Đồ án I - QTTB

GVHD: ThS. Lê Ngọc Cương

MỤC LỤC…………………………………………………………………………….1
LỜI MỞ ĐẦU………………………………………………………………………...3
Phần I: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁ HỘP….……………………………..….....5
1. Giới thiệu……….……………………………………………………………......5
2. Quy trình………………………..…………………………………......................5
3. Thuyết minh quy trình....……………………………………………………......6
Phần II: TỔNG QUAN VỀ TIỆT TRÙNG................................................................7
I.

Khái

niệm

về

tiệt

trùng…………………..............

…………………...........7
II. Cá hộp tại sao phải tiệt trùng..………………………………………………......8
III. Các thông số của tiệt trùng bằng phương pháp dùng nhiệt……………………9
IV. Công thức tiệt trùng…………………………………………………………..10
V. Các loại thiết bị tiệt trùng dung nhiệt……………………………………………10
VI. Các phương pháp tạo áp suất đối kháng trong thiết bị tiệt trùng cao áp……...12
6.1 Tiệt trùng bằng hơi nước………………………………………………..13
6.2 Tiệt trùng tạo áp suất đối kháng bằng không khí nén………………..…13



Đồ án I - QTTB

GVHD: ThS. Lê Ngọc Cương

5.4 Tính đường kính bu lông của thiết
bị.........................................................21
5.5

Tính

đường

kính

ông

dẫn

hơi....................................................................22
5.6
lề...............................................................................22
5.7 Tính

Tính

kích

thước


Tính

lượng

nước

cần

thiết

để

làm

nguội ...............................................................27
KẾT LUẬN……………………………………………………….............................29
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................30
PHỤC LỤC..................................................................................................................31

NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN

2


Đồ án I - QTTB

GVHD: ThS. Lê Ngọc Cương

LỜI MỞ ĐẦU

Chọn dạng HTTT
Các thao tác
Các thông số
NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN

3


Đồ án I - QTTB

GVHD: ThS. Lê Ngọc Cương

Tính toán thiết kế thiết bị tiệt trùng
Tính toán năng lượng
Tính toán lượng nước làm nguội
Phần 4: Bản vẽ
Phần 5: Kết luận
Phần 6: Tài liệu tham khảo
Đây là đồ án đầu tiên chúng em được nhận, trong quá trình làm sẽ có
những thiếu xót, mong thầy đọc và sửa lỗi để chúng em rút kinh nghiệm cho
những đồ án tiếp theo.
5.
6.
7.

Em xin chân thành cảm ơn thầy ThS. Lê Ngọc Cương cùng các thầy cô
giáo trong Viện Công nghệ sinh học & Công nghệ thực phẩm đã hướng dẫn
tận tình để em hoàn thành được đồ án này.

EM XIN CẢM ƠN !

5


Đồ án I - QTTB

GVHD: ThS. Lê Ngọc Cương

Hình 1. Quy trình sản xuất cá ngừ ngâm dầu đóng hộp

3.
-

-

Thuyết minh quy trình:
Tiếp nhận nguyên liệu:Cá ngừ được tiếp nhận ở trạng thái đông lạnh nên
khi tiếp nhận cần tan giá sau đó sẽ mang đi rửa.
Xử lý: Cá đem đi cắt dầu, mổ moi ruột, mang, tạp chất rồi sau đó rửa lại
bằng nước.
Hấp: Hấp bằng hơi nước nóng ở nhiệt độ 950C trong 30 – 40 phút. Mục
đích của của công đoạn này là giúp cho việc lạng da và file sau này được
dễ dàng; ngoài ra protein dưới tác dụng của nhiệt sẽ tách nước đem đi
ngâm dầu đảm bảo tỷ lệ cái nước ổn định hệ nhũ tương.
Làm nguội: Thuận lợi cho việc lạng da, file
Lạng da, file: Dưới lớp da của cá ngừ là phần thịt đỏ ( khi gia nhiệt thành
màu nâu) có chứa nhiều chất histadin trong quá trinh bảo quản sẽ biến
thành hợp chất histamin gây dị ứng, do đó nên cần file loại bỏ phần thịt
NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN

6

ngoài ra nó còn làm nhừ thực phẩm, tăng hương vị món ăn.

Phần 2 : TỔNG QUAN VỀ TIỆT TRÙNG
1.

Khái niệm về tiệt trùng

Tiệt trùng (sterilization) là tiêu diệt vi sinh vật (kể cả bào tử) hoặc bất hoạt
virus.
Yêu cầu của phương pháp tiệt trùng là tiêu diệt tối đa vi sinh vật có hại, số còn
lại ít đến mức độ không thể phát triển làm hư hỏng sản phẩm và không ảnh
hưởng tới sức khỏe người sử dụng.
Các phương pháp tiệt trùng:
Sử dụng nhiệt độ cao


-

NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN

7


Đồ án I - QTTB


-

-


2.

Không khí có khả năng dẫn nhiệt kém, nếu xếp sản phẩm quá đầy và tủ
sấy không có bộ phận luồng khí chuyển động thì ở khoảng giữa không
gian không đạt được nhiệt độ như yêu cầu. Vì vậy, cần tiệt trùng ở nhiệt
cao và thời gian lâu. Sản phẩm dễ bị cháy vì ở nhiệt cao.
Còn khi sử dụng phương pháp tiệt trùng trong nước đun sôi thì nhiệt độ
chỉ đạt ở 100 độ C mà ở nhiệt độ đó không đủ tiêu diệt một số vi sinh vật
ưa nhiệt và tạo bào tử.
 Phương pháp sử dụng hơi nước bão hòa dưới áp suất cao có thể nâng
nhiệt độ lớn hơn 100 độ C nhờ nâng áp suất. Vì thế, khả năng tiêu diệt
toàn bộ vi sinh vật có mặt trong sản phẩm là rất cao.
Cá hộp tại sao phải tiệt trùng?

Đầu tiên ta cần phân biệt như thế nào là thanh trùng, tiệt trùng. Mục đích của
thanh/ tiệt trùng đều là tiêu diệt vi sinh nhưng thanh trùng chỉ ở nhiệt độ dưới
1000C còn tiệt trùng lại phải sử dụng nhiệt độ trên 100 0C. Thanh trùng sử dụng
NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN

8


Đồ án I - QTTB

GVHD: ThS. Lê Ngọc Cương

cho nhưng sản phẩm có pH < 4,6 ( chua) còn tiệt trùng sử dụng cho sản phẩm
pH > 4,6 ( ít chua). Lấy pH= 4,6 để làm ranh giới phân chia giữa hai phương
pháp này bởi vì người ta cho rằng pH < 4,6 thì các vi sinh vật đã bị ức chế (và
đặc biệt là con vi khuẩn: Clostridium botulinium – vi sinh vật gây hư hỏng nguy

rất rõ ràng: mùi khó chịu, thực phẩm rữa nát, bọt khí… Æ không ai ăn nhầm, và
độc tố của các vi sinh vật này cũng không độc như của Cl. Botulinium. Vì vậy
trên toàn thế giới người ta cho rằng phải thanh trùng để diệt hết Cl. Botulinium
NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN

9


Đồ án I - QTTB

GVHD: ThS. Lê Ngọc Cương

trong đồ hộp và bảng phân loại thực phẩm cũng dựa trên phản ứng của nó trong
môi trường có độ acid.
Vì vậy, cá hộp của chúng ta có pH>4,6 ( nhóm ít chua) nên cần phải tiệt trùng
mới có khả năng loại bỏ các vi sinh vật mà đặc biệt là Cl. Botulinium, cụ thể ta
sẽ tiệt trùng ở nhiệt độ 1210C ( trên 1000C là có thể tiêu diệt được loài vsv này,
tuy nhiên cần phải sử dụng nhiệt độ cao hơn vì nha bào của nó và của các vsv
khác rất bền với nhiệt).
Các “đồ hộp thực sự”, nghĩa là không cần bảo quản ở các điều kiện môi trường
quy định trước như nhiệt độ, thời gian bảo quản, không phải là có độ vô trùng
tuyệt đối, trên thực tế ta không sản xuất ra được loại đồ hộp 100% vô trùng mà
chỉ đạt được các đồ hộp có độ vô trùng công nghiệp.

3.
-

Các thông số của tiệt trùng bằng phương pháp dùng nhiệt:
Nhiệt độ: Trên 1000C
Thời gian:

GVHD: ThS. Lê Ngọc Cương

- Nhiệt độ thanh trùng
- Thành phần hóa học của đồ hộp
=> Nhiệt độ tiệt trùng càng cao thì thời gian tiệt trùng càng được rút
ngắn

4.

Công thức tiệt trùng
Công thức tiệt trùng có dạng:

a –A– B– C . p
T

a – thời gian xả khí trong thiết bị ra ngoài, phút;
A – thời gian nâng nhiệt độ đến tâm sản phẩm đạt nhiệt độ tiệt trùng, phút;
B - thời gian giữ nhiệt độ không đổi, phút;
C - thời gian làm nguội cá hộp, phút;
p – áp suất đối kháng cần được tạo ra trong quá trình tiệt trùng, at;
T – nhiệt độ tiệt trùng, 0C;

5.

Các loại thiết bị tiệt trùng dùng nhiệt

Người ta có thể phân loại các thiết bị tiệt trùng dùng nhiệt theo các yếu tố:
-

Theo phương thức làm việc: gián đoạn và liên tục.


GVHD: ThS. Lê Ngọc Cương

cho hộp trong thiết bị tiệt trùng đóng vai trò là chất truyền nhiệt trung gian và
thường cũng được nâng nhiệt bằng hơi.
Để tiệt trùng hộp sắt tây dùng hơi nước hay nước nóng đều được, nhưng dùng
hơi thì quá trình nâng nhiệt xảy ra nhanh hơn. Nếu tiệt trùng hộp sắt trong nồi
áp suất kiểu đứng nhiệt độ cao cần áp suất đối kháng thì phải sử dụng môi
trường truyền nhiệt là nước và áp suất đối kháng tạo ra bằng không khí nén
hoặc nước có áp lực.
Đối với hộp thủy tinh, không nên tiệt trùng trực tiếp bằng hơi nóng, dễ làm vỡ
nứt vì chênh lệch nhiệt độ giữa hơi và bao bì rất lớn. Chúng thường được tiệt
trùng trong môi trường nước nhờ nâng nhiệt từ từ và đồng đều mà thủy tinh
không bị tổn thương. Khi làm nguội cũng vậy phải đảm bảo nhiệt độ thiết bị hạ
từ từ bằng cách điều chỉnh nước làm nguội.

6.

Các phương pháp tạo áp suất đối kháng trong thiết bị tiệt trùng áp
cao

Trong quá trình gia nhiệt tiệt trùng, nhiệt độ của thực phẩm trong hộp tăng dần
lên theo nhiệt độ thiết bị ( nhiệt độ tiệt trùng. Kết quả là áp suất trong hộp hộp
thực phẩm thay đổi nhiều so với áp suất trong thiết bị tiệt trùng. Ấp suất chênh
lệch giữa hộp và thiết bị là nguyên nhân làm hộp bị biến dạng, rạn nứt các mối
ghép hay nắp hộp bung khỏi thân hộp, bao bì thủy tinh còn có thể vỡ rơi đáy
khỏi thân. Do tính chất tạo ra áp suất dư bên trong đồ hộp nền cần tạo ra áp suất
đối kháng để tránh hiện tượng đồ hộp bị biến dạng hay bị hở nắp do chênh lệch
áp suất giữa bên trong và bên ngoài hộp gây ra.Việc tạo ra áp suất đối kháng có
thể tiến hành trong suốt thời gian thanh trùng, tức là từ khi đun nóng tới khi kết

suất tương ứng với nhiệt độ ấy thì nghĩa là trong thiết bị thanh trùng vẫn còn sót
không khí, phải mở van xả khí ra. Nếu nhiệt kế chỉ nhiệt độ cao hơn nhiệt độ
tương ứng với áp suất do áp kế chỉ thì nguyên nhân sai lệch có thể do một trong
hai dụng cụ này không chính xác, phải kiểm tra lạu hoạt động của chúng.
Sau khi kết thúc thời gian giữ nhiệt theo đúng công thức thanh trùng, bắt đầu tới
giai đoạn làm nguội. Van hơi được đóng lại, mở từ từ van xả khí ở nắp hoặc van
ở ống chảy tràn. Hơi thoát ra khỏi thiết bị làm áp suất và nhiệt độ trong thiết bị
giảm dần tới khi bằng áp suất khí quyển. Việc xả hơi nhất định phải thực hiện từ
từ, nếu thực hiện đột ngột thì áp suất chênh lệch giữa hộp và thiết bị lớn sẽ làm
cho họp bị căng phồng, có thể biến dạng không đàn hồi hay nứt vỡ mí ghép.
6.2 Thanh trùng tạo áp suất đối kháng bằng không khí nén
Đun nóng nước chứa trong thiết bị thanh trùng đạt tới nhiệt độ cao hơn nhiệt độ
của đồ hộp khoảng 10 – 15℃, cho giỏ đồ hộp vào, giỏ đó phải ngập trong nước
nóng. Đậy kín nắp thiết bị, cho hỗn hợp hơi và không khí nén vào qua ống phun
hơi đặt ở đáy thiết bị cho tới khi đạt tới áp suất đối kháng cần thiết. Đóng van
không khí nén, tiếp tục cho hơi nóng vào để đun nóng cho tới khi đạt đến nhiệt
độ thanh trùng thì ngưng cho hơi nóng vào và giữ ở nhiệt độ đó không đổi.
Áp suất đối kháng trong thiết bị được giữ không đổi trong suốt các giai đoạn
đun nóng, thanh trùng và làm nguội. Cần chú ý là theo phương pháp tạo áp suất
đối kháng này thì nhiệt độ và áp suất hơi trong thiết bị không còn tương ứng
bình thường nữa nên cần phải theo dõi cẩn thận cả nhiệt độ và áp suất.

NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN

1
4


Đồ án I - QTTB


nóng. Phần hơi nóng đó ngưng tụ làm tăng thể tích nước và do nhiệt độ của
nước tăng lên
nên tạo ra áp suất của nước tăng lên do sự giãn nở của nước. Sự tăng áp suất
này của nước trong thiết bị có tác dụng như tạo ra áp suất đối kháng. Vì khả
NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN

1
5


Đồ án I - QTTB

GVHD: ThS. Lê Ngọc Cương

năng chịu nén của nước kém nên trong trường hợp cần thiết, xả bớt một phần
nước ra ngoài khi tiếp tục cho hơi nóng vào.
Cũng có thể không cần cho đầy nước hoàn toàn trong thiết bị, còn để lại một
khoảng không gian. Khi đun nóng nước và không khí giãn nở trong thiết bị
thanh trùng kín sẽ tạo ra áp suất đối kháng.
Nói chung phương pháp tạo ra áp suất đối kháng bằng nước và không khí giãn
nở không cần sử dụng bơm và máy nén, các bộ phận phụ khác nhưng việc
khống chế chế độ làm việc của thiết bị thanh trùng phức tạp và khó khăn, nhất
là áp suất đối kháng tạo ra có thể không được cao.

NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN

1
6



động trong khoảng 0.0002 – 0.0003m.
Kích thước bao bì: Qua nghiên cứu người ta thấy hộp có tỷ số chiều cao
h/ đường kính d
áp suất đối kháng không cần sử dụng đến bơm và máy nén giảm thiểu được diện
tích và chi phí đầu tư. Tuy nhiên, nó còn khó khăn trong việc khống chế chế độ
làm việc.
Với thiết bị này, giai đoạn đầu ta phải có thời gian xả khí ra ngoài bằng cách
mở van xả khí. Khi bật công tắc gia nhiệt, khi thấy hơi thoát ra khỏi van xả khí
tức là không khí đã được đuổi hết ra ngoài khi đó ta đóng van lại ( mất khoảng 5
-10 phút). Chúng ta cần phải đuổi khí vì không khí giãn nở rất lớn gấp nghìn lần
với nước như thế trong thiết bị kín nó tạo ra một áp suất cực lớn tác động lên
thiết bị có thể gây nổ thiết bị, mất an toàn lao động.

NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN

1
8


Đồ án I - QTTB

GVHD: ThS. Lê Ngọc Cương

Trong giai đoạn làm nguội, nếu ta dùng nước lạnh có áp suất chân không để
làm nguội nhưng tuy nhiên như thế sẽ gây ra hiện tượng chênh lệch áp suất lớn (
áp suất ngoài thiết bị giảm đột ngột còn bên trong hộp thì áp suất chưa kịp
giảm) vì dẫn đến nguyên nhân gây biến dạng, phồng hộp. Vì thế ta cần sử dụng
thêm áp suất đối kháng bằng cách sử dụng nước lạnh có áp lực nhờ động cơ để
vừa có thể giảm nhiệt độ nhanh chóng nhưng áp suất không bị giảm đột ngột.
* Sử dụng hơi bão hòa để đun nóng mà không dùng các chất tải nhiệt như kim
loại, hay dòng điện vì: có hệ số tỏa nhiệt lớn do đó kích thước thiết bị được thu
gọn; đun nóng đồng đều vì hơi ngưng tụ trên bề mặt truyền nhiệt ở nhiệt độ
không đổi; dễ điều chỉnh nhiệt bằng cách điều chỉnh áp suất, vận chuyển xa

NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN

1
9


Đồ án I - QTTB
-

-

GVHD: ThS. Lê Ngọc Cương

Nhiệt độ hơi sử dụng tiệt trùng: 1230C  áp suất: 2,2 bar ( áp suất làm
việc = áp suất của hơi + áp suất thủy tĩnh ( P tt = dw. H) tuy nhiên Ptt quá
nhỏ = 0,98 Pa. dw : trọng lượng riêng của nước => bỏ qua Ptt)
Thời gian tiệt trùng: t = 35 phút = τxả khí + τ1 + τ2 = 5 + 25 + 5
Bao bì sắt tây Kích thước bao bì: h= 40mm, d= 85mm.
3

[σ ]=5,2 [N.mm −2 ]

Vật liệu làm thiết bị: Thép inox 304 ρ thép= 7,93g/cm
ứng suất bền cho phép của thép
5. Tính toán thiết kế thiết bị tiệt trùng gián đoạn
5.1 Tính toán đường kính, chiều cao của thân thiết bị
- Chọn kích thước bao bì h= 4cm, d= 8,5cm. => V= л.d2.h /4 = 227cm3
-

-


NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN

2
0


Đồ án I - QTTB

5.2

GVHD: ThS. Lê Ngọc Cương

Tính bề dày thân thiết

Theo sách: “Các quá trình và thiết bị trao đổi nhiệt, tâp 2” – Tôn Thất Minh
tr360
Sthân = P. Dt. k + C, cm
2,3[σ]. φ

(5.3)

S – bề dày thân thiết bị, cm;
P – áp suất làm việc của thiết bị, kg/cm2; P= 2,2bar nhưng theo tiêu chuẩn an
toàn thì ta lấy P’ = 1,3 ÷1,5P do vậy lấy P’ =3bar ≈ 3kg/cm2
Dt - đường kính trong thân thiết bị, cm
k – hệ số dự trữ bền của kim loại khi mối hàn k = 4,25;
φ – hệ số bền của mối hàn, φ=0,9;
[N.mm −2 ]


NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN

2
1


Đồ án I - QTTB

GVHD: ThS. Lê Ngọc Cương

Theo bảng thực nghiệm – trang 379 – tài liệu 1 ta chọn y e = 1,0 với tỷ số a=
Dt/h =2 khi đó h = Dt/4
Từ kết quả phân tích người ta xây dựng được một công thức chung cho nắp bầu
dục được chế tạo từ vật liệu dẻo ( Inox 304 dẻo):

[mm]
Trong đó:
[N.mm −2 ]

P=
– áp suất tác động lên thành nắp thiết bị P=0,3N/mm2
Dt =420 [mm] – đường kính trong của nồi tiệt trùng
[N.mm −2 ]

- ứng suất bền cho phép của thép (SUS 304).

ϕ = 0,80 ÷ 0,95

C = 1 ÷3


P′

лD2a.P .kg
NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN

2
2


Đồ án I - QTTB

GVHD: ThS. Lê Ngọc Cương

4n
Da – đường kính ngoài của thân thiết bị, Da= 43cm;
n – số chốt vặn bulông, n = 6;
P – áp suất thiết kế, P = 3 atm.
P’ = 3,14. 432.3 /(4.16) = 726kg
=> d0= 0,055. √726 +0,5 = 1,98cm
Lấy theo tiêu chuẩn là 20mm
5.5 Tính đường kính ống dẫn hơi vào thiết bị
Theo công thức trong sách: “Các quá trình và thiết bị trao đổi nhiệt, tập 2” –
Tôn Thất Minh, tr 361 có:

dh = , m
Trong đó v – vận tốc hơi, m/s. Lấy v = 10m/s;
γ – khối lượng riêng của hơi, γ = 5,049 kg/m3;
Dh - lưu lượng hơi trong một giờ, dh = 17,52kg/h

dh = = 0,01m = 11mm


suy ra khối lượng ống mống = ρthép.л.110.(22 – 1,82)/4=0,52k
5.9 Tính khối lượng thiết bị
Mtb = mthân + mvỏ ngoài+ mnắp + mđáy + mbl + mchân + mống
mthân = ρthép.л.H.(D2ngoài – D2trong)/4=7,93.л.60.(432- 422)/4=33kg
mđáy = mnắp=ρthép.4.л.h.(Dngoài2 – Dtrong2)/(3.2.4)=7,4kg
Mtb = mthân +mvỏ ngoài + mnắp + mđáy + mbl + mchân + mống
= 33 + 25 + 7,4 + 7,4 + 0,6 + 9 + 0,52 =83kg
Tính thêm khối lượng 1 số chi tiết khác
suy ra Mtb xấp xỉ 85kg
5.10

Tính toán kích thước, khối lượng giỏ

Đường kính trong của giỏ d1 = 350mm =>chọn đường kính ngoài của giỏ
d1’ =360mm. Chiều cao giỏ chọn hgiỏ = 220mm
Qua tính toán ước lượng cho khối lượng mỗi giỏ khoảng 2,5kg suy ra có 2giỏ
khối lượng sẽ là 5kg.

6

Tính toán năng lượng

NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN

2
4


Đồ án I - QTTB