắt các tấm rất đa dạng, nhiều khi khác xa tấm phẳng, ( khái niệm tấm hầu như
chỉ có tinh quy ước).
Thông thường, các tấm đặt song song với nhau, giữa các tấm sẽ là khoảng cách không gian hẹp, tạo
nên các kênh dẫn riêng biệt cho các môi chất khác nhau để đôt nóng hoặc làm nguội môi chất.
ii. Thiết bị trao đổi nhiệt dùng tấm lắp ghép được:
Được sử dụng để gia nhiệt các môi chất dễ đóng cặn, dễ ăn mòn, những chất này dễ tạo ra lớp cặn có
nhiệt trở phụ, cũng như làm tăng trở kháng thủy lực nếu chúng quá dày, làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt
giữa các môi chất với nhau.
Đáp ứng yêu cầu của quá trình công nghệ: thay đổi lượng kênh dẫn cũng như lưu lượng của môi
chất.
Thiết bị bao gồm nhiều tấm trao đổi nhiệt được ghép trên trụ ngang, hai đầu được gắn cố định. Mỗi
tấm đều có hai doăng nhằm ngăn cách các môi chất chuyển động theo các hướng khác nhau mà không hòa
trộn vào nhau. Một kênh dẫn cho chất lỏng nóng, kênh khác dẫn cho môi chất lạnh. Như vậy, tồn tại song
song một hệ thống kênh dẫn lẻ và một hệ thống kênh dẫn chẵn. Nhờ đó, hai môi chất nóng, lạnh chuyển
động xen kẽ nhau. Cả hai hệ thống này đều nối qua ống ghép, từ đó qua cửa góp riêng đi ra ngoài.
iii. Thiết bị trao đổi nhiệt dùng tấm bán lắp ghép:
ở trên, nhờ có doăng cao su mà ta có thể tạo ra những bề mặt trao đổi nhiệt riêng biệt, sau một thời

ngăn không làm sữa bị sôi) và giữ nhiệt độ này vài giây ở ống lưu nhiệt 6. Quá trình làm lạnh nhanh xảy
ra ở tháp 7, ở đó độ chân không được điều chỉnh bởi bơm 8 sao cho lượng hơi nước bốc đi cân bằng với
lượng hơi nước đã dùng để tiệt trùng. Sữa được đưa sang thiết bị đồng hóa vô trùng 10 bằng bơm ly tâm
Trang 16
9. Sau khi đồng hóa, sữa được làm lạnh đến 20
0
C trong thiết bị trao đổi nhiệt 3 và đưa đến máy rót vô
trùng hoặc đến thùng tạm chứa trung gian 11 chờ rót.
Nước lạnh dùng cho ngưng tụ chuyển từ thùng cân bằng 1b, sau khi ra khỏi tháp bốc hơi 7 được dung như
tác nhân gia nhiệt sau khi ra khỏi injector.
• Tiệt trùng gián tiếp:
Sữa có nhiệt độ 4
0
C được bơm từ thùng tạm chứa vào thùng cân bằng 1 và từ thùng này qua bơm 2 sẽ đưa
vào ngăn hoàn nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bảng 3 và được nâng nhiệt độ lên khoảng 75
0
C do
hấp thụ nhiệt của sữa tiệt trùng đi ra. Từ đó sữa được đưa qua thiết bị đồng hóa với áp suất 180-250 bar. Tiếp
đó sữa được đưa qua ngăn tiệt trùng của thiết bị 3 và đạt 137
0
C, giữ ở nhiệt độ này trong vài giây trong ống
lưu nhiệt 6. Injector 5 dùng để điều chỉnh lượng nước nóng và nhiệt độ của nó. Sữa được làm lạnh bằng cách
trao đổi nhiệt với nước và với sữa lạnh đi vào kết quả làm giảm nhiệt độ sữa tiệt trùng xuống 20
0
C. Cuối
cùng sữa được đưa đến bồn chờ rót vô trùng.
b) Dòng chảy của lưu chất trong thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng:
Trang 17
Trang 18


SN-2t
2 80/152 4.0
40，000
6 4 1.6*1.4*1.8 910 32 DN25 32
BR26-PUT-
SN-3t
3 120/228 4.0
60，000
9 4 1.8*1.6*2.0 940 38 DN25 38
BR26-PUT-
SN-4t
4 160/304 4.0
80，000
12 6 2.0*1.6*2.0 970 38 DN32 51
BR26-PUT-
SN-5t
5 200/380 4.0
100，000
15 6 2.2*1.6*2.0 1030 51 DN32 51
Bộ phận chính trong thiết bị tiệt trùng UHT là bộ phận trao đổi nhiệt dạng bản mỏng.Sau đây là một số thiết
bị trao đổi nhiệt bản mỏng:
a) Hãng GAE:
i. Dòng sản phẩm NT:
Trang 22
Trang 23
Trang 24
Tấm truyền nhiệt : 316 Stainless, 304 Stainless, Titanium, Hastelloy, 904L, SMO 254, và những loại khác
theo yêu cầu.
Vòng đệm : NBR, NBR nhiệt độ cao, EPDM, Viton, và những loại khác theo yêu cầu.
Ứng suất tấm : thép cacbon, thép không gỉ, và những loại khác theo yêu cầu.