- Nhóm 1: dung dịch được đối lưu tự nhiên, dùng để cô đặc dung dịch loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt.
- Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng được cho các dung dịch khá sệt, có độ nhớt cao, giảm được sự bám cặn hay kết tinh từng phần trên bề mặt truyền nhiệt.
- Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, cho phép dung dịch chảy thành màng qua bề mặt truyền nhiệt một lần để tránh sự tác dụng của nhiệt độ lâu làm biến tính một số thành phần dung dịch.
Do vậy, tùy thuộc vào một số tính chất của dung dịch, tính hiệu quả cũng như mặt bằng mà thiết kế buồng đốt trong hay ngoài thiết bị cô đặc. Trong quá trình cô đặc cần chú ý cơ bản nhiệt độ sôi, thời gian sản phẩm lưu lại trong thiết bị và cường độ bốc hơi [5].
- Nhiệt độ sôi (Bảng 1.1): khi tiến hành quá trình cô đặc đun nóng sản phẩm đến nhiệt độ sôi. Nước trong sản phẩm bốc hơi cho đến nồng độ khô yêu cầu thì ngừng quá trình cô đặc và kết thúc quá trình cô đặc. Nhiệt độ sôi của sản phẩm phụ thuộc vào áp suất hơi ở bề mặt, nồng độ chất khô và tính chất vật lý, hóa học của sản phẩm. Khi áp suát hơi trên bề mặt của sản phẩm càng thấp thì nhiệt độ sôi của sản phẩm cũng thấp vì vậy tạo độ chân không trong thiết bị cô đặc sẽ giảm được nhiệt độ sôi cô đặc của sản phẩm. Hay nói cách khác là điều chỉnh nhiệt độ sôi bằng cách thay đổi độ chân không. Nhiệt độ sôi thấp thì ít làm biết đổi tính chất của sản phẩm.
Khi nồng độ chất khô trong sản phẩm càng lớn thì nhiệt độ sôi càng cao. Trong quá trình cô đặc, nồng độ chất khô tăng dần nên nhiệt độ sôi của sản phẩm cũng tăng dần (Bảng 1.2).
- Thời gian cô đặc: là thời gian lưu lại sản phẩm trong thiết bị cô đặc cho sự bốc hơi nước ra khỏi nguyên liệu để đạt đến độ khô yêu cầu.
- Cường độ bốc hơi: phụ thuộc vào cường độ trao đổi nhiệt giữa nhiệt độ hơi nóng và sản phẩm bốc hơi ảnh hưởng lớn đến quá trình cô đặc.
Các tính chất vật lý của dung dịch như độ nhớt, hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, sức căng bề mặt, nồng độ chất tan và độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch cũng ảnh hưởng đến quá trình cô đặc.
Bảng 1.3. Quan hệ giữa nồng độ chất khô và nhiệt độ sôi ở 760 mmHg [18] Nồng độ chất khô (%) Nhiệt độ sôi ở 760 mm Hg (°C)
55 102,4
60 103,5
65 104,5
70 105,5
75 107,5
Bảng 1.4. Quan hệ giữa độ chân không và nhiệt độ sôi của nước [4]
Độ chân không (mmHg) Nhiệt độ sôi (oC) Độ chân không (mmHg) Nhiệt độ sôi ( o C) 0 100 526 70 126 95 572 65 234 90 610 60 326 85 642 55 405 80 667,6 50 430 75 690 44,5
Cô đặc có thể được thực hiện ở áp suất thường hoặc áp suất chân không tùy thuộc vào tính chất của dung dịch. Các tính chất vật lý của dung dịch như độ nhớt, hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, sức căng bề mặt, nồng độ chất tan và độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch có ảnh hưởng lớn đến quá trình cô đặc. Các sản phẩm ít bị biến đổi ở nhiệt độ cao thường được cô đặc ở áp suất thường. Ngược lại, nếu sản phẩm dễ bị biến đổi dưới tác động của nhiệt độ thì tiến hành cô đặc ở áp suất chân không. Việc xác định áp suất chân không làm việc của thiết bị hoàn toàn phụ thuộc vào tính chất của dung dịch cũng như yêu cầu về chất lượng của sản phẩm sau cô
đặc. Độ chân không trong thiết bị càng cao thì nhiệt độ sôi của dung dịch càng thấp. Trong quá trình cô đặc, tính chất của sản phẩm không ngừng biến đổi phụ thuộc vào nhiệt độ sôi, thời gian cô đặc và cường độ bốc hơi của sản phẩm. Nhiệt độ sôi của dung dịch có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của sản phẩm. Khi bay hơi ở nhiệt độ thấp thì các tính chất của thực phẩm ít bị biến đổi, hạn chế những phản ứng hóa sinh không có lợi diễn ra như các phản ứng biến màu, phản ứng thủy phân và ôxy hóa lipid, protein và các chất có hoạt tính sinh học khác, từ đó duy trì được chất lượng của sản phẩm. Theo thời gian cô đặc, nhiệt độ sôi của dung dịch sẽ tăng lên do nồng độ chất khô tăng. Vì vậy, việc khống chế áp suất chân không của thiết bị trong quá trình cô đặc là rất cần thiết nhằm duy trì nhiệt độ sôi, đảm bảo chất lượng cho sản phẩm cuối