thiết kế bốc hơi

thiết kế bốc hơi

Mục lục: I.Giới thiệu II. Sự truyền nhiệt trong thiết bò bốc hơi : 1. Tính chất vật lý 2 2. Hệ số truyền nhiệt: 3 3. Sự tích bẩn trong dàn bay hơi 4 4. Sự truyền nhiệt trong thiết bò bốc hơi kiểu chảy màng 4 4.1.Thiết bò bốc hơi màng rơi 4 4.2 Thiết bò bốc hơi màng treo 7 5.Thiết bò cô đặc nước ép trái cây màng rơi 8 III. Các hệ thống thiết bò bốc hơi: 1. Hệ thống một thiết bò cô chân không có tháp ngưng hơi thứ: 9 2. Hệ thống bốc hơi nhiều thiết bò 11 2.1 Hệ thống ba thiết bò bốc hơi dòng cùng chiều 12 2.2 Hệ thống ba thiết bò bốc hơi dòng ngược chiều 13 2.3 hệ thống nhiều thiết bò bốc hơi làm việc song song 14 2.4 Hệ thống thiết bò bốc hơi dòng cùng chiều có thêm thiết 15 bò bốc hơi bổ sung IV. Tính thiết kế các hệ thống bốc hơi: 16 1. Hệ thống một thiết bò bốc hơi 2. Hệ thống bốc hơi liên tục 19 V.Các thiết bò bốc hơi; 24 1. Thiết bò bốc hơi thẳng đứng, buồng đốt trong, tuần hoàn tựï nhiên 26 2. Thiết bò bốc hơi có buồng đốt ngoài 30 VI. Chất lượng thực phẩm: 30 VII. Thiết bò bốc hơi trong thực phẩm 32 1. Cân bằng vật chất và cân bằng 32 2. Thiết bò tính toán thời gian lưu dài 33 3. Thiết bò bốc hơi có thời gian lưu ngắn 34 VIII. Thiết bò bốc hơi tiết kiệm năng lượng 38 1. Thiết bò bay hơi liên tục 40 2. Thiết bò cô đặc nén hơi 42 3. Thiết bò cô đđặc có bơm nhiệt 46 4. Phối hợp thẩm thấu ngược\ cô đặc 46 5. Sự khử muối từ nước 46 6. Thiết bò bốc hơi tận dụng nhiệt thải 46 IX. Nguyên lý thiết kế: 47 1.Lựa chọn thiết bò bốc hơi 47 2.Lựa chọn vật liệu 48 Thiết bò bốc hơi IX. Các thành phần của thiết bò bốc hơi 50 Thân của thiết bò bốc hơi 51 1. Thiết bò thiết bò tách lỏng hơi 53 2. Thiết bò ngưng tu 54ï 3. Hệ thống chân không 55 4. Điều chỉnh thiết bò bốc hơi 56 5. Nguyên cứu thiết bò bốc hơi 56 6. Vấn đề vệ sinh 57 - - 2 Thiết bò bốc hơi I.GIỚI THIỆU Sự bay hơi là một quá trình tách rời vật lý, nó lấy đi phần hơi từ dung dòch lỏng hoặc hỗn hợp nhờ sự bốc hơi và nhận được sản phẩm cô đặc của thành phần không bay hơi. Đối với thức ăn lỏng, sự bay hơi lấy đi hầu hết nước kết quả là sản phẩm cô đặc có thể được dùng cho những quy trình xa hơn như qua ùtrình sấy. Quá trình bay hơi được sử dụng rộng rãi trong việc cô đặc nước trái cây rau quả, sữa, cà phê trích ly, tinh luyên đường và muối. Sự mất đi dung lượng nước làm giảm trọng lượng và dung tích sản phẩm, giảm chi phí nhà kho và vận chuyển, và cải thiện sự ổn đònh của sản phẩm. Sự bay hơi được taọ ra như là 1 quy trình cơ bản của việc cô đặc thức ăn lỏng, mặc dù 1 vài phương pháp mới có sự thuận lợi đặc biệt như đóng băng và thẩm thấu ngược. Sự bay hơi được sử dụng như là 1 quá trình tiền cô đặc cho phân lập sữa và cà phê hòa tan, trước khi sấy. Hiệu suất của sự bay hơi nước thì cao hơn ( 90% ) so với quá trình sấy (60% ). Kó thuật thiết kế dàn bay hơi là dựa trên hiệu quả của sự truyền nhiệt từ môi trường sang sản phẩm lỏng, hiệu quả của sự tách hơi nước và sử dụng nguồn năng lượng. Các dữ liệu kó thuật được cung cấp bởi nhà sản xuất các thiết bò bay hơi. Trong ứng dụng thực phẩm, sự bốc hơi can duy trì chất lượng của sản phẩm, và thiết bò bay hơi phải phù hợp với điều kiện vệ sinh và quy trình sản xuất. Dàn bay hơi cũng được sử dụng cho chất thải, giữ lại sản phẩm phụ hữu ích và giảm dòng chất thải ra môi trường. II. SỰ TRUYỀN NHIỆT TRONG THIẾT BỊ BỐC HƠI Một lượng lớn năng lượng nhiệt phải được truyền từ môi trường làm nóng xuyên qua lớp kim loại của thiết bò tới dung dich lỏng. Nhu cầu nhệt được quyết đònh bởi vật liệu và cân bằng năng lượng quanh mỗi thiết bò bay hơi và trên toàn bộ hệ thống. Sự truyền nhiệt giữa bề mặt kim loai và dung dòch là công đoạn quan trọng nhất trong sự bay hơi. Do đó điện trở nhiệt của lớp ngăn và môi trường làm nóng được cân nhắc là nhỏ hơn. Sự truyền nhiệt trên bề mặt liên quan trưc tiếp tới tính chất vật lý và mô hình dòng chảy của dung dòch. 1.Tính chất vật lý: Tính chất vật lý chất lỏng có tầm quan trọng trực tiếp tới sự bốc hơi, đó là độ nhớt, độ dẫn nhiệt, độ đặc, nhiệt dung riêng, sức căng bề mặt và sự tăng điểm sôi. Dữ liệu về độ nhớt và độ dẫn điện trong các tài liệu thực phẩm được viết bởi Saravacos và Maroulis ( 2001 ). Tầm quan trọng của tính chất vật lý tới sự bay hơi được viết bởi Chen (1993 ). - - 3 Thiết bò bốc hơi Sức căng bề mặt của nước là 73 dyn/cm hay 73mJ/m 2 (25 o C) và nó giảm đáng kể khi thành phần hữu cơ có mặt trong dung dòch. Sức căng bề mặt của dung dòch lỏng thực phẩm thường thấp hơn (cỡ 30 dyn/c), tùy thuộc vào thành phần chất hoạt động bề mặt hiện hữu. Sự tăng điểm sôi (BPE) gây ra bởi sự tương tác lẫn nhau và đó là điều không mong muốn trong quá trình bốc hơi. Vì vậy nó đòi hỏi nhiệt độ cao hơn của môi trường nhiệt để tác động tới cùng một điều kiện phát động. Nó đặc biệt cao trong dung dòch cô đặc muối ăn và kiềm. Sự tăng điểm sôi của thực phẩm lỏng là tương đối thấp, và trong hầu hết các trường hợp nó được bỏ qua trong tính toán truyền nhiệt. Nó trở nên quan trọng trong dung dich đường cô đặc và những thành phần có phân tử lượng thấp khác. Các thành phần có phân tử lượng cao thì bò hòa tan hoặc phân tán trong nước như tinh bột, pectin, protein ảnh hưởng không đáng kể tới sự tăng điểm sôi. Đối với dung dòch đường, như là nước ép trái cây, phương trình thực nghiệm sau có thể được dùng để ước lượng BPE (Chen và Hernandez, 1997 ): BPE = 0.33 xp(4X) Với X là tỉ lệ khối lượng của đường. Do đó BPE của nước ép trái cây sẽ tăng trong q trình bay hơi từ 0.7 o C tới 4.4 o C. 2.Hệ số truyền nhiệt: Hệ số truyền nhiệt trên bề mặt gia nhiệt được tính bằng phương trình tổng qt: Q=U.A.∆T Với U là hệ số truyền nhiệt chung (W/m 2 K). A là diện tích truyền nhiệt(m 2 ) và ∆T là sự sai khác nhiệt độ giữa mơi trường nhiệt với mơi trường sơi. U thường được xác định bằng thực nghiệm hoặc lấy từ hệ thống cơng nghiêp hay nhà máy thử nghiệm tương tự. Dự đốn giá trị của U rất khó khăn bởi vì sự tích lũy lực cản trên bề mặt gia nhiệt nên khơng thể lượng tử hóa một cách chính xác. Tuy nhiên phân tích sự truyền nhiệt là rất hữu ích để đánh giá nhiệt trở của hệ thống cơ đặc. Tổng nhiệt trở của hệ thống cấp nhiệt được tính: 1/U=1/h s +x/∆ +1/h i +FR (7.3) Với h s và h i tương ứng là hệ số truyền nhiệt ở phần cấp nhiệt và phần bay hơi.x/∆ là nhiệt trở của thành dàn bốc hơi, và FR là lực cản tích lũy. Phương trình 7.3 liên quan tới bề mặt truyền nhiệt và được ứng dụng để làm ống đèn với đường kính tương đối lớn 50mm. Với ống đường kính nhỏ nhiệt trở phải được điều chỉnh bởi tỉ số giữa đường kính ngồi và trong. Phần cấp nhiệt được tính tốn để lực cản tích lũy khơng đáng kể do đó dàn bay hơi dùng hơi nước bão hòa và bề mặt kim loại sạch, do đó điện trở của phần cấp nhiệt tương đối thấp vì thế giá trị lớn h s ứng với hơi nước bão hòa. Điện trở thành (x/∆) tương đối thấp vì thế x nhỏ và hệ số dẫn nhiệt cao đặc trưng cho dàn bay hơi. - - 4 Thiết bò bốc hơi Hệ số truyền nhiệt trên bề mặt thiết bị (h i ) đặc trưng cho tính chất vật lý (chủ yếu là độ nhớt) và lưu lượng của chất lỏng. Nó làm tăng chế độ chảy và nhiệt độ và có thể được ước lượng từ thực nghiệm. Hệ số truyền nhiệt trong màng lỏng là đặc biệt quan trọng tới sự tích lũy hơi,như đã được trình bày trong mục này. 3.Sự tích bẩn trong dàn bay hơi: Tích bẩn là sự hình thành kết tủa trên bề mặt truyền nhiệt, nó làm giảm sự truyền nhiệt, mức độ bay hơi và có thể phá hủy đặc trưng của sản phẩm. Sự tích bẩn là tai hại cho quy trình cơng nghiệp bởi vì giá thành đầu tư cao, năng lượng thất thốt, chi phí bảo dưỡng và sụt giảm sản phẩm trong khi ngừng cọ rữa. Tích bẩn bao gồm sư tích lũy, là kết tủa của muối vơ cơ trên bề mặt cấp nhiệt, kết tủa protein, ăn mòn, tích bẩn sinh học và tích tụ đơng đặc. Sự tích bẩn kéo theo sự kích nổ, trao đổi chất và gắn kết với bề mặt cấp nhiệt và tach rời tích lũy chất lỏng.Trong thiết bị cơ đặc và những thiết bị truyền nhiệt khác, tích bẩn được gây ra bởi sự hấp phụ và biến tính của các phân tử sinh học như protein , pectin, tinh bột trên bề mặt truyền nhiệt. Kinh nghiệm tương quan của lực cản tích bẩn tới thời gian vận hành cho những ứng dụng cụ thể rất hữu ích để xác định chu kì làm sạch tối ưu, bao lâu thì có thể bảo trì hệ thống. Việc sử dụng lực cản hoặc độ nhiễm bẩn chỉ đưa ra giá trị gần đúng cho một thiết bi và sản phẩm cụ thể. Thực tế sẽ chính xác hơn là dùng giá trị tin cậy của hệ số truyền nhiệt chung.Giá trị điển hình của U cho thiết bị bay hơi được thể hiện trong bảng 7-1. 4- Sự truyền nhiệt trong thiết bò bốc hơi kiểu chảy màng. Sự thoát hơi nước bằng phương pháp màng rơi, màng treo hay kết hợp cả hai phương pháp được sử dụng rộng rãi trong các dàn bốc hơi thực phẩm. Bởi vì lợi thế của chúng là quá trình đơn giản, chi phí về thiết bò và vận hành thấp. Hình 1 phác họa nguyên lý hoạt động của thiết bò bốc hơi kiểu màng hơi và màng treo. 4.1.Thiết bò bốc hơi màng rơi. Trong thiết bò bốc hơi kiểu màng rơi, chất lỏng chảy thành màng xuống dọc theo bề mặt bốc hơi ( bên trong vỏ ống hay bản mỏng) bởi trọng lực. Trong khi đó nhiệt được truyền xuyên qua tường nhờ hơi nước. Hỗn hợp chất lỏng và hơi nước được thoát ra bên dưới của ống ( hay bản mỏng) và đi vào trong thiết bò phân riêng lỏng hơi. Sau đó tập trung chất chất lỏng bơm ra ngoài, còn hơi nước chuyển trực tiếp vào thiết bò ngưng tụ. Trong thiết bò màng rơi, lưu lượng chất lỏng nhỏ nhất trên từng đơn vò chiều dài của bề mặt dẫn hay là “tốc độ dẫn”( Γ ; kg/ms) được thu nhận từ thực nghiệm (Minton,1986) ta có phương trình. Γ min = 0.008 ( η s σ 3 ) 1/5 Trong đó : Γ : là độ nhớt ( mPa.s) - - 5 Thiết bò bốc hơi s : khối lượng riêng của nước σ : sức căng bề mặt của chất lỏng ( dyn/cm) Bảng 1: Một số giá trò đặc trưng của hệ số truyền nhiệt Dạng thiết bò bốc hơi Thực phẩm dạng lỏng U, W/m 2 K Màng rơi, dạng ống Nước ép trái cây 12-65 o Brix 2000-600 Màng rơi, dạng bản mỏng Sữa 10-30% TS 2500-1500 Màng treo dạng ống Sữa 10-35% TS 2000-1200 Đối lưu cưỡng bức Xi-rô đường 15-65 o Brix 2500-1500 Màng khuấy Bột rau trái 1500-700 (Số liệu được lấy từ Saravacos và Maroulis (2001)) Hình 1. Biểu đồ về nguyên lý của thiết bò bốc hơi kiểu màng rơi (a) và màng treo (b) L: chất lỏng ; V: hơi nước ; S: hơi. Theo cách đó thì lưu lượng nước nhỏ nhất ở 80 o C dạng màng dọc bề mặt sẽ là Γ min = 0.008(0.356 x 68 3 ) 1/5 = 0.008 x 10.23 = 0.08 kg/m.s - - 6 Thiết bò bốc hơi Màng thực phẩm lỏng có thể chảy dạng mỏng hơn so nước tinh khiết (có thể xem là sức căng bề mặt nhỏ hơn ), tăng hệ số truyền nhiệt. Lưu lượng nhỏ nhất đối với thực phẩm lỏng có sức căng bề mặt là 34 dyn/cm Γ min =0.008(34/68) 3/5 = 0.052 kg/m.s Hệ số Reynolds của màng rơi được tính bởi phương trình rút gọn ( Perry và Green,1997) Re = 4 Γ / η Đối với nước nóng 80 o C chảy với lưu lượng nhỏ nhất thì hệ số Reynolds sẽ là Re = 4 x 0.08/0.356 = 900 , dòng chảy tầng Hệ số truyền nhiệt cao hơn ( h ) thu được trong chế độ chảy rối khi Re > 2100. Phương trình thực nghiệm dưới đây có thể được sử dụng để đánh giá hệ số truyền nhiệt của màng nước trong chế độ chảy rối. h = 9150 Γ 1/3 Hệ số truyền nhiệt của chất lỏng khi chảy rối đối với loại màng rơi đươc tính bởi phương trình thực nghiệm chung : h = 0.01 ( ϕ .Re.Pr) 1/3 Trong đó : ϕ = ( λ 3 ρ 2 g/ η 2 ) Re = 4 Γ / η Pr = C p η / λ Khi sử dụng hệ đơn vò SI thì ϕ 1/3 có đơn vò là hệ số truyền nhiệt ( W/m 2 K) Sự minh họa sau đây, sự chảy của màng nước tại 80 o C trên dọc bề mặt của thiết bò có Γ = 0.5 kg/m.s là hỗn loạn : độ nhớt của nước ở 80 o C là η = 0.356 mPas = 0.000356 Pas Ta tính được: Re = 4 Γ / η = 4 x 0.5/0.000356 = 5618. Với λ = 0.67 W/m K, ρ = 972 kg/m 3 và g = 9.81 m/s 2 Suy ra ϕ = [(0.67) 3 x (972) 2 x 9.81 ]/(0.000356) 2 = 21.8 x 10 12 Và ϕ 1/3 = 28000 Pr = (4100 x 0.000356)/ 0.67 = 2.2 và Pr 1/3 =1.3 h = 0.01 x (21.8 x 10 12 x 2.2 x 5618 ) 1/3 = 6440 W/m 2 K. Qua thực nghiệm nhận ra rằng hệ số truyền nhiệt chung ( U) đối với sự bay hơi của nước ở nhiệt độ 80 o C là U = 2000 W/m 2 K. Phương trình (7.3) có thể được dùng để xác đònh hệ số truyền nhiệt thực nghiệm của bề mặt bốc hơi (h i ), giả thiết không tích tụ bẩn : 1/h i = - - 7 Thiết bò bốc hơi 1/U – x/ λ - 1/h s . Bề dày của thành ống là x= 3 mm ( 2inch ống, 10 gause), độ dẫn nhiệt của thép không rỉ là λ = 15 W/mK. Hơi thứ có hệ số truyền nhiệt có thể giả đònh là h s = 10 000 W/m 2 K. Tính ra 1/h i = 1/2000 -3/15 000 – 1/10 000 và suy ra h i = 5 000 W/m 2 K (bề mặt sạch). Phương trình đơn giản đối với màng nước (7.6) lợi tức hệ số truyền nhiệt dưới đây, cho Γ = 0.5 kg/m.s : h i = 9 150 x 0.5 1/3 = 7264 W/m 2 K. Phương trình (7.6) đã tính quá cao hệ số truyền nhiệt của nước sôi.Phương trình thực nghiệm tổng quát cũng tính giá trò hệ số truyền nhiệt cao hơn so với giá trò thực nghiệm, nhưng nó có ích để đánh giá gần đúng các dung dòch khác. Dự đoán hệ số truyền nhiệt tỉ lệ nghòch với độ nhớt mũ 2/3 ( 2/3 ) .h i ∞ 1/η 2/3 Hệ số truyền nhiệt tính toán được của bề mặt bốc hơi (h i ) từ U phụ thuộc nhiều vào hệ số truyền nhiệt của hơi (h s ) và lực cản tích lũy điều mà khó dự đoán chính xác. Vì lý do này, hệ số truyền nhiệt thí nghiệm tổng cộng dễ nhận ra trong thực hành. 4.2.Thiết bò bốc hơi treo. Thiết bò bốc hơi treo được tìm thấy trong các ứng dụng ít hơn so với thiết bò dạng màng. Bởi vì thời gian lưu trú của nó dài hơn, nhiệt độ của quá trình và độ chênh lệch áp suất cũng cao hơn. Điều đó đòi hỏi tiêu tốn nhiều năng lượng hơn và có thể làm nguy hại đến chất lượng của những thực phẩm lỏng nhạy cảm với nhiệt như nước ép trái cây. Tuy nhiên, hệ thống màng treo lại không đòi hỏi những bộ phân phối đặc biệt, chúng có hiệu suất truyền nhiệt cao và chúng không bò ngẹt nhiều như những bộ phận trong thiết bò màng rơi. Trong hệ thống màng treo, chất lỏng bắt đầu được đun sôi trong ống, những bong bóng hơi nước được sản xuất ra, to dần lên và bốc lên bởi đối lưu tự nhiên. Cuối cùng tạo thành dạng màng trên thành kéo dài đến tận đỉnh của ống, dẫn đến hơi nước tăng nhanh hơn. Một lần nữa, hổn hợp chất lỏng và hơi nước được tách chất lỏng. Chất lỏng có thể tái sử dụng hay tách khỏi chu trình sản xuất, và hơi nước thì được ngưng tụ. Trong dàn bốc hơi kiểu màng treo, chất lỏng được cung cấp vào bên dưới của ống dọc, và nước bốc hơi dần dần cũng như hỗn hợp lỏng hơi được chuyển lên trên. Trong điều kiện lý tưởng, bề mặt của thiết bò bốc hơi được bao phủ hoàn toàn bởi màng chất lỏng và dòng hơi nước như bong bóng, thể nút hay tầng hơi lỏng. Tại đỉnh chia của ống hơi nước với vận tốc nhanh có thể lôi cuốn theo một ít chất lỏng ở dạng nhỏ giọt làm giảm hệ số truyền nhiệt. Bởi vậy, tỉ lệ của hơi nước trong ống bốc hơi có vai trò quan trọng trong truyền nhiệt. Đại lượng thực nghiệm của sự truyền nhiệt trong nhà máy sản xuất thử thiết bò bốc hơi dạng màng treo đưa ra phương trình thực nghiệm có thể áp dụng được (Bourgois and Lemaguer,1984,1987): Nu = 8.5 Re 0.2 Pr 1/3 S 2/3 - - 8 Thiết bò bốc hơi Trong đó : S : hệ số trượt (là hệ số hơi nước đối với vận tốc chất lỏng trong ống bốc hơi. Những hệ số Re, Nu và Pr được quyết đònh tại vò trí giữa, sử dụng vận tốc trung bình và giá trò đặc trưng. Những giá trò thực nghiệm với sự cô đặc nước ép trái cây trong các sản phẩm thử và thiết bò bốc hơi màng treo công nghiệp có hiệu suất truyền nhiệt tổng quát (U) giảm từ 1500 W/m 2 K ( ở dưới 15 o Brix ) đến gần 1000 W/m 2 K ( trên 60 o Brix) trong ống cô đặc. Vận tốc màng chất lỏng tại đáy và đỉnh ống cô đặc tương ướng là 1.27 và 1.97 m/s. Vận tốc tương ướng của dòng hơi cao hơn rất nhiều (48.4 và 59 m/s). Bởi vậy đối với màng rơi, sức căng bề mặt đóng vai trò quan trọng trong cấu tạo màng. Dạng thực phẩm có sức căng bề mặt nhỏ hơn nước sẽ bao phủ bề mặt truyền nhiệt làm hiệu quả hơn nhiều so với nước tinh khiết, với hệ số truyền nhiệt cao hơn. 5. Thiết bò cô đặc nước ép trái cây bằng màng rơi. Dàn bốc hơi màng rơi được sử dụng rộng rãi tập trung ở nước ép trái cây và số liệu thực nghiệm của hệ số truyền nhiệt được sử dụng để thiết kế và ước lượng của những bộ phận công nghiệp. Thành phần cấu tạo khác nhau của táo và nho được sử dụng trong đại lượng đo thí nghiệm, sử dụng thiết bò bốc hơi thử nghiệm tại xưởng thí nghiệm nông nghiệp ở New York, Cornell University, Geneva, New York ( Saravacos et al .,1970). Thiết bò bốc hơi đó có có một lớp áo hơi dọc ống, đường kính 50 mm và dài 3.3 m, với bề mặt truyền nhiệt 0.46 m 2 . Số liệu quá trình bốc hơi đạt được có nhiệt độ sôi và chế độ chảy khác nhau. Hình 2 cho thấy hệ số truyền nhiệt tổng quát (U) của nước ép trái cây đã được làm trong tăng từ 1300 đến 2000 W/m 2 K, và nhiệt độ sôi cũng tăng 20 đến 100 o C. Giá trò tăng của U đạt được bởi sự giảm vận tốc của dòch nước ép ở nhiệt độ cao. Những dòch ép trong là chất lưu Newton và năng lượng hoạt hóa của dòng chảy tăng đột ngột ở độ cô đặc cao hơn( 50kJ/mol tại 60 o Brix (Saravacos, 1970, Saravacos and Maroulis,2001) - - 9 Thiết bò bốc hơi Hình 2: Sự tăng hệ số truyền nhiệt tổng (U) của nước nho đã lọc với nhiệt độ sôi. Số liệu từ Saravacos et al (1970) Hệ số truyền nhiệt tổng giảm đáng kể khi nước ép bò cô đặc ( hình 7-3). Bởi vậy, giá trò U của nước nho đã được lọc giảm từ 1900 đến gần 1200 W/m 2 K khi mà độ Brix có giá trò tăng từ 20 đến 65 o Brix. Giá trò U thấp đạt được khi cô đặc nước nho chưa được lọc, 1350 đến 650 W/m 2 K. Sự giảm đáng kể trong chế độ truyền nhiệt là hiển nhiên bởi vì tích tụ bẩn trên bề mặt bốc hơi với các phần tử và bộ phận hữu cơ, những chất kết tủa tích tụ lại. Nên chú ý đến sự cô đặc dòch ép chưa lọc nên dùng ở 60 o Brix, bởi vì những điều đó ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình. Hệ số truyền nhiệt đạt được với dòch nước táo có lọc và không qua lọc là tương tự nhau. (Hình 4). Dòch táo cho hệ số U có giá trò giữa 2000 và 1150 W/m 2 K trong giới hạn 10 đến 65 o Brix, trong khi đó dòch nước không lọc có giá trò giữa 1480 và 740 W/m 2 K trong khoảng từ 10 đến 60 o Brix ( Saravacos et al.,1970). Depectinization ( bỏ qua xử lý những pectin keo tụ bằng thủy phân bằng enzyme và lọc ) thường được dùng trong sản xuất ra nước táo cô đặc. III-CÁC HỆ THỐNG THIẾT BỊ BỐC HƠI: 1 Hệ thống một thiết bò cô chân không có tháp ngưng hơi thứ Hệ thống cô loại này được thể hiện ở hình 3 , nó gồm có thiết bò cô chân không, thiết bò ngưng tụ hơi thứ dạng tháp có ống thủy lực bơm chân không. Thiết bò cô chân không gồm có hai phần: phần đáy gọi là buồng đốt, nó là thiết bò trao đổi nhiệt giữa hơi hơi đốt là hơi nước nóng từ nồi hơi hoặc từ thiết bò cô áp suất dư với dung dòch dang cô. Thiết bò trao đổi nhiệt trong trường hợp này thường là loại ống chùm có vỏ bọc hoặc nối hai vỏ( năng suất thấp). phần trên là không gian bọt và phân ly hơi thứ khỏi dung dòch đang bốc hơi. Do hơi thứ có nhiệt độ thấp (vì áp suất chân không) nên không sử dụng thành nguồn nhiệt mà phải đem ngưng tụ thành thể lỏng trong tháp ngưng tụ trực tiếp nhằm tránh tiêu tốn điện năng cho bơm chân không. Bơm chân không chỉ phải hút không khí không ngưng, chủ yếu là không khí lẫn trong dung dòch hoặc chui vào hệ thống qua các mối ghép hở. - - 10 [...]... nếu cho chảy chuyển từ thiết bò trước sang thiết bò sau - - 15 Thiết bò bốc hơi Hình 7 Sơ đồ hệ thống ba thiết bò bốc hơi làm việc song song: 1,2,3- các thiết bò bốc hơi; d- dung dòch ban đầu; h.d- hơi đốt; ht1- hơi thứ của thiết bò thứ nhất cũng đồng thời là hơi thứ của thiết bò thứ hai; ht2- hơi thứ của thiết bò thư hai đồng thời là hơi đốt của thiết bò thứ ba; ht3 hơi thứ của thiết bò cuối cùng; sp-... ra ở thiết bò bổ sung, xem hình 8 - - 16 Thiết bò bốc hơi Hình 8 Hệ thống bốc hơi dòng cùng chiều có thiết bò bổ sung: 1,2,3, bs- các thiết bò bốc hơi; h.d- hơi đốt sạch; d- dung dòch ban đầu; n- nước; n.n- nước ngưng; NT- tháp ngưng tụ hơi thứ; K- không khí ngưng; sp- thùng chứa sản phẩm IV-TÍNH THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG BỐC HƠI 4 Tính thiết kế các hệ thống bốc hơi Mục đích chính của việc thiết kế một... loại như: thiết bò bốc hơi để tăng nồng độ của một dung dòch nào đó (còn gọi là thiết bò cô đặc), thiết bò bay hơi nhằm thu hồi chất hòa tan ở dạng rắn (còn gọi là thiết bò kết tinh) thiết bò thu hồi dung dòch tinh khiết, thiết bò bay hơi thu nhiệt (thiết bò bốc hơi trong máy lạnh); thiết bò sấy Trong chương này chúng ta không đề cập đến thiết bò bay hơi thu nhiệt và thiết bò sấy Thiết bò bốc hơi trước... hơi đốt cấp cho thiết bị sẽ thu được 1kg hơi thứ đi ra từ thiết bị sấy Chẳng hạn với thiết bị thứ i ở hình trên ta có: Wi = Di = Wi-1 – Ei-1 (32) Trong đó : Di , Wi – là hơi đốt, hơi thứ của thiết bị bốc hơi thứ i Ei – Phần hơi thứ của thiết bị thứ I khơng dùng làm hơi đốt cho thiết bị thứ i+1 Tương tự với hệ thống bốc hơi có n thiết bị, thì lượng nước bốc hơi (hơi thứ) trong từng thiết bị từ thứ 1,2,3….n... ht- hơi thứ; tp- thành phẩm; n-nước mát; k- khí không ngưng 2.Hệ thống bốc hơi nhiều thiết bò Hệ thống bốc hơi nhiều thiết bò làm việc theo nguyên tắc cơ bản là: hơi đốt sạch ( hơi nước nóng lấy từ nồi hơi) được cấp cho thiết bò bốc hơi thứ nhất, sau khi cấp nhiệt, nó ngưng lại thành nước ngưng xả ra ngoài Hơi thứ của thiết bò thứ nhất sẽ được sử dụng làm hơi đốt cho thiết bò bốc hơi thứ hai, hơi thứ... Nhờ cách đấu nhiều thiết bò bốc hơi liên tiếp như vậy mà ta đã tiết kiệm được năng lượng một cách đáng kể Để làm bay hơi 1 kg hơi nước từ dung dòch với hệ thống hai thiết bò thì chỉ cần 0,57 kg hơi đốt sạch; với ba thiết bò là 0,4 kg; bốn thiết bò là 0,3 kg; năm thiết bò là 0,27 kg Sau đây là một số hệ thống bốc hơi nhiều thiết bò - - 12 Thiết bò bốc hơi 2.1 Hệ thống ba thiết bò bốc hơi dòng cùng chiều... thứ của thiết bò bốc hơi thứ hai lại là hơi đốt của thiết bò thứ ba v.v Đương nhiên do tổn thất nhiệt độ nên nhiệt độ bốc hơi của các thiết bò phía sau thấp hơn thiết bò phía trước Đồng thời áp suất của hơi thứ trong thiết bò phía sau thấp hơn áp suất hơi thứ trong thiết bò phía trước p suất hơi thứ của thiết bò cuối cùng có thể thấp hơn áp suất khí quyển (áp suất chân không) Số thiết bò bốc hơi trong... Hệ thống bốc hơi dòng cùng chiều có thêm thiết bò bốc hơi bổ sung Hệ thống này được áp dụng khi nhiệt độ của hơi thứ trong thiết bò cuối đã quá thấp mà dung dòch vẫn chưa đạt nồng độ mong muốn Khi ấy, ta lắp thêm thiết bò bốc hơi sử dụng hơi đốt có nhiệt độ cao (hơi đốt sạch) để cô tiếp dung dòch đến nồng độ mong muốn Thiết bò lắp thêm gọi là thiết bò bổ sung Hơi thứ của thiết bò cuối và của thiết bò... lực của thiết bò gia nhiệt 5 không lớn thì không cần bơm 4 Trước khi chảy vào thiết bò bốc hơi 6 thì dung dòch đã được làm nóng bằng hơi thứ của chính thiết bò số 6; mức độ nâng nhiệt tuỳ - - 13 Thiết bò bốc hơi thuộc vào lương hơi thứ và thiết bò gia nhiệt Hơi đốt sạch được cấp vào buồng đốt thiết bò số 6 Hơi thứ của thiết bò số 6 được chia được chia thành 2 phần, một phần làm hơi đốt cho thiết bò... thiết bị trước nó Với phương pháp tính nồng độ dung dịch như trên là đã coi như là dung dịch khơng kết tinh 4.2.2 Khối lượng nước bốc hơi trong từng thiết bị Trong hệ thống bốc hơi liên tục thì việc tính lượng nước bốc hơi trong từng thiết bị được tiến hành đồng thời với việc tính lượng hơi đốt cần cấp cho tồn bộ hệ thống và hơi đốt cho mỗi thiết bị, mà hơi đốt của thiết bị sau lại là hơi thứ của thiết . Tính thiết kế các hệ thống bốc hơi: 16 1. Hệ thống một thiết bò bốc hơi 2. Hệ thống bốc hơi liên tục 19 V.Các thiết bò bốc hơi; . - - 11 Thiết bò bốc hơi Hình 4. sơ đồ hệ thống một thiết bò bốc hơi chân không với thiết bò ngưng tụ ống chùm 1 -thiết bò bốc hơi; 2- thiết bò ngưng