Bể cô đặc chân không bề mặt cào: Cô đặc mứt trái cây mà không làm cháy màu sắc, pectin hoặc hương thơm

Đổ nước ép dâu tây vào nồi nấu mứt, bật hơi nước và rời đi trong một giờ — bạn sẽ thu được mứt. Bạn cũng sẽ thu được màu đỏ nâu xỉn, mùi thơm nhạt, một lớp hoa quả cháy bám chặt vào thành nồi, và công việc vệ sinh khiến không ai muốn đảm nhận. Vấn đề không nằm ở công thức. Vấn đề nằm ở chỗ nhiệt tiếp xúc với hoa quả.

Bể cô đặc chân không có bề mặt cạo liên tục giải quyết cả hai khía cạnh của vấn đề này cùng lúc: nó hạ điểm sôi của khối hoa quả xuống khoảng 45–60 °C, đồng thời luôn làm sạch thành nồi đang được đun nóng sau mỗi vòng quay, nhờ đó sản phẩm không bao giờ đứng yên đủ lâu để bị cháy.

Bài viết này giải thích cách thức hoạt động của hai cơ chế trên, những thay đổi xảy ra đối với sản phẩm thành phẩm trong lọ, các thông số tiêu chuẩn của dòng RY-GBNS / RY-ZN của chúng tôi, cũng như cách chọn kích thước thiết bị phù hợp cho sản phẩm của bạn.

Bể cô đặc chân không có bề mặt cạo liên tục dạng bệ di động, gồm thân bể có áo chưng, bộ truyền động cào, cột ngưng tụ và bể chứa sản phẩm ngưng tụ

Tại sao mứt là sản phẩm khó cô đặc nhất

Hầu hết các bộ bốc hơi đều được thiết kế để xử lý các chất lỏng trong suốt và dễ chảy. Mứt phá vỡ đồng thời ba giả định của chúng.

Mứt rất nhạy cảm với nhiệt. Anthocyanin trong dâu tây, mâm xôi, anh đào và việt quất phân hủy nhanh chóng ở nhiệt độ trên 80 °C. Pectin — thành phần khiến mứt đông lại — bị thủy phân do tiếp xúc lâu với nhiệt. Các hợp chất dễ bay hơi tạo hương thơm — những chất khiến người ta thốt lên "vị này giống trái cây thật" — bắt đầu thoát ra ngay khi hỗn hợp sôi mạnh. Giữ một loại bột nghiền trái cây ở nhiệt độ sôi thường áp suất khí quyển sẽ làm mất vĩnh viễn cả ba yếu tố trên.

Mứt có độ nhớt cao, và độ nhớt ấy còn tăng dần trong quá trình xử lý. Bột nghiền trái cây đi vào bể ở khoảng 12–20 °Brix và rời bể ở khoảng 65–68 °Brix. Trong dải nồng độ này, độ nhớt tăng theo cấp số nhân, đến mức hỗn hợp không còn hành xử như một chất lỏng mà gần giống một loại bột đặc. Các máy bơm, đường ống và bề mặt màng rơi truyền thống hoàn toàn không còn hoạt động hiệu quả.

Mứt bám bẩn lên bề mặt tường gia nhiệt. Trong bất kỳ thiết bị có áo gia nhiệt nào, một lớp ranh giới tĩnh hình thành trên bề mặt kim loại nóng. Với nước, lớp này mỏng và vô hại. Còn với hỗn hợp hoa quả giàu đường, lớp này dày lên, quá nhiệt, chuyển thành caramel rồi cuối cùng than hóa — tạo thành một lớp cháy khét bám vào áo gia nhiệt, làm cách nhiệt, làm chậm quá trình nấu mẻ, làm biến đổi hương vị và buộc phải cạo thủ công. Hiện tượng bám cháy là dạng sự cố tốn kém nhất trong sản xuất mứt: đồng thời làm tăng chi phí năng lượng, giảm suất thu hồi, làm thay đổi màu sắc và gia tăng lao động.

Hai cơ chế khắc phục vấn đề này: chân không và bộ cào liên tục chuyển động

Giảm điểm sôi thay vì tăng thêm nhiệt

Nước chỉ sôi ở 100 °C vì đang chịu áp suất của một khí quyển không khí. Loại bỏ áp suất đó thì điểm sôi giảm mạnh.

Hai hệ quả kỹ thuật phát sinh, và cả hai đều giúp tiết kiệm chi phí:

1. Sản phẩm không bao giờ nóng lên đến mức gây tổn hại cho chính nó. Ở nhiệt độ 45–60 °C, pectin giữ nguyên vẹn, anthocyanin duy trì màu sắc, và các hợp chất hương thơm dễ bay hơi ở lại trong sản phẩm thay vì ngưng tụ trong bộ ngưng tụ.
2. Sự chênh lệch nhiệt độ khi vận hành tăng lên, chứ không giảm đi. Hơi nước ở áp suất ≤ 0,15 MPa bão hoà ở khoảng 111 °C. So với khối chất sôi ở 50 °C, chênh lệch nhiệt độ này vượt quá 60 K — do đó chỉ cần diện tích gia nhiệt nhỏ là đủ, và hơi nước áp suất thấp hoặc hơi thải tái thu hồi trở thành nguồn nhiệt có thể sử dụng được.

Vì đường hoà tan và pectin làm tăng điểm sôi của dung dịch, nên khối hoa quả có độ ngọt 65 °Brix sôi cao hơn vài độ so với nước tinh khiết. Đó là lý do chúng tôi nêu phạm vi vận hành thực tế là 45–60 °C thay vì giới hạn lý thuyết tối thiểu.

Giữ bề mặt tường gia nhiệt sạch sau mỗi vòng quay

Chỉ riêng chân không không thể xử lý sản phẩm nhớt. Việc hạ điểm sôi không loại bỏ được lớp biên dính trên bề mặt áo ngoài — lớp này vẫn tồn tại, vẫn đứng yên và vẫn gây quá nhiệt.

Bộ gạt là thành phần đóng kín khe hở. Bên trong thiết bị, các lưỡi dao đạt tiêu chuẩn thực phẩm được lắp trên trục trung tâm quay sát tường bao có lớp cách nhiệt với khoảng hở được kiểm soát. Ở mỗi vòng quay, chúng nâng lớp sản phẩm mỏng ra khỏi bề mặt kim loại nóng và ném trở lại vào khối lượng chính. Kết quả là:

• Không có lớp sản phẩm đứng yên nghĩa là không xảy ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ — và cũng không hình thành lớp cháy xém hoặc caramel hoá cần làm sạch.
• Bề mặt truyền nhiệt được làm mới liên tục, do đó hệ số truyền nhiệt không suy giảm trong suốt quá trình xử lý như trường hợp nồi chân không không khuấy.
• Khối lượng sản phẩm luôn đồng nhất, nên độ °Brix đồng đều từ lít đầu tiên đến lít cuối cùng, chứ không phân tầng giữa vùng tường nóng và vùng lõi mát.
• Các sản phẩm có độ nhớt cao và dạng sệt vẫn dễ xử lý cho đến điểm kết thúc. Các máy cô đặc có bộ gạt Ruiyuan được thiết kế để cô đặc đến trọng lượng riêng trên 1,4 — ngưỡng mà nồi chân không đơn giản có lớp áo ngoài không thể đạt được.

Hình học thân bồn được thiết kế phù hợp với sản phẩm và yêu cầu xả: thân hình cầu (GNQ) để đảm bảo tiếp xúc đồng đều với thành bồn và dòng chảy sản phẩm trơn tru, hoặc thân hình nón (GNZ) để xả hiệu quả các loại cô đặc đặc, sệt.

Bên trong bồn cô đặc chân không có bề mặt cào là gì

Cấu hình tiêu chuẩn Ruiyuan được xây dựng từ năm khối chức năng, cộng thêm bộ truyền động và hệ thống điều khiển:

• Thân máy cô đặc - bình có áo ngoài, nắp trên dạng vòm, đáy lõm, bề mặt tiếp xúc với sản phẩm được đánh bóng gương, cửa người vào, kính quan sát có cần gạt, và bộ khuấy cào được dẫn động qua hộp số góc vuông.
• Bộ tách hơi – lỏng - loại bỏ các giọt sản phẩm bị cuốn theo dòng hơi để ngăn sản phẩm đi vào bộ ngưng tụ.
• Máy ngưng tụ - kiểu ống chùm, được tính toán kích thước nhằm giảm thể tích hơi mà bơm chân không phải xử lý.
• Lạnh hơn - kiểu cuộn xoắn, làm giảm nhiệt độ ngưng tụ xuống mức an toàn cho việc xả thải.
• Bể tiếp nhận - thu nhận phần chưng cất; dung tích của nó được xác định dựa trên mẻ sản xuất để một chu kỳ cô đặc duy nhất có thể thực hiện liên tục mà không cần ngắt chân không.

Xung quanh lõi đó, chúng tôi lắp thêm hệ thống chân không, mạch làm nóng áo khoác (hơi nước, nước nóng hoặc điện), đầu phun CIP, thiết bị đo lường (đồng hồ đo chân không, màn hình hiển thị nhiệt độ kỹ thuật số, van lấy mẫu) và bảng điều khiển – từ các van thủ công và đèn báo kỹ thuật số đến PLC + HMI có chức năng lưu công thức và ghi dữ liệu mẻ.

Bên trong thiết bị: các lưỡi gạt quét liên tục lên bề mặt thành được đốt nóng ở mỗi vòng quay, do đó không hình thành lớp màng đứng yên và không có gì bị cháy khét.

Tập tin video quy trình: assets/web/scraper-wall-demo-h264.mp4

Điều gì thay đổi trong lọ thành phẩm

• Màu sắc được giữ nguyên. Các loại quả mọng, anh đào và quả hạch giữ đúng sắc thái mà người mua mong đợi, thay vì chuyển dần sang màu nâu.
• Hương thơm được giữ lại trong sản phẩm. Bộ ngưng tụ làm mát và chân không nông giúp các chất dễ bay hơi được ngưng tụ và hoàn trả vào sản phẩm thay vì bốc hơi mất đi – và cột thu hồi hương thơm tùy chọn có thể tách riêng phần hương để bổ sung trở lại.
• Không có vị cháy khét. Hương vị đặc trưng là vị trái cây, chứ không phải vị caramel và tro.
• Pectin vẫn đông đặc. Thời gian lưu ngắn hơn ở nhiệt độ thấp hơn nghĩa là hệ tạo gel hoạt động đúng như công thức dự kiến, điều này còn quan trọng hơn nữa đối với các công thức giảm đường và giàu trái cây.
• Hiệu suất cao hơn. Sản phẩm không bám cháy vào thành thiết bị là sản phẩm bạn có thể bán. Tổn thất do bám cháy và lượng sản phẩm còn sót lại trong quá trình làm sạch bằng lưỡi gạt đều được giảm thiểu.
• Độ Brix ổn định. Nồng độ đồng nhất giúp khối lượng chiết rót, hoạt độ nước và thời hạn sử dụng trở nên dự đoán được từ mẻ này sang mẻ khác.
• Làm sạch nhanh hơn. Các bộ phận tiếp xúc với sản phẩm được đánh bóng gương, hình học bên trong được bo tròn và các vòi phun CIP biến một công việc cạo thủ công thành một chu kỳ rửa. Thiết kế vệ sinh tuân thủ đầy đủ thực hành GMP thực phẩm.

Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn

Bảng dưới đây liệt kê các dòng thiết bị cô đặc chân không tiêu chuẩn. Các dung tích dao động từ các đơn vị thí điểm 10 L đến các thiết bị sản xuất 500 L; các dung tích lớn hơn cũng như các bố trí nhiều hiệu ứng hoặc tái nén nhiệt được thiết kế theo yêu cầu. Vì diện tích bề mặt gia nhiệt, diện tích ngưng tụ và mức độ chân không đều phải phù hợp với sản phẩm, nên các thông số cuối cùng sẽ được xác nhận dựa trên bột nhão của quý khách, độ Brix mục tiêu và tốc độ bay hơi yêu cầu.

Các thông số kỹ thuật đề cập đến dãy tiêu chuẩn và phải được xác nhận bởi bộ phận kỹ thuật đối với từng sản phẩm, độ nhớt và điều kiện vận hành.

Các lựa chọn và tùy chỉnh

• Hình học bể - Thân hình cầu (GNQ) hoặc thân hình nón (GNZ) để phù hợp với dòng chảy và việc xả sản phẩm.
• Dung_lượng - Dung tích tiêu chuẩn từ 10 L đến 500 L; các thiết bị quy mô sản xuất và dây chuyền hoàn chỉnh được chế tạo theo đơn đặt hàng.
• Vật liệu tiếp xúc với nước - Thép không gỉ SS304 hoặc SS316L, bề mặt bóng gương hoặc mờ, kèm theo giấy chứng nhận vật liệu.
• Môi chất gia nhiệt - Hơi nước bão hòa, nước nóng hoặc gia nhiệt điện khi không có nồi hơi.
• Hệ thống chân không - bơm vòng nước khi nước làm mát dồi dào, chân không khô khi việc xả nước bị hạn chế.
• Hồi phục hương thơm - bố trí ngưng tụ và cột hồi phục dành cho các sản phẩm mà các nốt hương đầu cần được thu giữ và hoàn trả.
• Tự động hóa - từ đồng hồ đo cục bộ và van điều khiển thủ công đến PLC kèm giao diện người – máy (HMI), quản lý công thức, ghi chép lô và xử lý cảnh báo.
• Thiết bị điện chống nổ - khả dụng cho các hỗn hợp trái cây chứa cồn và công thức dựa trên rượu mạnh.
• Tính di động và bố trí - khung di động lắp trên bệ (skid-mounted) dành cho nhà máy thử nghiệm và nhà máy đa sản phẩm.

Ứng dụng

Nguyên lý tương tự – nhiệt độ thấp kết hợp với thành xoay gạt (wiped wall) – phù hợp với mọi sản phẩm trái cây đặc, nhạy cảm với nhiệt hoặc cả hai yếu tố này:

• Mứt và thạch việt quất - dâu tây, mâm xôi đỏ, việt quất, mâm xôi đen, lý chua đen, nơi màu sắc là điểm thu hút chính.
• Bột nghiền từ trái cây có hạch và trái cây nhiệt đới - mơ, đào, xoài, chanh dây, ổi, sung, chuối.
• Mứt cam và các chế phẩm từ họ cam quýt - công thức có vỏ quả và nền cam đắng.
• Chế phẩm trái cây dành cho công nghiệp - nhân bánh ngọt, nền trái cây cho sản phẩm sữa và sữa chua, vệt hoa văn trong kem, hỗn hợp pha chế đồ uống.
• Bột chà là, táo tàu và sung - hàm lượng chất khô rất cao, độ nhớt rất cao.
• Bơ táo và bơ trái cây nấu chậm .
• Các loại mứt trái cây ít đường và không thêm đường - nơi chất rắn từ trái cây tạo độ sánh đặc và tổn thương do nhiệt có thể nhận thấy ngay lập tức.
• Thực phẩm nghiền cho trẻ sơ sinh - nơi việc giữ lại dưỡng chất và màu sắc là một tuyên bố trên nhãn, chứ không chỉ là sở thích.
• Nồng độ cao của bột cà chua, ớt và các loại bột trái cây mặn - cùng các vấn đề về bám cặn và phai màu, cùng giải pháp như nhau.

Quá trình đun sôi bột trái cây dưới chân không sâu, quan sát qua kính kiểm tra của thiết bị cô đặc chân không có bề mặt gạt.

Tập tin video quy trình: assets/web/jam-concentration-1-h264.mp4

Cách xác định kích thước thiết bị phù hợp với sản phẩm của bạn

Cô đặc là một phép cân bằng khối lượng, và thông số dùng để xác định kích thước máy không phải là thể tích mẻ mà là lượng nước cần loại bỏ và tốc độ loại bỏ.

Lượng nước bốc hơi = M_feed x (1 - \frac{Brix_in}{Brix_out})

Ví dụ minh họa. 500 kg bột nhão trái cây có độ Brix 12° được cô đặc lên 65° Brix:

500 x (1 - (12) / (65)) = 500 x 0,815 = 408 kg nước

Lô cuối cùng có khối lượng khoảng 92 kg mứt. Chia 408 kg cho thời gian xử lý một lô theo yêu cầu để thu được tốc độ bốc hơi cần thiết tính bằng kg/giờ — thông số này xác định diện tích bề mặt gia nhiệt, kích thước bộ ngưng tụ và công suất máy bơm chân không.

Vui lòng gửi cho chúng tôi sáu thông số đầu vào sau để chúng tôi xác định quy cách thiết bị và báo giá:

3. Loại sản phẩm và công thức (trái cây, đường, pectin, cồn hoặc chất rắn bổ sung).
4. Khối lượng hoặc thể tích nguyên liệu đầu vào mỗi lô và số lô mỗi ngày.
5. Độ Brix (hoặc hàm lượng chất khô toàn phần) đầu vào và đầu ra.
6. Độ nhớt dự kiến hoặc trọng lượng riêng cuối cùng — và việc có tồn tại các mảnh trái cây hay không.
7. Nguồn nhiệt khả dụng: áp suất hơi, nhiệt độ nước nóng hoặc chỉ điện.
8. Nhiệt độ và lưu lượng nước làm mát, cộng với các ràng buộc về tiện ích và xả thải của bạn.

Lựa chọn giữa các công nghệ cô đặc

Nếu sản phẩm của bạn chảy như nước ép, bộ bốc hơi màng rơi sẽ cô đặc nó với chi phí thấp hơn mỗi tấn. Nếu sản phẩm của bạn đông đặc trong lọ, thì cần lắp thiết bị gạt trên thành áo khoang.

Xem quy trình đang vận hành

Hệ thống cô đặc chân không hoàn chỉnh: thân máy cô đặc, cột ngưng tụ, kính quan sát và van điều khiển được lắp trên một khung duy nhất.

Tập tin video quy trình: assets/web/jam-concentration-2-h264.mp4

Tại sao nên hợp tác cùng Ruiyuan

Công ty TNHH Thiết bị và Máy móc Thượng Hải Thụy Nguyên đã thiết kế và chế tạo các thiết bị chiết xuất, cô đặc và xử lý dạng lỏng kể từ năm 2011 tại nhà máy của chúng tôi ở Khu Phụng Hiền, Thượng Hải. Phạm vi hoạt động của chúng tôi bao gồm các thiết bị quy mô phòng thí nghiệm và quy mô thử nghiệm, cũng như các dây chuyền công nghiệp dành cho các ngành thực phẩm, sữa, đồ uống, lên men, dược phẩm và hóa chất tinh: nhà máy chiết xuất và cô đặc, thiết bị bốc hơi màng rơi và bốc hơi hiệu ứng đơn, thiết bị tiệt trùng UHT, thiết bị kết tinh, máy sấy phun và các dây chuyền sản xuất trọn gói.

Đối với các dự án cô đặc cụ thể, điều này có nghĩa là bạn không chỉ mua một thiết bị chứa. Bạn đang mua một hệ thống đã được lựa chọn phù hợp với đường cong độ nhớt của sản phẩm, hàm lượng chất rắn mục tiêu, nguồn năng lượng sẵn có và quy trình vệ sinh của bạn — đồng thời được hỗ trợ đầy đủ trong suốt quá trình lắp đặt, chạy thử và đào tạo vận hành.

Các câu hỏi thường gặp

Hàm lượng chất rắn cuối cùng mà hệ thống có thể đạt được là bao nhiêu?

Dãy tiêu chuẩn được thiết lập để đạt độ đặc cao hơn 1,4, và độ nhớt – chứ không phải mức chân không – thường là giới hạn thực tế. Đối với phần lớn mứt trái cây, điều này có nghĩa là 65–68 °Brix. Hãy cho chúng tôi biết điểm cuối bạn mong muốn, và chúng tôi sẽ xác nhận giá trị khả thi đối với sản phẩm của bạn.

Lưỡi gạt có làm hỏng các miếng trái cây hay kết cấu không?

Các lưỡi dao quay sát thành bồn với khe hở được kiểm soát và làm sạch bề mặt gia nhiệt thay vì nghiền nát khối sản phẩm. Các miếng trái cây thường được thêm vào sau quá trình cô đặc để giữ nguyên vẹn; trong trường hợp miếng trái cây bắt buộc phải tồn tại suốt chu kỳ, chúng tôi sẽ lựa chọn hình dạng bộ khuấy và tốc độ phù hợp.

Nhiệt độ có đủ thấp để bảo vệ pectin và màu sắc không?

Có. Các thiết bị tiêu chuẩn hoạt động ở áp suất chân không tương đối 600–700 mmHg, tương ứng với điểm sôi khoảng 45–60 °C đối với khối trái cây giàu đường. Nhiệt độ này thấp hơn nhiều so với dải nhiệt khiến anthocyanin và pectin phân hủy nhanh.

Tôi cần những tiện ích nào?

Hơi nước ở áp suất ≤ 0,15 MPa (hơi nước áp suất thấp hoặc hơi nước tái sử dụng là đủ), nước làm mát cho bình ngưng và bộ làm mát, cùng nguồn điện tiêu chuẩn. Vì nhiệt độ sôi thấp nên chênh lệch nhiệt độ trên lớp áo bao quanh vẫn lớn, do đó chỉ cần diện tích gia nhiệt vừa phải để thực hiện công việc.

Một mẻ mất bao lâu?

Thời gian phụ thuộc vào lượng nước cần loại bỏ và tốc độ bay hơi được thiết kế phù hợp với thiết bị của bạn. Hãy dùng phép cân bằng khối lượng nêu trên để xác định khối lượng nước tính theo kg, sau đó chia cho thời gian yêu cầu cho một mẻ — chúng tôi sẽ xác định diện tích gia nhiệt và diện tích ngưng tụ dựa trên con số này.

Thiết bị có thể được làm sạch tại chỗ không?

Có. Các bộ phận tiếp xúc với sản phẩm đều được đánh bóng gương và có hình học nội bộ dạng cong tròn; đồng thời, đầu phun CIP được lắp đặt tiêu chuẩn. Bộ gạt được thiết kế để kiểm tra định kỳ và thay thế lưỡi gạt mà không cần tháo dỡ lớn.

Thiết bị đi kèm những tài liệu nào?

Chứng chỉ vật liệu cho các bộ phận tiếp xúc với chất lỏng, hồ sơ gia công và thử nghiệm áp lực, tài liệu điện và tự động hóa, cũng như sổ tay vận hành và bảo trì. Việc kiểm tra nghiệm thu tại nhà máy và đào tạo người vận hành có thể được bố trí trước khi giao hàng.

Yêu cầu báo giá

Hãy gửi cho chúng tôi sản phẩm của quý vị, quy mô lô, nồng độ đầu vào và nồng độ mục tiêu (Brix), cùng các tiện ích sẵn có. Chúng tôi sẽ phản hồi với thiết bị đã được tính toán kích thước phù hợp, mô tả quy trình và báo giá — và trong trường hợp công thức này còn mới đối với quý vị, chúng tôi có thể tiến hành các thử nghiệm cô đặc trên bột nhão trái cây do chính quý vị cung cấp trước khi quý vị quyết định đầu tư vào công suất sản xuất.

Liên hệ

Tony Zhang
Công ty TNHH Máy móc Thượng Hải Ruiyuan
Số 168 Đường Thanh Lĩnh, Công viên Thanh Cương, Quận Phụng Hiền, Thượng Hải, Trung Quốc
Di động / WhatsApp: +86 136 0188 4162
Thư điện tử: [email protected]
Trang web: www.ruiyuanextraction.com