THIẾT BỊ LẠNH VÀ CỒNG NGHỆ LÀM LẠNH TRONG SẢN XUẤT KEM.

KHOA CNHH VÀ MT
LỚP 115161
PHẠM THỊ HOA
MSV:11616008
BÀI TIỂU LUẬN MÔN: THIẾT BỊ LẠNH
ĐỀ TÀI
TÌM HIỂU VỀ MÔI CHẤT LẠNH TRONG SẢN XUẤT KEM

I) Môi chất lạnh
1. Các môi chất lạnh thường dùng
a) Amôniăc (R171)
Là một chất khi không màu, có mùi hắc, l ỏng sôi ở áp suất khi quy ển ở
nhiệt độ -33.35oC. Amôniăc có tính chất nhiệt động tốt, phù hợp v ới chu trình
máy lạnh nén hơi dùng máy nén pittông, được sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp, không dùng cho máy nén tuoocbin vì tỉ số áp suất quá thấp.
+ Tính chất vật lý: có áp suất ngưng tụ khá cao, nếu nhiệt độ nước làm mát
ra khỏi bình ngưng là 37oC thì nhiệt độ ngưng tụ là 42oC. Áp su ất lên t ới 16.5
at. Nhiệt độ cuối tầm nén cao nên phải làm mát xinlanh bằng n ước và h ơi hút
phải là hơi bão hòa, áp suất bay hơi thường lơn hơn 1 at và ch ỉ b ị chân không
khi nhiệt độ bay hơi thấp hơn 33.4oC. Năng suất l ạnh riêng th ể tích l ớn nên
máy nén và thiết bị trao đổi nhiệt gọn nhẹ. Hệ s ố dẫn nhiệt và trao đổi nhi ệt
lớn. Khả năng hòa tan nước không hạn chế nên không có hiện tượng tắc ẩm,
tuy vậy lượng nước trong hệ thống không được vượt quá 0.1% để đảm bảo
1


hiệu suất làm việc của hệ thống. Không hòa tan dầu nên phải có bình tách d ầu
đẩy và các bình thu dầu tránh dầu đọng ở các thi ết bị trao đổi nhi ệt và máy nén
phải có bơm dầu để bôi trơn và các chi ti ết chuy ển động. Amôniăc d ẫn đi ện
nên không dùng được trong các máy nén kín và nữa kín.
+ Tính chất hóa học: Phân hủy thành thành nitơ và hydro ở nhi ệt đ ộ 260oC,

nhưng khi có mặt ẩm và bề mặt thép làm chất xúc tác thì ở nhi ệt đ ộ 120oC đã
phân hủy, do vậy cần phải làm mát thật tốt đầu xylanh và kh ống ch ế nhi ệt đ ộ
cuối tầm nén càng thấp càng tốt. Không ăn mòn kim loại đen, đ ồng thau ph ốt
pho và phi kim loại chế tạo máy nhưng ăn mòn đồng và các h ợp kim đ ồng nên
không được dùng đồng trong máy nén lạnh amôniăc.
Tính an toàn: có khả năng cháy nổ , ở nồng độ 13.5 – 16% amôniăc sẽ cháy
khi ở nhiệt độ khoảng 651oC, vì vậy các gian máy không được dùng ngọn lửa
trần và phải được thông thoáng thường xuyên. Khi hỗn hợp v ới th ủy ngân sẽ
gây nổ nên không được dùng áp kế thủy ngân trong hệ thống amôniăc.
+ Tính chất sinh lý: độc hại với con người, gây kích thích niêm m ạc mắt, dạ
dày, co thắt cơ quan hô hấp, làm bỏng da. Làm gi ảm ch ất l ượng s ản ph ẩm b ảo
quản, làm biến màu rau quả.
+ Tính kinh tế: Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ vận chuyển, bảo quản.
b) R22
Công thức hóa học CHClF2 là chất khí không màu, có mùi nh ẹ, n ặng h ơn
không khí, sôi ở áp suất khí quyển ở nhiệt độ -40.8oC. Được ứng dụng rất rộng
rãi trong các ngành công nghiệp,đặc biệt trong lĩnh vực đi ều hòa không khí, do
có ảnh hưởng xấu đến môi trường (phá hủy tần ôzôn) nên cũng chỉ được phép
sử dụng cho đến 2020.
Tính chất vật lý: Có áp suất ngưng tụ cao tương tự amôniăc, nhiệt độ ngưng
42oC, áp suất ngưng tụ 16.1 at. Nhiệt độ cuối tầm nén trung bình nhưng vẫn
cần làm mát đầu máy nén. Áp suất bay hơi thường cao hơn áp su ất khí quy ển,
năng suất lạnh riêng thể tích gần bằng amôniăc nên máy nén l ạnh tương đối
2


gọn. Độ nhớt lớn, tính lưu động kém hơn amôniăc nên đường ống, cửa van l ớn
hơn. Hòa tan dầu hạn chế nên gây khó khăn cho bôi trơn, đặc bi ệt trong
khoảng nhiệt độ từ -20oC đến -40oC, R22 không hòa tan dầu nên ng ười ta
tránh không cho hệ thống lạnh dùng R22 làm vi ệc ở ch ế đ ộ nhi ệt đ ộ này.

Không hòa tan nước nên có nguy cơ tắc ẩm. Không dẫn đi ện nên s ử dụng t ốt
cho máy nén kín và nửa kín, cần lưu ý lỏng R22 dẫn đi ện nên không đ ể l ỏng l ọt
về máy nén tiếp xúc với phần điện của động cơ.
+

Tính chất hóa học: phân hủy ở nhiệt độ 550oC khi có chất xúc tác là

thép, ở nhiệt độ cao hơn R22 sẽ tự phân hủy thành những ch ất rất đ ộc h ại.
Không tác dụng với kim loại và phi kim loại chế tạo máy nh ưng gây tr ương
phồng một số các chất hữu cơ như cao su và chất dẻo.
+ Tính an toàn: không cháy nổ nhưng khi phân hủy ở nhiệt độ cao sẽ sinh
ra các sản phẩm rất độc hại.
+ Tính chất sinh lý: không độc hại cũng không s ử d ụng duy trì s ự s ống.
Không làm biến chất sản phẩm bảo quản.
+ Tính kinh tế: đắt, nhưng dễ kiếm, vận chuyển, bảo quản dễ.
c) R12
Công thức hóa học CCl2F2
Tính chất : là chất khí không màu, có mùi nhẹ, nặng hơn không khí, nhi ệt
độ sôi ở áp suất khí quyển là -29.8oC. Được sử dụng rất rộng rãi, đặc bi ệt
trong các tủ lạnh cũ, nhưng do có mức độ phá hủy tần ôzôn l ớn và hi ệu ứng
lồng kính cao nên đã không được phép sử dụng từ năm 1996, tuy nhiên trên
thực tế, do các thiết bị sử dụng R12 vẫn hoạt đ ộng nên th ời h ạn này đ ược kéo
dài thêm 10 năm đối với các nước đang phát triển và do vậy hi ện nay l ượng
R12 trên thị trường ngày càng ít đi.

3


Tính chất vật lý: Có áp suất luân ngưng tụ trung bình, v ới nhi ệt đ ộ ng ưng
tụ 42oC, áp suất ngưng tụ khoảng 10atm. Nhiệt độ cuối tầm nén th ấp, áp su ất

bay hơi thấp hơn 1 at. Năng suất lạnh riêng th ể tích nh ỏ (kho ảng 60% c ủa
amôniăc) nên lưu lượng tuần hoàn trong hệ thống cũng lớn lên, vì vậy ch ỉ thích
hợp cho hệ thống có công suất nhỏ (như tủ lạnh gia đình). Khả năng trao đ ổi
nhiệt kém hơn của amôniăc.
e) R134A
R134A có công thức hoá học CH2F-CF3,
Tính chất : là môi chất lạnh không chứa chlorine trong thành ph ần hoá h ọc
nên chỉ số ODP = 0, R134A đã được thương mại hoá trên thị trường và dùng đ ể
thay thế cho R12 ở nhiệt độ cao và trung bình, đặc bi ệt là đi ều hoà không khí
trong ô tô, điều hoà không khí nói chung, máy hút ẩm và b ơm nhi ệt. Ở gi ải
nhiệt độ thấp R134A không có những đặc tính thuận l ợi, hiệu quả năng l ượng
rất thấp nên không thể dùng được, R134A cũng có những tính ch ất tương tự
như R12 :
Không gây cháy nổ, không độc hại, không ảnh hưởng sấu đến cơ thể sống.
Tương đối bền vững về mặt hoá học và nhiệt.
Không ăn mòn các kim loại chế tạo máy, có các tính chất v ật lý phù h ợp . . .
Cũng như R12, R134A phù hợp hầu hết các kim loại, phi kim lo ại và h ợp
kim chế tạo máy, như kẽm , magie, chì và hợp kim nhôm v ới thành ph ần magie
lớn hơn 2% khối lượng. Đối với phi kim loại R134A có tính phù hợp cao hơn.
Tuy R134A là môi chất không độc nhưng theo sự nghiên cứu của các nhà
khoa học hãng DOPONT thì cần chú ý rằng khi tr ộn R134A v ới m ột lo ại khí
hoặc lỏng nào đó gây cháy nổ thì sẽ tạo ra một ch ất gây cháy vì th ế không đ ược
trộn lẫn R134A với bất kỳ chất khí hoặc lỏng nào gây cháy nổ.

4


Các loại dầu bôi trơn gốc khoáng, dầu tổng hợp alkylbenzol không hoà tan
R134A. Nếu điều kiện yêu cầu R134A phải hoà tan trong dầu thì cần phải chọn
các loại dầu polyalkylenglycols PAG, polyglycols PG hoặc plyclesters POE. Khi

thay thế môi chất lạnh, dầu bôi trơn cần phải cân nhắc cẩn thận và hỏi các nhà
sản xuất về cách ứng dụng cho các trường hợp cụ thể.
2. Chu trình lạnh
a) Khái niệm cơ bản
Quá trình lạnh là quá trình thu nhiệt từ nguồn nhiệt có nhiệt độ thấp rồi
truyền cho vật có nhiệt độ cao hơn. Cần phải tiêu t ốn công bên ngoài Kỹ thu ật
làm lạnh thường được dùng trong hấp thụ, sấy thăng hoa, tách khí, bảo qu ản
thực phẩm,…
Phân loại quá trình lạnh:
- Lành lạnh ôn độ/lạnh đông: từ nhiệt độ thường đến -100°C
- Làm lạnh dưới -100°C
- Lạnh thâm độ: từ -100°C đến -231°C
- Lạnh băng thâm độ: 40 đến 0,3°K
- Siêu lạnh thâm độ: đến 0,00002°K
b) Cơ sở nhiệt đông của quá trình lạnh đông

5


hình 1: Nguyên tắc của quá trình lạnh

1 - 2: nén đoạn nhiệt hơi tác nhân lạnh,nhi ệt độ hơi thay đổi từ T0 – T, tiêu
hao công L1
2 - 3: ngưng tụ đẳng nhiệt tác nhân lạnh, nhi ệt lượng Q tỏa ra môi tr ường
xung quanh
3 - 4: giãn đoạn nhiệt lỏng tác nhân lạnh, nhiệt độ cuối là T0, sinh công L0
4 - 1: bay hơi lỏng tác nhân lạnh, thu nhiệt Q0 của nguồn lạnh
Tác nhân lạnh thu nhiệt của nguồn lạnh, entropi giảm đi một lượng: Q0
/T0
- Công tiêu hao cần thiết cho máy lạnh:

Lượng nhiệt Q0 do tác nhân lạnh thu vào gọi là năng suất của máy l ạnh
Tác nhân lạnh ngưng tụ tỏa nhiệt cho nguồn nóng, Entropi của nguồn nóng
tăng lên một lượng: : Q0 + L1-L0/T0
BIỂU ĐỒ T-S CỦA QUÁ TRÌNH LẠNH

6


hình 2: Biểu đồ T-S của quá trình lạnh;
1 -2: nén đoạn nhiệt, tiêu công L1
2-3: ngưng tụ đẳng nhiểu đẳng áp cấp nhiệt Q:
3-4: giãn đoạn nhiệt, sinh công L2:
4-1: Bốc hơi đẳng nhiệt đẳng áp thu nhiệt Qo

Năng suất lạnh biểu diễn bởi diện tích 1- 4 - 5 – 6
Lượng nhiệt do tác nhân lạnh ngưng tụ tỏa ra cho nguồn nóng ở nhi ệt độ T
biểu diễn bởi diện tích 2- 3 - 5 - 6
Hiệu số giữa hai diện tích là công tiêu hao L bi ểu di ễn bởi di ện tích 1-2-3-4
B

7


c) Chu trình lý tưởng của máy nén hơi

hình 3: Sơ đồ máy lạnh kiểu nén hơi
Chu trình Carno nghịch được coi là chu trình lý tưởng cho máy l ạnh nén hơi
Máy nén hút hơi ẩm tử thiết bị bay hơi có nhiệt độ T0 và áp suất P0
Hơi được nén tới áp suất P và nhiệt độ T
Hơi tác nhân lạnh được đưa vào thiết bị ngưng tụ, ngưng tụ thành lỏng

Tác nhân lạnh sau ngưng tụ được đưa vào máy giãn đến ap su ất P0 , nhi ệt
độ T0
Tác nhân lạnh ra khỏi máy giãn đi vào thiết bị bay hơi, hút vào máy nén và
lặp lại từ đầu
d) Chu trình thực của máy lạnh
Chu trình thực khác với chu trình lý tưởng

8


hình 4: Chu trình của máy lạnh
- Thay máy giãn bằng van tiết lưu
- Hơi tác nhân lạnh được nén ở trạng thái bão hòa chứ (1’) không ph ải ở
vùng hơi ẩm
- Nén quá nhiệt : 1’-2’
- Làm lạnh hơi quá nhiệt, 2’-2
- Ngưng tụ : 2-3
- làm quá lạnh : 3-3’
- giãn qua van tiết lưu 3’-4’’’

f) Tác nhân lạnh
- Tác nhân lạnh ảnh hưởng đến: kích thước máy lạnh, vật liệu chế tạo, áp
suất làm việc
- Các yêu cầu với tác nhân lạnh:

9


• Nhiệt độ tới hạn lớn: đảm bảo có thể dùng nước hoặc không khí đ ể làm
lạnh hơi ngưng tụ

• Nhiệt bay hơi lớn: lượng tác nhân lạnh dùng sẽ nhỏ
• Thể tích hơi riêng phần nhỏ: kích thước máy lạnh nhỏ
• Áp suất bay hơi lớn hơn áp suất khí quyển
• Không tạo thành hợp chất với dầu bôi trơn máy
• Không cháy nổ, không độc hại, rẻ tiền
+ Amoniac:
Amoniac là tác nhân lạnh rất phổ biến cho máy lạnh , loại máy nén pittông .
NH , có ưu điểm : thể tích hơi nhỏ , nhiệt độ tới hạn l ớn ( n = 132 , 4°C ) su ất
làm việc trong thiết bị ngưng tụ không cao quá ( 9 - 14 at ) , áp su ất b ốc h ơi
không quá thấp , dễ phát hiện rò rỉ .
Nhược điểm : độc hại , có mùi đặc trưng , ăn mòn đồng và các h ợp kim có đ ồng
, có thể tạo với không khí thành hỗn hợp cháy nổ . Do đó , ph ải tuy ệt đ ối tuân
theo các chế độ an toàn lao động . Amoniac chỉ được dùng cho máy l ạnh năng
suất lớn , không dùng cho máy lạnh năng suất nhỏ hoặc tủ lạnh gia đình . .
+ Cloflocacbon :
Cloflocacbon ( CFC ) là tác nhân lạnh phổ biến nhất vì nó không đ ộc h ại đ ối v ới
con người , không gây cháy nổ . Ngoài việc cloflocacbon được dùng làm tác nhân
lạnh , nó còn được cùng làm chất thổi bọt , chất gây áp suất trong bình x ịt và
chất tẩy , . . .
Tùy theo công thức hóa học mà chúng có tên gọi khác nhau freon 11 , freon 12 . .
. ( theo tiếng Nga ký hiệu là , theo hệ phương Tây ký hi ệu là R ) .
R11 : CFCl ; R12 : CFCl ; R13 : CFCl ; R21 : CHFCL ) ; R22 : CHF CI

10


Nhược điểm CFC hoặc HCFC : rất nhẹ , có thể tồn tại trong khí quy ển đ ến 100
năm . Trong thời gian này , chúng tập trung ở tầng phân giải b ởi ánh sáng M ặt
trời , tạo ra chất clorin , chất này phí . h ủy tầng Ozon ( 0200 là d ạng oxy có loa
11 Lyên tử ) . Người ta thấy rằng một nguyên tử clorin có khả năng phá h ủy

hàng ngàn phần tử Zon . Tầng Ozon bảo vệ hành tinh chúng ta khỏi bị bức xạ tia
cực tím . Khi tầng 2 , 0 bị mỏng đi năng ung thư da và đục nhân m ất tăng lên ,
năng suất cây trồng giảm đi . Ở Nam cực , tầng ozon bị phá hủy nghiêm trọng và
ngày càng lan rộng dần lên phía Bắc . Theo Nghị định thư Montreal , các n ước
sử dụng nhiều CFC , như Mỹ , Nga , Anh , Đức , . . . ph ải ch ấm d ứt s ản xu ất
chúng . Còn các nước sử dụng ít phải loại dẫn đến năm 2010 .
+ Hydrocacbon
Hiện nay , các hydrocacbon là các chất thay thế cho CFC làm tác nhân l ạnh . Đ ối
với tủ lạnh gia đình và các máy lạnh thương mại thì ba tác nhân lạnh sau đây
được quan tâm nghiên cứu :
- Propan nguyên chất R290 .
- Isobutan nguyên chất R600a .
- Hợp chất của propan R290 và isobutan ( R290 / R600a ) .
Ứng dụng
- Propan được dùng trong công nghiệp lớn .
- Isobutan phần lớn được dùng cho tủ lạnh gia đình , ví dụ , Đức và Thụy Sĩ ,
trên 90 % máy lạnh gia đình dùng isobutan .
- Hợp chất hydrocacbon được dùng cho máy lạnh thương mại .
Các loại Hydrocacbon có các ưu điểm sau :
- Nhiệt lượng hơi lớn hơn CFC , nghĩa là lượng nhiệt thu vào khi tác nh ấn l ạnh
bay hơi sẽ lớn hơn .

11


- Khối lượng riêng của hydrocacbon nhỏ hơn CFC , chỉ bằng 40 % so v ới R12
nạp vào máy
Nhược điểm cơ bản của hydrocacbon là dễ gây cháy nổ khi trộn lẫn v ới không
khí và có mối nổ . Đối với isobutan giới hạn cháy dưới là 1 , 85 % R600a gi ới
hạn cháy trên là 8 , 5 % R600a . Còn đối với hỗn h ợp R290 / R600a thì gi ới h ạn

dưới là 1 , 95 % ( nếu thấp hơn 1 , 95 % , trong không nhiên li ệu đ ể cháy ) , gi ới
hạn trên của hỗn hợp là , 1 % . Nếu trên n ữa thì không đ ủ oxy đ ể phát cháy
( tính theo khối lượng là 35g / m và 165g / m ) . Khi tác nhân l ạnh hydrocacbon
bị rò rỉ , nó không phân tán đều trong không khí mà tích tụ ở độ th ấp bên d ưới .
Máy lạnh chạy bằng hydrocacbon cần phải đặt cách xa các mối lửa ti ềm tàng
như : công tắc đèn , môtơ quạt , rơle bộ nén bị hở , dây đi ện n ối l ỏng v . v . Ch ỗ
đặt máy cẩn thông gió thật tốt.
g) Chất tải lạnh

hình 5: chu trình vận chuyển của chất tải lạnh.
- Dùng chất tải lạnh với vai trò là chất trung gian mang nhi ệt t ừ v ật làm
lạnh đến tác nhân lạnh
- Chu trình vận chuyển của chất tải lạnh: - Bơm tuần hoàn đi theo vòng kín
- Lấy nhiệt của vật làm lạnh tại thiết bị bốc hơi
- Chất tải lạnh thường dùng: - NaCl,CaCl2 , MgCl2
12


- Lựa chọn nồng độ tùy thuộc vào mức độ làm lạnh
- Nồng độ phải đủ lớn để dung dịch không đóng băng ở nhiệt độ thấp nhất
trong hệ thống
- Chất tải lạnh phải được chuẩn bị bằng nuối tinh khiết, nếu có l ẫn
Na2SO4
3) Các thiết bị lạnh
a) Máy nén hai bậc

hình 6: Máy lạnh hai bậc.
a)sơ đồ máy lạnh. b) sơ đồ T-S. c) sơ đồ p-i
- Máy nén Amoniac chỉ làmvieecj thích hợp với chỉ số nén không quá 8-9
- Khi nén áp suất cao, làm tăng nhiệt độ h ơi tác nhân l ạnh, có th ể làm phân

hủy Amoniac (120 C) -> nén 2 – 3 bậc
- Khi nhiệt độ bay hơi T0 = -25°C : 1 bậc
- Khi nhiệt độ bay hơi T0 = -25°C - 50°C : 2 bậc
- Khi nhiệt độ bay hơi T0 = -50°C - 75°C : 3 bậc
- Trong máy lạnh hai cấp, mức độ nén của cấp thấp và cấp cao nh ỏ h ơn
máy nén một cấp nên hiệu suất thể tích máy nén sẽ lớn hơn

13


b) Sơ đồ làm lạnh liên tục

hình 7: sơ đồ làm lạnh liên hợp.
1- máy nén NH3. 2- máy nesn p13. 3- thiết bị bốc hơiR13
- Với tác nhân lạnh có áp suất ngưng tụ không cao l ắm và nhi ệt đ ộ bay h ơi
thấp, máy nén phải làm việc trong điều kiện chân không
- Với các máy nén Pittong hiện đại có th ể làm việc ở áp su ất hút tuy ệt đ ối
0,1 At. Với tác nhân lạnh NH3 hoặc Freon có nhiệt độ ứng v ới áp suất đó là
-70°C. Với các tác nhân ạnh cóa áp suất hút cao, nhi ệt đ ộ th ấp thì khi ng ưng t ụ
cần phải có áp suất cao
- Khi cần phải làm việc ở nhiệt độ -70°C, phai dùng máy lạnh liên h ợp
( trong hệ thống có 2 tác nhân lạnh Độ lạnh thu được ở khâu th ứ nh ất dùng đ ể
ngưng tụ tác nhân lạnh ở khâu
thứ hai, thường dùng nén một cấp hay hai cấp
Khâu thứ nhất tác nhân lạnh là R13 (-13°C đến -90°C ). Thi ết bị b ốc h ơi
NH3 đồng thời là thiết bị ngưng tụ R13

14

c) Máy làm lạnh kiểu hấp thụ

Hình 8 : máy làm lạnh kiểu hấp thụ; 1- tháp chưng luyện;2- thiết bị ngưng tụ
hồi lưu;3- thiết bị ngưng tụ làm lạnh;4- van tiết lưu;5-thiết bị bốc hơi;6- thiest
bị hấp thụ; 7- bơm; 8- thiết bị trao đổi nhiệt.
- Trong các máy lạnh kiểu hấp thụ, năng lượng tiêu hao cho quá trình là
nhiệt năng chú không phải cơ năng  Trong thiết bị trao đổi nhiệt, dung dịch
loãng cấp nhiệt cho dung dịch đặc: dung dịch đăc được đ ốt nóng tr ước khi vào
tháp chưng luyện, dung dịch loãng được làm nguội trước khi vào tháp h ấp th ụ
Áp suất trong thiết bị hấp thụ được duy trì bằng áp suất trong thi ết b ị b ốc
hơi, áp suất trong tháp chưng luyện bằng áp suất ngưng tụ.

15


d) Máy làm lạnh kiểu tuye

hình 9: máy làm lạnh kiểu tuye; 1- nồi hơi; 2- tuye; 3- thiết bị bốc hơi; 4thiết bị ngưng tụ; 5- bơm; 6- van tiết lưu.
- Trong các máy lạnh kiểu TUYE, năng lượng tiêu hao cho quá trình là nhi ệt
năng chú không phải cơ năng
- Tác nhân là nước lạnh Nguyên tắc làm việc:
- Hơi nước từ nồi hơi áp suất cao đi vào tuye, giãn qua ống loa, ap su ất
giảm xuống bằng áp suất trong thiết bị bốc hơi Hơi có vận tốc lớn hút tác
nhân lạnh (nước) từ thiết bị bốc hơi sang, trộn lẫn với nhau Hỗn hợp hơi đi
qua ống giãn, vận tốc giảm nhiều, động nănng chuyển thành thế năng, hỗn h ợp
lại được nén đến áp suất cao hơn Hỗn hợp đi vào thiết bị ngưng tụ rồi hóa
lỏng  Nước từ thiết bị ngưng tụ một phần được bơm về nồi hơi, một phần
qua van tiết lưu 6 giãn đến áp suất bốc hơi đươc đưa vào thi ết bị b ốc h ơi, nh ận
nhiệt của môi trường cần làm lạnh để bốc hơi Để tạo độ chân không cao,
thường dùng tuye nhiều bậc  Thường dùng sản xuất nước đá, dùng nước làm

chất tải lạnh

16


e) Máy làm lạnh bằng không khí.
Tác nhân lạnh là không khí
Nguyên tắc làm việc: Không khí được nén đoạn nhiệt đến áp suất tuy ệt đối
5-6at trong máy nén Sau đó được làm lạnh bắng nước đến mức tối đa trong
thiết bị làm lạnh Giãn đoạn nhiệt trong máy giãn Nhiệt độ không khí hạ
thấp rrooif đi vaog phòng lạnh  Không khí lấy nhiệt của vật cần làm lạnh và
nóng lên rồi được hút vào máy nén Nhiệt dung riêng của không khí nhỏ nên
ngay trong máy có năng suất lạnh nhỏ cũng phải tuần hoàn một l ượng không
khí lớn  loại máy lạnh này rất cồng kềnh  Hay tạo thành tuyết
II) Hệ thống lạnh trong sản xuất kem
GIỚI THIỆU CHUNG
Ngày nay , kem là một sản phẩm được tiêu thụ rộng rãi ở mọi qu ốc gia ,
và thu hút người tiêu dùng ở mọi lứa tuổi khác nhau , nhưng ít người bi ết
rằng kem có một lịch sử khá lâu đời . Kem ăn xuất hiện ở th ế k ỷ th ứ 4 tr ước
công nguyên , ở các quốc gia như La Mã , Trung Hoa phục vụ cho vua chúa
bằng cách lấy đá lạnh trên các đỉnh núi cao về tr ộn với các loại trái cây ho ặc
sữa tạo thành món “ kem ” .
Theo truyền thuyết thì Marco Polo đã mang bí quy ết ch ế biến kem từ
Trung Quốc về Mỹ , sau này người Mỹ đã bi ến việc sản xuất kem thành m ột
nền công nghệ chế biến phát triển mạnh mẽ . Năm 1946 , bà Nancy Johnson
người New York đã phát minh ra một loại tủ lạnh chuyên dùng đ ể chứa
kem , máy làm kem ngày nay được mang tên “ Johnson Patent Ice - Cream
Freezer ” .
Năm 1962 , công nghệ làm kem thương mại lần đầu tiên được cấp bằng
sáng chế . Cùng với thời gian , ngành sản xuất kem phát tri ển m ạnh mẽ cho

ra đời nhiều dòng sản phẩm : kem hộp , kem ly , kem chocolate , kem trái cây

17


, kem vani , kem corneto . . . kem tr ở thành món ăn tráng mi ệng ưa thích c ủa
cả trẻ em lẫn người lớn .
Theo thống kê của Hiệp hội kem ăn thế gi ới , loại kem ph ổ bi ến nh ất là
kem , kế đến là kem chocolate - 8 , 9 % , kem hạt d ẻ và kem dâu - 5 . 3 % ,
kem tổng hợp - 4 . 2 % , kem bọc chocolate - 3 . 9 % , kem vanola ki ểu Pháp 3 . 8 % . . Theo số liệu của Hiệp hội các nhà sản xuất sữa và các s ản phẩm từ
sữa , Mỹ là quốc gia sản xuất kem ăn lớn nhất thế gi ới v ới 61 , 3 tri ệu
hectoli / năm , kế đến là Trung Quốc 23 , 6 tri ệu hectoli / năm . Tuy nhiên ,
New Zealand lại là nước tiêu thụ kem manh mẽ nhất thế gi ới v ới 26 . 3 tri ệu
hectoli / năm , kế đến là Mỹ 22 , 5 tri ệu hectoli / năm . Trung bình , m ột
người New Zealand sử dụng 26 . 3 lít kem / năm , trong khi đó m ức tiêu th ụ
kem của người Trung Quốc là 1 . 8lit / năm . Mức tiêu th ụ kem trung bình
của người Việt Nam là 0 . 3 lit / năm.
NGUYÊN LIỆU TRONG SẢN XUẤT KEM
Sữa và các sản phẩm từ sữa:
Tạo nên giá trị dinh dưỡng và hương vị cho kem. Sữa dùng cho sản xu ất
kem có thể là sữa tươi, sữa bột nguyên cream, sữa bột gầy, chất béo từ s ữa nh ư
cream, bơ, hay chất béo khan… Yêu cầu quan tr ọng đối v ới s ữa làm kem là ph ải
có hàm lượng chất béo cao, lượng chất béo trong sữa là yếu tố giúp tạo nên cấu
trúc đặc trưng của sản phẩm.
Đường:
Đường giúp tạo vị ngọt, hiệu chỉnh hàm lượng chất khô, tăng giá tr ị dinh
dưỡng và góp phần tạo cấu trúc sản phẩm. Ngoài đường lactose có sẵn trong
sữa, thường sử dụng đường saccharose, đường nghịch đảo và syrup giàu
fructose.
Ở Mỹ và Châu Aâu còn sử dụng chất ngọt nghèo giá tr ị dinh d ưỡng nh ư

sorbitol, aspartam, polydextrose… để sản xuất kem phục vụ cho người bị ti ểu
đường hay béo phì.
18


Chất béo:
Chất béo là thành phần chủ yếu tham gia vào cấu trúc của kem, có th ể s ử
dụng dầu thực vật như dầu nành, dầu cải, dầu dừa hay dầu h ướng dương k ết
hợp với chất béo của sữa để sản xuất kem. Hàm lượng dầu thực v ật có th ể
chiếm 6-10% khối lượng kem thành phẩm.
Chất nhũ hóa:
Chất nhũ hóa có vai trò tăng khả năng liên kết gi ữa các hạt c ầu béo, đi ều
này quyết định lớn đến khả năng giữ nước của kem. Trong sản xuất kem có thể
sử dụng chất nhũ hóa thông dụng như lòng đỏ trứng nhưng giá thành th ường
khá cao, ngòai ra có các loại chất nhũ hóa khác r ẻ ti ền h ơn nh ư mono hay
diglyceride, các ester của sorbitol hay của các phân tử đường…
Chất ổn định:
Các chất ổn định tạo ra mạng lưới không gian để hạn chế s ự chuy ển đ ộng
tự do của các phân tử nước, nhờ đó trong quá trình l ạnh đông h ỗn h ợp nguyên
liệu để sản xuất kem, các tinh thể đá xuất hiện sẽ có kích th ước nh ỏ, kem tr ở
nên đồng nhất.
Chất ổn định dùng cho sản xuất kem thường có bản chất protein như
gelatin, casein, albumin, globuline… hay carbohydrate như agar-agar, gum
arabic, CMC (carboxymethylcellulose)…
Chất tạo hương:
Hương liệu cùng với sự tạo hình kem tạo ra sự đa dạng cho s ản ph ẩm kem.
Các loại hương liệu thường sử dụng như vanilla, mùi cam, mùi sầu riêng, dâu,
chocolate, mùi cà phê… Chúng được trích ly từ thực vật hoặc được s ản xuất
bằng phương pháp tổng hợp hóa học. Ngoài ra, trong sản xuất kem, người ta
cũng có thể bổ sung thịt quả cắt nhỏ, các loại hạt (h ồ đào, h ạnh nhân, ph ỉ,

hạch, hồ trăn, đậu phộng, điều…), bột cacao, dịch chocolate… Nh ững nguyên

19


liệu trên ngoài mục đích tạo hương còn giúp tăng giá trị dinh dưỡng cho kem
thành phẩm.
Chất màu:
Màu sắc tạo sự lôi cuốn hấp dẫn cho kem từ cái nhìn đầu tiên. Các nhóm
sản phẩm cần tạo màu là các sản phẩm kem có hương vị trái cây. Kem có
hương vị trái cây nào thì cần có màu của loại trái cây ấy, ví dụ như kem nho c ần
có màu nâu đỏ, kem sầu riêng có màu vàng… Nhóm ch ất màu tự nhiên có đ ộ
bền màu kém hơn so với chất màu tổng hợp trong đi ều ki ện s ản xu ất công
nghiệp. Việc sử dụng chất màu tuân theo quy định sử dụng ph ụ gia ở m ỗi qu ốc
gia.
Nguyên liệu khác:
 Nước và không khí: Nước có tác dụng tạo tinh th ể đá, tạo đ ộ c ứng c ần

thiết và tạo cảm giác mát lạnh khi sử dụng sản phẩm. Không khí giúp cho s ản
phẩm có độ mềm, xốp.
 Acid: việc bổ sung acid hữu cơ như acid citric, acid tartric…ngoài vi ệc tạo

độ chua thích hợp cho kem, còn có tác dụng ức ch ế s ự phát tri ển c ủa m ột s ố vi
sinh vật có trong sản phẩm.
 Phụ gia chống vi sinh vật: thường sử dụng natri benzoat, tuy nhiên nhi ều

nước trên thế giới không cho phép sử dụng phụ gia này.
 Tinh bột: trong công thức kem của nhiều nước trên thế gi ới th ường

không sử dụng, nhưng các nhà sản xuất kem của Việt Nam thường sử dụng tinh

bột bình thường hay tinh bột biến tính nhằm mục đích gia tăng độ kết dính của
khối kem.
1) Quy trình công nghệ

20


a) Giải thích quy trình công nghệ

Chuẩn bị nguyên liệu
Nguyên liệu được định lượng theo đúng công thức phối trộn cho mỗi
loại kem sản xuất. Nguyên liệu khô được đem cân, nguyên liệu dạng
lỏng có thể cân hay đo thể tích để xác định hàm lượng cần sử dụng.
Đối với chất béo phải được gia nhiệt lên 35-50oC để dễ phối trộn.
Phối trộn
Nguyên liệu được đưa vào thiết bị phối trộn theo một trật tự nhất
định, sử dụng quá trình cơ học để làm nguyên liệu được đồng nhất. Sử
dụng thiết bị phối trộn hình trụ đứng với bộ phận điều nhiệt và cánh
khuấy hoạt động ở tốc độ cao, nhiệt độ phối trộn thường là 50-65oC.
Có thể kết hợp lọc và bài khí sau phối trộn nhằm mục đích tăng hi ệu
quả truyền nhiệt, hỗ trợ quá trình đồng hóa và thanh trùng.

21


hình 10: hệ thống bồn phối trộn của Tetra Pak
Đồng hóa
Trong sản xuất kem, hỗn hợp nguyên liệu thường có chứa hàm l ượng ch ất
béo cao, do vậy phải sử dụng quá trình đồng hóa nhằm làm gi ảm kích th ước
các hạt béo và phân bố đều chúng trong hỗn hợp.

Ta sử dụng thiết bị đồng hóa hai cấp, áp suất dao động trong kho ảng 140250bar. Hỗn hợp được gia nhiệt lên 65-75oC trước khi vào thiết bị đồng hóa.
22


Giai đoạn đồng hóa đầu tiên thường sử dụng 2/3 đến 3/4 áp lực tổng, kích
thước hạt phân tán sau đồng hóa là 10-12 microns.
Thanh trùng
Hỗn hợp nguyên liệu cần được thanh trùng để tiêu diệt hoặc ức chế hệ vi
sinh vật và enzyme, chế độ thanh trùng thường được chọn là 83-85oC trong 15
giây, hoặc thanh trùng ở 63oC trong 30 phút.
Trong thực tế sản xuất 2 quá trình thanh trùng và đồng hóa th ường được
tiến hành xen kẽ. Đầu tiên hỗn hợp nguyên li ệu được dẫn vào thi ết b ị trao đ ổi
nhiệt để hiệu chỉnh nhiệt độ, sau đó được dẫn vào thiết bị đồng hóa, r ồi l ại
được quay trở lại thiết bị trao đổi nhiệt để thanh trùng và làm nguội.

hình 11: thiết bị thanh trung HTST

Ủ chín
Nguyên liệu sau khi thanh trùng và đồng hĩa được làm lạnh v ề 2-4oC, sau đĩ
đem đi ủ chín. Mục đích của quá trình này là làm cho h ỗn h ợp nguyên li ệu đ ạt
được một số tính chất hĩa lý cần thiết, chuẩn bị cho quá trình lạnh đơng ti ếp
theo: các chất protein sẽ được hydrate hĩa hồn tồn, một ph ần ch ất béo k ết tinh,
một số phân tử protein sẽ hấp phụ lên bề mặt tiếp xúc pha giữa các h ạt c ầu

23


béo và pha liên tục. Kết quả làm cho kem thu được sau quá trình l ạnh đ ơng sẽ
cĩ cấu trúc mịn và đồng nhất.
Quá trình ủ chín được thực hiện trong thiết bị vỏ áo trong 4-24 gi ờ, ở nhi ệt

độ 2-4oC. Lớp vỏ áo bên ngồi cĩ tác dụng làm lạnh và cách nhi ệt, hạn ch ế s ự
tổn thất năng lượng, bên trong thiết bị cĩ cánh khuấy hoạt động liên tục, khu ấy
chậm và đều đặn.

Hình 12: thiết bị ủ chín
Lạnh đông sơ bộ
Quá trình này có hai mục đích quan trọng:
Thổi một lượng không khí vào hỗn hợp nguyên liệu đ ể làm tăng th ể tích
của chúng.
Lạnh đông một phần nước trong hỗn hợp để tạo các tinh th ể đá với kích
thước thật nhỏ và đồng nhất, đồng thời phân bố đều các tinh th ể đá này trong
hỗn hợp.
Tuỳ thuộc vào loại sản phẩm mà lượng không khí thổi vào hỗn h ợp là khác
nhau. Thông thường, thể tích hỗn hợp sau khi nạp không khí tăng t ừ 80-100%.
Các bọt khí thật mịn xuất hiện trong kem sẽ tạo nên cấu trúc đặc trưng cho s ản
phẩm. Không khí được sử dụng trong sản xuất kem cần được xử lý bởi h ệ
24


thống lọc nhằm loại các tạp chất như bụi và vi sinh v ật… nh ằm đ ảm b ảo ch ất
lượng của kem thành phẩm.
Trong giai đoạn lạnh đông sơ bộ có khoảng 30-70% lượng nước kết tinh,
tuỳ theo phương pháp tạo hình kem mà người ta sẽ hiệu ch ỉnh tỷ lệ nước k ết
tinh ở giai đoạn này cho phù hợp.
Sau quá trình lạnh đông sơ bộ ta thu được kem bán thành phẩm v ới c ấu
trúc rất mềm và xốp. Tiếp theo tuỳ theo từng quá trình tạo hình sẽ th ực hi ện
theo các phương pháp khác nhau, sẽ được trình bày chi ti ết ở phần gi ới thi ệu
thiết bị sản xuất.
2) Hệ thống lạnh trong sản xuất kem.

Lạnh đông là hạ nhiệt độ của sản phẩm xuống dưới nhiệt độ kết tinh của
nước trong sản phẩm đó. Có 3 phương pháp làm lạnh đông chính là:
+ Lạnh đông bằng thiết bị hoạt động theo chu trình lạnh.
+ Lạnh đông bằng cách tiếp xúc với chất tải lạnh bằng kim loại.
+ Lạnh đông bằng cách nhúng trong khí nén lỏng.
Trong công nghệ làm kem thì thiết bị hoạt động theo chu trình l ạnh đ ược
sử dụng phổ biến, Thiết bị này hoạt động theo chu trình l ạnh gồm 4 giai
đoạn:
+Giai đoạn 1: Tác nhân lạnh được máy nén khí nén dưới áp suất cao đ ể
hóa lỏng.
+Giai đoạn 2: Tác nhân lạnh lỏng được cho qua thiết bị ngưng tụ đ ể toả
ẩn nhiệt (ngưng tụ) ra môi trường bên ngoài (dàn nóng).
+Giai đoạn 3: Tác nhân lạnh lỏng sau khi đi qua thi ết bị ngưng tụ được cho
vào van tiết lưu. Khi đi qua van tiết lưu, tác nhân l ạnh l ỏng b ị gi ảm áp su ất
đột ngột, bốc hơi.

25