TIỂU LUẬN QUÁ TRÌNH ĐUN NÓNG IUH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HỒ CHÍ MINH

Q TRÌNH ĐUN NĨNG
I-

Bản chất q trình đun nóng

1.1. Đun nóng là gì?
Đun nóng là một q trình làm tăng nhiệt độ từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ cuối
cùng cho trước. Là quá trình truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt và đối lưu nhiệt.
1.2.

Sự chênh lệch nhiệt độ của q trình đun nóng

Nhiệt độ ban đầu (tbđ) thuờng bằng nhiệt độ mơi trường khơng khí chung quanh.
Nhiệt độ cuối cùng (tc) phụ thuộc vào mục đích của q trình và tính chất của vật
liệu, thường được xác định từ trước. Chênh lệch giữa nhiệt độ cuối cùng và nhiệt
độ ban đầu luôn luôn là một đại lượng lớn hơn 0: t = tc – tbđ > 0 không phụ thuộc
vào phương pháp thực hiện.
1.3.

Mục đích

- Mục đích chuẩn bị: trong thực tế q trình đun nóng nhằm chuẩn bị cho các q
trình khác.
- Mục đích khai thác: tăng hiệu suất thu nhận sản phẩm từ một loại nguyên liệu
nào đó.
- Mục đích chế biến: nhiều loại ngun liệu bị biến đổi về cấu trúc, tính chất,…
làm cho chất lượng nguyên liệu bị biến đổi làm cho xấu đi hoặc tốt lên.
- Mục đích bảo quản: làm mất hoạt tính của enzyme có trong nguyên liệu, ngăn
ngừa những biến đổi xấu,…
- Mục đích hồn thiện: một số loại thực phẩm thường tồn tại ở dạng bán thành
phẩm vì vậy phải gia nhiệt để sản phẩm chín sử dụng được.

1.4.

Yêu cầu thiết bị

- Về cấu tạo: phải đủ dung tích cơng suất, đảm bảo năng suất dây chuyền, có diện
tích truyền nhiệt thích hợp, có thiết bị khốy đảo làm tăng hệ số K.
- Vật liệu làm thiết bị phải có hệ số truyền nhiệt cao, không ảnh hưởng đến chất
lượng sản phẩm, ít tốn năng lượng.
- Thiết bị phải cấu tạo thuận lợi cho việc thao tác vận hành , có đầy đủ các thiết
bị kiểm tra, bảo đảm an toàn lao động.


II-

Các yếu tố ảnh hưởng

2.1.

Nhiệt độ

Tuỳ theo nguyên liệu và giá trị mong muốn của người dùng nhanh hay chậm, ngắn
hay dài trong q trình đun nóng mà ta điều chỉnh nhiệt độ thích hợp. Tuy nhiên
nhiệt độ càng cao trong thời gian càng dài thì sẽ tổn thất đến giá trị dinh dưỡng.
2.2.

Thời gian

Trong q trình đun nóng, thời gian là yếu tố tác động trực tiếp và quyết định giá
trị dinh dưỡng của thực phẩm. Ngồi mục đích vơ hoạt hố enzyme, cịn phải đảm
bảo đến chất lượng sản phẩm. Nên điều quan trọng là tuỳ theo cấu trúc thực phẩm

mà ta điều chỉnh thời gian phù hợp trong q trình đun nóng, tránh đun q dài để
hạn chế sự ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng và đảm bảo chất lượng sản phẩm cho
người tiêu dùng.
2.3.

Vật liệu mơi trường chất tải

Tuỳ theo ngun liệu và mục đích sử dụng mà ta chọn vật liệu( hơi nước, khí nóng,
chất đốt hữu cơ, chất tải nhiệt…) cho phù hợp, an tồn trách cháy nổ trong q
trình đun nóng, hạn chế tổn thất về chi phí.
2.4.

Loại nguyên liệu

Ảnh hưởng của nguyên liệu về mặc kích thước, cân nặng mà ta điều chỉnh phù hợp
với độ gia nhiệt hay chọn phương thức gia nhiệt thích hợp.
2.5.

Thiết bị

Có vai trị lớn trong q trình đun nóng. Nó đóng vai trị then chốt vì để đạt được
kết quả mong muối trong quá trình đun nóng thì cần chọn thiết bị phù hợp. Ví dụ
như q trình cơ đặc thì ta chọn thiết bị hở, q trình lỏng thì ta chọn thiết bị
đóng…

III- Các biến đổi
3.1.

Biến đổi vật lý ( nhiệt, trạng thái, thể tích)

- Biến đổi về nhiệt độ : đạt nhiệt độ căn bằng, quá trình truyền nhiệt vào tâm
phụ thuộc nhiều vào chiều dày của thực phẩm và hệ số truyền nhiệt của thực phẩm.
- Biến đổ về thể tích : với ngun liệu có cấu trúc xốp ví dụ như các loại rau khi
chần hoặc luộc. Với nguyên liệu có trạng thái rắn và đặc thì ngược lại, thể tích của
chúng có thể tăng lên khi đun nóng như các sản phẩm thịt.
- Biến đổi về khối lượng : giảm đi do q trình bay hơi.
3.2.

Biến đổi hố học

Tăng nhiệt độ làm:
- Tăng độ hòa tan và độ nhớt của chất lỏng.
- Tạo nên sự chuyển pha trong thực phẩm: lỏng sang hơi, rắn thăng hoa.
- Làm tăng tốc độ của quá trình thủy phân: tạo nên các chất màu mùi mới xuất
hiện.
- Tăng nhiệt độ của thực phẩm kéo theo các phản ứng hóa học như : phản ứng tạo
màu caramen hóa do phản ứng mất nước của đường, phản ứng melanoldin do
đường khử và các axit amin, phản ứng tạo màu quinonamin là phản ứng giữa
octoquinon và axit amin.
- Các phản ứng tạo màu diễn ra nhanh chóng khi tăng nhiệt độ do đó q trình
gia nhiệt được tận dụng để tạo ra giá trị cảm quan mới cho thực phẩm.
- Tốc độ tăng nhiệt cũng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng oxyhoa , phản ứng tạo
màu của các chất .tạo màu của các chất .
• Ví dụ: khi đung nóng khoai tây , càng đun nóng càng chậm bao nhiêu thì
khoai tây , tảo , lễ càng đen do các enzyme poliphenoloxydaza hoạt động càng
lâu , phản ủng càng nhiều.
- Do sự tác động tương hỗ giữa chlorophyl với các acid chứa trong dung dịch của
tế bào của rau quả.
- Thời gian đun nóng càng lâu thì chlorophyl chuyền thành pheophyun vàng

nhiều.


- Các loại rau quả có hàm lượng acid càng cao thícàng dễ bị biến đổi mạnh và
nhanh khi đun nấu .
3.3.

Biến đổi sinh hoá vi sinh

Cấu trúc tế bào : bị phá vỡ , tế bào bị nén chặt lại . Cảm quan : Màu sắc của thực
phẩm thay đổi : quả trình chắn sẽ làm ổn định màu sắc , làm mất hoạt tính
enzyme . Mùi vị : làm mất mùi tự nhiên , tạo nên các chất thơm làm tăng giá trị
cảm quan như làm mất mùi tanh của cá , tạo nên mùi thơm của thịt , làm mất mùi
ngái của đậu nành,…

IV- Phương pháp thực hiện:
4.1. Trực tiếp:
Đun nóng trực tiếp bằng chất tải nhiệt( hơi nước) tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm.
Tốc độ truyền nhiệt cao, nhiệt độ tăng lên nhanh chóng. Đưa thêm một lượng nước
ngưng tụ vào trong thực phẩm -> chỉ dùng được trong trường hợp cho phép pha
loãng thực phẩm cần đun nóng.


Hình 4.1 : thiết bị đun nóng bằng phun hơi trực tiếp
Đun nóng bằng hơi nước trực tiếp:
- Phương pháp dùng hơi nước sục thẳng vào trong lòng chất lỏng cần đun nóng,
hơi nước ngưng tụ trộn lẫn với chất lỏng, cách nhiệt cho chất lỏng:
+ Van một chiều (5) không cho chất lỏng đi ngược trở lại trong trường hợp áp
suất ống hơi thấp hơn áp suất khí quyển.
+ Mở van phụ (4) để tháo hết nước ngưng đang tích tụ trong ống dẫn hơi trước

khi đun nóng.

- Thiết bị đun nóng loại sủi bọt dùng khi vừa đun nóng vừa khuấy trộn chất lỏng.
Quy trình hoạt động:
+ Hơi từ ống hơi vào, được đi qua những ống phun hình xoắn ốc vịng trịn
hoặc ống thẳng song song với những lỗ nhỏ đặt nằm dưới đáy bể chứa lỏng.
+ Hơi nước phun đều trong bể có tác dụng khuấy trộn.


 Hai thiết bị trên làm việc gây ra tiếng động ta nên dùng thiết bị đun nóng khơng
có tiếng động. Quy trình hoạt động:
+ Lắp thêm cái loa ở đầu ống dẫn hơi.
+ Hơi phun ra đầu ống dẫn hơi với vận tốc rất lớn áp suất tĩnh trong loa giảm
xuống, chất lỏng bên ngoài loa ập vào đây loa vừa pha trộn với luồng hơi
phun ra vừa làm tắt tiếng động.
 Ưu điểm:
- Đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp.
 Nhược điểm:
- Phải đưa thêm một lượng nước ngưng tụ vào trong chất lỏng cần đun nó ( pha
lỗng chất lỏng cần đun ).
- Do đó phương pháp này chỉ dùng trong các trường hợp cho phép pha lỗng chất
lỏng và khơng có phản ứng xảy ra giữa chất lỏng và nước.
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:


D×I + G2×C2×t2d = D×C2.t2c + G2×C2×t2c+ Qtt×T
Lượng hơi cần thiết:

D=
4.2.

Gián tiếp:

- Đun nóng gián tiếp: ( nồi đựng hai vỏ ): thực phẩm cần đun nóng được chứa
trong nồi, có thể lắp thêm cánh khuấy. Hơi nóng đi vào khoảng khơng gian giữa
hai lớp vỏ của nồi. Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt thường không lớn ( không quá
10 m2 ). Áp xuất hơi đốt không quá 10 atm. Hệ số truyền nhiệt 300 – 1800J/m2s
độ C
- Có phương pháp đun nóng bằng hơi nước gián tiếp là phương pháp đun nóng,
giữa hơi và chất lỏng có một tường ngăn cách. Nhiệt từ hơi truyền qua tường để
cung cấp cho chất lỏng. Được thực hiện trong nhiều loại thiết bị có cấu tạo khác
nhau như: thiết bị có vỏ bọc ngoài, loại ống xoắn, loại ống trùm, … Hơi nước sau
khi cách nhiệt cho chất lỏng qua tường thì ngưng tụ lại thành nước ngưng, chảy ra
từ thiết bị theo đường ống riêng.
- Ngồi ra cịn đun nóng bằng lị điện trở đốt nóng gián tiếp, lị điện cảm ứng, đun
nóng bằng chất tải nhiệt đặc biệt, dầu khoáng,…


V-

Vấn đề thiết bị

5.1.

Phân loại:

5.1.1. Thiết bị đun nóng hai vỏ làm việc gián đoạn:
Đây là loại thiết bị làm việc ơi áp suất thường. Thường dùng để đung nóng nước,
các loại dung dịch dùng để trần ( dùng dịch muối, dung dịch axit nitric… ), các
dung dịch để rót vào hộp (dung dịch đường, nước pha, …), trong sản xuất bia…

chất tải nhiệt là hơi nước bão hoà, truyền nhiệt gián tiếp.
Gồm hai loại:
- Thiết bị hở có hoặc khơng có cánh khuấy.
- Thiết bị kín có hoặc khơng có cánh khuấy.
 Ưu điểm:
- Cấu tạo đơn giản, vận hành dễ dàng.
- Sử dụng được cho nhiều loại sản phẩm.
 Ngược điểm:
- Áp suất hơi thấp, sự phân bố nhiệt không đều.
- Bề mặt truyền nhiệt không lớn, nên thời gian đun lâu.
- Làm việc gián đoạn.
5.1.2. Thiết bị đun nóng hai vỏ làm việc liên tục ( ở áp suất thường ):
Thường sử dụng để đun nóng các dung dịch có độ nhớt lớn. Đây là loại thiết bị làm
việc liên tục có năng suất lớn.
5.1.3. Thiết bị đun nóng kiểu ống:
Mục đích để đun ngóng các loại nước quả và các loại rau quả đã nghiền nhỏ. Thiết
bị làm việc liên tục.
Gồm hai loại:
- Thiết bị đun nóng kiểu ống trùm
Ưu điểm: cơ cấu gọn, chắc chắn, bề mặt truyền nhiệt lớn.
- Thiết bị đun nóng kiểu ống bọc ống


Ưu điểm: hệ số truyền nhiệt lớn vì có thể tạo ra tốc độ lớn ơi cả hai chất tải nhiệt,
chế tạo đơn giản.
Nhược điểm: cồng kềnh, giá thành cao vì tốn nhiều kim loại, khó làm sạch khoảng
khơng giữa hai ống.
5.2.

Cấu tạo và nguyên lý làm việc:

5.2.1. Thiết bị đun nóng hai vỏ làm việc gián đoạn:
a. Cấu tạo:
- Sơ đồ ngun tắt thiết bị đun nóng hai vỏ.

Hình 4.2.1 : Thiết bị đun nóng 2 vỏ khơng có cánh khuấy
- Cấu tạo bình ngưng tụ:
Thiết bị có vỏ bên trong tiếp xúc với thực phẩm nên được chế tạo bằng thép khơng
rỉ, hoặc thép có men chống ăn mịn, cịn vỏ ngồi được làm bằng thép hay gang, và
thường được bọc ngoài một lớp cách nhiệt.
b. Nguyên tắc làm việc:


- Hơi nước theo van vào phòng hơi (1) truyền nhiệt cho sản phẩm qua bề mặt trao
đổi nhiệt (4), khí khơng ngưng được xử định kì theo van (2), còn nước ngưng
được tháo qua van xả nước ngưng hoặc qua bình ngưng (5).
- Bình ngưng tụ (5) làm việc như sau: Khi thân (3) tập trung được một lượng
nước ngưng nào đó thì phao (2) nối liền với van thoát (4) được nâng lên theo
hướng vào cốc (1) và các lỗ thoát mở ra để tháo nước ngưng. Khi tháo được
một phần nước ngưng ra ngồi thì phao sẽ hạ xuống và đậy kín lỗ tháo nhưng
khơng cho hơi thoát ra khỏi ống tháo.
- Để tăng cường khả năng truyền nhiệt và đun nóng đều, có thể sử dụng thiết bị
đun nóng hai vỏ có cánh khuấy, các dạng cánh khuấy có cấu tạo khác nhau phụ
thuộc vào lỗi sản phẩm cần đun nóng trong thiết bị.
5.2.2. Thiết bị đun nóng hai vỏ làm việc liên tục ( ở áp suất thường ):
a. Cấu tạo:

Hình 4.2.2: Thiết bị đun nóng 2 vỏ làm việc liên tục
b. Nguyên tắc làm việc:
Thiết bị có cấu tạo dựng hình trụ nằm, gồm hai vỏ (1) và (2) hệ nắp (3) có thể tháo

mở được. Hơi được cấp vào qua van (9) vào khoảng khơng (6) và trụ rỗng (4) để
đun nóng, nước ngưng được tháo qua van tháo ngưng (10). Dung dịch đi vào cửa
nập (7) nhờ cánh xoắn (5) chuyển dần vào trong thiết bị, sau khi đun nóng sản
phẩm được tháo ra theo cửa (8).
5.2.3. Thiết bị đung nóng kiểu ống:


5.2.3.1. Thiết bị đun nóng kiểu ống trùm:
a. Cấu tạo:

1. Cửa sản phẩm vào.
2. Cửa sản phẩm ra.
3. Đường hơi vào.
4. Van xả nước ngưng.
5. Xả khí khơng ngưng.
6. Ống truyền nhiệt.
7. Khoảng không.
8. Lớp học cách nhiệt.
9. Chân đế.
10.Nắp thiết bị
b. Nguyên tắc làm việc:
- Sản phẩm vào cửa (1) được đi dích dắc trong các ống (6) và sau khi đun nóng
được ra cửa (2).
- Hơi được cấp vào theo đường ống (3) và phân bố vào khoảng không (7) truyền
nhiệt cho các ống (6), nước ngưng được xử theo van (4), cịn khí khơng ngưng
xả định kì theo van (5).
- Thiết bị được bọc cách nhiệt (8), và tựa tên giá đỡ (9).
- Nắp thiết bị (10) có thể tháo lắp để vệ sinh ống khi cần.
- Thường chiều dài ống L=2m, vận tốc sản phẩm = 0,2:0,3 m/s.

- Cách chia ngăn trong thiết bị ống trùm: Khi cần tăng tốc độ của chất tải nhiệt để
tăng hiệu quả truyền nhiệt, người ta chia thiết bị làm nhiều ngăn.
5.2.3.2. Thiết bị đun nóng bằng ống bọc ống :
a. Cấu tạo:

Hình 4.2.3.2: Thiết bị đun nóng kiểu ống bọc ống
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Cửa sản phẩm vào.
Cửa sản phẩm ra.
Ống truyền nhiệt.
Cửa hơi vào.
Khoảng không.
Xả nước ngưng.

b. Nguyên tắc làm việc:
- Đây là loại thiết bị làm việc liên tục, hơi và sản phẩm đi ngược chiều. Sản phẩm
được bơm vào cửa (1) đi trong ống truyền nhiệt (3), sau khi đun nóng được ra ở
cửa (2).
- Hơi được vào theo ống (4) và được phân bố vào khoảng không (5) bọc quanh
các ống truyền nhiệt (5). Nước ngưng được xả theo van xả nước ngưng (6).


VI- Tổng kết

Với quá trình phản ứng thuận hiện một cách thuận lợi q trình đun nóng được ứng
dụng rộng rãi trong cơng nghiệp nhằm mục đích chuẩn bị, khai thác và chế biến
CNTP đáp ứng nhu cầu thực tiễn