Giáo trình Kỹ thuật thực phẩm: Phần 2 - NXB Đà Nẵng

PHẦN II. CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ, CHẾ BIẾN THỰC PHẨM
Chương 3. PHÂN RIÊNG HỆ KHÔNG ĐỒNG NHẤT
1. KHÁI NIỆM HỆ KHƠNG ĐỒNG NHẤT
1.1. Đặc trưng của hệ khơng đồng nhất
Hệ khơng đồng nhất là hệ có ít nhất 2 pha:
- Pha phân tán, còn gọi là pha trong (pha nội) gồm những hạt rắn hoặc lỏng phân tán
trong môi trường khí hoặc lỏng.
- Pha liên tục cịn gọi là pha ngồi (pha ngoại), chính là mơi trường lỏng hoặc khí trong
đó chứa những hạt của pha phân tán.
1.2. Phân loại hệ khơng đồng nhất

1.2.1. Hệ khí khơng đồng nhất
Hệ khí khơng đồng nhất là hệ gồm các hạt rắn hoặc lỏng phân tán trong mơi trường khí.
Trong cơng nghiệp người ta chia hệ khí khơng đồng nhất thành 2 nhóm:
- Hệ khí khơng đồng nhất cơ học: Các hạt phân tán hình thành do sự va đập và vỡ vụn
của các hạt rắn hoặc lỏng. Hệ này thường gọi là hệ bụi. Kích thước hạt bụi thường vào khoảng
5-50 μm.
- Hệ khí khơng đồng nhất ngưng tụ: Các hạt phân tán tạo thành do khí hoặc hơi ngưng
tụ hoặc do tác dụng hóa học. Nếu hạt hình thành là hạt rắn thì hệ khí khơng đồng nhất này gọi
là hệ khói. Nếu hạt hình thành là hạt lỏng thì hệ khí khơng đồng nhất đó gọi là hệ mù. Kích
thước hạt của hệ khói và hệ mù khoảng 0,3- 0,001μm.
Tuy nhiên trong hệ khí khơng đồng nhất ngưng tụ vẫn có các hạt có kích thước lớn hơn
kích thước các hạt trong hệ khí khơng đồng nhất cơ học và ngược lại.

1.2.2. Hệ lỏng không đồng nhất
Hệ lỏng không đồng nhất là hệ gồm có các hạt rắn, lỏng hoặc khí phân tán trong mơi
trường lỏng.
Căn cứ vào thành phần pha phân tán mà người ta phân hệ lỏng không đồng nhất làm 3
loại là: huyền phù, nhũ tương và hệ bọt.
- Hệ huyền phù là hệ gồm các hạt rắn phân tán trong môi trường lỏng.
Đối với hệ huyền phù, tùy theo kích thước của hạt rắn mà người ta chia thành các hệ

sau:
+Huyền phù thô là huyền phù mà trong đó các hạt rắn có kích thước lớn hơn 100μm.
+Huyền phù mịn là huyền phù mà trong đó các hạt rắn có kích thước từ 100 - 0,5μm.
+Chất lỏng đục là huyền phù mà trong đó các hạt rắn có kích thước từ 0,5 – 0,1μm.
+Dung dịch keo cũng là huyền phù mà các hạt rắn có kích thước nhỏ hơn 0,1 μm.
- Nhũ tương là hệ gồm các hạt lỏng phân tán trong môi trường lỏng. Hệ nhũ tương
không bền vững, dễ bị phân lớp, chất lỏng nào có khối lượng riêng nhỏ thì nổi lên trên, chất
lỏng nào có khối lượng riêng lớn thì ở lớp dưới. Muốn cho nhũ tương bền vững ta phải cho
vào nhũ tương một chất trợ nhũ tương. Chất này sẽ tạo thành một lớp vỏ bảo vệ xung quanh
các hạt chất lỏng không cho chúng liên kết lại với nhau. Đặc điểm của hệ nhũ tương là pha
phân tán có thể chuyển thành pha liên tục và ngược lại tùy thuộc vào nồng độ các hạt phân
tán.

90


- Hệ bọt là hệ gồm các hạt khí hoặc hơi phân tán trong mội trường lỏng. Hệ bọt không
bền, muốn hệ bọt bền phải thêm vào đó chất ổn định bọt.
2. LẮNG
2.1. Khái niệm về lắng
Lắng là một quá trình tách các hạt rắn ra khỏi hệ khí khơng đồng nhất (hệ bụi) hoặc hệ
lỏng không đồng nhất (hệ huyền phù), nhờ tác dụng của trọng lực hoặc của lực ly tâm.
- Lắng bằng trọng lực: Dưới tác dụng của trọng lực, hạt rắn trong huyền phù hoặc hệ bụi
sẽ lắng xuống đáy thiết bị tạo thành lớp bã (cặn), cịn chất lỏng trong hoặc khí sạch ở phía
trên.
- Lắng bằng lực ly tâm: Dưới tác dụng của lực ly tâm sinh ra khi dịng chất lỏng (hoặc
khí) chứa các phần tử rắn chuyển động quay tròn trong thiết bị có đáy hình nón, các hạt rắn
sẽ văng ra phía thành thiết bị và chuyển động men theo thành thiết bị rồi tập trung ở đáy, chất
lỏng trong (hoặc khí sạch) thốt ra ngồi ở cửa phía trên thiết bị ở phía trên chẳng hạn như
cyclon lỏng, bể lắng xốy hình cơn.

Lắng được áp dụng trong các nhà máy sản xuất đường (làm trong nước mía), nhà máy
sản xuất tinh bột (tách dịch bào ra khỏi tinh bột), nhà máy sữa (tinh chế sữa bột), xử lý và làm
sạch nước, v.v…
2.2. Lắng dưới tác dụng trọng lực

2.2.1. Vận tốc lắng

Vận tốc không đổi của vật rơi trong môi trường khí hay lỏng gọi là vận tốc lắng, ký hiệu
ω0, đơn vị đo là [m/s].
Cơng thức tính vận tốc lắng:

ω0 =

4 gd h ( ρ − ρ 0 )
3ξρ 0

(3.1)

Trong đó ξ là hệ số trở lực, là một hàm của Re
Trong trường hợp lắng dưới tác dụng trọng lực, ở chế độ chảy dịng thì vận tốc lắng
được tính theo công thức:

ω0 =

d h2 g ( ρ h − ρ 0 )
18µ 0

(3.2)

Trong đó: dh - đường kính hạt, m

ρh, ρ0 - khối lượng riêng của hạt, khối lượng riêng của môi trường, kg/m3.
μ0 - độ nhớt động lực của môi trường, Ns/m2.
Tốc độ lắng của hạt rắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước, khối lượng riêng,
hình dáng và mức độ phân tán của các hạt rắn.

2.2.2. Năng suất lắng
Năng suất lắng là lượng chất lỏng trong thu được trong một đơn vị thời gian, ký hiệu là
V, đơn vị đo là m3/h
Cơng thức tính năng suất lắng:
V = 3600F0ω0
(3.3)
3
Trong đó: V - Năng suất lắng, m /h
F0 - Diện tích bề mặt thiết bị lắng, m2
ω0 - Tốc độ lắng của hạt rắn, m/s

91


Theo phương trình (3.3), năng suất thiết bị lắng chỉ phụ thuộc vào tốc độ lắng và diện
tích tiết diện ngang của thiết bị lắng mà không phụ thuộc vào chiều cao thiết bị. Vì vậy, người
ta thường chế tạo thiết bị lắng có tiết diện ngang lớn hoặc thiết bị lắng có nhiều tầng.
Nếu ta gọi:
V1 - thể tích chất lỏng có trong huyền phù đi vào thiết bị lắng, m3/h
V2 - thể tích chất lỏng có trong lớp cặn, m3/h
x1 - nồng độ chất rắn trong huyền phù đi vào thiết bị lắng, kg cặn khô/m3 chất lỏng
x2 - nồng độ chất rắn trong lớp cặn sau khi lắng, kg cặn khơ/m3 chất lỏng
Nếu lắng hồn tồn và khơng có mất mát thì lượng cặn khơ trước khi lắng và sau khi
lắng bằng nhau, ta có:
V1.x1 = V2.x2

(3.4)
V2 = V1.x1/x2
Ta có: V1 = V + V2
hay V = V1 - V2
(3.5)
Thay (3.4) vào (3.5), ta được:

x1
x 
= V1 1 − 1 
x2
x2 

Thay (3.3) vào (3.6), ta được:
V = V1 − V1

(3.6)


x 
(3.7)
3600F0 ω0 = V1 1 − 1 
x2 

Dựa vào cơng thức (3.7) ta có thể kiểm định tốc độ lắng (ω0) của hạt rắn trong thiết bị
lắng trong q trình sản xuất hoặc để tính năng suất lắng sau khi có được các số liệu ω0, x1,
x2, F0.
Ví dụ: Một thiết bị lắng nước mía hỗn hợp có 3 tầng, diện tích lắng mỗi tầng là 28,8 m2,
lưu lượng nước mía hỗn hợp đi vào thiết bị lắng là 90 m3/h. Nồng độ chất rắn trong nước mía
hỗn hợp là 10 gam/lít, nồng độ chất rắn trong lớp cặn sau khi lắng (nước bùn) là 40 gam/lít.

Cho biết khối lượng riêng của nước mía hỗn hợp là 1,05 gam/lít. Hãy tính tốc độ lắng của hạt
rắn ở trong thiết bị.
Giải:
Theo đề bài, ta có:
Thể tích chất lỏng trong nước mía hỗn hợp: V1 = 90 m3/h
Diện tích của thiết bị lắng: F0 = 28,8 m2 x 3 = 86,4 m2
x1 = 10 gam/lít = 10 kg/m3 ; x2 = 40 gam/lít = 40 kg/m3

x 
1 − 1 
x2 

Thay số liệu vào công thức trên ta có được vận tốc lắng
90
 10 
ω0 =
1 −  = 0,000217 m/s = 0,78 m/h
3600.86,4  40 
Để đơn giản cho việc nghiên cứu, ta xem rằng hạt rắn có dạng hình cầu, kích thước và
khối lượng khơng đổi trong q trình lắng.

Từ cơng thức (3.7), ta được: ω0 =

V1
3600F0

2.2.3. Thiết bị lắng trọng lực

- Thiết bị lắng huyền phù dưới tác dụng của trọng lực
Trong sản xuất thực phẩm, quá trình lắng huyền phù bằng trọng lực thường được tiến

hành trong các bể lắng, thùng lắng, máng lắng. Thùng lắng được dùng phổ biến trong công
92


nghiệp sản xuất đường saccharose như thùng lắng, máng lắng (dùng để lắng tinh bột - hiện
nay ít dùng)
Thùng lắng là một thùng hình trụ đứng, có đáy hình nón. Bên trong thùng có một trục,
trên đó có gắn cánh khuấy, trên cánh khuấy có gắn các răng dùng để cào bã. Trục quay với tốc
độ chậm, khoảng ½ vịng/phút. Huyền phù liên tục cho vào thùng lắng, chất lỏng trong tràn
vào một máng ở phía trên bên trong thùng rồi theo ống dẫn ra ngoài. Bã lắng xuống đáy hình
nón, được các răng cào đưa vào hộc chứa bùn ở giữa thùng rồi theo ống tự chảy hoặc được
bơm hút bùn tháo ra ngoài. Thiết bị lắng răng cào có thể là loại một tầng hoặc nhiều tầng, mỗi
tầng xem như một thùng lắng một tầng (hình 3.1).
- Thiết bị lắng bụi dưới tác dụng của trọng lực
Buồng lắng bụi có cấu tạo dạng hộp, khơng khí vào một đầu và ra đầu kia (hình 3.3).
Nguyên tắc tách bụi của buồng lắng bụi chủ yếu là:
- Giảm tốc độ hỗn hợp khơng khí và bụi một cách đột ngột khi vào buồng. Các hại bụi
mất động năng và rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực.
- Dùng các vách chắn, vách ngăn để làm rẽ ngoặt dịng khơng khí lẫn bụi khi chuyển
động trong buồng đồng thời khi va đập vào các vách, hạt bụi bị mất động năng và rơi xuống
đáy buồng.
1. Đỉnh thiết bị
2. Thân thiết bị
3. Đĩa nghiêng
4. Cơ cấu tay gạt
5. Ống vòng
6. Đáy thiết bị
7.Cửa tháo bùn
8. Bàn đáy
9. Ống quan sát

nước bùn nhỏ
10.Bể đựng nước
mía trong
11. Hệ thống lấy
nước trong
12.Ống thốt khí
nhỏ ở các tầng
13.Trục ống
trung tâm
14.Ống thốt khí
lớn
15. Bộ truyền
động

Hình 3.1. Thiết bị lắng huyền phù nhiều tầng
Để lắng được bụi thì yêu cầu chiều dài của phòng lắng phải bảo đảm sao cho thời gian
dịng khí đi qua phịng ít nhất phải bằng thời gian lắng của hạt bụi kích thước nhỏ nhất và vận
tốc dịng khí khơng q lớn nhằm tránh lôi kéo hạt bụi đã lắng.
Ký hiệu:
93


L, H, B – lần lượt là chiều dài, chiều cao và chiều rộng của phòng, m
u – tốc độ dịng khí, m/s
v – tốc độ lắng của hạt, m/s
F0 = L.B – diện tích tiết diện đáy phịng lắng, m2
F = H.B – diện tích tiết diện ngang phịng lắng, m2
Năng suất phòng lắng là:
Vs = u.F = u. B.L
Để bảo đảm u cầu lắng được bụi thì phịng lắng thỏa mãn:

hay

(3.8)

Thay vào cơng thức tính năng suất, ta được: Vs = F0 v0
(3.9)
Dựa vào phương trình (3.8) và (3.9) ta tính được kích thước phịng lắng khi biết năng
suất và vận tốc lắng.
Các loại thiết bị lắng nhờ trọng lực, có nhược điểm là cồng kềnh, hiệu suất thấp

Hình
3.33.4.
Buồng
lắnglắng
Hình
Đường
2.3. Lắng dưới tác dụng lực ly tâm

2.3.1. Lắng bụi nhờ lực ly tâm (cyclon)
Thiết bị lắng bụi cyclon là thiết bị được sử dụng tương đối phổ biến để tách hạt rắng ra
khỏi khí. Cấu tạo của cyclon (hình 3.4) gồm có thân hình trụ 2, cửa dẫn khí bụi 1 đặt tiếp
tuyến với thân 2, trên thân hình trụ có nắp đậy. Ở giữa nắp có lỗ để bố trí đoạn ống hình trụ
nhỏ 4 để đẫn khí ra. Phía dưới phần hình nón 3 có ống tháo bụi 5a và bên trong có van chắn
5b để giữ bụi trong khi cyclon làm việc.
- Nguyên lý làm việc
Nguyên lý làm việc của thiết bị lắng bụi kiểu cyclon là lợi dụng lực ly tâm sinh ra khi
dịng khơng khí chuyển động quay trịn trong thân thiết bị để tách bụi ra khỏi khơng khí.
Cho khí có lẫn bụi chuyển động với tốc độ lớn (20 – 25m/s) theo cửa 1 vào cyclon
theo phương tiếp tuyến. Khi vào trong cyclon, dịng khí chuyển động quay trịn và sinh ra lực
ly tâm. Dưới tác dụng của lực ly tâm, các hạt bụi văng ra phía thành của cyclon và chuyển

động men theo thành của cyclon và rơi xuống đáy hình nón, tích tụ ở đó rồi thỉnh thoảng được
lấy ra ngồi. Một phần khí đi vào đoạn ống 4 và tiếp tục chuyển động quay đi ra ngồi, phần
khí cịn lại chuyển động quay trịn xuống thân hình nón nhưng bán kính quay càng nhỏ dần
nên tạo thành dịng xốy lốc đi ngược lên theo đường tâm hình trụ rồi qua ống hình trụ nhỏ 5
ra ngồi.
- Yếu tố phân ly ly tâm
94


Đối với thiết bị lắng ly tâm, để đánh giá hiệu suất phân riêng bằng lực ly tâm, người ta
sử dụng đại lượng yếu tố phân ly ly tâm là tỷ số lực ly tâm với trọng lực.

(3.10)
Yếu tố phân ly ly tâm (Klt) cho biết lực ly tâm lớn hơn trọng lực bao nhiêu lần và trị số
càng lớn thì sự tách bụi càng hiệu quả.
- Tốc độ lắng ly tâm
Khi lắng theo định luật Stock, tức là lắng trong chế độ chảy tầng, Re ≤ 2 thì tốc độ
lắng ly tâm tính theo cơng thức:

(3.11)

(3.12)

Hình 3.4. Mặt cắt đứng và mặt cắt ngang của cyclon lắng bụi
1. Cửa dẫn khơng khí lẫn bụi vào; 2. Thân cyclon;
3. Đáy hình nón; 4. Ống dẫn khí sạch ra; 5a, b. Ống tháo bụi và van chắn

2.3.2. Lắng huyền phù dưới tác dụng của lực ly tâm
Để thực hiện quá trình lắng huyền phù bằng lực ly tâm người ta dùng cyclon lỏng
(hình 3.5). Cyclon lỏng gồm có thân hình trụ và đáy hình nón, trên phần thân hình trụ có lắp

tấm ngăn, ở giữa tấm ngăn có có đặt đoạn ống rỗng. Huyền phù vào theo phương tiếp tuyến
với thân hình trụ và có áp suất dư khoảng 0,3 – 2 at. Khi vào trong thân hình trụ, huyền phù
chuyển động quay tròn với tốc độ lớn làm sinh ra lực ly tâm. Dưới tác dụng của lực ly tâm,
các hạt rắn văng ra phía thành hình trụ và chuyển động theo dường xốy ốc đi xuống đáy hình
95


nón. Chất lỏng trong và một ít hạt nhỏ cũng chuyển động quay tròn gần tâm ống rồi theo đoạn
ống ở giữa lên ngăn phía trên ra ngồi. Cặn tập trung ở đáy hình nón được tháo ra theo ống ở
giữa đáy hình nón.
Có thể điều chỉnh độ phân tách của cyclon lỏng bằng cách thay đổi độ nhúng sâu của
đoạn ống ở giữa nắp.

Hình 3.5. Cyclon lỏng
2.4. Đặc điểm của vật liệu, biến đổi của chúng và sản phẩm sau lắng
- Đặc điểm vật liệu lắng: vật liệu lắng khơng đồng nhất (khối lượng riêng khác nhau) và
có thể là hỗn hợp: khí- rắn (bụi), lỏng-rắn (hệ huyền phù như sữa tinh bột), lỏng- lỏng (hệ nhũ
tương), lỏng-khí (hệ bọt).
- Biến đổi của vật liệu trong quá trình lắng
Trong quá trình lắng chủ yếu là sự tách pha trong hỗn hợp, tức là chỉ biến đổi vật lý;
không biến đổi hóa học, hóa lý, sinh hóa; chất lượng tăng lên do loại được tạp chất (cảm
quan).
2.5. Mục đích của kỹ thuật lắng trong chế biến thực phẩm

2.5.1. Mục đích
Quá trình lắng được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp sản xuất thực phẩm nhằm:
- Nâng cao chất lượng sản phẩm (làm trong) bằng cách tách các chất ảnh hưởng xấu đến
sản phẩm và đến q trình tiếp theo. Ví dụ: lắng xác tế bào, pectin, tanin, sắc tố, chất
nhựa...trong sản xuất nước quả. Lắng các chất không phải đường như chất màu, protein, chất
hữu cơ, keo... trong sản xuất đường. Lắng các chất tạo cặn trong sản xuất rượu mùi, rượu

trắng..., làm sạch, tách các loại bột và tinh bột.
- Chuẩn bị cho các q trình tiếp theo. Ví dụ: lắng trước khi đem lọc để tách bớt kết tủa
trong sản xuất đường, lắng tách bỏ tạp chất và nước trước khi lọc dầu...

96


- Khai thác thu nhận sản phẩm ở dạng rắn, ví dụ tách tinh bột khỏi dịch bào trong sản
xuất tinh bột, thu nhận các chế phẩm enzim...
- Vệ sinh cơng nghiệp: làm sạch khí, nước thải trước khi thải ra ngồi.

2.5.2. Ứng dụng kỹ thuật lắng
- Trong cơng nghệ thực phẩm thường dùng phương pháp lắng được dùng chủ yếu để
phân riêng các hệ huyền phù thô chứa các hạt rắn có kích thước lớn 100µ.
- Với huyền phù lỗng và có kích thước hạt nhỏ, q trình lắng hoặc khơng kinh tế hoặc
khơng thực hiện được vì thời gian quá lâu. Nếu các hạt rắn nhỏ, có chuyển động Brown hoặc
có sự hấp phụ ion mang điện tích cùng dấu thì đẩy nhau khơng lắng được. Nếu các hạt rắn
nhỏ khơng chuyển động Brown và khơng tích điện thì khi tiếp xúc với nhau chúng sẽ hút
nhau nhờ lực Van der Waals, khi đó các hạt bé sẽ liên kết thành khối, và quá trình lắng được
thực hiện.
Sự kết thành khối của các hạt nhỏ bé được tăng cường nhờ tác dụng khuấy trộn cơ học,
sử dụng các chất trợ lắng (còn gọi là chất kết tụ).
+ Tác dụng của sự khuấy trộn cơ học: Sự khuấy trộn nhẹ để tạo sự thay đổi của vận tốc
của các hạt là nguyên nhân và yếu tố quan trọng của sự kết khối cơ học. Tuy nhiên sự kết khối
do khuấy trộn cơ học có giới hạn, nếu khuấy trộn mạnh tạo nên chuyển động xốy thì khả
năng kết khối bị phá vỡ.
+ Tác dụng các chất trợ lắng (còn gọi là chất kết tụ)
Các chất trợ lắng có thể là: Các chất điện ly, như các acid, base, muối…(sữa vôi, sôđa,
nhôm, sunfat, sắt clorua,….) làm thay đổi độ pH của huyền phù; các chất trợ lắng hữu cơ (các
polyme tổng hợp như separan, polyacrilamit, hoặc có thể dùng tinh bột biến tính). Các chất

trợ lắng hữu cơ có tác dụng tạo khối bền vững hơn nên làm quá trình lắng tốt hơn, vận tốc
lắng tăng hơn so với các chất điện ly vô cơ.
Cơ chế kết tụ của chất trợ lắng: chất trợ lắng là các chất có những phần tử mang điện
trái dấu với các hạt rắn sẽ hấp phụ các hạt rắn mang điện hoặc là chất điện ly, các hạt rắn hấp
phụ ion điện ly sẽ trở thành trung hòa điện và kết thành khối nhờ lực hút phân tử giữa các hạt
rắn rồi lắng.
Lượng chất trợ lắng cần được xác định và luôn giữ huyền phù ở điểm đẳng điện. Nếu
cho chất trợ lắng quá nhiều sẽ làm giảm hiệu quả lắng, vì các phần tử lơ lửng có thể tích điện
trái dấu sẽ khơng lắng được. Lượng chất trợ lắng hợp lý chỉ có thể xác định qua thực nghiệm.
3. LỌC
3.1. Khái niệm về lọc
Lọc là q trình phân tách hệ khơng đồng nhất khi cho chúng đi qua vật ngăn xốp thì
các phần tử của pha liên tục đi vật ngăn xốp còn các phần tử của pha phân tán bị giữ lại (tạo
thành bã).
Vật ngăn phải có tính xốp. Vật ngăn có thể được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau
như: cát, đá, bông thủy tinh, sợi bông, sợi len… len…Việc chọn vách ngăn lọc tùy thuộc vào
tính chất hệ khơng đồng nhất và tùy yêu cầu sản xuất.
Động lực của quá trình lọc là chênh lệch áp suất giữa hai phía bề mặt của vật ngăn (∆P).
∆P = P1 – P2.
Với: P1, P2 - áp suất ở hai bề mặt của vật ngăn, N/m2
Chênh lệch áp suất được tạo ra có thể do áp suất cột chất lỏng trên vật ngăn (áp suất
thủy tĩnh), hoặc do máy hút chân không (lọc chân không), dùng máy bơm hay máy nén đưa
huyền phù vào (lọc áp suất).
97


Nhờ chênh lệch áp suất đó mà chất lỏng đi qua lớp vật ngăn và tạo thành bã. Sự hình
thành lớp bã có độ xốp nhiều hay ít phụ thuộc vào kích cỡ và cấu tạo hạt rắn. Trong quá trình
lọc, lớp bã trở thành lớp vật ngăn thứ hai. Vì vậy, lớp vật ngăn chung cho cả quá trình lọc bao
gồm lớp vật ngăn và lớp bã. Lớp bã hình thành trong quá trình lọc làm trở lực vật ngăn chung

tăng lên. Theo thời gian lọc, lượng bã hình thành ngày càng nhiều, đến một lúc nào đó, lớp bã
lọc quá dày trở lực vật ngăn chung tăng lên đến mức làm cho pha liên tục (pha ngoại) không
thể đi qua được nữa quá trình lọc chấm dứt.
Khi lọc, tất cả các hạt rắn có kích thước lớn hơn kích thước mao quản được giữ lại trên
vật ngăn. Trong thực tế, mặc dù trong huyền phù có thể có các hạt rắn có kích thước nhỏ hơn
kích thước của mao quản vật ngăn nhưng vẫn bị giữ lại trên bề mặt vật ngăn; đó là do hiện
tượng bắt cầu giữa các hạt rắn với nhau hoặc do kích thước mao quản không đồng nhất, một
số hạt nhỏ lọt vào mao quản rồi mắc lại bên trong mao quản làm cho hạt hạt nhỏ đi vào sau
cũng không qua được. Hiện tượng này xảy ra đến lúc nào đó tồn bộ mao quản bị lấp kín thì
cả nước trong và bã đều bị giữ lại.
Phân loại bã: có hai loại bã là loại nén được và loại không nén được. Với bã không nén
được, các hạt không bị biến dạng và ở dạng tinh thể, chúng phân bố tạo thành lỗ với kích
thước khơng thay đổi khi thay đổi áp lực ép, do đó lượng dung dịch trong bã khơng thay đổi.
Với bã nén được, hạt bị biến dạng nên khi tăng áp lực ép chúng bị nén chặt lại.
3.2. Tốc độ lọc và phương trình lọc

3.2.1. Định nghĩa tốc độ lọc
Tốc độ lọc được đặc trưng bằng lượng lỏng trong thu được trong một đơn vị thời gian
đối với một đơn vị diện tích bề mặt lọc.
dV
C=
F.dτ
(3.13)
3
2
Ở đây: C- Tốc độ lọc, m /m .s
F- Diện tích bề mặt lọc, m2
V- Thể tích chất lỏng trong thu được, m3
τ- Thời gian lọc, s

3.2.2. Các phương trình của quá trình lọc

- Phương trình Hagen – Poiseuille
Giả thiết lớp bã được tạo bởi tập hợp hạt và hình thành các mao quản thẳng song song
nhau theo hướng dòng chảy. Nước trong đi qua ở chế độ dịng có lưu lượng được tính theo
phương trình Hagen – Poiseuille:
d 2π d 2 ∆p.τ
d 2 ∆p.τ
=
V F=
.n
.
F .ε .
4 32 µ.H
32 µ.H
Ở đây:
V – thể tích chất lỏng trong đi qua lớp bã trong thời gian τ, m3/s
∆p – Độ chênh lệch áp suất giữa hai đầu mao quản, N/m2
N – Số lượng mao quản trong một m2 bề mặt lọc
d – đường kính mao quản, m
H – Chiều dài mao quản, m
µ – Độ nhớt chất lỏng, Ns/m2
ε – độ xốp của bã.
- Phương trình Darcy
98

(3.14)


Nếu thay thừa số εd2/32 trong phương trình Hagen – Poiseuille bằng hằng số lọc K, ta

sẽ nhận được phương trình Darcy:
∆p.F .τ
(3.15)
V = k.
µ.H
V
∆p
(3.16)
=
q = k.
F .τ
µ.H
Ở đây: q – sức tải riêng của bề mặt lọc
Phương trình (3.10) được dùng để tính sơ bộ lưu lượng chất lỏng trong đi qua lớp bã cố
định. Phương trình Darcy (3.11), (3.12) khơng dùng để tính cho lớp bã dày vì có chứa hằng số
lọc k chỉ xác định cho những lớp bã ở điều kiện cụ thể. Cả hai phương trình đều giới hạn với
H=const. Tuy nhiên trong quá trình lọc, chiều dày lớp bã thay đổi và phụ thuộc vào thời gian
lọc, nên cần tìm phương trình lọc thích hợp với quá trình lọc trong thực tế.
Phương trình lọc (áp dụng cho trường hợp lọc với ∆p = const)
(V + Vtđ )2 = K (τ + τtđ )
V2 + 2VVtđ = Kτ

Hay:

(3.17)
(3.18)

Vtđ , τtđ , k là các giá trị thực nghiệm. Khi biết được các giá trị này ta tính được thể tích
nước lọc V theo thời gian τ.
Ví dụ: Xác định thời gian lọc 10 lít (l) chất lỏng qua 1 m2 vải lọc nếu trong thí nghiệm

sơ bộ cứ 1 m2 vải lọc thu được một số lượng chất lỏng trong như sau: 1 lít trong 2,25 phút và
3 lít trong 14,5 phút sau khi bắt đầu lọc.
Giải
Dựa vào phương trình lọc (3.12), thay số liệu thí nghiệm vào ta có:
12 + 2.1. Vtđ = K.2,25
32 + 2.3. Vtđ = K.14,5
Giải hệ phương trình, ta được: K = 0,77 l6/m4.phút; Vtđ = 0,37 l3/m2
Xác định thời gian lọc bằng cách thay các trị đã tìm được và thể tích chất lỏng đã cho
vào phương trình (3.12):
102 + 2.10.0,37 = 0,77. τ
Từ đó ta tìm được thời gian lọc 10 lít chất lỏng là τ = 140 phút
Biểu diễn phương trình lọc dưới dạng phương trình của đường thẳng
Phương trình 3.14 có thể biểu diễn dưới dạng phương trình đường thẳng như sau:
Sau khi lấy vi phân phương trình (3.14) theo V thì ta có:
∆τ
2
2
=
V + Vtd
∆V K
K

(3.19)

∆τ
, phương trình (3.15) có dạng đường thẳng, có hệ số góc bằng
∆V
∆τ
2/K và đường thẳng đó cắt trục tung
ở điểm cách gốc tọa độ một đoạn bằng 2Vtđ/K và

∆V
cắt trục hoành V tại điểm cách gốc tọa độ một đoạn là Vtđ.

Trong hệ trục tọa độ V_

99


Để xác định được Vtđ , τtđ , K người ta tiến hành lọc thí nghiệm trên thiết bị lọc có áp
suất khong đổi. Đo các thể tích nước lọc Vi tương ứng với thời gian lọc τi , tính các giá trị ∆Vi
∆τ i
và ∆τi sau đó tính các tỷ số
cho các lần lọc rồi xác định các điểm tương ứng trên hệ trục
∆Vi
∆τ
, ta sẽ được đường thẳng biểu diễn phương trình (3.15). Dựa vào đồ thị sẽ xác
∆V
định được các giá trị Vtđ , τtđ , K.

tọa độ V_

3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc
- Độ dày của lớp bã
Vận tốc lọc tỷ lệ thuận với động lực lọc và tỷ lệ nghịch với trở lực chung của vật ngăn
và bã. Trở lực của vật ngăn rất nỏ so với trở lực của lớp bã, nên trở lực chung của quá trình
lọc phụ thuộc vào trở lực của bã. Vì vậy sự hình thành lớp bã và độ xốp của lớp bã có ảnh
hưởng lớn đến quá trình lọc. Lớp bã càng mỏng và độ xốp càng lớn thì chất lỏng chảy qua lớp
bã càng nhanh. Để quá trình lọc diễn ra nhanh, cần khống chế lớp bã có chiều dày thích hợp
để trở lực nhỏ giúp cho chất lỏng chảy qua dễ dàng.
Trở lực tăng nhanh khi bắt đầu hình thành lớp bã, đến độ dày nào đó thì trở lực tăng

lên chậm.
- Kích thước của hạt rắn
Hạt rắn trong huyền phù có kích thước nhỏ tạo ra mao quản nhỏ, nên trở lực lớn làm
cho dịng chất lỏng đi qua khó khăn. Lớp bã được tạo thành bởi các hạt rắn có kích thước lớn
sẽ hình thành mạnh mao quản có kích thước lớn và dòng chất lỏng đi qua sẽ nhanh hơn.
- Hiệu số áp suất giữa hai đầu lọc (∆p) là động lực của quá trình lọc. Khi ∆p tăng tốc độ lọc
tăng nhưng phải có giới hạn. Nếu ∆p vượt quá giới hạn thì với loại bã nén được thì bã sẽ bị
nén chặt (thể tích giảm xuống), các mao quản sẽ bị thu hẹp lại, trở lực tăng lên, lúc đó tốc độ
lọc tăng chậm hơn so với sự tăng trở lực và đến mức có thể chất lỏng không chui qua được
lớp bã.
Mặt khác khi ∆p tăng quá cao có thể làm rách lớp vải lọc và phá vỡ lớp vật ngăn. Tùy
theo phương pháp lọc ta khống chế giá trị ∆p khác nhau.
- Tính chất lớp vật ngăn và bề dày của nó cũng ảnh hưởng đến tốc độ lọc: Vật ngăn có kích
thước mao quản lớn thì lọc nhanh nhưng độ phân riêng thấp. Chiều dày lớp vật ngăn cũng ảnh
hưởng đến quá trình làm việc của máy lọc. Chiều dày lớp vật ngăn lớn thì khó lọc.
- Nhiệt độ huyền phù: Huyền phù có nhiệt độ cao thì độ nhớt thấp, trở lực nhỏ sẽ lọc nhanh.
Vì vậy để tăng tốc độ lọc thì nên tiến hành lọc lúc huyền phù cịn nóng hoặc nếu huyền phù có
nhiệt độ thấp, trong điều kiện có thể được thì tăng nhiệt độ huyền phù đến mức thích hợp để
lọc dễ dàng.
3.4. Biến đổi của vật liệu và sản phẩm sau khi lọc
- Vật liệu lọc là hệ khơng đồng nhất (gồm hệ khí-bụi, huyền phù) và có khả năng tách
khỏi nhau. Sản phẩm của q trình có thể là dung dịch trong hoặc trong suốt; cặn có chứa ít
dung dịch hoặc có thể là chất rắn khô và tách hết dung dịch.
- Biến đổi của vật liệu:
+ Sản phẩm (dung dịch) thu được sau khi lọc có thay đổi về trạng thái, màu sắc, nhưng
hầu như khơng thay đổi về thành phần hóa học. Một lượng nhỏ chất khơ, chất màu có trong
dung dịch có thể bị giảm đi.

100

+ Chất lượng sản phẩm lọc tăng lên: Đối với sản phẩm lọc là dung dịch, chất lượng tăng
lên do đã tách hết tạp chất và loại được một số vi sinh vật khơng có lợi theo cặn. Đối với sản
phẩm lọc là chất rắn, do tách được các tạp chất hịa tan ra khỏi nó nên chất lượng được tăng
lên.
3.5. Phương pháp thực hiện q trình lọc
Có thể thực hiện quá trình lọc với các cách sau:
- Lọc với ∆p khơng đổi: trong q trình lọc chiều dày lớp bã lọc tăng lên, tốc độ lọc
giảm đi. Đây là q trình lọc khơng ổn định - gọi là lọc động.
- Lọc với tốc độ lọc không đổi (gọi là lọc tĩnh). Để giữ được tốc độ lọc không đổi ta
cần tăng áp suất lọc để thắng trở lực do lớp bã ngày càng tăng.
- Lọc ở nhiệt độ thấp: áp dụng đối với huyền phù dễ bị biến đổi chất lượng khi nhiệt
độ cao.
- Lọc ở nhiệt độ thường: dùng cho những loại thực phẩm dễ lọc, độ nhớt khơng cao.
Nói chung tốc độ lọc khơng cao.
- Lọc ở nhiệt độ cao (lọc nóng): lọc dung dịch đường (sẽ làm giảm độ nhớt).
- Lọc gián đoạn
- Lọc liên tục
3.6. Máy lọc

3.6.1. Máy lọc bụi kiểu túi vải
Máy lọc bụi kiểu túi vải được sử dụng rất phổ biến cho các loại bụi mịn, khơ khó tách
khỏi khơng khí nhờ lực quán tính và ly tâm. Để lọc người ta cho luồng khơng khí có nhiễm
bụi đi qua các túi vải mịn, túi vải sẽ ngăn các hạt bụi lại và để khơng khí đi thốt qua.
Qua một thời gian lọc, lượng bụi bám lại bên trong nhiều, khi đó hiệu quả lọc bụi cao
đạt 90 - 95% nhưng trở lực khi đó lớn ∆p = 600 - 800 Pa, nên sau một thời gian làm việc phải
định kỳ rũ bụi bằng tay hoặc khí nén để tránh nghẽn dịng gió đi qua thiết bị. Đối với dịng khí
ẩm cần sấy khô trước khi lọc để tránh hiện tượng bết dính trên bề mặt vải lọc làm tăng trở lực
và giảm năng suất lọc.
Thiết bị lọc bụi kiểu túi vải có năng suất lọc khoảng 150 - 180m3/h trên 1m2 diện

tích bề mặt vải lọc. Khi nồng độ bụi khoảng 30 - 80 mg/m3 thì hiệu quả lọc bụi khá cao đạt từ
96 - 99%. Nếu nồng độ bụi trong khơng khí cao trên 5000 mg/m3 thì cần lọc sơ bộ bằng thiết
bị lọc khác trước khi đưa sang bộ lọc túi vải.
Bộ lọc kiểu túi vải có nhiều kiểu dạng khác nhau, dưới đây trình bày kiểu túi vải
thường được sử dụng.
Hình 3.6 là cấu tạo của thiết bị lọc bụi kiểu túi vải đơn giản. Hỗn hợp không khí và bụi
đi vào cửa 1 và chuyển động xốy đi xuống các túi vải 2, khơng khí lọt qua túi vải và đi ra cửa
thốt gió 5. Bụi được các túi vải ngăn lại và rơi xuống phểu 3 và định kỳ xả nhờ van 4.
Để rũ bụi người ta thường sử dụng các cánh gạt bụi hoặc khí nén chuyển động ngược
chiều khi lọc bụi, các lớp bụi bám trên vải sẽ rời khỏi bề mặt bên trong túi vải.

101


Hình 3.6. Máy lọc bụi kiểu túi vải
1. Cửa dẫn khí bụi vào;2. Túi vải;3. Phểu chứa bụi;
4. Van tháo bụi;5. Cửa dẫn khí sạch ra ngồi

3.6.2. Máy lọc huyền phù có áp suất

- Thiết bị lọc khung bản
Thiết bị lọc ép khung bản được cấu tạo bởi bộ phận chủ yếu là khung và bản (hình 3.5).
Khung giữ vai trò chứa bả lọc và là nơi cửa ngỏ nhập huyền phù vào. Bản lọc tạo ra bề mặt
lọc với các rãnh dẫn nước lọc. Khi tiến hành lọc người ta phải ép chặt các khung bản để giữ
áp suất lọc khơng làm rị rỉ ra ngồi
+ Ưu điểm:
Khi cần bánh bùn có độ ẩm thật thấp để xử lý nhiệt hay đốt sau đó.
Trường hợp bùn cần được vắt bổ sung để có bánh bùn tốt đầu ra.
Trường hợp địi hỏi diện tích lọc lớn trong một khơng gian hẹp.
+ Nhược điểm

Phải tạo ra áp lực lớn mới đưa được dung dịch cần lọc vào thiết bị và thao tác vận hành
nặng nhọc khi tháo bã và vệ sinh thiết bị

102


Hình 3.7. Thiết bị lọc khung bản
- Thiết bị lọc ép băng tải
Thiết bị lọc ép băng tải (hình 3.8) tách nước bằng cách tạo áp lực lên huyền phù. Thiết
bị lọc ép băng tải được dùng phổ biến hiện nay vì quản lý đơn giản, ít tốn điện, hiệu suất làm
khô cặn chấp nhận được. Các bộ phận chung của một thiết bị lọc ép băng tải gồm: băng tách
nước, con lăn và ổ lăn, hệ thống kéo căng, bộ điều khiển, động cơ, hệ thống rửa băng tải và
thu nước lọc.
Nguyên lý làm việc: Bùn được kẹp giữa hai băng tải xốp căng đi qua các con lăn có
đường kính khác nhau. Lực ép ngày càng tăng khi băng tải chạy qua các con lăn có đường
kính giảm dần.

Hình 3.8. Máy lọc ép băng tải

103


3.6.3. Máy lọc huyền phù chân không
Thiết bị lọc chân khơng thùng quay: bao gồm trống lọc hình trụ đặt nằm ngang, vành
ngoài bọc vải lọc bằng sợi nilon hoặc sợi thép không rỉ, mắt lưới 80 – 100μm. Trống lọc đặt
ngập trong thùng chứa cặn 1/4 đến 1/3 đường kính. Khi lọc trống quay quanh trục nằm ngang,
bên trong trống lọc được máy bơm chân khơng rút khơng khí và nước ra để tạo độ chân không
từ 300 – 650 mmHg. Bên ngồi trống là áp lực khí trời, bên trong là chân không nên nước đi
qua vải lọc vào phía trong cịn cặn bị giữ lại trên mặt trống, cặn được làm khô đến độ ẩm 70 –
80%.

Con lăn
Nước rửa

Bánh bùn

Huyền phù
Dao cạo bánh bùn

Các ống dẫn
nước lọc tới van
đầu phân phối
Cánh khuấy
Hình 3.9. Máy lọc chân khơng thùng quay

3.7. Mục đích và phạm vi ứng dụng của kỹ thuật lọc trong chế biến thực phẩm

3.7.1. Mục đích lọc
- Làm sạch: trước hết quá trình lọc nhằm mục đích làm sạch, nâng cao chất lượng sản
phẩm thực phẩm như lọc nước quả, lọc dầu thực vật, lọc bia...
- Chuẩn bị: chuẩn bị cho quá trình tiếp theo, như tách bớt nước ra khỏi tinh bột ướt sau
khi lắng trước khi sấy khô...
- Thu hồi sản phẩm: thu hồi chất lỏng trong bã sau khi lắng (trong sản xuất đường, lọc
nước bùn sau khi lắng nước mía nhằm thu hồi lượng nước đường trong bã

3.7.2. Phạm vi ứng dụng
Lọc được áp dụng cho các huyền phù khó lắng hoặc khi cần thiết phải thu hồi lượng
chất lỏng chứa trong huyền phù hoặc lấy lại toàn bộ bã. So với lắng thì lọc có ưu điểm là: Khả
năng phân riêng cao (phân riêng được những hệ rắn không phân riêng được bằng phương
pháp lắng); quá trình xảy ra nhanh và triệt để hơn; độ ẩm trong bã thấp hơn; có thể làm việc ở
áp suất thường, chân không, dư; thiết bị lọc chiếm ít diện tích, vận hành đơn giản.

4. LY TÂM
4.1. Bản chất quá trình ly tâm
Ly tâm là quá trình phân riêng hỗn hợp hai pha rắn- lỏng hoặc lỏng-lỏng thành các cấu
tử riêng biệt dưới tác dụng của lực ly tâm sinh ra khi làm quay hỗn hợp đó trong máy ly tâm.
Máy ly tâm là máy để thực hiện quá trình ly tâm.
104


Trong quá trình ly tâm, nguyên liệu chuyển động quay cùng với rôto của máy. Lực ly
tâm sẽ làm cho các cấu tử có khối lượng riêng khác nhau phân lớp theo hướng của gia tốc
trường lực. Thành phần có khối lượng riêng lớn nhất sẽ tập trung ở vùng xa tâm nhất, cịn
phần có khối lượng riêng nhỏ nhất tập trung ở tâm của rôto.
Lực ly tâm sinh ra trong q trình ly tâm được tính theo cơng thức:
ω2
G lt = m
r
(3.20)
Ở đây : m : khối lượng huyền phù, kg
r : Bán kính vịng quay, m
n : Số vòng quay trong một phút
ω : tốc độ vòng , m/s
Yếu tố phân ly ly tâm: Để đánh giá mức độ phân ly người ta dùng yếu tố phân ly ly tâm.
Yếu tố phân ly ly tâm cho biết lực ly tâm lớn hơn trọng lực bao nhiêu lần.
Nếu gọi Kp là yếu tố phân ly ly tâm thì ta có:

Kp =

G lt n 2 r
=
G

900

(3.21)

Ở đây:
Glt - Lực ly tâm, N
G - Trọng lực, N
n - số vòng quay của động cơ trong một phút, vịng/phút
r - bán kính thùng quay, m
Dựa theo yếu tố phân ly ly tâm người ta chia làm ;
+ Máy ly tâm thường (Kp < 3500) để phân riêng hệ huyền phù thường.
+ Máy ly tâm cao tốc (Kp > 3500 ) dùng để phân ly huyền phù khó lắng, lọc hoặc nhủ
tương.
4.2. Phân loại quá trình ly tâm
Tùy theo cấu tạo bề mặt rơto mà q trình ly tâm tiến hành theo ngun tắc lọc ly tâm
hay lắng ly tâm. Do đó cũng có hai loại máy ly tâm: máy ly tâm lắng và máy ly tâm lọc
4.2.1. Quá trình ly tâm lắng
Quá trình lắng ly tâm sử dụng máy ly tâm lắng có cấu tạo bề mặt rơto (thùng quay) là
thành liền (khơng đục lỗ). Q trình phân riêng trong máy lắng ly tâm nhờ lực thể tích của
pha phân tán, nguyên tắc làm việc được mơ tả ở hình 3.10.
Q trình lắng ly tâm huyền phù gồm hai quá trình vật lý là lắng các hạt rắn và nén bã,
pha rắn thường bám chặt vào thành thùng quay, pha lỏng ở bên trong thùng quay.

105


pha nặng
pha nhẹ

Hình 3.10. Mơ tả ngun lý lắng ly tâm

4.2.2. Q trình ly tâm lọc
Bề mặt rơto (thùng quay) của máy lọc ly tâm là thành có đục lỗ, bên trong có lót vải
hoặc lưới lọc. Q trình phân riêng trong máy ly tâm lọc nhờ lực thể tích của pha liên tục.
Quá trình lọc ly tâm huyền phù gồm ba quá trình vật lý là lọc các hạt rắn, nén bã và làm
khô bã; pha rắn thường bám chặt vào thành thùng quay còn pha lỏng xuyên qua lớp vải (lưới)
lọc, văng qua các lỗ của thùng quay ra ngồi (hình 3.12).
4.3. Biến đổi của vật liệu sau ly tâm
Sau khi li tâm các thành phần của hỗn hợp được tách biệt, thay đổi chủ yếu
về trạng thái, khơng có biến đổi hóa học, hóa lý và sinh hóa đáng kể nhưng về chất lượng nói
chung tăng lên:

Hình 3.11. Mơ tả q trình lắng trong huyền phù và phân riêng nhũ tương

106


hơn.

Hình 3.12. Mơ tả ngun lý q trình lọc ly tâm
- Tách các tạp chất hòa tan, đặc biệt tách được các chất màu dẫn đến sản phẩm trắng

- Trong q trình li tâm, tùy loại sản phẩm mà có giai đoạn rửa bã. Nếu có rửa bã thì sản
phẩm tốt hơn.
- Tách tinh thể sản phẩm thực phẩm ra khỏi dung dịch nên tránh vi sinh vật có thể phát
triển do mơi trường là dung dịch bao quanh nó đã được loại ra.
4.4. Máy ly tâm

4.4.1. Máy ly tâm lắng
- Máy ly tâm lắng nằm ngang tháo bã bằng vít xoắn
Loại này dùng để phân ly huyền phù mịn có nồng độ trung bình và lớn. Trong cơng

nghiệp thực phẩm loại máy này dùng để tách tinh bột ra khỏi nước quả, trong các ngành công
nghiệp khác dùng để phân riêng pha rắn và pha lỏng.
Máy gồm có hai rơto. Rơto ngồi có dạng hình nón hoăc trụ-nón, rơto trong có dạng
hình trụ mà mặt ngồi của nó có gắn vít tải. Rơto trong và rơto ngồi quay cùng chiều nhưng
rơto trong quay chậm hơn rơto ngồi 1,5-2 % (khoảng 20-100vg/ph) nhờ hộp giảm tốc vi sai.
Rơto trong có đục các lỗ để dẫn huyền phù nhập liệu. Góc nghiêng phần hình nón của rơto
khoảng 9-10O . Q trình lắng xảy ra trong khoảng không gian giữa hai rôto, bã bám vào mặt
trong của rơto ngồi và được vít tải đẩy về phía cửa tháo bã. Nước trong đi về phía ngược lại,
chảy qua các cửa ở trên đáy rồi đi ra ngồi. Trong phần rơto khơng bị ngập nước, bã vừa được
đưa ra khỏi rôto vừa được làm khơ.
Có thể điều chỉnh chế độ làm việc của máy bằng cách thay đổ số vòng quay hoặc thay
đổ chiều dài lắng khi ta xoay các cửa chảy tràn. Lỗ chảy tràn càng gần trục quay thì lớp nước
càng sâu, chiều dài lắng càng dài, lắng được các hạt có kích thước nhỏ.
Ưu điểm của máy này là phân ly được huyền phù mịn, năng suất lớn.
Nhược điểm là tốn nhiều năng lượng để tháo bã, tổn thất trong hộp giảm tốc vi sai lớn,
bã bị vụn nát, nước trong còn lẫn nhiều hạt rắn; máy làm việc nặng nề, ồn ào.

107


huyền phù
nước
rắn

Lỏng

Hình 3.13a,b. Máy ly tâm lắng liên tục tháo bã bằng vít xoắn
- Máy phân ly siêu tốc loại dĩa
Máy phân ly siêu tốc loại dĩa có nhiều loại: loại hở, loại kín, loại nửa kín, loại tháo bã
bằng tay và bằng ly tâm. Ðây là nhóm có nhiều máy nhất trong các loại máy ly tâm siêu tốc.

Máy ly tâm siêu tốc loại dĩa dùng để phân li huyền phù có hàm lượng pha rắn nhỏ hoặc phân
ly nhũ tương khó phân ly. Máy ly tâm siêu tốc loại dĩa dùng để tách bơ trong sữa, tinh luyện
dầu thực vật và lắng trong các chất béo.
Bộ phận chủ yếu của máy là rôto gồm các dĩa chồng lên nhau với một khoảng cách
thích hợp. Nếu phân li nhũ tương trên các dĩa đều có khoan lỗ, ở dĩa giữa các lỗ phải nằm trên
đường thông thẳng đứng, qua đó sản phẩm ban đầu đi vào khe hở giữa các dĩa. Khoảng cách
giữa các dĩa 0,4-1,5mm. Dĩa trên được giữ nhờ các gân trên mặt ngoài của dĩa dưới. Ðộ
nghiêng của dĩa nón cần đủ đảm bảo để hạt vật liệu trượt xuống tự do (thường góc nửa đỉnh
nón từ 30-500)

108


Hình 3.14. Máy phân ly nhũ tương siêu tốc loại đĩa

4.4.2. Máy ly tâm lọc
Ðây là loại máy làm việc gián đoạn, có thể tháo bã bằng tay, bằng dao hoặc bằng khí
động, thường dùng để ly tâm huyền phù chứa các hạt rắn nhỏ, trung bình hoặc làm khơ bã lọc.
- Máy ly tâm ba chân
Máy gồm có rơto được bao bọc bởi vỏ. Thân máy gắn với vỏ được đặt trên 3 lò xo
cánh nhau 120O. Ðộng cơ lắp trân thân máy nối với bánh đai ở phía dưới rồi truyền sang trục
máy làm quay rôto. Ưu điểm của máy là có thể làm việc với tải trọng lệch tâm tương đối lớn
nhờ có các lị xo giảm chấn. Ðiểm treo của kết cấu nằm trên trọng tâm phần treo nên khi làm
việc máy rất ổn định. Trục máy ngắn nên máy gọn, chắc chắn, tiện lợi cho việc tháo bã bằng
tay (hình 3.15).
Nhược điểm của máy là ổ trục và bộ phận truyền động đặt ở dưới nên dễ bị ăn mịn
hố học
- Máy ly tâm liên tục tháo bã bằng lực ly tâm
Máy ly tâm tháo bã bằng lực ly tâm gồm có roto lọc hình côn, lắp công-xôn trên trục
thẳng đứng, trục quay trên các ổ đỡ . Ổ đỡ được đặt trên các bộ giảm chấn bằng cao su. Rôto

quay được nhờ động cơ qua bộ phận truyền động đai. Nguyên liệu liên tục chảy thành dịng
vào trong rơto hình cơn. Do tác dụng của lực ly tâm, huyền phù di chuyển dọc theo lưới lọc
của roto. Chất lỏng được tách ra qua lỗ lưới của rơto, cịn bã được rửa sạch và làm khơ. Thành
phần lỏng đi vào bộ phận chứa hình vành khăn, phần bã rắn chuyển động lên trên văng ra
khỏi rơto và được đưa vào thùng chứa.
Góc nghiêng của rơto lọc phải bảo đảm cho huyền phù chuyển động lên phía trên,
dưới tác động của áp suất phần nguyên liệu mới đưa vào. Lỗ của lưới lọc của roto lọc hình
cơn dạng khe có chiều rộng khoảng 0,04-0,15mm. Vì thế mà sức cản của lưới lọc rất lớn,
tương đương với sức cản của bã (có chiều dày khoảng vài milimet).

109


Hình 3.15. Máy ly tâm lọc ba chân
- Máy ly tâm liên tục tháo bã bằng lực ly tâm
Máy ly tâm tháo bã bằng lực ly tâm gồm có roto lọc hình cơn, lắp cơng-xơn trên trục
thẳng đứng, trục quay trên các ổ đỡ . Ổ đỡ được đặt trên các bộ giảm chấn bằng cao su. Rôto
quay được nhờ động cơ qua bộ phận truyền động đai. Nguyên liệu liên tục chảy thành dịng
vào trong rơto hình cơn. Do tác dụng của lực ly tâm, huyền phù di chuyển dọc theo lưới lọc
của roto. Chất lỏng được tách ra qua lỗ lưới của rơto, cịn bã được rửa sạch và làm khô. Thành
phần lỏng đi vào bộ phận chứa hình vành khăn, phần bã rắn chuyển động lên trên văng ra
khỏi rơto và được đưa vào thùng chứa.
Góc nghiêng của rôto lọc phải bảo đảm cho huyền phù chuyển động lên phía trên,
dưới tác động của áp suất phần nguyên liệu mới đưa vào. Lỗ của lưới lọc của roto lọc hình
cơn dạng khe có chiều rộng khoảng 0,04-0,15mm. Vì thế mà sức cản của lưới lọc rất lớn,
tương đương với sức cản của bã (có chiều dày khoảng vài milimet). (Hình 3.16)

110

Hình 3.16. Máy ly tâm liên tục tháo bã bằng lực ly tâm
4.5. Mục đích của ly tâm và phạm vi ứng dụng

4.5.1. Mục đích
+ Chuẩn bị cho q trình tiếp theo, ví dụ li tâm trước khi đun nóng để tách các phần tử
gây cháy hoặc tách vi khuẩn, li tâm trước khi lọc nhằm để tăng năng suất máy, giảm thời gian
lọc, giảm hao phí trong sản xuất nước quả, dầu thực vật...
+ Làm sạch, tách tạp chất trong sản xuất dầu ăn, sản xuất tinh bột...
+ Khai thác thu nhận sản phẩm từ hỗn hợp bao gồm các pha rắn và dung dịch bao quanh
nó như saccharose, mì chính...sau kết tinh, thu nhận chế phẩm enzym sau kết tủa...
+ Phân ly sản phẩm, ví dụ trong cơng nghiệp sản xuất sữa.

4.5.2. Phạm vi ứng dụng
+ Ly tâm lắng là phương pháp phân riêng một cách nhanh chóng các loại huyền phù có
nồng độ pha rắn khác nhau. Khi huyền phù có nồng độ pha rắn nhỏ thì gọi là làm trong, khi
nồng độ pha rắn lớn thì gọi là lắng ly tâm. Ly tâm lắng thường dùng để phân ly hỗn hợp có
chênh lệc khối lượng riêng giữa hai pha (∆ρ) nhỏ (lắng cái men, thu nhận enzym, acid
amin…).
+ Ly tâm lọc thường để phân riêng các huyền phù khó lắng, khó lọc hoặc có nồng độ
thấp. Trong nhà máy đường, ly tâm lọc thường dùng để phân riêng đường non (tách mật ra
khỏi tinh thể đường.
Cần chú ý lượng huyền phù cho ly tâm nên ở mức 3/4 của thùng chứa.

111


CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1. Thế nào là hệ không đồng nhất? Hãy nêu các hệ khơng đồng nhất.
2. Trình bày cơ sở phương pháp và những biến đổi vật liệu trong quá trình lắng
3. Trình bày nguyên tắc lọc, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc và ứng dụng của q trình

lọc trong cơng nghiệp thực phẩm.
4. Trình bày bản chất quá trình ly tâm, phân loại quá trình ly tâm, ứng dụng của ly tâm
5. Trình bày nguyên lý làm việc của máy lọc chân không thùng quay.
6. Trình bày những biến đổi của vật liệu sau khi thực hiến các quá trình lắng, lọc, ly tâm
7. Nêu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của ác thiết bị liên quan của các quá trình lắng, lọc, ly
tâm
8. Tính diện tích đáy và chiều cao thiết bị lắng để lắng huyền phù có các số liệu thực nghiệm
sau
Tỷ lệ huyền phù cho 10 m3 nước/tấn bã rắn.
Tỷ lệ sau khi lắng n = 1,25m3 nước/tấn bã rắn.
Vận tốc lắng lúc bắt đầu ω0 = 0,5m/h
Thời gian lắng vùng nén t =1h
Thời gian lắng cực đại t =2,4h
Tỷ lệ huyền phù vào vùng nén nK = 2 m3/tấn bã rắn
Biết rằng lượng bã thu được 16 tấn trong 24 h. khối lượng riêng của bã ρr =2620kg/m3
10. Một thiết bị lắng mỗi giờ thu được một lượng chất lỏng trong là 90m3. Nồng độ huyền
phù trước khi lắng là 0,01kg rắn/ kg lỏng, nồng độ cuả bã là 0,04kg rắn/kg lỏng. Thiết bị lắng
gồm có 3 tầng. Hãy xác định diện tích lắng của mỗi tầng và đường kính của thiết bị.
11. Khi lọc huyền phù bằng thiết bị lọc ép, bề mặt lọc là 900cm2, ta được các số liệu sau đây
Lần thí nghiệm
ấp suất lọc (at)
Thời gian lọc (phút)
Lượng nước lọc (lít)
1
1,75
13,3
1,8
49,1
3,57
2

3,5
12,2
1,9
42,6
3,6
3
5,3
11,7
2,0
35,5
3,5
4
7,0
11,3
2,1
32,8
3,6
a. Xác định các hằng số K, Vtd
b. Vẽ đồ thị quan hệ giữa K và p.

112


Chương 4. PHỐI TRỘN, PHÂN LOẠI THỰC PHẨM
1. PHỐI TRỘN
Kỹ thuật phối trộn có ứng dụng rất rộng trong nhiều cơng nghệ thực phẩm, nơi mà nó
được dùng để phối hợp các thành phần dinh dưỡng để đạt được các tính chất chức năng hoặc
các tính chất cảm quan khác nhau. Các ví dụ về ứng dụng phối trộn có thể kể đến như sự phát
triển cấu trúc trong bột nhào và kem, điều chỉnh sự kết tinh đường và của bột nhão và một số
sản phẩm chocolate. Trong một số sản phẩm, sự phối trộn đầy đủ là cần thiết để bảo đảm sự

cân đối của mỗi thành phần tuân theo các tiêu chuẩn qui định.
1.1. Khái niệm
Phối trộn là một hoạt động nhằm tạo nên một hỗn hợp từ ít nhất hai cấu tử bằng cách
phân tán một một cấu tử vào các cấu tử khác. Thành phần lớn hơn đôi khi được gọi là pha liên
tục và thành phần ít hơn là pha phân tán, tương tự như trong hệ nhũ tương.
Phối trộn được ứng dụng rộng rãi trong cơng nghiệp thực phẩm, trong đó phối trộn
dùng để phối hợp nhiều thành phần dinh dưỡng để đạt được những tính chất chức năng hoặc
đặc tính cảm quan khác nhau. Trong một số thực phẩm, sự phối trộn thích hợp là cần thiết để
bảo đảm sự cân đối của mỗi thành phần theo tiêu chuẩn quy định.
Người ta cịn phân ra: Phối trộn là q trình trộn giữa hai hay nhiều cấu tử (thành
phần) khác nhau để thu được một hỗn hợp (sản phẩm) đáp ứng yêu cầu đã định. Đảo trộn là
quá trình cơ học nhằm khuấy trộn các thành phần trong hỗn hợp để chúng phân bố đều nhau.
Trong công nghiệp thực phẩm, các sản phẩm đã được phối trộn có một số đặc điểm
khác so với các ứng dụng phối trộn trong công nghiệp khác. Trong cơng nghiệp thực phẩm,
phối trộn có các đặc điểm:
- Để phát triển các đặc tính sản phẩm mong muốn, hơn là bảo đảm hoàn toàn đồng
nhất
- Các nguyên liệu được đưa vào phối trộn thường nhiều thành phần, bao gồm các chất
dinh dưỡng khác nhau về chất lượng và tính chất vật lý
- Một số thành phần có thể bị phá hỏng khi bị đảo trộn mạnh
- Có sự liên quan giữa phối trộn với đặc tính của sản phẩm
Tiêu chuẩn của sự phối trộn thành công trước hết là đạt được chất lượng sản phẩm có
thể chấp nhận được (về đặc tính cảm quan, tính chất chức năng, độ đồng nhất,…), kèm theo
việc bảo đảm đầy đủ tính vệ sinh, an toàn thực phẩm, hiệu suất sản xuất và hiệu suất năng
lượng,…
1.2. Cơ sở tiến hành phối trộn
- Chọn nguyên liệu phối chế: Để đạt được mục đích, trước tiên phải biết rõ tính chất
vật lý, hóa học, sinh học... của các thành phần tham gia phối chế. Trên cơ sở đó ta có thể chọn
nguyên liệu phối chế. Đây là vấn đề cần được quan tâm vì ngoài yêu cầu bổ sung cho nhau
một hay nhiều chỉ tiêu nào đó, các thành phần khác của các cấu tử không được gây xấu đến

chất lượng của sản phẩm (không làm thay đổi màu, mùi, vị, trạng thái khác với yêu cầu).
- Xác định tỷ lệ phối chế: Sau khi đã lựa chọn được cấu tử tham gia phối chế, cần phải
xác định tỷ lệ phối chế theo phương pháp thực nghiệm hoặc tính tốn nhằm đạt tới mục tiêu
chất lượng và hiệu quả cao. Đối với các thực phẩm lỏng, khi yêu cầu phối chế là để thay đổi
hàm lượng chất khơ thì hàm lượng các thành phần tham gia phối chế được tính theo một trong
các phương pháp sau: Phương pháp đại số, phương pháp nhân chéo,phương pháp đồ thị,…

113


- Thời điểm thực hiện quá trình: tùy theo yêu cầu của qui trình cơng nghệ, các cấu tử
có thể phối chế ở những thời điểm khác nhau trong qui trình. Các cấu tử có thể phối chế cùng
lúc hay nhiều thời điểm khác nhau.
- Cách phối chế: Trước khi đi vào phối chế với cấu tử chính, các cấu tử khác nên phối
chế với nhau trước.
1.3. Đặc điểm tính chất nguyên liệu và những biến đổi trong quá trình
- Nguyên liệu
Nguyên liệu đưa vào phối chế thường khác nhau về tính chất vật lý, hóa học, cảm
quan... Mỗi loại nguyên liệu tương ứng với một giá trị chất lượng nhất định. Phối chế các loại
nguyên liệu với nhau là để bù trừ cho nhau những thành phần chất lượng, sản phẩm thu được
sẽ đầy đủ hơn về chất lượng so với từng cấu tử một. Trước khi phối chế các cấu tử có thể tồn
tại ở nhiều dạng khác nhau như dạng lỏng (nước quả, các loại dung dịch đường, các loại
rượu,...); dạng rắn hoặc bột rời như bột mì, đường kính, muối...; dạng bán lỏng (dạng sệt) như
các loại bột nhuyễn từ quả, thịt cá băm nhuyễn. Quá trình phối chế có thể thực hiện với những
ngun liệu cùng pha hoặc khác pha.
- Sản phẩm
Sau phối chế các cấu tử có thể dễ dàng hịa tan vào nhau thành một hỗn hợp đồng nhất
dưới dạng dung dịch cùng pha. Nhưng cũng có thể khơng hịa tan được vào nhau, sản phẩm
phối trộn sẽ là một hỗn hợp giữa các cấu tử riêng lẻ. Trong trường hợp này cần phải có tác
động tích cực của q trình đảo trộn.

- Những biến đổi
+ Biến đổi một số chỉ tiêu vật lý (thay đổi khối lượng riêng của hỗn hợp; thay đổi độ
cứng, độ mềm, độ dẻo, độ trong, độ khúc xạ ánh sáng; thay đổi hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung
riêng....)
+ Biến đổi về hóa lý: chủ yếu là thay đổi về hàm lượng chất khô.
+ Biến đổi trạng thái của sản phẩm: trạng thái của cấu tử chính thường quyết định
trạng thái của hỗn hợp.
+ Thay đổi về thành phần hóa học, sinh học, cảm quan: Những chỉ tiêu này là đối
tượng điều khiển của người phối chế. Tùy thuộc vào yêu cầu sản phẩm người ta có thể điều
chỉnh tăng lên hoặc giảm xuống những chỉ tiêu cần thiết bằng cách bổ sung nguyên liệu này
hoặc nguyên liệu khác vào hoặc tăng tỷ lệ nguyên liệu này, giảm tỷ lệ nguyên liệu kia.
+ Những biến đổi khác: trong quá trình đảo trộn, dưới tác dụng cơ học của cánh khuấy
nên các cấu tử tiếp xúc với nhau nhiều hơn, tăng khả năng liên kết giữa chúng, nâng cao độ
đồng nhất của sản phẩm. Đảo trộn còn làm tăng tốc độ trao đổi nhiệt giữa sản phẩm với sản
phẩm hoặc giữa sản phẩm với thiết bị.
1.4. Thiết bị phối trộn
- Phối trộn chất lỏng bằng cơ học
Trong quá trình phối trộn bằng cơ học, chất lỏng được trộn đều trong máy khuấy trộn
với bộ phận cánh khuấy (Hình 4.1). Khi mái chèo của cánh khuấy chuyển động thì chất lỏng
chảy quanh mái chèo và tạo nên lớp ngoài sát thành có áp suất phía trước và phía sau đồng
nhất. Tăng tốc độ chuyển động của mái chèo trong môi trường lỏng thì lớp phía sau sát thành
bắt đầu tách khỏi bề mặt của mái chèo. Áp suất trong vùng xốy trở nên thấp hơn so với áp
suất ở phía trước mái chèo. Như vậy khi tăng số vòng quay của cánh khuấy thì tốn nhiều năng
lượng hơn để khuấy trộn chất lỏng.

114