Giáo trình Máy nông nghiệp - Chương 6: Thiết bị nhiệt lạnh

  - 103 - 
Chương VII 
THIẾT BỊ NHIỆT LẠNH 
7.1. THIẾT BỊ SẤY 
7.1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu kỹ thuật và phân loại 
a) Nhiệm vụ 
Thiết bị sấy có nhiệm vụ loại bỏ nước ra khỏi vật liệu rắn. Sấy được 
ứng dụng rất rộng rãi trong bảo quản và chế biến nông sản, với mục đích : 
- Làm giảm sự hư hỏng sản phẩm do sự sinh trưởng và phát triển của 
vi sinh vật, do quá trình biến đổi về mặt vật lý, hóa học, sinh học của sản 
phẩm. Nếu sản phẩm được làm khô đến một độ ẩm thích hợp thì các quá 
trình trên ít sảy ra hoặc sảy ra rất chậm. Khi mới thu hoạch, sản phẩm dạng 
hạt thường có độ ẩm khá cao, trung bình 20 ÷30%, rau quả hoặc hạt thu 
hoạch vào mùa mưa độ ẩm có thể lên tới 35 ÷ 40%. Những sản phẩm ẩm, 
tươi này nếu được sấy khô kịp thời thì sẽ giữ vững được chất lượng, ngược 
lại nếu chậm sấy sản phẩm có thể bị thâm, chua, thối thậm chí có thể bị hư 
hỏng hoàn toàn. Khi bảo quản trong kho, độ ẩm của sản phẩm nhiều khi 
tăng bất thường, do hút ẩm từ môi trường, do mưa dột,...vì vậy, người ta 
đã dùng sấy để xử lý nhanh các sự cố nhằm đảm bảo an toàn cho khối sản 
phẩm. 
- Giảm khối lượng và thể tích của sản phẩm, từ đó làm giảm chi phí 
cho quá trình bao gói, bảo quản và vận chuyển. 
- Tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình chế biến tiếp theo như : 
nghiền, trộn, định lượng,... Phần lớn các sản phẩm dạng hạt, rau, củ được 
làm khô dễ chế biến hơn so với sản phẩm ban đầu. 
- Nâng cao chất lượng của một số sản phẩm khi chế biến như : làm 
tăng hàm lượng chất khô của sữa bột, đường, chè, cà phê, mì sợi, men và 
các loại rau quả; làm tăng độ giòn, độ dẻo, giữ được các tính chất đặc 
trưng của sản phẩm như rau, củ cải, su hào, cà phê tan,... 
b) Yêu cầu kỹ thuật 
- Đảm bảo được chất lượng sản phẩm sau khi sấy 
Đối với hạt, không làm rạn, nứt vỏ không làm thay đổi cấu trúc tế bào, 
  - 104 - 
đặc biệt đối với hạt giống không làm ảnh hưởng đến tỷ lệ nẩy mầm và sức 
sống khi nẩy mầm. 
Đối với hạt, độ sấy khô không đồng đều không được quá 1% khi độ 
ẩm cuối cùng của hạt là 15%. Độ nóng không đồng đều của hạt không 
vượt quá 3 ÷ 4%. Nhiệt độ hạt khi sấy không quá 60oC đối với hạt lương 
thực và 50oC đối với hạt giống. Khi độ ẩm hạt tới 25%, nhiệt độ chất mang 
nhiệt cho phép có thể tới 70oC, khi độ ẩm hạt cao hơn 25%, nhiệt độ chất 
mang nhiệt không được quá 80oC. 
Đối với rau quả, khi sấy khô hình dáng cấu trúc tế bào có thể bị biến 
đổi nhưng thành phần dinh dưỡng ít biến đổi. 
- Có thể sấy được nhiều loại nông sản và điều chỉnh được chế độ sấy 
thích hợp. 
- Năng suất cao, chi phí năng lượng riêng thấp. 
- Cấu tạo đơn giản, tiện lợi trong sử dụng. 
c) Phân loại 
- Theo phương pháp sấy : sấy tiếp xúc, sấy đối lưu, sấy bức xạ, sấy 
thăng hoa,... 
- Theo cấu tạo của bộ phận sấy : máy sấy kiểu băng, máy sấy kiểu 
trống, máy sấy kiểu hộp,... 
- Theo phương pháp cấp nhiệt: máy sấy dùng điện, dùng than, máy 
sấy dùng nhiệt mặt trời,... 
- Theo cách làm việc : máy sấy làm việc liên tục, máy sấy làm việc 
gián đoạn. 
- Theo nguyên tắc sử dụng : máy sấy lưu động, máy sấy tĩnh tại. 
- Theo trạng thái nguyên liệu ở trong thiết bị sấy : máy sấy nguyên liệu ở 
trạng thái động, máy sấy nguyên liệu ở trạng thái tĩnh 
7.1.2. Các phương pháp sấy 
a) Phương pháp sấy đối lưu 
Phương pháp sấy đối lưu là phương pháp được dùng khá phổ biến 
trong sản xuất, sử dụng tác nhân sấy là khí nóng vừa làm nhiệm vụ truyền 
nhiệt và lấy ẩm ra khỏi vật liệu sấy. Như phần phân loại thiết bị sấy ở 
chương trước, tác nhân sấy có thể có nhiều dạng khác nhau phụ thuộc vào 
  - 105 - 
kiểu máy sấy. 
Sấy đối lưu được tiến hành bằng cách cho vật liệu tiếp xúc trực tiếp 
với tác nhân sấy đã được đốt nóng (hình 7.1). 
Tác nhân sấy (không khí) được quạt 3 thổi vào bộ phận sưởi 1 
(calôrife), sau đó đi vào buồng sấy 2, ở đó có vật liệu ẩm cần sấy khô. Như 
vậy, sản phẩm tiếp xúc trực tiếp với không khí nóng. Không khí cấp nhiệt 
cho vật liệu đồng thời mang ẩm từ vật liệu ra khỏi buồng sấy. Phương 
pháp sấy này được sử dụng phổ biến để sấy hạt, bánh mì, mứt quả,... 
Để tận dụng và nâng cao hiệu suất nhiệt, người ta thường sử dụng một 
phần không khí ẩm thải ra tuần hoàn trở lại lẫn với không khí mới vào 
calorife để tăng nhiệt độ trước khi đưa vào buồng sấy. 
Hình 7.1. Sơ đồ phương pháp sấy bằng khí nóng 
1- quạt; 2- calorife; 3- buồng sấy 
Trong nhiều trường hợp cần sấy ở nhiệt độ cao hoặc sản phẩm sấy 
không cần yêu cầu cao về hình thức và vệ sinh người ta dùng tác nhân sấy 
là khói lò. 
Để sấy trực tiếp bằng khí nóng, người ta thường dùng các thiết bị sau : 
Thiết bị sấy đối lưu kiểu phòng (hình 7.2a) là thiết bị sấy làm việc 
gián đoạn được dùng để sấy đường và bánh bích qui. Vật liệu sấy được 
xếp lên các sàn 4 hoặc xếp vào các xe goòng. Không khí được đốt nóng 
trong bộ phận sưởi 2 đặt trước thiết bị sấy, được quạt gió 1 đẩy vào phòng 
sấy. Trong phòng có đặt các bộ phận sưởi 3 và 5 để đót nóng bổ xung tác 
  - 106 - 
nhân sấy. Loại thiết bị sấy này có nhược điểm năng suất thấp nên chỉ dùng 
với qui mô sản xuất nhỏ. 
Thiết bị sấy kiểu tunnel (hình 7.2b) là loại làm việc liên tục được sử 
dụng để sấy rau, quả,... Thiết bị sấy này gồm có hầm sấy 1, các xe goòng 
chứa vật liệu 6 đi vào hầm theo cửa 2 rồi dịch chuyển theo đường ray dọc 
hầm về phía đối diện, ở phía này có cửa tháo 5. Không khí đã được đốt 
nóng trong bộ phận sưởi 4 được quạt gió 3 hút vào đi ngược chiều hoặc 
thẳng góc với chiều đi của sản phẩm và thoát ra qua cửa 7. Loại thiết bị 
sấy kiểu tunnel có nhược điểm là quá trình sấy tiến hành không đều vì sản 
phẩm sấy luôn ở trạng thái lớp cố định. 
  - 107 - 
Hình 7.2. Sơ đồ các thiết bị sấy đối lưu 
a) kiểu phòng sấy; b) kiểu tunnel; c) kiểu băng 
tải; d) kiểu thùng quay; e) kiểu "tầng sôi"; f) kiểu sấy 
phun. 
Thiết bị sấy kiểu băng tải (hình 7.2c) là loại làm việc liên tục dùng để 
sấy vật liệu rời, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sấy hạt, rau,... 
Bên trong buồng sấy 2 người ta đặt nhiều băng tải 3 cái nọ trên cái kia, các 
băng tải được làm bằng vải hoặc lưới kim loại chuyển động ngược chiều 
nhau. Vật liệu từ thùng chứa 1 chảy xuống băng tải phía trên, di chuyển 
dọc theo buồng sấy 2 và đổ xuống băng tải đặt ở dưới. Tốc độ băng tải 
khoảng 1m/s. Quạt gió 4 đẩy không khí qua calorife 5 vào buồng sấy 2, và 
hoát ra ngoài ra cửa 7. Sản phẩm sấy được thoát ra ngoài qua cửa 6. Do 
nguyên liệu đổ xuống nhiều lượt từ băng tải này đến băng tải khác và được 
xáo trộn nhiều lần nên quá trình sấy được đồng đều. 
Thiết bị sấy kiểu thùng quay (hình 7.2d) là loại thiết bị làm việc liên 
tục dùng để sấy hạt và những phế phẩm thực phẩm dùng làm thức ăn chăn 
nuôi như bã củ cải, bã rượu, ... Thiết bị sấy thùng quay gồm có thùng quay 
1 đặt nghiêng một góc 6o so với đường nằm ngang. Bên trong có các cánh 
gắn chặt với thùng để phân phối vật liệu đều đặn theo tiết diện của thùng 
và làm cho sản phẩm chuyển rời được liên tục. Nhờ đó mà vật liệu và tác 
nhân sấy tiếp xúc với nhau được tốt hơn. Tác nhân sấy là khói lò được tạo 
ra ở lò đốt 2, trước khi vào thùng quay 1 phải qua buồng trung gian 3, ở đó 
cho không khí vào để trộn lẫn với khói lò và hạ thấp nhiệt độ của chúng. 
Vật liệu sấy được chất vào thùng sấy khoảng 20 ÷ 25% dung tích. Tốc độ 
quay của thùng từ 1 ÷ 8 v/ph. Sản phẩm sấy ra ngoài qua cửa 5, tác nhân 
sấy thoát ra khỏi thiết bị sấy qua cửa 4 và được đưa vào xiclon để lọc bụi 
trước khi thoát ra ngoài. 
  - 108 - 
Thiết bị sấy "tầng sôi" (hình 7.2e) được sử dụng chủ yếu để sấy hạt và 
các loại vật liệu rời khác. Vật liệu ẩm từ thùng chứa 2 được vít tải 1 đẩy 
vào buồng sấy 4, trong buồng sấy có đặt lưới sàng 6. Tác nhân sấy (không 
khí hoặc khói lò) từ của 8 qua sàng vào buồng sấy với tốc độ khoảng 2m/s, 
khi đó lớp vật liệu trên sàng ở trạng thái lơ lửng trong dòng tác nhân sấy. 
Không khí ẩm được đẩy ra khỏi buồng sấy qua cửa 3, sản phẩm sấy khô 
được vận chuyển ra ngoài qua cửa thoát 7. Do vật liệu sấy luôn ở trạng thái 
lơ lửng nên quá trình sấy được thực hiện đồng đều, thời gian sấy ngắn và 
thành phẩm có chất lượng cao. 
Thiết bị sấy phun (hình 7.2f) là thiết bị làm việc liên tục dùng để sấy 
vật liệu có độ ẩm ban đầu lớn như sữa và các chất lỏng đậm đặc khác. 
Thiết bị gồm có buồng sấy 1 bên trong có thiết bị phun đặc biệt 2 và thiết 
bị lọc không khí 4. Sữa đặc được đun nóng đến nhiệt độ 60 ÷ 700C, đi vào 
ống 3 đập lên bề mặt của đĩa quay 2. Dưới tác dụng của lực ly tâm, sữa sẽ 
phun tỏa ra và biến thành bụi sữa có kích thước rất nhỏ (10 ÷ 15μm). Tác 
nhân sấy là không khí sạch đã được đốt nóng đến nhiệt độ 120÷1500C từ 
cửa 7 chuyển động về phía những giọt sữa rơi xuống, qua máy lọc khí 4 
và theo ống 8 ra ngoài. Vật liệu sấy khô ở dạng bột được lắng xuống đáy 
buồng sấy được vít tải 5 chuyển ra khỏi buồng sấy qua cửa 6. Loại thiết bị 
sấy phun có ưu điểm là thời gian sấy ngắn khoảng vài giây vì diện tích tiếp 
xúc của vật liệu với tác nhân sấy rất lớn (1dm3 sữa phun ra có diện tích 
khoảng 300m2), sản phẩm được làm khô ở dạng bột không cần phải 
nghiền. Nhược điểm là kích thước thiết bị lớn và chi phí năng lượng cao. 
b) Phương pháp sấy tiếp xúc 
Sấy tiếp xúc được thực hiện khi đốt nóng vật liệu bằng chất tải nhiệt 
qua thành dẫn nhiệt. Không khí nóng, khói lò, hơi nước đi vào một phía 
của thành dẫn nhiệt, còn phía kia được xếp vật liệu ẩm. Nhờ tiếp xúc với 
thành đã đốt nóng mà sản phẩm nóng lên và được sấy khô. Phương pháp 
này được sử dụng để sấy sữa, men, purê rau quả,... 
Trên hình 7.3 là sơ đồ thiết bị sấy tiếp xúc liên tục, có thể sấy ở áp 
suất chân không hay áp suất khí quyển, được sử dụng để sấy khô men thức 
  - 109 - 
ăn, bột nhão đặc sệt, bột trứng. Thiết bị sấy một trục (hình 7.3a) có cấu tạo 
gồm 1 trục trên đó có gắn một thùng quay rỗng 3, trong thùng được đốt 
nóng bằng hơi nước hoặc bằng dầu khoáng. Thùng nhúng một phần vào 
sản phẩm lỏng, chất lỏng đó được giữ lại trên mặt thùng bởi lực dính tạo 
thành một màng mỏng. Nguyên liệu đưa vào thiết bị sấy theo ống 5. Màng 
đã khô được bóc ra khỏi thùng nhờ dao 2 rơi vào xe 1 hoặc vào thùng 
chứa. Trường hợp cần sấy ở áp suất chân không, người ta nối liền buồng 
sấy với hệ thống chân không qua ống 4. 
Để tăng năng suất của thiết bị sấy, người ta dùng thiết bị sấy hai trục 
(hình 7.3b). Sữa đặc 2 được đẩy vào thành những dòng mỏng trên bề mặt 
của các thùng 1, quay ngược chiều nhau và được đốt nóng đến nhiệt độ 
110 ÷ 130oC. Tốc độ quay của thùng từ 1 ÷ 10 v/ph. Trong khoảng thời 
gian 17 ÷ 18s trên bề mặt thùng tạo ra lớp màng khô mỏng và được bóc 
sạch khỏi bề mặt bởi dao 4 và đổ vào thùng chứa 3, từ đó người ta chuyển 
màng sang nghiền nhỏ để thu được sữa bột khô. Năng suất của thiết bị sấy 
kiểu trục tỷ lệ với chiều dài, đường kính và tốc độ quay của trục. 
 a) b) 
Hình 7.3. Sơ đồ các thiết bị sấy tiếp xúc 
a) thiết bị sấy một trục; b) thiết bị sấy hai trục 
  - 110 - 
c) Phương pháp sấy bức xạ 
Sấy bức xạ là phương pháp sấy dùng tia bức xạ chiếu vào đối tượng 
cần làm khô. Nguồn nhiệt bức xạ thường dùng đèn hồng ngoại, điện trở, 
chất lỏng hay khí, tấm được đốt nóng tới nhiệt độ nhất định, để vật nóng 
phát ra bức xạ hồng ngoại. Tia hồng ngoại chiếu vào vật liệu sấy(gồm 
nước và hợp chất hữu cơ). Nước trở thành vật đen, hấp phụ đa số năng 
lượng; hợp chất hữu cơ trở thành vật trong suốt, tia xuyên qua không sinh 
nhiệt. Hiện tượng này chỉ xảy ra ở giai đoạn sóng có bước nhất định( bước 
sóng λ = 0,4÷40μm). Dưới tác dụng của tia hồng ngoại, sản phẩm được 
đốt nóng và làm khô dần. Ưu điểm nổi bật của thiết bị sấy bức xạ là sản 
phẩm được đốt nóng nhanh, cường độ bay hơi ẩm lớn hơn vài lần so với 
phương pháp sấy đối lưu và tiếp xúc. Sở dĩ vậy là vì nguồn nhiệt có thể 
chọn rất cao(500 ÷600oC), dòng nhiệt tới vật sấy có thể tới 22500 
Kcal/m2h( gấp 30 lần) và phần lớn công suất đèn biến thành nhiệt để làm 
nóng vật liệu, không khí ở khoảng không gian giữa đèn và vật liệu hầu như 
không bị đốt nóng nên mất mát nhiệt ra xung quanh không đáng kể. Nhược 
điểm là có hiện tượng quá nhiệt của vật liệu, bởi vì lớp bề mặt của nó nóng 
nhanh hơn nhiều so với các lớp bên trong. 
d). Phương pháp sấy thăng hoa 
Sấy thăng hoa là phương pháp tách ẩm ra khỏi sản phẩm bằng cách 
biến nước trong sản phẩm (ở thể lỏng) thành nước đá (ở thể rắn), rồi từ 
nước đá chuyển thành hơi nước, tức là thăng hoa, không qua trạng thái 
lỏng (hình 7.4). 
 Sấy thăng hoa được tiến hành qua 3 giai đoạn : trước hết làm lạnh 
đông sản phẩm ở nhiệt độ dưới 0oC, khi đó tất cả nước trong sản phẩm 
đông lại, sau đó đưa vào buồng thăng hoa là buồng có áp suất chân không. 
Do có áp suất chân không nên nước đá bị thăng hoa và sản phẩm được làm 
khô. Ở giai đoạn này lượng nước bốc hơi chủ yếu là nước ở trạng thái tự 
do, còn nước ở trạng thái liên kết không bốc hơi. Nếu muốn tiếp tục làm 
bốc hơi nước ở trạng thái liên kết, cần phải qua giai đoạn nữa là cấp nhiệt 
làm nóng sản phẩm nhờ bộ phận đốt nóng 2 đặt ngay trong buồng thăng 
  - 111 - 
hoa. 
Hình 7.4. Sơ đồ thiết bị sấy thăng hoa 
1- buồng thăng hoa; 2- thiết bị đốt nóng; 3- thiết bị ngưng tụ; 4- bơm chân 
không; 5- máy nén; 
6- bình ngưng tụ của thiết bị lạnh; 7- van điều chỉnh; 8- van tháo nước 
ngưng tụ; 9- sản phẩm sấy. 
Do sấy ở nhiệt độ thấp và không có không khí nên sản phẩm hầu như 
giữ nguyên được các chất dinh dưỡng, màu sắc và mùi vị, hình dáng và 
khối lượng có khả năng phục hồi lại gần hoàn toàn như sản phẩm ban đầu. 
Tuy nhiên sấy thăng hoa cần có nhiều thiết bị đắt tiền và chi phí điện năng 
khá lớn. 
7.1.3. Cấu tạo và hoạt động của một số thiết bị sấy 
a) Thiết bị sấy băng tải 
Thiết bị sấy băng tải do Mỹ sản xuất, có cấu tạo gồm 2 buồng nóng và 
lạnh ngăn cách bởi tường chắn 6 (hình 7.5). Hạt ẩm vào phễu 1 được dàn 
mỏng trên băng tải 2 và chuyển động. 
  - 112 - 
Hình 7.5. Thiết bị sấy băng tải 
1- phễu cấp liệu ; 2- băng tải ; 3- buồng đốt nhiên liệu; 4- vít tải ; 5,7- quạt 
hút ; 6- tường chắn. 
Không khí được đốt nóng bằng nhiên liệu lỏng ở buồng đốt 3. Không 
khí nóng và khô được hút đi qua lớp hạt trên băng nhờ quạt hút 7. Qua hết 
vùng nóng hạt được sấy khô tới độ ẩm cần thiết, sau đó đi vào vùng lạnh 
được làm nguội trực tiếp bằng không khí do quạt hút 5. Hạt nguội được rơi 
xuống vít tải 4 và đi ra ngoài máy. Tốc độ sấy, độ giảm ẩm của máy được 
điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ băng tải và chiều dầy lớp hạt. Điều 
chỉnh nhiệt độ bằng cách tăng giảm lượng nhiên liệu. Máy này có nhược 
điểm chủ yếu là băng tải chóng bị hỏng. 
b) Thiết bị sấy hạt theo chu kỳ 
Trên hình 7.6 giới thiệu sơ đồ công nghệ sấy thóc theo chu kỳ của hệ 
thống thiết bị sấy Satake, được dùng trong các kho bảo quản hạt. 
  - 113 - 
Hình 7.6. Sơ đồ công nghệ sấy thóc theo Hình 7.7 . Sơ đồ 
công nghệ sấy 
 chu kỳ của hệ thống thiết bị sấy Satake. hồi lưu 
kín. 
1- vựa tiếp liệu; 2- gàu tải; 3- máy liên hoàn 1- vựa chứa hạt 
trên buồng đốt nóng; 
 tách tạp chất; 4- thiết bị sấy; 5- vít tải; 2- buồng đốt 
nóng hạt; 3- vựa truyền 
6- thiết bị phân phối hạt và xilô; 7- xilô ủ nhiệt ẩm; 4- tháp 
làm nguội trung 
thóc ; 8- xilô chứa hạt khô; 9- băng tải. gian; 5- tháp làm 
nguội kết thúc. 
Theo sơ đồ công nghệ này, trước khi sấy hạt phải được làm sạch tạp 
chất, sau đó được đưa vào thiết bị sấy nhờ gầu tải. Nếu hạt càn ... ăng thời 
gian bảo quản sản phẩm. 
- Làm tăng chất lượng cho một số thực phẩm, ví dụ: thịt được làm 
chín hóa học nen tích tụ được nhiều axit lactic có hương vị thơm ngon 
hơn,cả miếng thịt được thấm muối tốt hơn và có màu sắc tươi hơn với muối 
ở nhiệt độ bình thường, các loại nước giải khát sẽ hấp dẫn người tiêu dùng 
hơn. 
- Dự trữ nguyên liệu cho công nghệ chế biến, tăng khả năng điều hòa 
cung cấp thực phẩm tươi sống cho các thành phố lớn, cho các khu đông 
dân, tạo điều kiện giao lưu hàng hóa thực phẩm trong và ngoài nước. 
So với các phương pháp khác như muối, sấy, chế biến đồ hộp,... thì 
thực phẩm lạnh đông nói chung vẫn giữ được nhiều những tính chất ban 
đầu kể cả mầu sắc, hương vị và đặc biệt giữ được nhiều nhất giá trị dinh 
dưỡng của thực phẩm tươi sống. Vì vậy, quá trình làm lạnh, lạnh đông 
được áp dụng phổ biến trong các ngành khai thác, bảo quản và chế biến 
thực phẩm tươi sống có nguồn gốc thực vật và động vật. Trong ngành đánh 
bắt hải sản không thể thiếu quá trình làm lạnh và lạnh đông vì nó tạo điều 
kiện bảo quản cá đánh bắt được trọng một thời gian trước khi lên bờ... 
Trong công nghiệp chế biến rau quả, thịt cá sữa làm lạnh và lạnh đông để 
bảo quản nguyên liệu và tạo ra sản phẩm mới (hoa quả lạnh đông) và nó 
không thể thiếu được trong công nghiệp sản xuất rượu bia, nước giải khát. 
b) Yêu cầu kỹ thuật 
  - 136 - 
- Có khả năng cách nhiệt tốt để tránh mất mát nhiệt ra ngoài. 
- Có thiết bị điều chỉnh các thông số nhiệt độ và độ ẩm trong buồng 
lạnh. 
- Cung cấp năng lượng thường xuyên tránh đứt quãng để không gây 
biến động về nhiệt độ làm ảnh hưởng xấu đến chế độ bảo quản. 
c) Phân loại 
- Theo phương pháp làm lạnh: thiết bị lạnh trực tiếp, thiết bị lạnh gián 
tiếp. 
- Theo tác nhân lạnh: thiết bị lạnh có tác nhân lạnh là chất rắn: nước 
đá, chất lỏng, friôn, CO2 N2, chất khí... 
- Theo cấu tạo: thiết bị lạnh kiểu tầng, kiểu trống, kiểu băng xoắn,... 
- Theo quá trình làm việc: thiết bị lạnh làm việc liên tục, thiết bị làm 
lạnh làm việc gián đoạn. 
7.3.2. Các phương pháp làm lạnh, lạnh đông 
a) Phương pháp làm lạnh trực tiếp 
Làm lạnh trực tiếp là trộn sản phẩm với tác nhân lạnh ở thể rắn hay 
thể lỏng như ướp đá, nhúng sản phẩm trong dung dịch CO2, N: Do nguyên 
liệu tiếp xúc trực tiếp với tác nhân lạnh nên đã hòa tan nhiều chất dinh 
dưỡng trong nguyên liệu làm giảm chất lượng sản phẩm mặt khác còn làm 
tăng độ ẩm nguyên liệu tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển. 
b) Phương pháp làm lạnh gián tiếp 
Làm lạnh gián tiếp là phương pháp cho lạnh thâm nhập vào sản phẩm 
nhờ tác nhân lạnh là môi trường truyền lạnh. Sơ đồ làm lạnh gián tiếp 
được thể hiện trên hình 7.16. 
  - 137 - 
Hình 7.16. Sơ đồ làm lạnh gián tiếp 
Đối với tác nhân lạnh ở thể khí thường được thổi trực tiếp vào sản 
phẩm, đối với tác nhân lạnh ở thể lỏng người ta dùng các giàn lạnh trong 
đó có tác nhân lạnh chạy qua, đối với tác nhân lạnh ở thể rắn người ta ngăn 
cách nó với sản phẩm bằng các vách ngăn kim loại. Phương pháp này đã 
khắc phục được những nhược điểm làm lạnh trực tiếp nhưng thiết bị đòi 
hỏi phức tạp hơn và chi phí lạnh cao hơn. 
c) Phương pháp làm lạnh đông 
Dựa theo quá trình làm lạnh đông người ta có thể chia chúng thành 3 
loại: phương pháp lạnh đông chậm, phương pháp lạnh đông nhanh và 
phương pháp lạnh đông cực nhanh. 
- Phương pháp lạnh đông chậm 
Phương pháp lạnh đông chậm thường được tiến hành trong môi 
trường có nhiệt độ không khí lớn hơn -25oC và vận tốc đối lưu không khí 
nhỏ hơn 1m/s nên thời gian lạnh đông thường kéo dài từ 10÷20h tuỳ theo 
kích thước và loại sản phẩm. Số tinh thể đá hình thành trong gian bào hay 
tế bào ít nên có kích thước lớn, dễ gây nên sự chèn ép làm rách màng tế 
bào và phá huỷ cấu trúc mô tế bào. Khi làm tan giá, lượng dịch bào bị 
thoát ra làm giảm dinh dưỡng của sản phẩm. Vì vậy, ngày nay phương 
pháp làm lạnh đông chậm ít được áp dụng. Tuy nhiên phương pháp này 
vẫn được áp dụng trong một số trường hợp, ví dụ: trong sản xuất nước quả 
ép người ta có thể làm lạnh đông để vừa bảo quản quả vừa lợi dụng hiện 
tượng rách màng tế bào khi lạnh đông để làm tăng hiệu suất ép hoặc dùng 
bảo quản lạnh đông để làm trong một số dịch quả dạng huyền phù. 
- Phương pháp làm lạnh đông nhanh 
Phương pháp lạnh đông nhanh thường được áp dụng trong môi trường 
lỏng hoặc không khí lạnh. 
Làm lạnh trong môi trường lỏng thường dùng là các dung dịch muối 
hoặc hỗn hợp muối để nhiệt độ đóng băng của dung dịch càng thấp càng 
tốt. Làm lạnh trong môi trường lỏng tuy có hệ số cấp nhiệt lớn, thời gian 
ngắn nhưng dễ gây bẩn làm hỏng thiết bị, bề mặt sản phẩm ướt làm ảnh 
hưởng đến chất lượng thực phẩm. Vì vậy môi trường lỏng ít được sử dụng. 
  - 138 - 
Làm lạnh trong môi trường không khí lạnh thường được thực hiện với 
nhiệt độ không khí tkk ≤ -35oC và tốc độ không khí vkk = 3÷4m/s đối với 
các phòng lạnh đông nhỏ và tkk ≤ -40oC, vkk = 5m/s đối với các hầm 
lạnh đông nhanh dạng tunen. Hiện nay đã có nhiều loại tủ lạnh đông để 
làm lạnh đông nhanh hải sản dạng panen với tkk ≤ -40oC với thời gian lạnh 
đông rất ngắn. 
Nhìn chung thời gian làm lạnh đông nhanh là 2÷10h tuỳ thuộc vào 
dạng sản phẩm và thiết bị. Với thịt lợn 1/2 con có khối lượng 50kg thì thời 
gian lạnh đông nhanh là 10h, với thịt cá có khối lượng 0,5kg thì thời gian 
lạnh đông nhanh chỉ 2,5h. 
Sản phẩm lạnh đông nhanh có nhiều tinh thể đá được tạo thành trong 
tế bào và gian bào với kích thước tinh thể nhỏ nên không làm rách màng tế 
bào và cấu trúc mô, vì vậy có thể giữ được tốt hơn chất lượng sản phẩm 
ban đầu. 
- Phương pháp lạnh đông cực nhanh 
Phương pháp lạnh đông cực nhanh thường được tiến hành trong môi 
trường tác nhân lạnh dạng lỏng như: ni tơ lỏng, frion lỏng hay một số khí 
hoá lỏng khác. Thời gian làm lạnh đông cực nhanh sản phẩm chỉ khoảng 5 
÷10 phút (chỉ bằng 1/6 thòi gian làm lạnh đông nhanh). Do rút ngắn thời 
gian nên làm lạnh đông cực nhanh đã giảm được hao hụt khối lượng 
khoảng 3÷4 lần. 
Sản phẩm làm lạnh đông cực nhanh hầu như giữ được nguyên vẹn 
phẩm chất tươi sống của sản phẩm ban đầu. 
7.3.3. Cấu tạo và hoạt động một số thiết bị lạnh 
a) Thiết bị lạnh kiểu tưới 
Đây là loại thiết bị dùng để làm lạnh sản phẩm thực phẩm lỏng như : 
sữa, nước rau quả,... Trên hình 7.17 trình bày cấu tạo máy làm lạnh sữa 
kiểu tưới. 
Bề mặt làm lạnh của máy tạo thành do một hàng ống bằng đồng hay 
nhôm hay thép không rỉ với đường kính ống 30÷60mm, số lượng ống 
10÷40 cái. 
  - 139 - 
Hình 3.3. Thiết bị làm lạnh kiểu tưới 
1- máng đựng sữa chưa làm lạnh; 2- máng đựng sữa lạnh; 3- ngăn làm lạnh 
bằng nước lã; 
4- ngăn làm lạnh bằng nước đá; 5- bể chứa nước đá; 6- bơm 
Các ống đặt nằm ngang, chồng lên nhau thành một hàng đứng, hàn 
liền với nhau, hai đầu hàng ống nối kín với các lỗ của hai giá bên cạnh và 
được xếp lớp xen kẽ nhau sao cho các ống thông với nhau thành đường 
chữ chi. Hai bên mặt ngoài của hàng ống tạo thành hai mặt lượn sóng. Sữa 
đổ vào máng 1 sẽ đi qua các lỗ nhỏ ở đáy máng chảy thành lớp mỏng theo 
hai bề mặt lượn sóng đổ xuống máng 2. Trong các đường ống chia làm hai 
ngăn : ngăn 3 ở trên có nước lã lưu thông dẫn từ ống nước chung, ngăn 4 ở 
dưới có nước đá lưu thông bằng bơm 6 lây từ bể 5. Dòng nước lạnh này 
lưu thông ngược với dòng sữa. Khi sữa chảy xuống thì phần ở trên được 
nước lã làm lạnh trước rồi mới đến phần dưới được nước đá làm làm lạnh 
tới nhiệt độ cần thiết. Do tính chất truyền nhiệt làm lạnh dần nên so với 
loại máy làm lạnh một ngăn, nghĩa là chỉ dùng một thứ nước làm lạnh thì 
loại máy làm lạnh hai ngăn tiết kiệm nước đá hơn. 
b) Thiết bị lạnh kiểu băng tải 
Thiết bị lạnh kiểu băng tải là thiết bị làm lạnh liên tục, dùng để làm lạnh 
  - 140 - 
thịt cá, rau quả (hình 7.18). 
Về cấu tạo, thiết bị có hai đoạn băng tải 2 và 4 đặt nối tiếp nhau, được 
truyền chuyển động từ các động cơ 8. Tại chỗ chuyển tiếp của hai đoạn 
băng tải người ta đặt các vách ngăn 6, tạo nên hai buồng lạnh làm việc độc 
lập với nhau. Sản phẩm được cung cấp lên băng tải nhờ bộ phận cấp liệu 1 
và được đưa vào trong các buồng lạnh. Quạt 5 thổi khí lạnh có nhiệt độ -
250C ÷ -350C với tốc độ cao đi xuyên qua lớp sản phẩm. Quá trình lạnh 
đông có thể thực hiện theo hai giai đoạn : đầu tiên thực hiện làm lạnh 
nhanh để tạo ra lớp băng mỏng bao phủ trên bề mặt sản phẩm khi chúng đi 
qua đoạn băng tải thứ nhất, sau đó thực hiện làm lạnh đông hoàn toàn khi 
sản phẩm qua đoạn băng tải thứ hai. 
Hình 7.18. Thiết bị lạnh băng tải 
1- bộ phận cấp liệu; 2, 4- băng tải; 3- lớp sản phẩm; 5- quạt thổi tác nhân 
lạnh; 6- các vách ngăn; 
7- cửa ra sản phẩm lạnh; 8- động cơ truyền động cho băng tải; 9- động cơ 
  - 141 - 
truyền động cho quạt; 
10- giàn lạnh; 11- vỏ thiết bị lạnh. 
Việc tạo ra lớp băng mỏng trên bề mặt sản phẩm được thực hiện chủ 
yếu đối với những sản phẩm dạng củ quả cắt thành lát hoặc những sản 
phẩm được phân chia thành mẩu miếng mà khi lạnh đông không được 
đóng gói nhằm hạn chế sự bốc hơi nước trong sản phẩm. 
Tốc độ lưu thông của dòng khí qua lớp sản phẩm phụ thuộc vào kích 
thước và độ dày của lớp sản phẩm trên băng. Khi kích thước và độ dày của 
lớp sản phẩm trên băng lớn thì tốc độ lưu thông của dòng khí cần phải 
tăng. Thông thường độ dày của lớp sản phẩm trên băng là 2÷15cm, tốc độ 
dòng khí lạnh được điều chỉnh trong khoảng 2 ÷ 5m/s. 
Thiết bị này có ưu điểm là thời gian làm lạnh ngắn (do sản phẩm được 
tiếp xúc với không khí lạnh đồng đều trên toàn bộ bề mặt), nhờ đó đã nâng 
cao năng suất, giảm hao hụt khối lượng (do nước trong sản phẩm bốc hơi), 
giảm số lần làm tan băng trên các giàn lạnh,... Nhược điểm : cấu tạo phức 
tạp, thiết bị cần phải đảm bảo cách nhiệt tốt, chi phí lạnh và công suất chi 
phí cho quạt lưu thông không khí lạnh cũng khá lớn,... 
7.3.4. Tính toán thiết bị lạnh 
7. 3.4.1. Biến đổi nhiệt độ và độ ẩm trong quá trình lạnh và lạnh đông 
a) Biến đổi nhiệt độ 
Quá trình làm lạnh sản phẩm có thể thực hiện trong môi trường có 
nhiệt độ không đổi (hình 7.19a) hoặc biến đổi (hình 7.19b). 
Khi làm lạnh nhiệt độ sản phẩm giảm dần từ nhiệt độ môi trường đến 
nhiệt độ lạnh cần thiết, thường bằng nhiệt độ của môi trường làm lạnh. 
Sự biến thiên nhiệt độ khi làm lạnh đông xảy ra như sau: Trong điều 
kiện nhiệt độ làm lạnh đông không đổi (tm1 = const), khi cho sản phẩm vào 
môi trường nhiệt độ sản phẩm bắt đầu giảm đến nhiệt độ điểm đóng băng 
tđb tại điểm B (hình 7.20). 
  - 142 - 
Hình 7.19. Biến đổi nhiệt độ nguyên liệu trong quá trình làm lạnh 
a) nhiệt độ môi trường không đổi; b) nhiệt độ môi trường thay đổi 
Hình 7.20. Biến thiên nhiệt độ khi làm lạnh đông 
Sau đó nhiệt độ tiếp tục hạ một ít rồi mới tăng đến điểm C. Từ đố 
nước trong sản phẩm bắt đầu kết tinh và do đó nhiệt độ trở nên không đổi 
mặc dù năng lượng vẫn được cung cấp (đoạn CD). Khi hầu hết lượng nước 
đã được đóng băng, nhiệt độ sản phẩm bắt đầu giảm xuống bằng nhiệt độ 
môi trường làm lạnh đông điểm E và được duy trì trong suốt thời gian bảo 
quản. 
Sự biến thiên nhiệt độ trong khối sản phẩm khi làm lạnh hoặc lạnh 
đông cũng tạo nên trường nhiệt độ do tốc độ giảm nhiệt thay đổi theo 
chiều tăng bề dày của vật liệu. Trong trường hợp này nhiệt độ lớp ngoài 
cùng là thấp nhất còn trong tâm sản phẩm là cao nhất. 
b) Biến đổi độ ẩm 
Tùy theo mức độ làm lạnh, lượng ẩm trong sản phẩm có thể thay đổi ít 
  - 143 - 
nhiều. Khi lượng ẩm bốc hơi dẫn đến sự hao tổn về khối lượng tự nhiên 
của sản phẩm, nguyên nhân là do quá trình bốc hơi nước khi làm lạnh. 
Khi lạnh đông thịt lợn, thịt bò thì khối lượng tăng lên 0,01% mỗi 
ngày, còn khi bảo quản lạnh đông thì có tổn hao. Ví dụ: bảo quản ở nhiệt 
độ –180C trong thời gian 6 tháng tổn hao khối lượng khoảng 0,5÷0,8%. 
Mặc dù tỷ lệ tổn hao nhỏ nhưng khi bảo quản với khối lượng lớn thì 
tổn hao là con số đáng kể. Bên cạnh biến đổi về lượng ẩm còn có thể biến 
đổi về chất do chuyển từ dạng lỏng sang rắn. 
Nguyên nhân gây nên sự tổn hao là do quá trình bốc hơi nước trong 
quá trình làm lạnh. 
Như ta đã biết nước trong sản phẩm tồn tại ở 2 dạng tự do và liên kết. 
Nước tự do chiếm 85 – 95% được coi là dung môi hòa tan các chất trong tế 
bào, nước tự do dễ bay hơi và dễ đống băng. Nước liên kết chiếm 5÷15% 
tồn tại dưới dạng liên kết với các thành phần hóa học: các gốc Prôtit, 
Gluxit, chất béo. Dạng nước này khó bay hơi và cũng khó đóng băng. 
Sự chuyển pha của ẩm xẩy ra mạnh khi làm lạnh đông sản phẩm. 
Nước trong sản phẩm bắt đầu đóng băng khi nhiệt độ hạ đến điểm đóng 
băng. Nhiệt độ càng thấp thì lượng ẩm đóng băng càng nhanh. Quá trình 
đóng băng trải qua các vùng sau: 
Vùng 1: nhiệt độ – 1 đến 1,50C nước tự do bắt đầu kết tinh 
Vùng 2: nhiệt độ – 2,5 đến - 30C nước liên kết Zol kết tinh 
Vùng 3: nhiệt độ-20 đến –250C nước liên kết Zol và keo tiếp tục 
kết tinh 
Vùng 4: nhiệt độ - 60 đến - 650C nước đóng băng hoàn toàn 
Nước đá tồn tại ở dạng tinh thể. Kích thước tinh thể phụ thuộc vào tốc 
độ lạnh đông. Tốc độ lạnh đông nhanh kích thước tinh thể nhỏ, tốc độ lạnh 
đông chậm thì ngược lại. Nguyên nhân khi lạnh đông chậm thì đầu tiên ẩm 
ở lớp ngoài đóng băng trước, khi đó hàm ẩm ở những điểm này sẽ thấp tạo 
ra sự chênh lệch ẩm với các điểm bên trong, do đó có sự chuyển ẩm từ 
trong ra ngoài và kết tinh trên khối băng đá tạo thành trước đó làm cho tinh 
thể băng lớn dần lên. Khi lạnh đông nhanh khối sản phẩm nhanh chóng đạt 
tới nhiệt độ đóng băng do vậy hầu hết lượng ẩm trong khối sản phẩm kết 
  - 144 - 
tinh tại chỗ vì thế kích thước tinh thể bé. Quá trình kết tinh này làm cho 
sản phẩm lạnh đông có chất lượng tốt hơn. 
7. 3.4.2. Toán thiết bị lạnh và lạnh đông 
- Thời gian lạnh đông 
Có nhiều cách tính thời gian làm lạnh đông cho các dạng sản phẩm : 
ví dụ đối với sản phẩm có dạng bản, tấm thì thời gian lạnh đông có thể tính 
theo công thức của Plank: 
 1( )
2 4
rγδ δτ θ λ α= − 
 Trong đó τ - thời gian lạnh đông (h) 
 λ - hệ số dẫn nhiệt của sản phẩm Kcal/kg 
θ - hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ bề mặt sản phẩm và nhiệt 
độ của môi trường truyền lạnh, 0C 
δ - bề dày của khối sản phẩm, m 
γ - khối lượng riêng của sản phẩm đưa vào lanh đông, 
kg/m3 
α - hệ số cấp nhiệt của môi trường làm lạnh, kcal/m3h 0C 
 r - nhiệt đóng băng của 1 kg sản phẩm, kcal/ kg 
- Tốc độ lạnh đông 
Tốc độ lạnh đông thực phẩm được tính theo tỷ số giữa bề dầy của khối 
sản phẩm với thời gian làm lạnh đông: 
 v στ= 
σ bề dầy của khối sản phẩm, m 
τ thời gian lạnh đông, h. Theo Plank tốc độ lạnh đông v = 0,01÷0,03 
m/h thì quá trình lạnh đông được thực hiện nhanh nhất. 
 - Chi phí lạnh cho quá trình lạnh đông 
Lượng lạnh cần thiết để làm lạnh đông thực phẩm là: 
 Q = Q1+ Q2 + Q3 + Q4 kcal/h 
Trong đó: 
Q1- tổn thất lạnh qua các tường, trần , nền của phòng lạnh 
đông 
  - 145 - 
Q2 - lượng lạnh tiêu hao cho quá trình lạnh đông sản phẩm: 
 2
( )d cG i iQ τ
−= 
G- khối lượng sản phẩm, kg 
id ,ic- entanpi của sản phẩm ở nhiệt độ đầu và cuối của quá 
trình lạnh đông 
τ - thời gian từ khi đưa sản phẩm vào cho đến khi kết thúc quá 
trình lạnh đông, h 
Q3- tổn thất lạnh do thông gió đối lưu không khí trong thiết bị 
lạnh đông trong giàn lạnh đông, kcal/kg 
Q4- tổn thất lạnh trong việc phục vụ phải mở của phòng lạnh 
hay do mô tơ điện tỏa nhiệt, kcal/h.