Lời nói đầu
Máy khuấy trộn và định lợng nha đợc ứng dụng rất rộng rãi trong
ngành công nghiệp thực phẩm, dùng để sản xuất bánh kẹo, đờng sữa, bia,rợu. Hiện nay hầu hết các nhà máy sản xuất bánh kẹo ở nớc ta đều sử dụng
thiết bị này.
Sau một thời gian thực tập thực tế tại nhà máy bánh kẹo Tràng An,
chúng em đã đợc nhận đề tài Tớnh toỏn v thit k mỏy khuy trn v
nh lng nha/
Nội dung của đồ án bao gồm:
Phần I: Các quá trình công nghệ
Phần II: Tính toán cơ khí

Phần 1. Các quá trình công nghệ

A. Quá trình công nghệ

I. Quá trình sản xuất carame (Khối kẹo, liên quan tới
định lợng nha)

Khái niệm chung
Caramen là sản phẩm kẹo do nấu dung dịch đờng với mật tinh bột
hoặc đờng với đờng chuyển hoá đến độ ẩm 1 -3%.
Dựa vào cấu tạo có thể chia caramen làm hai nhóm chính sau:

1


+ Caramen không nhân
+ Caramen có nhân
Nhìn hình thức bề ngoài cũng có thể chia làm hai loại:
+ Caramen bọc giấy
+ Caramen không bọc giấy

Caramen là chất vô định hình, cứng, dòn hay gọi là kẹo cứng.
Sơ đồ kĩ thuật sản xuất kẹo
Sản xuất kẹo gồm các phần chính nh sau:
1. Chuẩn bị khối kẹo
2. Chuẩn bị nhân
3. Nâng cao phẩm chất, tạo hình, bao gói, đóng bao và bảo quản.
Từng phần nói trên lại gồm nhiều công đoạn nhỏ. Các công đoạn
này khác nhau hay không là do mức độ cơ khí hoá, nhóm và loại kẹo cần
sản xuất ra thị trờng.
Khối kẹo sau khi nấu là dung dịch nhớt, trong suốt có màu vàng
nhạt đến màu vàng tơi. Khi làm lạnh khối kẹo nhiệt độ từ 400C ữ 450C nó
trở nên cứng giòn và ở trạng thái vô định hình.
Quá trình kỹ thuật sản xuất khối kẹo có thể coi nh sự chuyển đờng từ
tinh thể cứng về trạng thái phi tinh. Sự chuyển đó có thể coi bằng 2 cách:
+ Nấu đờng nóng chảy
+ Hoà tan đờng trong nớc rồi tiếp tục cô đặc
Trong thực tế ngời ta sản xuất khối kẹo bằng cách nấu dung dịch đờng
với mật tinh bột hoặc đờng chuyển hoá đến hàm lợng chất khô yêu cầu.
Mật tinh bột có trong thực đơn của khối kẹo không những có tác
dụng chống hồi đờng, mà còn làm cho khối kẹo có tính dẻo để chờ biến tiếp
(nh cán, kéo dài, tạo hình)
Trong sản xuất caramen thờng dùng tỉ lệ giữa mật và đờng là 50
ữ60/100. Khi thiếu mật tinh bột ta có thể thay một phần hay toàn bộ mật
bằng đờng chuyển hoá phải tính toán sao cho hàm lợng đờng khử có trong
khối kẹo không đợc quá 15% ữ 16%.
Chuẩn bị khối kẹo gồm hai giai đoạn sau:
+ Chuẩn bị sirô caramen
+ Nấu sirô caramen thành khối kẹo.
I.1. Chuẩn bị Sirô caramen(cho quá trình nha)
Chuẩn bị sirô caramen gồm có hai phơng pháp:


2


I.1.1. Phơng pháp gián đoạn:
Trong phơng pháp này có thể chuẩn bị Sirô theo hai sơ đồ sau:
a. Sơ đồ thứ nhất
Hoà tan đờng trong mật tinh bột đã nấu nóng sơ bộ bằng hơi rồi nấu
hỗn hợp đó đến nồng độ cần thiết. Lúc đầu nấu nóng mật đến 60 0C, dùng
bơm cho vào thiết bị (Chảo thùng) và sau đó cho đờng vào. Cùng lúc cho đờng ta cho hơi nóng qua ống phun trực tiếp đặt dới đáy thiết bị, sau khi đờng đã hoà tan ta ngắt đờng hơi qua ống phun và cho vào ống xoắn đặt
trong thiết bị, áp suất đa hơi vào ống xoắn là 4 ữ 5 atm.
Hỗn hợp đờng mật nấu đến hàm lợng chất khô là 84% ữ 86%. Sau
đó hỗn hợp trên tự chảy theo ống dẫn vào bình chứa và nhờ bơm đa qua bộ
phận lọc lới kim loại có đờng kính của lỗ là 0,3 mm ữ 0,5 mm, lọc xong đa
vào bình chứa của thiết bị nấu chân không, hàm lợng đờng khử trong sirô
caramen dùng mật không đợc quá 12% ữ 14%, và dùng đờng chuyển hoá là
14% ữ 16%. Hàm lợng đờng khử theo sơ đồ này tăng từ 4% ữ 5%. Theo
thời gian chuẩn bị siro của một chu kỳ là 30 phút.
b. Sơ đồ thứ hai
Hoà tan đờng trong nớc nóng rồi nấu với mật tinh bột. Hàm lợng nớc dùng để hoà tan đờng là 25% ữ 30% so với đờng. Lúc đầu cho nớc vào
thiết bị ống xoắn, sau đó cho hơi nóng vào ống, rồi cho đờng vào thiết bị.
Để tăng cờng độ hoà tan của đờng trong thiết bị có đặt bộ phận khuấy, thời
gian hoà tan là 20 ữ 30 phút. Trong thời gian này có một lợng nớc bốc hơi
và khi nhiệt độ đạt tới 1080 ữ 1100C thì nồng độ của siro đờng là 80%. Khi
tỉ lệ có trong thực đơn và nấu đến 116 0 ữ 1170 để hàm lợng chất khô là 84%
ữ 86%. Sau đó cho qua bộ phận lọc rồi đa vào bình chứa của thiết bị nấu
chân không, thời gian chung để chuẩn bị sirô theo sơ đồ này là 40 ữ 50 phút
. Hàm lợng đờng khử 13% ữ 16%, trong quá trình chuẩn bị sirô caramen
hàm lợng đờng khử tăng từ 4% ữ 6%.
I.1.2. Phơng pháp liên tục

Phơng pháp liên tục rút ngắn thời gian chuẩn bị sirô và siro làm ra
có chất lợng cao hơn so với phơng pháp gián đoạn.
3


Theo phơng pháp này thì đờng không hoà tan trong mật hoặc trong
nớc, mà trộn nó với mật và một ít nớc (17% ữ 20% so với khối lợng của đờng). Hỗn hợp trên đựơc nấu dới áp suất lúc này đờng sẽ hoà tan trong nớc
có trong hỗn hợp.
Theo phơng pháp này đờng sẽ khong bị phân huỷ sau. Hàm lợng đờng khử khoảng 11,5% - 14% khối kẹo nấu từ siro caramen theo phơng
pháp này sẽ sáng màu và bền hơn khi bảo quản.
I.2. Nấu siro caramen thành khối kẹo
Muốn thu đợc khối kẹo có độ ẩm 1% - 3% ta cần nấu siro caramen
có độ ẩm 12% - 16% đến độ ẩm nói trên.
I.2.1. Các phơng pháp nấu
a. Thủ công:
Dùng chảo nấu đốt bằng than hoặc củi. Nhiệt độ nấu cuối cùng là
900C. Nhiệt độ cao ảnh hởng xấu tới sản phẩm, nấu thủ công năng suất
thấp, mất nhiều sức lao động và không đảm bảo vệ sinh.
b. Thiết bị nấu vạn năng
Thiết bị này sử dụng khá rộng rãi, có thể dùng nó để nấu kẹo cứng,
kẹo mềm và nhân kẹo do đó đợc mang tên vạn năng.
Cấu tạo của thiết bị gồm hai ngăn chảo: Chảo phía trên (A) có vỏ
hơi và cánh khuấy, chảo chân không phía dới (E).
Toàn bộ thiết bị nằm trên một giá đỡ, chảo phía trên liên hệ với chảo
phía dới bằng cửa van nằm ở phía dới chảo A. Chảo phía dới không có vỏ
hơi đốt nóng đợc nối với một bơm chân không qua bình ngng tụ, chảo phía
dới gắn chặt vào chảo phía trên nhờ tấm đệm cao su.
Nguyên lý làm việc của thiết bị nh sau: cho nguyên liệu nấu kẹo
(mỗi lần 50 kg) và hơi nóng vào chảo phía trên (hơi nóng cho vào dới áp
suất 5 ữ 6 atm) đồng thời mở máy cho cánh khuấy làm việc. Hỗn hợp

nguyên liệu ở chảo phía trên nấu đến nhiệt độ 135 ữ 140 0C ứng với độ ẩm
5% ữ 6%, sau đó đóng van nạp lại và cho cánh khuấy ngừng lại. Nối chảo
thứ hai E vào chảo A, mở mở bơm chân không và dùng vô năng F nâng cửa
van giữa hai chảo để khối kẹo chảy xuống chảo thứ hai (có độ chân không
700mm) thời gian chảy của khối kẹo xuống chảo thứ hai là 2phút. Trong chảo
thứ hai nớc bốc hơi và nhiệt độ sôi hạ xuống. Tuỳ theo trị số chân không
trong chảo mà độ ẩm còn lại trong khối kẹo là 2% ữ 3%. Khi khối kẹo đạt
4


tới nhiệt độ 115% ữ125% qua 3 ữ 5 phút thì đa ra khỏi thiết bị và làm lạnh
ngay. Thời gian của cả qúa trình nấu dung dịch trong thiết bị vạn năng là
18ữ 20 phút. Năng suất của thiết bị là 800kg khối kẹo một ca.
c. Thiết bị nấu chân không
Cấu tạo: Gồm hai phần
+ Phần đốt nóng
+ Phần bốc hơi
Phần đốt nóng gồm vỏ hình trụ, bên trong có ống xoắn ruột gà, bên
ngoài ống dẫn hơi bão hoà áp suất 5 ữ 6atm phần bốc hơi là một hình trụ
thẳng đứng đợc chia làm hai phần, giữa hai phần có cửa van liên hệ nhau và
đầu cuối của phần bốc hơi có ban xả khối kẹo.
Ngày nay các nớc tiên tiến thờng dùng thiết bị chân không có hai
ống xoắn đặt lồng nhau, đờng kính của ống 30/34mm, chiều dài mỗi ống
33mm năng suất của khối kẹo là 5 tấn/1ca, bề mặt đốt nóng là 6, 2m2
Phần đốt và phần hơi đặt riêng biệt và liên hệ với nhau bằng ống dẫn.
Nguyên lý làm việc của thiết bị:
Siro caramen có độ ẩm 14% ữ 16% nhờ bơm pitttông đa vào ống
xoắn của buồng đốt, đồng thời mở van nạp hơi cho vào buồng đốt. Hơi
nóng bao lấy các ống xoắn và ngng tụ. Phần ngng tụ đợc ra liên tục qua ống
dẫn khí phía dới buồng đốt. Trên buồng đốt có gắn áp kế và van an toàn để

theo dõi áp suất và không cho áp suất cao quá mức qui định. Siro sau khi đi
qua các ống dẫn xoắn trong buồng đốt thì đợc ống dẫn đa vào buồng bốc
chân không, trong buồng bốc giữ mức độ chân không là 680mm cột thuỷ
ngân nhờ bình ngng tụ và bơm chân không nối với buồng đốt.
Siro chảy xuống bốc chân không phía trên, khi lợng siro đã đạt tới
khoảng 18 ữ 20 kg thì mở van cho chảy xuống bình chứa phía dới. Còn hơi
thứ và không khí theo ống dẫn vào bình ngng tụ. Tại bình ngng tụ hơi thứ đợc làm lạnh bằng nớc, không khí và nớc (hỗn hợp) nhờ bơm chân không hút
ra ngoài. Bơm chân không còn có nhiệm vụ tạo và giữ chân không trong
buồng bốc.
nhiệt độ của siro là từ 1350 ữ 1400 và vào buồng bốc hạ xuống còn
từ 1100 ữ 1200 nhờ chân không. Tại buồng đốt nớc tiếp tục bốc hơi và còn
lại từ 1% ữ 3%. Qua hai phút đợc tải ra ngoài và đựơc làm lạnh ngay.

5


I.3. Yêu cầu kỹ thuật, thành phần hoá học và tính chất vật lý của khối kẹo.
I.3.1. Yêu cầu kỹ thuật
Sau khi ra khỏi buồng bốc của thiết bị chân không nhiệt độ của khối
kẹo từ 1100C 1300C. Khối kẹo cần đạt những yêu cầu sau đây:
+ Trong suốt không có vết đục biểu hiện sự hồi đờng
+ Màu sắc vàng tơi (Nếu ta dùng mật) và hơi sẫm nếu ta dùng đờng
chuyển hoá.
+ Độ ẩm không quá 3%
+ Hàm lợng đờng chuyển hoá không đợc quá 20%
+ Cần phải dẻo ở nhiệt độ tạo hình và ở nhiệt độ ở công đoạn gia
công khác (quật, cán, lăn, vuốt), có nghĩa là có khả năng chịu đợc sự kéo
dài để tạo ra hình dạng bất kỳ.
I.3.2. Thành phần hoá học cuả khối kẹo
Tuỳ theo thực đơn mà thành phần hoá học của kẹo có khác nhau:

Nếu dùng tinh bột: Sacarôza 58%
Dextrin 20%
Glucoza 10%
Fructôza 3%
Maltôza 7%
Độ ẩm 2%
Nếu dùng đờng chuyển hoá: Sacaroza: 78% - 80%
Đờng chuyển hoá: 18 % - 20%
Độ ẩm: 2%
I.3.3. Tính chất vật lý của khối kẹo:
Khối kẹo ra khỏi thiết bị nấu là dung dịch nhớt, khi làm lạnh thì độ
nhớt của nó tăng rất mạnh và ở 80 0C ữ 900C thì khối kẹo có tính dẻo. Trong
trạng thái này ta có thể tạo hình nó theo hình dạng tuỳ ý. Tiếp tục làm lạnh
đến 400C ữ 450C thì khối kẹo trở nên phi tinh trong suốt, cứng và giòn.
Độ ẩm của khối carame càng thấp thì nó sẽ nhanh cứng và độ cứng
càng cao.
Độ nhớt của khối kẹo giảm khi hàm lợng mật tinh bột giảm (vì
Dextrin có trong mật làm tăng độ nhớt của khối kẹo), khi giảm nhiệt độ thì
độ nhớt tăng. VD: Khi ở 1200C thì khối kẹo làm theo thực đơn bình thờng

6


(50 phần mật 100 phần đờng) thì có độ nhớt là 640 poiz, khi nhiệt độ hạ
xuống còn 1000C thì độ nhớt là 9000 poiz, và ở 900C là 50.000 pioz. Nh đã
nói ở trên thì ở nhiệt độ 900C khối kẹo có tính dẻo (vi độ nhớt cao).
Chỉ số độ nhớt rất quan trọng đối với khối kẹo. Giữ đợc trạng thái phi
tinh của khối kẹo trong các công đoạn gia công tiếp hay không là đo độ nhớt
của nó quyết định. Nếu chúng ta giữ khối kẹo khá lâu ở nhiệt độ cao (ở nhiệt
độ đó nó có độ nhớt thấp) thì xảy ra quá trình kết tinh và kết quả là khối kẹo bị

bồi đờng. Khi tăng độ nhớt thì tốc độ kết tinh giảm, làm lạnh nhanh thì độ nhớt
tăng tạo điều kiện làm chậm sự chuyển hoá của các phần tử, các tinh thể không
tạo ra đợc, khối kẹo giữ đựơc trạng thái bình thờng.
Trong dây chuyền sản xuất cơ giới (không phụ thuộc vào thực đơn)
đòi hỏi khối kẹo phải có tính chất cơ học ổn định. Một trong những tính
chất đó là tính dẻo, đóng vai trò quan trọng trong sản xuất kẹo. Tính dẻo
đối với chất phi tinh và độ nhớt.
Khối kẹo ra khỏi buồng bốc của thiết bị nấu chân không có nhiệt độ
1200C thì độ nhớt xấp xỉ 600 poiz. Để tránh hiện tợng hồi đờng của khối
kẹo ta phải giữ độ nhớt nh trên khi khối kẹo ra khỏi thiết bị (không phụ
thuộc vào thực đơn).
II. Quá trình truyền nhiệt

II.1. Quá trình đun nóng
II.1.1. Bản chất, mục đích và phạm vi thực hiện:
II.1.1.1. Bản chất
Đun nóng là quá trình làm tăng nhiệt độ từ nhiệt độ ban đầu đến
nhiệt độ cuối cùng cho trớc. Nhiệt độ ban đầu (tbđ) thờng bằng nhiệt độ của
môi trờng không khí xung quanh. Nhiệt độ cuối cùng (tc) phụ thuộc vào
mục đích của quá trình và tính chất của vật liệu. Thờng đợc xác định từ trớc. Chênh lệch giữa nhiệt độ cuối cùng (tc) và nhiệt độ ban đầu (tbđ) luôn
luôn là một đại lợng lớn hơn 0.
T= tc tđ > 0
Không phụ thuộc vào phơng pháp thực hiện
Có thể thực hiện quá trình bằng cách tăng nhiệt độ một cách liên tục
hoặc tăng gián đoạn nhng cả hai qúa trình vẫn đảm bảo t = tc tđ > 0
II.1.1.2. Mục đích công nghệ
Trong công nghiệp chế biến thực phẩm quá trình đun nóng thờng đợc thực hiện nhằm các mục đích sau:
7



Mục đích chuẩn bị: trong thực tế khi tiến hành quá trình đun nóng chỉ
nhằm mục đích chuẩn bị cho các quá trình khác. Ví dụ: để bóc vỏ cam cho dễ
ngời ta thờng chần trong nớc sôi trong thời gian 5 ữ 10 phút, đun nóng hơn;
đun nóng sản phẩm trớc khi vào hộp ghép nắp; đun nóng để tạo điều kiện tốt
cho quá trình hoá học, sinh học, lý học thực hiện nhanh chóng hơn
III.1.1.3. Mục đích khai thác
Quá trình đun nóng có thể làm tăng hiệu suất thu nhập hiệu sản
phẩm từ một loại sản phẩm nào đó. ví dụ: nhiệt độ cao khoảng 60 ữ 700C sẽ
làm tăng hoạt độ của enzym amilaza, làm cho khả năng trích ly các chất
hoà tan nh đờng từ mía, dịch từ quả, làm tăng hiệu suất ép, tăng sự hoà tan
chất màu
II.1.1.4. Mục đích chế biến:
Dới tác dụng của nhiệt độ cao nhiều loại nguyên liệu bị biến đổi về
cấu trúc, tính chất hoá học, lý họclàm cho chất lợng của nguyên liệu biến
đổi hẳn. Những biến đổi về chất lợng có thể theo chiều hớng xấu đi hoặc tốt
lên. Trong công nghệ chế biến thực phẩm ngời ta lợi dụng những biến đổi
tốt của chất lợng để tạo ra sản phẩm có ích.
Nhiệt độ cao sẽ làm cho sản phẩm chín, loại bỏ (làm bay hơi) những
thành phần gây mùi, vị lạ làm tăng giá trị dinh dỡng và khả năng hấp thụ dinh
dỡng của cơ thể; làm hồ hoá các sản phẩm tinh bột, tẩy mùinhững biến đổi
đó sẽ làm cho sản phẩm có chất lợng tốt hơn, giá trị cảm quan cao hơn.
II.1.1.5. Mục đích bảo quản
Đun nóng ở nhiệt độ trên 700C trớc đó có tác dụng làm mất hoạt
tính của các loại enzim có trong nguyên liệu ngăn ngừa đợc những biến đổi
xấu. Ví dụ các loại enzim xúc tác các quá trình phân huỷ các thành phần
hoá học, sinh học, làm cho sản phẩm có thể biến đổi màu hoặc giảm hàm lợng các thành phần hoá học, sinh học có ích. Nhiệt độ cao trên 900C có thể
tiêu diệt vi sinh vật có trong sản phẩm thực phẩm. Do vậy trong công nghệ
thực phẩm thờng đun nóng sản phẩm ở nhiệt độ và thời gian nhất định
nhằm tiêu diệt vi sinh vật, ngăn ngừa h hỏng sản phẩm. Đó là quá trình
thanh trùng nhiệt.

II.1.1.6. Mục đích hoàn thiện.

8


Một số loại thực phẩm thờng tồn tại ở dạng bán thành phẩm. Để có
chất lợng của các loại này đạt tới mức hoàn thiện hơn nhiều khi phải qua
gia nhiệt (đun nóng). Đun nóng sẽ làm cho sản phẩm chín sử dụng đợc.
Trong thực tế công nghiệp quá trình đun nóng thờng đợc thực hiện
kết hợp khi thanh trùng đồ hộp thịt cá ngoài mục đích để tiêu diệt vi sinh
vật, bảo quản sản phẩm có mục đích chế biến làm cho thịt cá chín.
II.1.1.7. Phạm vi thực hiện
Đun nóng là một trong những quá trình quan trọng nhất. Quá trình
này đợc thực hiện hầu hết trong các qui trình công nghệ sản xuất thực phẩm
với những mục đích khác nhau.
II.1.2. Những biến đổi của vật liệu (sản phẩm) trong qúa trình đun nóng
II.1.2.1. Các biến đổi vật lý:
Các biến đổi vật lý trong khi đun nóng bao gồm
* Sự biến đổi nhiệt độ: Trong quá trình đun nóng do sự chênh lệch
nhiệt độ giữa môi trờng đun nóng và vật liệu, nhiệt độ trong vật liệu tăng
dần lên tốc độ tăng nhiệt độ chậm dần từ ngoài vào trung tâm do khoảng
cách giữa chúng và nguồn nhiệt xa dần. Những điểm có cùng khoảng cách
đến nguồn nhiệt thì nhiệt độ sẽ bằng nhau. Do vậy trong vật liệu sẽ hình
thành trờng nhiệt độ trong đó lớp ngoài cùng có nhiệt độ cao nhất, ở trung
tâm thì nhiệt độ thấp nhất.
Tốc độ thay đổi nhiệt độ phụ thuộc vào sự truyền nhiệt trong khối
vật liệu sự truyền nhiệt trong vật liệu có thể thực hiện bằng nhiều cách phụ
thuộc vào trạng thái của chúng. Nếu vật liệu là chất lỏng thì nhiệt đợc
truyền vào trung tâm chủ yếu bằng đối lu. Nếu là chất dắn thì nhiệt truyền
bằng dẫn nhiệt. Khi vật liệu ở thể bán chất lỏng (sệt) thì nhiệt truyền bằng

cả đối lu và dẫn nhiệt.
* Sự biến đổi trạng thái vật liệu
Khi đun nóng vật liệu có thể biến đổi về trạng thái tồn tại chuyển
pha phần lớn các chất rắn mà nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ của môi
trờng thì trong quát trình đun nóng trạng thái của chúng có thể chuyển sang
pha lỏng hoặc bán chất lỏng (mỡ, bơ).
Tuy nhiên có nhiều loại vật liệu dạng rắn, do nhiệt độ đun nóng
không đủ cao hoặc do đặc tính lý hoá của chúng mà trong thời gian đun
nóng không sảy ra hiện tợng chuyển pha (thịt, cá, rau, qủa)
* Sự thay đổi thể tích

9


Thể tích của vật liệu có thể tăng lên khi đun nóng V = V V0 >
0. Trong trờng hợp đó thể tích của vật liệu bằng V = V0 + t + Vkhí
Trong đó:
V: Thể tích khí đun
: Hệ số nở khối
T: Nhiệt độ đun nóng
Vkhí: Chênh lệch thể tích chất khí trong vật liệu
Tuy nhiên có nhiều trờng hợp khi đun nóng thể tích vật liệu sẽ giảm
đi. Đó là hiện tợng sảy ra khi đun nóng các loại nguyên liệu có cấu trúc
xốp, có chứa nhiều khí trong gian bào (nh rau, quả.)
Sự biến đổi khối lợng
Sự biến đổi khối lợng có thể biểu diễn bằng biểu thức sau
M = m0 = t nbh = yht
Trong đó:
m: Khối lợng vật liệu
m0: Khối lợng vật liệu trớc khi đun

: Hệ số biến đổi khối lợng
nbh: Khối lợng bốc hơi
yht: Khối lợng hoà tan vào môi trờng
* Sự biến đổi màu sắc
Màu sắc biến đổi do nhiều nguyên nhân. Một trong những nguyên
nhân vật lý dẫn đến biến màu là do thay đổi khả năng hấp thụ và phản xạ
ánh sáng của vật liệu do tác động của nhiệt độ cao.
II.1.2.2. Biến đổi hoá lí, hoá học
* Các chỉ tiêu hoá lý của vật liệu nh độ nhớt, độ hoà tan.cũng dễ
bị thay đổi do nhiệt độ cao. Cụ thể, độ hoà tan tăng, độ nhớt giảm ( hoặc
tăng) Đối với các phản ứng hoá học nh thuỷ phân, trung hoà, polime hoá,
ôxi hoáthì nhiệt độ làm tăng tốc độ phản ứng.
* Kết quả sự xúc tiến các phản ứng hoá học là sự biến đổi các thành
phần hoá học trong vật liệu. Một số chất đợc tạo thành có thể làm tăng chất
lợng sản phẩm (pectin, chất thơm, chất màu)nhng nhiều trờng hợp làm
giảm hàm lợng của các chất có ích, tạo thành một số chất gây ảnh hởng xấu
đến mùi vị, mầu của sản phẩm. Đây là nhợc điểm chủ yếu của quá trình
nấu.
10


II.1.2.3. Biến đổi sinh hoá và sinh lý.
* Quá trình đun nóng có ảnh hởng rất lớn đến sự thay đổi hoạt độ
của các enzim và sự hoạt động của các vi sinh vật. Ta biết rằng enzim và vi
sinh vật có khoảng nhiệt độ hoạt động tối thích. Ví dụ enzim amilaza hoạt
động mạnh ở nhiệt độ 60 ữ700C, vi sinh vật hoạt động mạnh ở nhiệt độ
370C ữ 400C. Nếu tăng dần nhiệt độ môi trờng cao hơn nhiệt độ tối thích
(top)thì hoạt động của enzim và vi sinh vật sẽ giảm dần đến bị vô hoạt hoá
(bị tiêu diệt) hoàn toàn ở nhiệt độ đủ cao.
* Nh vậy qúa trình tăng nhiệt đi qua 2 vùng nhiệt độ có tác dụng

khác nhau lên enzim và vi sinh vật. Vùng thứ nhất là vùng từ nhiệt độ môi
trờng đến nhiệt độ tối thích. Tại vùng này nhiệt độ càng tăng hoạt động
enzim và vi sinh vật càng tăng. Vùng thứ hai là vùng nhiệt độ tối thích đến
nhiệt độ ngừng hẳn hoạt động của enzim và vi sinh vật. Nh vậy tốc độ tăng
nhiệt độ khi đun nóng rau quả (khoai tây, lê, táo) nếu thời gian tăng nhiệt
độ đun nóng càng chậm bao nhiêu thì sản phẩm càng bị đen bấy nhiêu. Đó
là do enzim poliphenolxidaza hoạt động mạnh và lâu trớc khi bị tiêu diệt.
* Không phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt độ, cuối cùng enzim và vi
sinh vật vẫn bị ức chế và đến tiêu diệt hoàn toà.
* Nhiệt độ cao cũng sẽ làm tác dụng của các chất độc đợc tạo thành
trong sản phẩm trớc khi đun nóng, đỡ nguy hiểm cho ngời tiêu thụ
II.1.2.4. Biến đổi cấu trúc tế bào
Dới tác dụng của nhiệt độ cao chất nguyên sinh trong tế bào bị đông
tụ, màng tế bào bị phá huỷ làm mất tính bán thẩm thấu, không khí và hơi nớc trong gian bào bị thoát ra ngoài làm cho cấu trúc toàn khối trở nên trật,
mềm.
II.1.2.5. Biến đổi cảm quan
* Thay đổi màu sắc: Đun nóng dẫn tới thay đổi màu sắc do nhiều
nguyên nhân khác nhau.
Nhiều khi nhờ đun nóng mà màu sắc tốt lên hoặc giữ đợc màu tự
nhiên ban đầu đó là trờng hợp chần rau quả. Trong trờng hợp này chần làm
mất hoạt tính của các enzim phân huỷ hoặc tạo chất màu
(Poliphenolozxidaza, clorophilaza)
Đun nóng có thể làm cho màu của các sản phẩm đã sunphít hoá trở
lại bình thờng sau khi bị mất màu do tác dụng của H2SO3

11


Ngợc lại qúa trình đun nóng có thể làm thay đổi màu tự nhiên của
sản phẩm đó là hiện tợng tạo màu hồng trong nớc chanh, cam, chuốihoặc

là tạo màu nâu, sẫm màu trong các loại sản phẩm nh bột cà chua, bột ớt.
* Thay đổi mùi vị
Nhiệt độ đun nóng có thể dẫn đến sự thay đổi mùi vị theo hai chiều
hớng khác nhau tuỳ theo vật liệu. Đối với các sản phẩm mà trớc khi đun
nóng có chứa các chất gây mùi, vị không thích hợp (vị đắng trong măng, vị
ngái trong đậu nành, mùi ôi trong thịt cá.) đun nóng sẽ làm cho sản phẩm
mất mùi vị đó làm cho chất lợng sản phẩm tốt lên. Còn đối với những sản
phẩm có mùi vị tự nhiên tốt thì sau khi đun sẽ bị ít nhiều mất đi mùi vị do
các chất thơm hoặc các chất gây vị tốt bị bốc hơi hoặc bị phân hủy
II.1.3. Nguồn nhiệt và các phơng pháp đun nóng
Đun nóng là một quá trình rất phổ biến trong công nghiệp hoá chất
và thực phẩm, nó có tác dụng làm tăng tốc độ của một số qúa trình phản
ứng hoá học, ngoài ra đun nóng còn là phơng tiện cần thiết để thực hiện các
quá trình khác nh trng cất, cô đặc, sấy khô.
II.1.3.1. Nguồn nhiệt
* Nhiệt năng dùng để đun nóng có thể tạo ra bằng nhiều phơng pháp
khác nhau và từ nhiều nguồn nhiệt khác nhau. Có khi ngời ta sử dụng
nguồn nhiệt ngay từ nguồn nhiệt trực tiếp nh khí lò dòng điện, có khi dùng
chất tải nhiệt trung gian ( chất này lấy nhiệt từ nguồn nhiệt rồi truyền nhiệt
cho vật liệu cần đun nóng) nh hơi nớc, nớc quá nhiệt, dầu khoáng các chất
hữu cơ có nhiệt độ sôi cao và hơi của nó, các muối vô cơ nóng chảy hoặc
hỗn hợp của nó và một số kim loại hoặc hợp kim ở trạng thái lỏng.
* Ngoài ra ngời ta còn sử dụng nhiệt của khí thải hoặc chất lỏng thải
có nhiệt độ cao.
* Mỗi chất tải nhiệt đều có u điểm và nhợc điểm nhất định, do đó,
tuỳ trờng hợp cụ thể mà ta chọn lựa cho thích hợp, khi lựa chọn cần chú ý
các điều kiện quan trọng sau:
- Nhiệt độ đun nóng và khả năng điều chỉnh nhiệt độ
- áp suất hơi bão hoà và độ bền do ảnh hởng của nhiệt độ
- Độ độc và tính hoạt động hoá học

- Độ an toàn khi đun nóng ( Không cháy nổ)
Rẻ và rễ tìm
II.1.3.2. Các phơng pháp đun nóng

12


II.1.3.2.1. Đun nóng bằng hơi nớc bão hoà
Phơng pháp đun nóng bằng hơi nớc bão hoà đợc ứng dụng rộng rãi
trong công nghiệp hoá học.
Những u điểm
* hệ số cấp nhiệt lớn ( 10000 ữ 15000w/m2 độ) do đó bề mặt
truyền nhỏ, nghĩa là kích thớc thiết bị gọn hơn các thiết bị đun nóng bằng
chất tải nhiệt khác.
* Lợng nhiệt cung cấp lớn (tính theo đơn vị chất tải nhiệt) vì đó là
nhiệt lợng toả ra khi ngng tụ hơi.
* Đun nóng đợc đồng đều vì hơi ngng tụ trên toàn bộo bề mặt
truyền nhiệt ở nhiệt độ không đổi.
* Dễ điều chỉnh nhiệt độ đun nóng bằng cách điều chỉnh áp suất của hơi
* Vận chuyển xa đợc dễ dàng theo đờng ống.
Nhợc điểm chính của hơi nớc là: không thể đun nóng ở nhiệt độ cao,
vì nếu nhiệt độ hơi càng tăng thì áp suất hơi bão hoà càng tăng, ẩn nhiệt bay
hơi cũng giảm. Do đó khi tăng nhiệt độ thì thiết bị sẽ phức tạp thêm, hiệu
suất sử dụng nhiệt cũng giảm. Vì vậy phơng pháp đun nóng bằng hơi nớc
bão hoà chỉ sử dụng tốt nhất trong trờng hợp đun nóng không quá 1800
II.1.3.2.1.1. Phơng pháp đun nóng bằng hơi nớc trực tiếp
* Phơng pháp truyền nhiệt đơn giản nhất là đun nóng bằng hơi nớc
trực tiếp, tức là cho hơi nớc sục thẳng vào chất lỏng cần đun nóng. Hơi nớc
ngng tụ và cấp ẩn nhiệt cho chất lỏng, nớc ngng tụ lại trộn lẫn với chất
lỏng.

* Thiết bị đơn giản nhất để đun nóng bằng hơi nớc trực tiếp là thiết
bị loại sục, gồm có một bể chứa chất lỏng cần đun nóng và một ống hơi trên
ống dẫn hơi có đặt các van để tạo thêm qúa trình làm việc tốt. Van ngợc
chiều dùng để ngăn chặn không cho chất lỏng đi ngợc trở lại trong trờng
hợp mà áp suất trong ống hơi thấp hơn áp suất khí quyển. Trớc khi bắt đầu
đun nóng, ngời ta mở van phụ để tháo hết nớc ngng đang tích tụ trong ống
dẫn hơi.
*Khi cần thiết vừa đun nóng vừa khuấy trộn chất lỏng thì dùng thiết
bị đun nóng loại sủi bọt trong thiết bị này hơi từ ống dẫn hơi vào đợc đi qua
những ống phun hình xoắn ốc, vòng tròn hoặc một số ống thẳng song song
có những lỗ nhỏ đặt nằm dới đáy bể chứa chất lỏng. Nhờ bố trí nh thế nên
hơi nớc đợc phun đều trong bể có tác dụng khuấy trộn.

13


* Loại thiết bị sủi bọt và loại sục làm việc có nhiều tiếng động. Để
tránh tiếng động, ngời ta dùng thiết bị đun nóng không tiếng động. Loại
này có lắp thêm một cái loa ở đầu ống dẫn hơi. Khi làm việc, hơi phun ra
khỏi đầu ống dẫn hơi với tốc độ rất lớn, do đó áp suất tĩnh học trong loa
giảm xuống chất lỏng bên ngoài loa ập vào các lỗ cạnh của loa, vừa pha
trộn với luồng hơi phun ra vừa làm tắt tiếng động.
* Phơng pháp đun nóng bằng hơi nớc trực tiếp nói chung là rất đơn
giản nhng có nhợc điểm là đa thêm một lợng lớn nớc ngng tụ vào trong chất
lỏng cần đun nóng. Do đó phơng pháp này chỉ dùng trong trờng hợp cho
phép pha loãng chất lỏng và không có phản ứng xẩy ra giữa chất lỏng và nớc. Thờng ngời ta chỉ dùng để đun nóng nớc và các dung dịch nớc.
* Để xác định lợng hơi tiêu hao trong quá trình đun nóng ngời ta
dựa vào phơng trình cân bằng nhiệt lợng:
D + G2 c 2 t 2 d = c2Dt2c + G2c2t2c + Qm
Từ đó rút ra lợng hơi cần thiết


D=

G2 c 2 (t 2c t 2 a ) + Qm
Ct 2c

Trong đó:
G2 lợng chất lỏng cần đun nóng (kg)
C2 Nhiệt dung riêng của chất lỏng (j/kgđộ)
T2đ, t2c nhiệt độ đầu và cuối của chất lỏng (0C)
- nhiệt lợng riêng của hơi nứơc (j/kg)
Qm tổn thất nhiệt ra môi trờng xung quanh (w)
- thời gian đun nóng (s)
II.1.3.2.1.2. Đun nóng bằng hơi nớc gián tiếp
* Nếu nh chất lỏng cần đun nóng không đợc phép trộn lẫn với nớc
không đợc phép pha loãng.thì không thể dùng phơng pháp đun nóng trực
tiếp mà phải dùng phơng pháp đun nóng bằng hơi nớc gián tiếp, tức là giữ
hơi và chất lỏng có một tờng ngăn cách nhiệt từ hơi chuyển qua tờng để cấp
cho chất lỏng.
* Đun nóng bằng hơi nớc gián tiếp đợc thực hiện trong nhiều loại
thiết bị có cấu tạo khác nhau nh: thiết bị có vỏ bọc ngoài loại ống xoắn, loại
ống chùmhơi nớc sau khi cáp nhiệt cho chất lỏng qua tờng thì ngng tụ lại
thành nớc ngng chảy ra khỏi thiết bị qua một đờng ống riêng.

14


Thờng ngời ta dùng hơi nớc bão hoà để đun nóng vì nó có hệ số cấp
nhiệt lớn và nhiệt ngng tụ cao. Dùng hơi nớc quá nhiệt không lợi vì hệ số
cấp nhiệt thấp và lợng nhiệt quá nhiệt không lớn lắm.

* Trong trờng hợp trao đổi nhiệt này chiều dày của lu thể không ảnh
hởng tới quá trình trong khi làm việc, thờng ngời ta cho hơi vào trong thiết
bị từ phía trên để nớc ngng có thể chảy xuống dế dàn.
* Cũng giống nh trờng hợp đun nóng bằng hơi nớc trực tiếp, lợng
hơi nớc tiêu hao để đun nóng gián tiếp xác định dựa vào phơng trình cân
bằng nhiệt lợng.

D=

G2c2 (t2 c t2 a ) + Qm
C

Trong đó:
- nhiệt độ của nớc ngng
C nhiệt dung riêng của nớc ngng tụ
II.2. Thiết bị trao đổi nhiệt
Các thiết bị dùng để thực hiện quá trình truyền nhiệt gọi là thiết bị
trao đổi nhiệt, các thiết bị này có hình dạng và cấu tạo khác nhau tuỳ thuộc
vào phơng pháp và điều kiện tiến hành qúa trình.
Theo phơng pháp làm việc ngời ta chia thiết bị trao đổi nhiệt ra làm
ba loại:
1. Loại gián tiếp: Nhiệt truyền từ chất tải nhiệt này tới chất tải nhiệt
khác qua bề mặt phân cách (bề mặt truyền nhiệt).
2. Loại đệm: Quá trình trao đổi nhiệt thực hiện trên cùng một bề mặt
của chất rắn và tiến hành theo hai giai đoạn nối tiếp nhau. Đầu tiên cho chất
tải nhiệt nóng tiếp xúc với bề mặt vật rắn (đệm), vật rắn sẽ đợc đun nóng lên
đến một nhiệt độ cần thiết, khi đó ngừng cung cấp chất tải nhiệt nóng, cho
chất tải nhiệt lạnh vào, vật rắn sẽ truyền nhiệt cho chất tải nhiệt lạnh.
3. Loại trực tiếp ( Hỗn hợp): Hai chất tải nhiệt tiếp xúc với nhau
(xem phần ngng tụ trực tiếp)

.

III. Quá trình khuấy

III.1. Mục đích và phạm vi ứng dụng
15


Những máy để khuấy trộn sản phẩm thực phẩm lỏng đợc dùng trong
sản xuất bánh kẹo, bánh mì, mì ống, rợu vang, vitamin, làm bia rợu và
những lĩnh vực sản xuất sản phẩm thực phẩm khác, để thực hiện các quá
trình công nghệ sau đây:
1. Chuẩn bị dung dịch
2. Chuẩn bị nhũ tơng và huyền phù
3. Tăng nhanh các quá trình nhiệt và sinh hoá
4. Gia công sản phẩm với mục đích để cho chúng có một một đặc
quánh nhất định.

III. 2. Cơ sở của sự khuấy chất lỏng
III.2.1. ứng dụng của sự khuấy chất lỏng
Các cơ cấu khuấy trộn đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hoá
học công nghiệp thực phẩm và nhiều ngành công nghiệp khác. Nhằm các
mục đích sau:
* Tạo ra một dung dịch đồng nhất khi hỗn hợp một chất lỏng dễ hoà
tan trong một chất lỏng khác.
* Tạo ra nhũ tơng khi hỗn hợp một chất lỏng không hoà tan trong
một chất lỏng khác.
* Làm tăng nhanh phản ứng hoá học giữa hai pha lỏng, hoặc pha
lỏng với pha khí thực chất là tăng bề mặt tiếp xúc pha.
* Tăng cờng quá trình trao đổi nhiệt từ thành vào sản phẩm hoặc ngợc lại.

* Tăng nhanh qúa trình hoà tan khi hoà tan vật thể rắn không hoà tan.
* Ngời ta có thể khuấy trộn chất lỏng bằng cơ khí, bằng khí nén,
bằng tiết lu hay bằng tuần hoàn chất lỏng.
4III.2.2. Cơ sở của quá trình khuấy chất lỏng
III.2.2.1. Sự chuyển động của chất lỏng trong thiết bị khuấy
Khi cơ cấu khuấy đặt trong thiết bị đợc chuyển động thì làm cho
chất lỏng trong thiết bị cũng đợc chuyển động theo. Sự chuyển động của
chất lỏng ở trong thiết bị sinh ra do cơ cấu khuấy thờng có 3 dòng nh
sau:

16


* Dòng chảy tiếp tuyến: chất lỏng đợc chảy thành vòng tròn đồng
tâm với trục quay, dòng này thờng sinh ra do các cơ cấu khuấy kiểu mái
chèo, khung, mỏ neo.
* Dòng chảy hớng kính: chất lỏng đợc chảy thành vòng tròn đồng
tâm với trục quay Hớng từ tâm ra thành thiết bị, dòng này thờng sinh ra do
cơ cấu khuấy kiểu tuyếc bin.
* Dòng chảy hớng trục: Chất lỏng đợc chảy thành dòng hơng song
song với trục quay, dòng này thờng đợc sinh ra do cơ cấu khuấy kiểu chong
chóng, mái chèo cánh nghiêng.....

III. 2.2.2. Sự phân bố vận tốc của chất lỏng trong thiết bị
Khi cơ cấu khuấy chuẩn động thì chất lỏng trong thiết bị chuyển
động theo. Vận tốc chất lỏng thay đổi theo khoảng cách từ điểm xét tới trục
quay.
Qua khảo sát ngời ta thấy rằng nếu không kể tốn thất thì vận tốc của
chất lỏng trong khoảng từ 0 RK sẽ tăng dần bằng v = r
Trong đó:

- là vận tốc góc
r bán kính của điểm khảo sát
Còn trong khoảng Rk RT thì vận tốc giảm dần theo đờng hypecbol
Vr = const = vRK
2
Nh vậy v = RK

r

Trong đó:
Rk bán kính cánh khuấy
RT bán kính thành thiết bị

17


Nhng thực tế do chất lỏng nhớt nên vận tốc của nó giảm xuống nhanh
hơn. Độ giảm này càng nhanh khi độ nhớt của chất lỏng ngày càng cao.
Qua thực nghiệm ngời ta thấy rằng phạm vi tác dụng của cơ cấu khuấy đợc
biểu diễn nh sau:
R0 = .0,15

Nx 747
m
0,00211

Trong đó:
R0: Bán kính tác dụng của cơ cấu khuấy (m)
N: Công suất tiêu hao của cơ cấu khuấy (kw)
à: Độ nhớt động lực của môi trờng đợc khuấy (cp)

: Hệ số phụ thuộc vào kiểu cơ cấu khuấy
III.2.2.3. Chế độ thuỷ đông chất lỏng trong khi khuấy
* Theo cơ cấu khuấy làm việc thì chất lỏng trong thiết bị cũng
chuyển động theo, tốc độ chuyển động của chất lỏng thì phụ thuộc và tốc
độ chuyển động của cơ cấu khuấy.
* Đặc trng cho chế độ chảy của chất lỏng trong thiết bị là chuẩn số
Rey nôn khuấy.
ReK =

p.n.d K2
.p
à

Trong đó:
P: khối lợng riêng của chất lỏng đợc khuấy (Kg/m3)
n: số vòng quay của cơ cấu khuấy trong một giây (v/s)
à: Độ nhớt động lực của chất lỏng đợc khuấy (Ns/m2)
DK: Đờng kính của cơ cấu khuấy (m)
* Chế độ chảy của chất lỏng trong thiết bị cũng đợc chia thành 3
miền và ứng với giá trị của ReK là:
Chế độ dòng:
0 ReK 10
10 ReK 103
103 ReK 107
III.2.2.4. Sự tạo thành huyền phù
* Quá trình tạo ra huyền phù là sự phân tán các hạt rắn không hoà tan
vào một chất lỏng nh cơ cấu khuấy. Khi cơ cấu khuấy chuyển động sẽ làm
18



cho chất lỏng trong thiết bị chuyển động theo và kéo theo các hạt rắn cùng
chuyển động. Muốn cho các hạt rắn không lắng xuống đợc thì vận tốc của
cơ cấu khuấy phải đạt tới một giá trị xác định. Vận tốc này gọi là tốc độ tới
hạn nó phụ thuộc vào tính chất của môi trờng và các thông số hình học của
cơ cấu khuấy.
* Qua các công trình nghiên cứu bằng thực nghiệm và các tính thứ
nguyên. Ngời ta đa ra phơng trình đặc trng cho trạng thái đồng đều của
huyền phù nh sau:

nd K0,85 = K (

D 0, 2 0,13 0,1 0, 45
)d h c ( g
)
dK
l

Trong đó:
n: Số vòng quay trong một giây
D: Đờng kính thiết bị (m)
DK: Đờng kính cơ cấu khuấy (m)
dh: Đờng kính hạt rắn (m)
c: Nồng độ phắn trong trong huyền phù %
: Độ nhớt động học của chất lỏng m2/s
1: Khối lợng riêng chất lỏng kg/m3
: r - 1: Hiệu số khối lợng riêng kg/m3
Đại lợng
I = K(
I=f (


D a
) đợc xác định bằng đồ thị
dk

D
)
dk

III.2.2.5. Sự tạo thành nhũ tơng
* Quá trình tạo thành nhũ tơng là sự làm phân tán một chất lỏng
không tan lẫn vào một chất lỏng khác nhờ cơ cấu khuấy. Khi cơ cấu khuấy
chuyển động sẽ tạo thành các dòng chảy và chia cắt pha phân tán thành
những dọt nhỏ phân bố đều trong tòan bộ nhũ tơng làm cho bề mặt phân
chia giữa hai pha tăng lên. Độ lớn của bề mặt phân chia này phụ thuộc vào
tính chất của môi trờng và các thông số hình học của cơ cấu khuấy.
* Qua các công trình nghiên cứu bằng phân tích thứ nguyên và thực
nghiệm ngời ta đa ra phơng trình đặc trng cho quan hệ giữa bề mặt phân
chia và các thông số nh sau:
S.dK = C.ReK0,1WeK0,5(

V
) 0,84
V + VC

19


Trong đó:
S: Bề mặt tiếp xúc pha riêng (m2/m3)
DK: đờng kính cơ cấu khuấy (m)

V: thể tích pha phân tán (m3)
VC: Thể tích pha liên tục (m3).
C: hằng số phụ thuộc kiểu cơ cấu khuấy:
Tuyến bin 6 cánh thẳng C = 25,9
Chong chóng
C = 13,85
Mái chèo 2 cánh đứng C = 18,65
Mái chèo 2 cánh nghiêng C = 13,65
WeK : Chuẩn số vê be khuấy
2 3
WeK = c n d K



Pc: khối lợng riêng của pha liên tục (kg/m3)
: Sức căng bề mặt giữa 2 pha (H/m)
III.3. Các phơng pháp khuấy trộn
III.3.1. Khuấy trộn bằng cơ khí
III.3.1.1. Khái niệm
* Khuấy trộn bằng cơ khí nghĩa là dùng cánh khuấy
* Cánh khuấy có nhiều loại:
* Cánh khuấy mái chèo: Để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt nhỏ. Thờng dùng để hoà tan chất rắn, có khối lợng riêng không lớn lắm.
* Cánh khuấy chân vịt (chong chóng): Dùng để điều chế dung dịch
huyền phù, nhũ tơng. Không thể dùng cánh khuấy chân vịt để khuấy chất
lỏng có độ nhớt cao hoặc khuấy chất lỏng trong đó có các hạt rắn có khối lợng riêng lớn.
* Cánh khuấy tuyếc bin: Dùng để khuấy chất lỏng có độ nhớt cao
đến 5.105cp, để điều chế huyền phù mịn, để hoà tan các chất rắn nhanh
hoặc để khuấy động các hạt rắn đã lắng cặn có nồng độ pha rắn đến 60%.
* Cánh khuấy đặc biệt: dùng trong trờng hợp không thể dùng đợc
cánh khuấy mái chèo, chong chóng, tuyếc bin. Thờng dùng để khuấy bùn

nhão hoặc chất lỏng có độ nhớt rất cao.
* Đặc trng của quá trình khuấy trộn là cờng độ khuấy và năng lợng
tiêu hao.

20


* Cờng độ khuấy trộn là chất lợng của kết quả khuấy theo thời gian.
Cờng độ khuấy trộn phụ thuộc vào nhiều yếu tố và cho đến nay vẫn cha có
phơng pháp tính toán nào có thể tin cậy để xác định cờng độ khuấy trộn.
* Pờrăngnốpski và Nicôlaiep cờng độ khuấy trộn có thể xác định
bằng năng lợng tiêu hao của một đơn vị chất lỏng khuấy trộn trong một đơn
vị thời gian.
* Cờng độ khuấy trộn đợc đặc trng bởi chế độ chuyển động của chất
lỏng nghĩa là đặc trng bởi chuẩn số Re.
* Nếu ứng dụng khuấy trộn để tạo thành huyền phù thì hiệu suất
khuấy đợc đặc trng bởi sự phân bố đồng đều của các pha.
* Hình mô tả cánh khuấy cha làm việc, các hạt còn nằm ở dới đáy
thiết bị tạo thành một lớp có bề dày không đổi.
III.3.1.2. Công suất khuấy trộn
III.3.1.2.1. Công suất làm việc
* Khi máy làm việc thì năng lợng tiêu hao dùng để khắc phục ma sát
của cánh khuấy với môi trờng.
* Theo Niutơn một vật thể chuyển động tới môi trờng thì ma sát có
thể tính theo công thức sau:
2

S = F1 w ( N )
2


Trong đó:
: hệ số cản (ma sát) phụ thuộc vào chế độ chuyển động của môi trờng
F: Diện tích tiết diện hình chiếu của vật chuyển động lên mặt phẳng
thẳng góc với phơng của tốc độ chuyển động (m2)
W: tốc độ chuyển động của vật thể trong môi trờng (m/s)
1: Khối lợng riêng của môi trờng (kg/m3)
* Nếu lấy một nguyên tố diện tích dF của cánh khuấy mà xét hình ta
thấy dF = hdx.
* Công suất làm việc để khắc phục trở lực môi trờng của nguyên tố
thể tích cánh khuấy bằng: dNp = wdS (W)
Cánh khuấy có 2 mái chèo thì: dS = h1w2dx
Và w = 2 nx (m/s)
n số vòng quay trong 1 giây (vng/s)

21


Thay giá trị của dS và w vào phơng trình ta có dNP = (2nx)31dx
r4
Lấy tích phân của x từ 0 đến r ta có: NP = (2)3n3h1 4 (w)

Ta thay r =

(*)

d
và h = a.d
2

A tỷ số của chiều cao và đờng kính mái chèo.

Phơng trình (*) có dạng: NP = K1n3d3
Trong đó: K = 3,87a
đặt K = M
NP

M = n 3 d 5
1
Trong đó:
n số vòng quay của cánh khuấy (vng/ph)
1 Khối lợng riêng của môi trờng (kg/m3)
d - đờng kính cánh khuấy (m)
NP công suất làm việc (W)
M hằng số tim bằng thực nghiệm, nó phụ thuộc vào hình dạng
cánh khuấy, thùng khuấy, chuẩn số ReM
M = f(ReM)
Trong đó:
ReM chuẩn số reynôn của trờng hợp khuấy
ReM =

nd 2
à

n số vòng quay của cánh khuấy (vng/ph)
d - đờng kính cánh khuấy (m)
à - độ nhớt của chất lỏng (Ns/m2)
Do đó ta có:
NP
n 3d 3

M 1


= f(

1nd 2
)
à
A

Hay M = R m
eM
A và m là hằng số xác định bằng thực nghiệm

22


* Trên hình 6.4 (sách cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hoá
học tập 1 trang 196) biểu diễn mối quan hệ M và ReM về khuấy trộn của các
loại cánh khuấy khác nhau. Các loại cánh khuấy này ở trong thiết bị có đờng kính D, chiều cao mức chất lỏng H, chiều rộng cánh khuấy b, đờng
kính cánh khuấy d đợc xác định (

D H b
, , ). Nếu cánh khuấy chân vịt thì có
d D d

tỷ lệ bớc xoắn và đờng kính cánh khuấy s/d.
* Theo hình 6.4 ta có thể xác định đợc hệ số M rồi thay vào phơng
trình ta tính đợc công suất làm việc của máy khuấy.
* Những giá trị của M xác định bằng đồ thị hình 6.4 chỉ đúng cho
các loại cánh khuấy đồng dạng với các cánh khuấy đã tiến hành thực
nghiệm biểu diễn ở hình.

* Nếu cánh khuấy không đồng dạng với cánh khuấy đã tiến hành thí
nghiệm thì năng lợng tiêu hao sẽ thay đổi. Trong trờng hợp này ta phải nhân
hệ số điều chỉnh:
fD =

D
H
b
1
s
1 r
N
, f H = ( )h , fh = ( )k , fe = (
), f s = ( ) p , f t = (
) , fr = ( )n
ad
D
d
0,25d
d
0,1D
4

Trong đó: là tỷ lệ của mô hình khuyâý.
b,c chiều rộng và chiều dài của cánh khuấy
l chiều rộng của tấm ngăn
n số tấm ngăn
Trị số của các chỉ số có trong bảng sau:
Loại cánh khuấy a
h

K m
p
r
n
Loại c k mái chèo không tấm ngăn 1,1 0,6
0,3
Loại c/vịt và tuyếc bin không có tấm ngăn 0,93 0,6
1,5
Loại chân vịt có tấm ngăn
0 0
1,7
0,3 0,4
Loại tuyếc bin có tấm ngăn
0
0
1,5
0,3 0,4
III.3.1.2.2. Công suất mở máy
* Khi mở máy năng lợng tiêu hao dùng để khắc phục lực ỳ của chất
lỏng từ trạng thái đứng yên sang trạng thái chuyển động và để khắc phục
lực ma sát của chất lỏng với cánh khuấy.
Nếu ta gọi NY công suất tiêu tốn để khắc phục lực ỳ
Ns công suất tiêu tốn để khắc phục lực ma sát
Thì công suất mở máy NM bằng
NM = N Y + N S
23


* Công suất dùng để thắng lực ma sát là công suất làm việc của máy
NS = NP = K1n3d5 (w)

* Công suất tiêu hao để khắc phục lực ỳ của chất lỏng có thể tính
theo công thức NY = K1n3d5
Trong đó: K = 3,87a; a =

l
d

* Vậy công thức mở máy:
NM = NY + NS = K1n3d5 + Mn3d5
NM = (K + M) n3d5 (w)
Mặt khác công suất mở máy có thể biểu diễn qua công suất làm việc
N M ( K M ) n 3 d 5
=
NP
M n 3 d 5
K + M
NM = N P M

III.3.2. Khuấy trộn bằng khí nén.
* Khuấy bằng khí nén dùng để khuấy chất lỏng có độ nhớt thấp, khí
nén thờng là không khí đợc nén qua lỗ tạo thành những bọt nhỏ, ống này
đặt ở tận đáy thiết bị. Không khí chui qua lỗ tạo thành những bọt nhỏ, rồi
qua lớp chất lỏng làm cho chất lỏng bị khuấy. Để khuấy đợc đều ngời ta
làm đờng ống khí thành vòng, hoặc xoắn ốc, đôi khi làm một dãy ống thẳng
đặt song song nhau.
* Khi thiết bị khuấy bằng khí nén cần phải tính áp suất của khí, áp
suất này cần để khắc phục trở lực cục bộ, trở lực do chất lỏng trong thiết bị
và để tạo áp suất trong ống. áp suất này có thể tính theo công thức.
P = H1g + kk +


w2
(1 + ) + P0 ( N / m 2 )
2

Trong đó:
H chiều cao cột chất lỏng trong thiết bị (m)
1, kk khối lợng riêng của chất lỏng và của không khí (kg/m3)
W tốc độ không khí trong ống (thờng là 20 ữ 40 m/s)
w - tổng hệ số trở lực ma sát và trở lực cục bộ

24


* Trong trờng hợp chiều dài đờng ống dẫn khí không biết thì có thể
coi mất mát áp suất trên đờng ống bằng 20% trở lực của cột chất lỏng và áp
suất có thể tính theo công thức: P = 1,2H1g+P0
Lợng không khí tiêu hao xác định theo công thức thực nghiệm
V = Kfp (m3/h)
Trong đó:
f bề mặt chất lỏng yên lặng trong thiết bị trớc khi khuấy (m2)
P0 - áp suất không khí (N/m2)
k hệ số thực nghiệm k = 2,4 ữ 6,0
III.4. Cấu tạo và phạm vi ứng dụng của các loại cơ cấu khuấy
III.4.1. Cơ cấu khuấy kiểu mái chèo
* Cơ cấu khuấy kiểu mái chèo đơn giản gồm 2 cánh gắn vào 2 trục
quay trong thiết bị
* Cánh có thể nằm trong cùng một mặt phẳng với trục hoặc nghiêng
so với phơng ngang một góc . Có tác dụng làm cho chất lỏng chuyển động
dọc trục. Góc thờng có giá trị bằng 300, 450, 600


* Kích thớc của cánh thờng đợc sử dụng trong giới hạn:
Dk = (0,5 0,7)D ; h = (0,08 0,12)dk
D: đờng kính thiết bị
* Tốc độ đầu mút cánh khuấy chọn phụ thuộc vào độ nhớt của chất
lỏng cần khuấy. Theo tài liệu của viện nghiên cứu máy hoá chất Liên Xô
giới thiệu thì ngời ta sử dụng trong giới hạn sau:
Độ nhớt (kg s/m2)
tốc độ
0,0001 4-------3 2,5 m/s
4
- 8--------2,5 1,5 -----25