Bài giảng kỹ thuật thực phẩm 2 chương 3 ths trần văn hùng

 Bốc hơi chân không 4 hiệu có nồi số "0" coi như một van giảm áp và hơi thứ của nồi số 0 dùng làm hơi gia nhiệt cho nồi bốc hơi do đó tiết kiệm được hơi dùng..  Phương án bốc hơi áp lự

BỐC HƠI (evaporation)

Trần Văn Hùng

ÁP SUẤT HƠI BÃO HOÀ

Áp suất p, ở đó chất lỏng hoặc chất rắn cân bằng với hơi

quyển thì chất lỏng sôi Nhiệt độ lúc đó là nhiệt độ sôi của

chất lỏng Trong sự thăng hoa, ASHBH là áp suất ở đó

chất rắn cân bằng với hơi của nó Nếu áp suất của hơi

chưa tới giá trị ASHBH thì hơi gọi là hơi khô, các phân tử

ĐIỂM SÔI

Nhiệt độ bay hơi hay điểm bay hơi hay điểm sôi

Khi nói tới như nhiệt độ của thay đổi ngược lại (tức là

từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng), nó được coi là

nhiệt độ ngưng tụ hay điểm ngưng tụ.

NHIỆT LƯỢNG BAY HƠI

Nhiệt lượng bay hơi cũng đúng bằng nhiệt lượng tỏa

ra bởi một đơn vị đo lượng vật chất khi nó chuyển từ

 Equipment used in evaporation, the process of boiling a

liquid in order to reduce its volume

• Reduces deteriorative chemical reactions

• Better microbiological stability

• Recovery of solvent

Evaporator

 Driving force:

Temperature difference in between steam chest

temperature and product temperature

 Result :

Volatile solvent is removed from the feed

Solution (volatile solvent + non volatile solute)

Concentrate (Higher solute Conc.)

 Ether recovery from fat extraction

Basic Parts of an Evaporator

 Heat-exchanger

 Vacuum

 Vapour separator

 Condenser

Vapor out

Feed in

Steam in (Saturated vapor)

Product out

Condensate out

(Saturated Liquid)

Vapor Separator

- Làm tăng nồng độ chất tan

- Tách chất rắn hoà tan ở dạng tinh thể (kết tinh)

- Thu dung môi ở dạng nguyên chất

- Tiết kiệm năng lượng

QUÁ TRÌNH BỐC HƠI (CÔ ĐẶC) TIẾN HÀNH Ở ÁP SUẤT?

- Cô đặc ở áp suất chân không (âm)

- Cô đặc ở áp suất dư (dương)

- Cô đặc ở áp suất thường (áp suất khí quyển)

1 atmosphere = 760 mmHg = 29.92 inHg = 14.7 lb/in2 = 101.3 KPa

Bảé ëïản Dán nâãn Sản pâakm

T o =55-80 o C P= 10-25MPa

Qui trình sản xuất sữa bột

Dư ùa Pâân loại Rư ûa Cắt gọt Đéùná hộp

Lỏi, vụn Dịcâ ìỉ

Nước

Héäp

Nư ớc tâải

Ép Phối trộn

Léïc Bà i kâs

Lĩ tâm Tâanâ trùng

Cô đặc

Là m ỉạnâ Pâéái tìéän

Dư ùa đéùná âéäp

Sản xuất bột cam

Nư ớc Đư ờ ná Mạcâ nâa

Câïakn bị sĩìïp Nấï Là m náïéäi nâanâ Pâéái tìéän Địnâ âìnâ Là m náïéäi Bắ áéùi

Đéùná tâïø ná Đéùná tïùi

Câất mà ï Tinâ dầï bạc âà

Kẹé bạc âà

Giấĩ áéùi Bắ nâư ïa Tâïø ná

Trà hịa tan

Ép,tácâ bã Gia véâi sơ béä Gia nâiệt ỉần I Xéâná CO2 ỉần 1 Léïc ỉần 1 Gia nâiệt ỉần II Xéâná CO2 ỉần 2 Léïc ỉần 2

Xéâná SO2 ỉần 1 Céâ đặc Xéâná SO2 ỉần 2 Léïc kiekm tìa

Céâ đặc

Lĩ tâm Héài dïná

Béài tinâ

Nấï

đư ờná B

Lĩ tâm Béài tinâ Sấĩ

Nư ớc tâakm tâấï

Sư õa véâi

tâan âéạt tsnâ Céâ đặc

Lĩ tâm Béài tinâ Mật A

Tìắ đéki ién Béác âơi

Nấï

đư ờná R2 Tìợ tinâ câân kâéâná

Lĩ tâm R2 Nấï

đư ờ ná R3 Tìợ tinâ câân kâéâná

Lĩ tâm R3

Sấĩ Câư ùa và é cĩcỉén Đéùná bắ Sản pâakm

Bèc h¬i MËt chÌ kh« (55 - 60 0 Bx)

X«ng SO2mËt chÌ (pH = 5,8 - 6,2)

MËt chÌ tinh

NÊu ®­êng C©n

Sản xuất đường mía

- Chất lượng sản phẩm (Product Quality)

- Và một vài thuộc tính khác: mối nguy về phóng xạ, đặc tính

làm sạch, nhiệt độ dung dịch…

ĐỐI LƯU CỦA DUNG DICH

Dung dịch Gia nhiệt Dung dịch đạt trạng thái sôi

Nước từ thể lỏng chuyển

sang thể khí → tạo bọt

Thể tích dung dịch nở ra

do bị gia nhiệt

Tỷ trọng dung dịch trong ống gia nhiệt thấp hơn

dung dịch trên ống gia nhiệt chưa bị gia nhiệt

ĐỐI LƯU

IV TRUYỀN NHIỆT TRONG HỆ THỐNG BỐC HƠI

IV.1 Dẫn nhiệt (Heat Conduction).

Dẫn nhiệt là quá trình truyền nhiệt từ phần tử này đến

phần tử khác của vật chất khi chúng tiếp xúc trực tiếp

với nhau

a Định luật Fourier :

) ( ,

W C

s m

m J dT

dt dF

dn dQ

0 0

2

2 1

1

W F t t

c Dẫn nhiệt ổn định qua tường ống với một lớp và nhiệt lớp

1 2

2 1

log.3,2.1

)(

2

r r

t t L Q

1

1

2 1

log.3,2.1

)(

2





IV.2 Đối lưu (Heat Convection).

Quá trình vận chuyển nhiệt lượng do các phần tử chất

lỏng, khí có nhiệt độ khác nhau(khối lượng riêng khác

nhau) đổi chỗ cho nhau

a Định luật Newton

) ( , ).

( t t dF dT J

F t t

Q   ( T  ).

IV.3 Trao đổi nhiệt phức tạp

a Truyền nhiệt đẳng nhiệt

Xảy ra trong trường hợp nhiệt độ của hai lưu thể đều không thay đổi

theo cả vị trí và thời gian Ví dụ trong trường hợp cô đặc

b Truyền nhiệt biến nhiệt

- Truyền nhiệt biến nhiệt ổn định:

Là trường hợp hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu thể biến đổi theo vị trí

nhưng không biến đổi theo thời gian Xảy ra trong trường hợp trao

đổi nhiệt liên tục

- Truyền nhiệt biến nhiệt không ổn định:

Là trường hợp hiệu nhiệt độ giữa hai lưu thể có biến đổi theo thời

gian và không gian Xảy ra trong trường hợp trao đổi nhiệt gián

đoạn

a1.Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng

- Nhiệt truyền từ lưu thể nóng đến bề mặt tường (cấp nhiệt).

- Nhiệt dẫn qua tường (dẫn nhiệt)

- Nhiệt truyền từ mặt tường đến lưu thể nguội (cấp nhiệt).

)2

11

1

(

t2).F-(t1

11

W F

t

Q

C) (W/m , ) 2

1 1

K

a.2 Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường ống

)21(.2.1.)1

2lg3,2(2.2

11.1

1

1

t t L r

r r

2lg3,2(2.2

11.1

1

1

r

r r

W t

L

Q

.

.

2 

V THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT

- Thiết bị gia nhiệt

- Thiết bị ngưng tụ

V.1 Thiết bị gia nhiệt

- Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm

- Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm

HỆ THỐNG BỐC HƠI

I.PHƯƠNG ÁN BỐC HƠI

 Bốc hơi một nồi

 Bốc hơi nhiều nồi (hiệu)

I 2,2  2,5

E 1

II 1,6  1,8

E 2

III 1,2  1,3

áp suất cao 3 nồi

 Hơi thứ nồi cuối lớn

 Nhiệt độ trong các nồi cao

I 2,4

E1

II 1,78

I 1,15 kg/cm 2

E1

II 0,777 kg/cm 2

E2

IV 0,14 kg/cm 2

E4

P=1,5kg/cm 2

(ata)

III 0,405 kg/cm 2

- Vì áp lực thấp nên lượng hơi tiêu thụ lên đến 60% 

70% ,lượng hơi thứ đi vào tháo ngưng tụ lớn

- Phương án này gây lãng phí nhiều, nhưng quản lý và

thao tác dễ dàng

- Các nhà máy vừa và nhỏ thường sử dụng phương án

này

Phương ỏn bốc hơi chõn khụng cú nồi số ‘0’

- Phương ỏn 1: sử dụng nồi số ‘0 ’ bốc hơi nước mớa, tạo hơi

ỏp lực thấp Tuy nhiờn do nhiệt độ cao (ỏp suất cao: 3 -4

kg/cm2) nờn khụng thớch hợp cho sản phẩm nhạy nhiệt

Hơi giảm áp

0 1,78 kg/cm 2

E1

I 1,36 kg/cm 2

E2

P=3,9kg/cm 2 (ata)

Hơi thải Nước mía

Phương ỏn bốc hơi 5 hiệu chõn khụng

Phương án bốc hơi chân không 5 hiệu

1 Lò hơi; 2 Tuốt bin; 3 Van giảm áp;

4 Nồi bốc hơi; 5 Thiết bị ngưng tụ

I

119 0 C

E1

II 107,5 0 C

E2

V

79 0 C

Ngưng tụ 5

III 95,3 0 C

E3

IV

79 0 C

E44

Điều kiện nhiệt của bốc hơi chõn khụng 5 hiệu

ĐÁNH GIÁ HƠI TIÊU HAO CÁC PHƯƠNG ÁN NHIỆT

 Phương án bốc hơi CK 4 hiệu tiêu hao hơi nhiều nhất vì

phải bổ sung hơi giảm áp Nhiệt độ hơi thứ thấp, do đó lợi

dụng nhiệt thấp, không kinh tế

 Bốc hơi chân không 4 hiệu có nồi số "0" coi như một van

giảm áp và hơi thứ của nồi số 0 dùng làm hơi gia nhiệt cho

nồi bốc hơi do đó tiết kiệm được hơi dùng

 Bốc hơi chân không 5 hiệu có thể rút hơi thứ dùng cho gia

nhiệt khác Do đó, phương án này so với phương án bốc hơi

chân không 4 hiệu và bốc hơi chân không 4 hiệu có nồi số 0

dùng hơi ít hơn

 Phương án bốc hơi áp lực 3 hiệu có nồi cô do sử dụng hơi

gia nhiệt có áp lực tương đối cao nên có thể rút nhiều hơi thứ

cung cấp cho gia nhiệt, lượng hơi thứ vào thiết bị ngưng tụ ít

do đó, lượng hơi dùng giảm nhiều, lợi dụng nhiệt tương đối

tốt

II THIẾT BỊ

 Thiết bị cô đặc ống chùm thẳng đứng

 Thiết bị bốc hơi tuần hoàn ngoài

 Thiết bị bốc hơi kiểu màng lên (Rising Film )

 Thiết bị bốc hơi kiểu màng xuống (Falling Film )

- Bốc hơi kiểu màng lên

- Thông rửa cặn và thay đổi ống gia nhiệt không thuận lợi

- Thao tác quản lý khó khăn

- Yêu cầu dung dịch vào thiết bị ở trạng thái sôi

- Phải duy trì hiệu số nhiệt độ tương đối lớn mới tạo được

- Bốc hơi kiểu màng xuống

1 Phòng hơi thứ và đáy thiết bị

1 15 2 3

4 5 6

7

8 9 10 11

Một số kết cấu thiết bị

III TỔN THẤT VÀ CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ

 Nhiệt độ sôi dung dịch tăng cao

IV PHƯƠNG ÁN PHÂN PHỐI t

1 Theo điều kiện bề mặt các nồi bằng nhau

2 Tổng diện tích bề mặt đốt nóng các nồi là nhỏ nhất

3 Kết hợp cả hai điều kiện trên

i i i i i

K W

K W K Q Ki Q t

t m

.

1 1

1

1 1

K Q K Q

t

t

i i

K Q K Q

K Q K Q t

t k

k k k

k  





Theo điều kiện bề mặt các nồi bằng nhau

t K

Q F





.

1 1

1 1

t

K

Q F





n n

n n

t K

Q F





n

F F

n n

n

t K

Q t

1 2 1

2

.

.

K Q

K Q

K Q

K Q t

t

.

.

1

1 1

.1.(

1 1 2

1

1 2 1

n

n

K Q

K Q K

Q

K Q t

1 1

K Q K

Q t

t

n

i i i

i i

i

K Q K

Q t t

n

Q

2 2

t

K

Q F

(

1 2

2

1 1

1 2

1

t t K

Q t

K

Q F

F

F

0)(

.)

2 2

1 1

1 1

K

Q t

Q t

K

Q

1 1 2 2 1

2 2

K Q K Q

3 3

K Q K Q

3 2 1

t

t t

t t t

i i

K Q K Q

t m

t t

1

1 1

i k k

k

K Q K Q t t

1

Kết hợp cả hai điều kiện trên

1 1

1

1 1

K Q K Q

K Q K Q

t

k k k





i i i i

i

K W

K W

K Q Ki Q

1

1 1

K Q K Q

t

t

i i

t t

D

Chi

phí

VI TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ

2

1 1 2

.

Bx

Bx M

M 

2

1 1 1

2 1

.

Bx

Bx M M

M M

2 2

Lượng hơi nước cho hệ thống bốc hơi

r: ẩn nhiệt hóa hơi (Kcal/kg)

K: hệ số truyền nhiệt (Kcal/m2.h.0C)

∆t: hiệu số nhiệt độ có ích

t K

r W F





22

.

100

VI TÍNH TOÁN THIẾT BỊ

1 Tính buồng đốt

- Tính số ống truyền nhiệt

l d

F n

.





d- đường kính ống truyền nhiệt,, m

l – chiều dài của một ống truyền nhiệt, m

- Đường kính ống đối lưu







4

4

.

2 2

dl

t d d

n - số ống truyền nhiệt

- Tính đường kính buồng đốt

2 2

) 2 (

sin

4

t d

t n

2 Tính kích thước không gian bốc hơi

- Vận tốc lắng của các hạt lỏng

h hl

d g

) (

hl h

Re

5 , 18





Re = 500 – 150.000:   0 , 44

h hl

h t

.

- là đường kính trong của buồng hơi, m

- vận tốc hơi thứ trong buồng hơi, m/s

W- khối lượng hơi thứ, T/h

- Chiều cao khoang bốc hơi

1

' 

VII KIỂM ĐỊNH NỒI BỐC HƠI

Số liệu của hệ bốc hơi đa hiệu trong nhà máy được

ghi lại như sau:

- Công suất: 98 tấn mía/giờ

- Trọng lượng mật chè trong: 960 kg/tấn mía

- Brix chè trong: 14

- Brix xi-rô: 56

- Lượng hơi trích từ nồi 1: 10.000 kg/giờ

- Lượng hơi trích từ nồi 2: 5.000 kg/h

Nồi số Sự hợp thành của hệ biểu

kiến (diện tích nồi bốc

Các nhiệt độ đã ghi

được(0C)Hơi đốt: 115

141(

Tính toán lượng hơi bốc cho từng nồi

Tính độ Brix cho các nồi

640 27 080 98 080 98 14



x

17640 440 66 080 98 14



x

640 12 800 44 080 98 14



x

640 12 160 36 080 98 14

Tính độ sụt nhiệt độ thực

Thang nhiệt độ ( 0 C) Nồi Hơi nước d Nước mía độ sụt thực

54)(

100

w f

f : là hệ số của công thức Dessin, đánh giá khả

năng hoặt động của nồi bốc hơi (0,001)

VIII GIẢI PHÁP KỶ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QUẢ BỐC HƠI

 Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt có hiệu suất truyền nhiệt cao.

Q = K.F.t

1 Phía hơi

- Ảnh hưởng của lượng khí không ngưng Giảm K

- Tăng mức độ quá nhiệt của hơi Giảm K

- Ảnh hưởng của lượng nước ngưng tụ Giảm K

- Tăng chiều cao dung dịch Giảm K

- Tăng độ nhớt dung dịch Giảm K

- Tăng hiệu số nhiệt độ (lỏng – hơi) Tăng K

 Tăng cường sử dụng hơi phụ thay thế cho

hơi sống.

D = [(1) E1 / n] + [(2) E2/ n] + + [(n-1) En-1/ n]

 Hạn chế việc thêm nước vào dây chuyền sản

xuất.

 Tận dụng nhiệt từ nước ngưng tụ.

 Giảm tổn thất nhiệt ra môi trường xung

quanh.

 Hạn chế sự đóng cặn bề mặt truyền nhiệt.

IX VẬN HÀNH NỒI BỐC HƠI

- Hơi nước cung cấp không đủ

- Hút hơi đường quá nhiều

Phương pháp xử lý:

- Tăng áp suất hơi nước

- Giảm hút hơi thứ

 Nồng độ dịch thấp hơn chỉ tiêu.

Nguyên nhân

- Hơi nước cung cấp không đủ, áp suất hơi thấp

- Hút hơi thứ quá ít hay quá nhiều, chênh lệch áp suất

giữa các hiệu không bình thường

- Cáu cặn quá nhiều

- Độ chân không hiệu cuối quá thấp

- Nồng độ dung dịch sạch vào nồi quá thấp

- Thải nước ngưng và khí không ngưng không tốt

- Ống gia nhiệt bị thủng

Phương pháp xử lý:

- Tăng lượng hơi gia nhiệt

- Điều chỉnh lượng hút hơi thứ

- Ngưng nồi thông rửa, chuyển sang dùng nồi dự phòng

- Điều chỉnh độ chân không để đạt chỉ tiêu chân không

- Điều chỉnh nồng độ nước mía vào hệ bốc hơi ở công

đoạn làm sạch

 Nồng độ dịch ra cao hơn chỉ tiêu.

Nguyên nhân:

- Dịch vào nồi ít

- Áp suất hơi gia nhiệt hiệu 1 quá cao

Phương pháp xử lý:

- Tăng lượng dung dịch vào hệ bốc hơi, đảm bảo mức

dịch của các hiệu bốc hơi

- Giảm lượng hơi gia nhiệt, giảm áp suất hơi gia nhiệt

 Thoát dịch.

Nguyên nhân:

- Mức dịch không ổn định, lúc cao lúc thấp

- Hút hơi thứ dao động quá lớn

- Độ chân không không không ổn định

- Ống gia nhiệt thủng

- Ống hồi lưu bộ khử dung dịch bị tắc

- Độ axit dung dịch quá lớn

Phương pháp xử lý:

- Điều chỉnh kịp thời áp suất hơi nước, và điều chỉnh

lượng nước đường vào nồi; khôi phục mức dịch trong

nồi ổn định

- Hút hơi thư cho công đoạn gia nhiệt, nấu đường, một

cách ổn định

khôi phục chân không ổn định

- Trong trường hợp nghiêm trọng, khi ống gia nhiệt bị

thủng phải ngừng bốc hơi để thay đổi ống gia nhiệt

- Thông ống hồi lưu bộ khử dịch

- Công đoạn lắng lọc phải ổn định trị số pH

 Nước ngưng thải không tốt, trong ống hơi có tiếng

va đập.

Nguyên nhân:

- Bơm nước ngưng không hút hoặc có sự cố

- Bộ phận van thoát nước ngưng không hoạt động

- Ống thải nước ngưng bị gỉ sắt làm tắc

Phương pháp xử lý:

- Dùng bơm dự phòng, hoặc ngừng bơm để sửa chữa

- Sửa van nước ngưng hoặc có thể giảm độ chân không

tới khi thích hợp