Một số vấn đề cần lưu ý trong thiết kế thiết bị tiệt trùng UHT nhiệt độ siêu cao
Thiết bị tiệt trùng UHT nhiệt độ siêu cao được sử dụng rất rộng rãi. Trong những năm gần đây, một số lỗi thiết kế trong thiết bị tiệt trùng nhiệt độ siêu cao đã dẫn đến hiệu suất sản xuất không ổn định hoặc các vấn đề về chất lượng sản phẩm. Những lỗi này chủ yếu bao gồm năng lực xử lý sản xuất không đủ, nhiệt độ tiệt trùng không ổn định và tốc độ đóng cặn, cháy khét tăng lên. Bài viết này sẽ phân tích chi tiết các vấn đề đó.
Quy trình của máy tiệt trùng được xác định dựa trên các thông số của quy trình sản xuất, và mỗi yêu cầu công nghệ, mỗi quy trình sản xuất đều không thể hoàn toàn giống nhau. Quy trình đúng sẽ quyết định hiệu năng của thiết bị tiệt trùng, vì vậy xác định lộ trình quy trình tối ưu của thiết bị là bước đầu tiên trong thiết kế thiết bị tiệt trùng. Sau khi xác định được quy trình công nghệ, tiến hành thiết kế và tính toán theo lưu trình đó. Một số quy trình quá đơn giản hoặc quá rườm rà đều có thể gây ra nhiều vấn đề cho sản xuất, chẳng hạn như vấn đề dùng một máy cho nhiều mục đích, khi đó phải cân nhắc đến kích thước và hiện tượng ngắn mạch dòng chảy, điều này rất dễ gây mất ổn định điều khiển hoặc làm tăng tốc độ đóng cặn, cháy khét; Một lưu trình tốt không chỉ phải có hướng dòng chảy đúng mà còn phải ghi rõ đường kính danh nghĩa (hoặc đường kính) của tất cả các van, bơm, thiết bị đo và đường ống trong quy trình. Quan trọng nhất là các thông số nhiệt độ đầu vào và đầu ra của vật liệu đi qua bộ trao đổi nhiệt phải được đánh dấu chính xác. Cơ sở của các phép tính này có thể dùng để giảm sai sót khi thực hiện tính toán công nghệ.
Có rất nhiều loại vật liệu đa dạng, và cũng có nhiều vật liệu tương tự nhau. Việc lựa chọn thiết bị tiệt trùng phù hợp dựa trên đặc tính nguyên liệu là một vấn đề then chốt. Hàm lượng chất khô và độ nhớt của nguyên liệu, việc nguyên liệu có xảy ra biến đổi hóa học trong quá trình tiệt trùng hay không, cũng như mức độ đóng cặn và cháy khét trong quá trình tiệt trùng đều là những vấn đề cần được xem xét khi lựa chọn loại máy tiệt trùng. Thứ hai, cần lưu ý rằng nếu loại tiệt trùng UHT dạng bản mỏng có thể đáp ứng yêu cầu tiệt trùng, thì thiết bị tiệt trùng UHT dạng ống cũng có thể thực hiện được.
Năng lực sản xuất thấp chủ yếu do diện tích trao đổi nhiệt của máy tiệt trùng được tính nhỏ hơn thực tế, mà diện tích trao đổi nhiệt nhỏ thường bắt nguồn từ việc chọn hệ số truyền nhiệt quá lớn, đây là nguyên nhân phổ biến nhất khiến diện tích trao đổi nhiệt bị nhỏ. Môi chất gia nhiệt của thiết bị tiệt trùng UHT nhiệt độ siêu cao là nước quá nhiệt. Nước quá nhiệt và hơi nước là hai môi chất khác nhau. Làm môi chất gia nhiệt, hệ số truyền nhiệt của nước quá nhiệt thường nằm trong khoảng 1200~1400kcal/m2·h·℃, vì vậy không nên tính quá lớn. Tính chất của nguyên liệu ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả truyền nhiệt, và nếu nguyên liệu được lý tưởng hóa khi thiết kế thì sẽ dẫn đến diện tích tính toán quá nhỏ. Hiệu quả diệt khuẩn không nên chỉ được đánh giá dựa trên diện tích diệt khuẩn mà cần phải trải qua thử nghiệm sản xuất để đáp ứng nhu cầu sản xuất và chứng minh tính thuyết phục.
Trong quá trình tiệt trùng, nhiệt độ tiệt trùng và nồng độ nguyên liệu nạp phải ổn định. Trước hết, nhiệt độ nguyên liệu nạp phải ổn định, thứ hai, dịch nguyên liệu trước và sau phải đồng nhất, đây là điều kiện để nhiệt độ tiệt trùng ổn định. Khi nhiệt độ tiệt trùng không đủ, phần dịch nguyên liệu này cần được hồi về xi lanh nạp, và nhiệt độ của phần dịch này phải gần với nhiệt độ của dịch nguyên liệu đầu vào để duy trì sự ổn định của nhiệt độ tiệt trùng. Để ổn định nhiệt độ tiệt trùng, có thể lắp một van góc sau van điều khiển đầu vào hơi nước, như hình 1.
Đang tải hình ảnh
Hình 1 Điều khiển nhiệt độ gia nhiệt bằng van góc
Hình 1 Dùng van góc để điều khiển nhiệt độ gia nhiệt
Máy tiệt trùng cần được vệ sinh trong quá trình sản xuất, và khoảng thời gian giữa các lần vệ sinh có thể khác nhau tùy theo nguyên liệu. Cần xác định lưu trình vệ sinh tối ưu và thời gian vệ sinh định kỳ dựa trên từng loại nguyên liệu cụ thể. Đồng thời, việc vệ sinh phải triệt để, hoặc máy tiệt trùng cần được tháo dỡ định kỳ để kiểm tra lấy mẫu. Nếu vệ sinh không triệt để, không chỉ ảnh hưởng đến độ ổn định của nhiệt độ tiệt trùng mà còn dẫn đến sản phẩm không đạt yêu cầu và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Trước đây, các vấn đề chất lượng do làm sạch không hoàn toàn xảy ra khá phổ biến. Có những máy tiệt trùng sau khi mở ra đã thấy nguyên liệu bị cháy đen, cacbon hóa trong các ống trao đổi nhiệt, cho thấy mức độ nghiêm trọng của vấn đề.
Có hai loại bơm, một loại dùng để vận chuyển nguyên liệu và một loại dùng để vệ sinh. Các bơm dùng để cấp liệu trên máy tiệt trùng chủ yếu là bơm ly tâm được làm mát bằng nước làm kín kép. Đối với các dịch nguyên liệu có độ nhớt cao như tương cà chua, có thể dùng bơm trục vít (hoặc bơm thể tích) kết hợp với bơm cao áp để vận chuyển. Trong những năm gần đây, cũng có báo cáo về tình trạng mòn phớt cơ khí nghiêm trọng khi sử dụng bơm có phớt kép, rất dễ làm nước làm mát đi vào trong nguyên liệu. Tất nhiên, đây chỉ là một ví dụ và không thể chỉ vì lý do đó mà loại bỏ. Tất cả thiết bị tiệt trùng đều được trang bị bơm vệ sinh, gồm hai loại: bơm nhiều cấp phân đoạn và bơm ly tâm. Cần lưu ý rằng lưu lượng bơm vệ sinh phải lớn hơn lưu lượng nguyên liệu. Mục đích của lưu lượng lớn là để đảm bảo dung dịch vệ sinh có tốc độ dòng chảy tương đối cao trong máy tiệt trùng, từ đó tạo tác dụng rửa trôi đối với các vật liệu đóng cặn và cháy khét. Vì vậy, lưu lượng của bơm dùng để vệ sinh thường gấp 2-3 lần lượng nguyên liệu, và cột áp tương đương với cột áp của nguyên liệu.
Chỉ một lỗi thiết kế nhỏ cũng có thể gây ra vấn đề vận hành hoặc hiệu năng của thiết bị. Để thiết kế một thiết bị tiệt trùng tốt, cần bắt đầu từ những chi tiết nhỏ và hiểu, nắm vững đặc tính của nguyên liệu. Đối với nguyên liệu mới, cần tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để thiết kế thiết bị đáp ứng nhu cầu của quy trình sản xuất.
