Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Chương 1: Qúa trình ly tâm

Chương 1: Qúa trình ly tâm

Tải bản đầy đủ - 0trang

tâm vận tốc lắng và gia tốc ly tâm thay đối phụ thuộc vào vận tốc góc ω và bán kính quay r (a= ω2r), hạt

lắng theo phương đường kính rơto.

Dưới tác dụng của lực ly tâm q trình ly tâm sẻ nhanh hơn rất nhiều. Tốc độ chuyển

động của hạt dưới tác dụng của ly tâm được xác định theo công thức:

d



V





c



2







p 



  r 2

l



18



Vc : tốc độ lắng của hạt trong pha lỏng dưới tác dụng của trọng r : bán

kính quay (m)

ω : tốc độ vòng (rad/s)

Tốc độ vòng được tính như sau:  



2



n ( n: số vòng quay trong một phút)



60



Hình 1.Ảnh hưởng của bán kính quay đến gia tốc ly tâm

Xét ví dụ:

Giọt cầu béo trong sữa có d = 3μm. Nếu khối lượng riêng của chất béo



 = 980 kg/m3,

p



khối lượng riêng của pha lỏng



V

p



l =1028 kg/m3, độ nhớt của pha lỏng μ= 1,42 10-3kg/m.s



Theo định luật Stok tốc độ chuyển động của giọt cầu béo trong

sữa:

9

 1,66 10 m / s  0,166m

2

d    

310 3 2  980 1028 

g





l

9,81



g



18



18 1,42 10



3



Như vậy các giọt béo trong sữa chuyển đọng theo phương thẳng đứng, theo hướng nổi lên bề mặt

sữa với tốc độ rất chậm là 0,166 μm/s.

Khi ta thay đối vào lực ly tâm với bán kính quay là r = 0,2 m, số vòng quay là n = 5400

vòng/phút. Tốc độ độ chuyển động của các hạt cầu béo dưới tác dụng của lực ly tâm là:

d 2  p   l 

310 3 2  980 1028 

2



V



c







18



r 











 0,2





18 1,42

3

10







562,2



 1,08

10



3



m / s  1080m / s



Như vậy dưới tác dụng của lực ly tâm, tốc độ chuyển động của các giọt béo trong sữa sẽ nhanh hơn

1080/0,166  6.506 lần so với lắng dưới tác dụng của trọng lực [12].

Các máy dùng đế phân chia các hệ không đồng nhất trong trường ly tâm được gọi là máy

ly tâm.

Nồng độ huyền phù bằng tỷ số của luợng pha rắn và tổng luợng huyền phù. Nồng độ

huyền phù có thể thể hiện bằng phần trăm theo khối luợng hay phần trăm theo thể tích. Hiệu nồng độ giữa

pha rắn và pha lỏng càng lớn thì năng suất của máy ly tâm lắng càng cao.

Lực ly tâm Pt ( N ) là động lực của q trình ly tâm :

Pt 



2



2

mv

G



2 R

g



GR

 900



2



Trong đó: m : khối luợng của máy và chất lỏng (kg) V : vận

tốc biên (m/s)

R : bán kính trong của thùng quay (m)

G : trọng lượng của vật thể quay (N)

ω: tốc độ góc của thùng quay (độ/s)







  30



g : gia tốc rơi tự do (m/s2)

Yếu tố phân chia là một trong những chuẩn cơ bản để chọn máy ly tâm. Yếu tố phân chia xác định

gia tốc của trường ly tâm được phát triển trong máy, có bao nhiêu lần lớn hơn gia tốc trọng lực. Yếu tố phân

chia được xác định theo công thức :



f p



2



 R

g 



R



2



900



Yếu tố phân chia càng cao thì khả năng phân chia của máy càng lớn. Yếu tố phân chia sẽ tăng đáng

kể khi tăng số vòng quay của roto. Ký hiệu năng suất của máy là chỉ số cơ bản của máy hoạt động :



 F



l



fp



Trong đó : Fl là diện tích bề mặt lắng của xilanh (m2)

1.2.



Phân loại quá trình ly tâm và thiết bị ly tâm

Sự khác biệt khối luợng riêng càng lớn thì quá trình phân riêng đuợc thực hiện càng dễ



dàng.



Dựa vào đối tuợng phân riêng, q trình ly tâm có thể đuợc phân loại nhu sau :

-



Ly tâm để phân riêng hai chất lỏng không tan vào nhau : hệ nhũ tuơng nuớc trong



dầu (w/o) hoặc hệ nhũ tuơng dầu trong nuớc (o/w)

-



Ly tâm để phân riêng hệ huyền phù : quá trình thuờng đuợc sử dụng để làm



“trong” các huyền phù - còn gọi là ly tâm lắng

-



Ly tâm lọc



-



Ly tâm để tách các cấu tử lơ lửng trong pha khí : q trình thuờng đuợc sử dụng



để tách bụi từ khơng khí.

Các máy dùng để phân chia các hệ không đồng nhất trong truờng ly tâm gọi là máy ly

tâm. Có thể phân loại máy ly tâm theo dấu hiệu khác nhau:

-



Theo quá trình phân ly: máy ly tâm lắng; máy ly tâm lọc



-



Theo phuơng thức làm việc: máy ly tâm làm việc gián đoạn, máy ly tâm làm việc



liên tục và máy ly tâm tự động

-



Theo kết cấu của bộ phận tháo bã: máy ly tâm tháo bã bằng dao; máy ly tâm tháo



bã bằngvít xoắn; máy ly tâm tháo bã bằng pittông

-



Theo giá trị yếu tố phân ly phân ra máy ly tâm thuờng và máy ly tâm siêu tốc



-



Theo kết cấu trục và ổ đỡ phân ra: máy ly tâm ba chân và máy ly tâm treo.



Khi lựa chọn máy ly tâm cần phải dựa vào các đặc tính cơng nghệ của chúng và các tính chất hóa lý

học của vật liệu đem gia công (độ phân tán của pha rắn, độ nhớt của pha lỏng và nồng độ của nó).

2.



Mục đích cơng nghệ



Trong chế biến sữa q trình ly tâm sử dụng để tách chất béo ra khỏi sữa, điều chỉnh hàm lượng lipid

trong sản phẩm. Tuỳ theo mục đích mà có thể tách hồn tồn hay một phần chất béo. Để sản xuất các sản

phẩm sữa gầy, quá trình ly tâm có thể làm giảm hàm lượng chất béo trong sữa xuống thấp hơn 0,05%.

Ngồi ra q trình ly còn tách các vi sinh vật đặc biệt là các bào tử vi khuẩn chịu nhiệt ra khỏi sữa, tách các

chất rắn có lẫn trong sữa nguyên liệu.

3.



Các biến đổi nguyên liệu



Trong quá trình ly tâm, các yếu tố chủ yếu tác động lên nguyên liệu chỉ là tác động của lực cơ học

(lực ly tâm). Vì vậy, ngồi sự phân tách, các biến đổi khác trong quá trình ly tâm thường không đáng kể. Sự

tách pha trong quá trình ly tâm sẽ dẫn đến sự thay đổi về các tính chất hố lý trong mỗi pha như độ nhớt, tỷ

trọng, độ đục…

4.



Các yếu tố ảnh hưởng



4.1.



Kích thước các hạt cầu béo



Cream ở dưới dạng các hạt cầu béo có kích thước 0,3 - 10 μm. Phần lớn có kích thước 1 - 5 μm. Khi

li tâm sữa có thể tách được các hạt cầu béo d 1μm. Các cầu béo bé hơn nằm lại trong sữa gầỵ. Có thể giải

thích đó là sự thay đổi tỷ trọng của các cầu béo, phụ thuộc vào kích thước của chúng.

Trong cream, các cầu béo có kích thước lớn chiếm lượng lớn. Tỷ trọng của các cầu béo này nhỏ hơn

tỷ trọng của plasma. Trong các cầu béo nhỏ, chủ yếu là màng lipoprotein, do đó tỷ trọng của các cầu béo

nhỏ gần bằng tỷ trọng plasma. Sự khác nhau giữa tỷ trọng plasma và các cầu béo nhỏ rất ít do vậy mà khi li

tâm không tách được chúng [5].

4.2.



Độ sạch và độ tươi của sữa



Trong quá trình ly tâm làm sạch, các tạp chất cơ học được tách khỏi sữa. Nếu sữa chứa nhiều tạp

chất hoặc có độ axit cao thì khoảng khơng gian trong thiết bị để chứa tạp chất sẽ chóng đầy và khi đó tạp

chất bắt đầu tụ tập trên bề mặt các đĩa. Trong trường hợp này việc sữa gầy chuyển ra vùng ngoại vi sẽ khó

hơn. Sữa gầy bị dâng lên giữa các đĩa và có thể chảy vào rãnh dành cho cream. Kết quả là hàm lượng chất

béo của cream giảm đi đáng kể, lượng chất béo trong sữa gầy lại tăng [6].

4.3.



Tốc độ cho sữa vào

Máy li tâm có cơng suất nhất định. Nếu tăng hoặc giảm đều làm ảnh hưởng tới hiệu suất



ly tâm.



Nếu tăng tốc độ cho sữa vào, có nghĩa là sữa phải đi qua thùng quay nhanh hơn thì lực ly tâm tác

dụng lên sữa sẽ ít hơn, một phần các cầu béo không kịp tách khỏi sữa dẫn tới hàm lượng chất béo trong sữa

gầy cao.

Khi giảm tốc độ cho sữa vào, lực ly tâm tác dụng lên sữa sẽ lâu hơn, chất béo tách được triệt dể hơn.

Tuy nhiên, việc giảm tốc độ này làm giảm cơng suất của máy [7].

4.4.



Nhiệt độ của sữa



Sữa lạnh có độ nhớt cao làm giảm hiệu suất ly tâm, đặc biệt dối với các cầu béo có kích thước nhỏ.

Sữa được đun tới 40 - 45°C có độ nhớt nhỏ hơn hai lần so với độ nhớt cũng của sữa đó ở 10°C [8].

4.5.



Hàm lượng chất béo của sữa

Chất lượng sữa gầy phụ thuộc vào hàm lượng chất béo của sữa.



Sữa nguyên liệu thường có hàm lượng chất béo 4%. Khi sữa có hàm lượng chất béo cao hơn, cần gia

nhiệt tới 40 - 45°C và giảm tốc độ cho sữa vào để đảm bảo ly tâm đạt kết quả tốt [9].

5.



Thiết bị



5.1.



Máy ly tâm lắng



5.1.1. Máy ly tâm siêu tốc loại đĩa

Đây là thiết bị được dùng phổ biến trong công nghệ chế biến sữa.

Máy phân ly siêu tốc loại đĩa 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.

5.1.1.1.

Cấu tạo

Thiết bị gồm có thân máy, bên trong là thùng quay, được nối với một motor truyền động bên ngồi

thơng qua trục dẫn. Các đĩa quay có đường kính dao động từ 20  102 cm và được xếp chồng lên nhau. Các

lỗ trên đĩa ly tâm sẽ tạo nên những kênh dẫn theo phương thắng đứng. Khoảng cách giữa hai đĩa ly tâm liên

tiếp là 0.5  1.3 mm. 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)



1 Máy phát điện



9 Trục rỗng dẫn nhập liệu



2 Nắp trống lọc



10 Lớp vỏ áo



3 Lỗ phân phối



11 Lỗ xả cặn



4 Hệ thống đĩa



12 Động cơ



5 Vành đai ốc cố định trống



13 Phanh



6 Lỗ dẫn huyền phù nhập liệu



14 Bánh răng



7 Trống trượt dưới



15 Hệ thống nước hoạt động



8 Thân trống



16 Trục trống rỗng



Chức năng của một số bộ phận chính trong máy lọc được đưa ra dưới đây.

Nắp trống lọc (Bowl hood): Nắp trống được cố định với thân trống bởi đai ốc hãm, nắp trống kết

hợp với thân trống tao thành không gian phân ly của máy ly tâm.

Trống trượt dưới (Sliding bowl bottom): là phần thấp nhất của trống lọc mà nó có thể trượt lên,

xuống trong thân trống để đóng hoặc mở trống.

Thân trống(Bowl body): Lả phần chính kết hợp giữa nắp trống với trống trượt dưới tạo thành không

gian phân ly.



Vành đai ốc cố định trống (Lock ring of Main bowl): Để cố định nắp trống với thân trống.

Thiết bị phân phối sữa nguyên liệu (Distributor): Phân phối sữa vào phía dưới của trống.

Chồng đĩa lọc (Disc set): Là toàn bộ các đĩa lọc xếp chồng lên nhau. Chúng tạo thành bề mặt phân ly

hiệu quả. Chồng đĩa được sếp chồng lên nhau và được cố định bởi thiết bị phân phối sữa. Một chồng đĩa có

khoảng 100-110 đĩa.



Hình 2. Hệ thống đĩa và các lỗ phân phối

5.1.1.2.

Nguyên lý hoạt động

Sữa được gia nhiệt đến 55- 65°C trước khi đưa vào thiết bị ly tâm tách béo. Sữa nguyên liệu được

nạp vào máy ly tâm theo cửa vào ống trục giữa (9), tiếp theo sữa sẽ theo hệ thống kênh dẫn (6) đế chảy vào

khoảng không gian hẹp giữa các đĩa ly tâm, khe hở giữa các đĩa của thùng quay khoảng 0,4mm. Sữa trong

thùng quay chuyển động với tốc độ 2-3cm/s . Dưới tác dụng của lực ly tâm, sữa sẽ được phân thành hai

phần:

-



Phần craem có khối lượng nhẹ hơn nên dưới tác dụng của gia tốc hướng tâm sẽ



chuyển động hướng về phía trục của thùng quay và tập trung ở xung quanh trục giữa. Các hạt cầu

béo có kích thước lớn tập trung ở gần tâm, càng xa tâm thì lượng cream càng giảm.

-



Phần sữa gầy có khối lượng riêng cao sẽ chuyến động về phía thành thùng quay.



Các tạm chất cơ học có trong sữa là thành phần nặng hơn so với plasma bị bắn vào thành tang

quay và tập hợp vào khoảng không gian giành chứa tạp chất.

Sữa nguyên liệu được tiếp tục đưa vào gây áp suất đẩy sữa gầy và cream lên phía trên.

Sau cùng cả hai dòng cream và sữa gầy sẽ theo những kênh riêng đế thốt ra ngồi. Khi ly tâm, chỉ

các hạt cầu béo có kích thước nhỏ mới bị lẫn vào dòng sữa gầy, Hình (Hình 3) sẽ chỉ rõ hướng di chuyển

của các kênh, mô tả cho ta thấy cách mà các hạt cầu béo được tách ra như thế nào. Hàm lượng chất béo

trung bình trong sữa gầy là 0,05%



Thiết bị làm việc theo phương pháp liên tục



Hình 3.Hướng di chuyển của các dòng trong máy ly tâm dạng đĩa

Ngồi ra máy còn phân tách được các rơm, lơng, tế bào vú, bạch cầu, hồng cầu, các tiểu cầu, vi

khuẩn ... Tổng lượng tạp chất lắng trong sữa thay đổi tuỳ vào nguồn gốc nhưng có thể khoảng 1 kg/10 000

lít. Công đoạn tháo bỏ các tạm chất cần tiêu tốn nhiều nhân cơng [3].



Hình 4. Phân tách các tạp chất

Điều chỉnh hàm lượng chất béo của cream



Người ta có thể điều chỉnh được hàm lượng chất béo của cream. Đặt van điều chỉnh ở đường ra của

cream, muốn thu được cream có hàm lượng chất béo cao thì điều chỉnh khe van cho gần với trục thùng

quay. Như ta đã biết, càng gần với trục giữa càng tập trung nhiều cream. Như vây, khe van càng nhỏ thì

cream cho ra càng ít nhưng hàm lượng chất béo càng cao.

Khi điều chỉnh cho khe van lớn hơn thì cream ra nhiều hơn nhưng lại có hàm lượng chất béo thấp

[4].



Hình 5. Thiết bị điều kiển hàm lượng chất béo

Trong đó:

1 Đầu ra của Skimmilk (sữa gầy) với áp suất van điều tiết

2 Van điều chỉnh cream (kem)

3 Đồng hồ đo lưu lượng cream (kem)

Lượng cream thu được khi ly tâm

:



G

c



Gc: lượng cream thu được khi ly tâm (Kg) Gs: lượng

sữa đem đi ly tâm (Kg)



Gs M s  M 0 



Mc  M0



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Chương 1: Qúa trình ly tâm

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×