Cấu tạo
Bề mặt truyền nhiệt là thân các ống trụ có cùng trục nhưng kích thước đường kính khác nhau. Tại mỗi đầu ống trụ có bộ phận liên kết các ống lại với nhau và bố trí dòng vào/ dòng ra cho thực phẩm/ chất tải nhiệt. Toàn bộ hệ thống được lắp ráp chặt chẽ với nhau nhờ chốt trục.
Nguyên lý hoạt động
Trong quá trình làm việc, mẫu và chất tải nhiệt chuyển động ngược chiều, xen kẽ nhau trong những kênh được tạo ra bởi khoảng không gian giữa các ống trụ cùng trục trong thiết bị. Kênh ngoài cùng luôn chứa chất tải nhiệt, thường thì các ống trụ được thiết kế với bề mặt gồ ghề để tạo ra các dòng chảy rối, nhờ đó hiệu quả của quá trình truyền nhiệt sẽ được cải thiện.
3.2.3 Thiết bị với cấu hình một hay nhiều ống
Có hai trường hợp xảy ra:
Trường hợp 1:
Cấu tạo: thiết bị gồm hai ống hình trụ cùng trục nhưng có đường kính khác nhau và được đặt lồng vào nhau.
Nguyên lý hoạt động: mẫu thực phẩm sẽ di chuyển theo ống bên trong còn chất tải nhiệt sẽ di chuyển theo ống bên ngoài.
Trường hợp 2:
Cấu tạo: thiết bị gồm một chùm ống hình trụ song song có cùng đường kính được đặt bên trong một ống hình trụ lớn.
Nguyên lý hoạt động: mẫu thực phẩm sẽ di chuyển trong các ống hình trụ nhỏ, còn chất tải nhiệt sẽ di chuyển trong khoảng không gian giữa thân trong ống hình trụ lớn và thân ngoài ống hình trụ nhỏ. Để tạo nên các dòng chảy rối và tăng cường hiệu quả của sự truyền nhiệt, các ống trụ nhỏ có thể được thiết kế với cấu hình dạng xoắn.
3.2.4 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống có sử dụng bộ phận khuấy trộn cơ học
Cấu tạo:
Gồm hai ống hình trụ có kích thước đường kính khác nhau và được lồng đồng trục vào nhau và bề mặt hai thân trụ bằng phẳng. Tại vị trí trục chung là rotor có gắn các thanh khuấy có thể tháo lắp được. Rotor thường có đường kính từ 50,8 – 127 mm, việc lựa chọn đường kính rotor phụ thuộc vào kích thước các hạt phân tán trong thực
phẩm: nếu hạt có kích thước lớn, người ta sử dụng rotor có đường kính nhỏ và ngược lại. Trên hệ thống rotor và thành khuấy có gắn một số thanh chắn theo phương thẳng đứng và trục gắn các thanh khuấy được nối với một motor đặt phía trên hai ống trụ.
Hình3.9 : Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống có sử dụng bộ phận khuấy trộn cơ học.
Nguyên lý hoạt động:
Thực phẩm sẽ được bơm vào ống hình trụ bên trong từ phía đáy thiết bị và được tháo ra khỏi thiết bị từ phía trên đỉnh. Ngược lại, chất tải nhiệt sẽ được nạp vào từ phía trên đỉnh theo khoảng không gian được tạo ra giũa hai thân trụ và được tháo ra ngoài từ phía gần đáy.
Trong quá trình hoạt động, cánh khuấy và thanh chắn sẽ quay giúp cho sự truyền nhiệt được diễn ra nhanh và tốt hơn, đồng thời giúp phối trộn các mẫu thực phẩm có độ nhớt cao hoặc các huyền phù có kích thước hạt phân tán lớn.
Hình3.10 : nguyên lý hoạt động.
Bảng 3.1 So sánh ưu điểm và nhược điểm các loại thiết bị trao đổi nhiệt
Thiết bị trao đổi nhiệt
dạng bảng mỏng. Thiết bị trao đổinhiệt dạng ống.
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống có bộ phận
khuấy trộn. Ưu điểm Mặc dù cream có độ
nhớt cao, khả năng truyền nhiệt kém nhưng do cream chảy thành từng lớp mỏng xen kẽ với chất tải nhiệt nên nhiệt lượng tổn thất không nhiều, nhiệt độ được phân phối đều trong toàn dịch cream giúp hiệu quả truyền nhiệt cao.
Tiết kiệm năng lượng Hệ số truyền nhiệt cao. Mất mát nhiệt nhỏ. Trọng lượng thấp, kích thước nhỏ.
Cài đặt thuận tiện cho việc vệ sinh thiết bị.
Tuổi thọ cao.
Bảo trì và bảo dưỡng cũng trở nên dễ dàng hơn. Thích hợp để thanh trùng hoặc tiệt trùng thực phẩm dạng huyền phù. Cả hai môi chất khi chuyển động qua thiết bị đều chuyển động đối lưu cưỡng bức với
tốc độ rất lớn nên thời gian đạt được yêu cầu trao đổi nhiệt sẽ giảm xuống. Kết cấu gọn gàng, an toàn và dễ chế tạo. Áp dụng cho mẫu có độ nhớt cao. Thích hợp thanh trùng hay tiệt trùng những thực phẩm dạng huyền phù với các hạt phân tán có thích thước lớn. Quá trình truyền nhiệt nhanh và đồng đều hơn. Nhược điểm
Không hiệu quả khi thanh trùng thực phẩm có hàm lượng chất béo cao.
Hiệu quả truyền nhiệt thấp hơn thiết bị trao đổi nhiệt bảng mỏng.
Tốn năng lượng để thực hiện khuấy trộn.