Câc yếu tố ảnh hưởng tới hệ số truyền nhiệt:

III. TRUYỀN NHIỆT TRONG QUÂ TRÌNH BỐC HƠI:

2. Câc yếu tố ảnh hưởng tới hệ số truyền nhiệt:

Theo công thức tính hệ số truyền nhiệt thì hệ số truyền nhiệt phụ thuộc văo câc hệ số cấp nhiệt, hệ số dẫn nhiệt của vật liệu lăm ống vă bề dăy của lớp câu cặn cho nín câc yếu tố ảnh hưởng đến nhđn tố năy cũng lă câc yếu tố ảnh hưởng đến hệ số truyền nhiệt bao gồm câc yếu tố sau:

a. Nước ngưng vă khí không ngưng:

- . Trong quâ trình tryền nhiệt câc khí khí không ngưng lại trong chùm ống vă lăm ảnh hưởng tới truyền nhiệt. Một số thực nghiệm cho biết, khi hăm lượng của khí không ngưng lă 0,1% thì hệ số cấp nhiệt 1 từ hơi đốt đến thănh ống trao đổi nhiệt sẽ giảm 22%, nếu lă 0.2% sẽ giảm 32%, nếu lă 0.3% giảm 50% vì thế phải triệt để loại khí không ngưng trong buồng hơi mới đảm bảo có hệ số truyền nhiệt cao.

- Hệ số cấp nhiệt của nước ngưng tương đối thấp, duy trì việc thải nước ngưng bình thường mới không lăm giảm hệ số cấp nhiệt của hơi nước đối với thănh ống. Ngoăi ra lượng nước ngưng tụ tồn đọng trong buồng đốt sẽ ngăn cản không cho hơi đốt đi văo thực hiện quâ trình truyền nhiệt nín đường đi của hơi nước bị cản trở lăm giảm tốc độ đi qua của hơi nước do đó hệ số truyền nhiệt giảm, cần phải thâo nước ngưng đều đặn.

b. Vật liệu lăm ống trao đổi nhiệt:

- Hệ số dẫn nhiệt của thănh ống có quan hệ với vật liệu vă độ dăy khâc nhau của ống. Tuy nhiín mức ảnh hưởng của hệ số dẫn nhiệt của thănh ống đến hệ số truyền nhiệt của bốc hơi không phải đóng vai trò chủ yếu, nó chỉ chiếm một phần nhỏ trong trở nhiệt chung.

- Dùng ống đồng so với ống thĩp hệ số truyền nhiệt tăng lín 10% vă còn bền hơn nhưng giâ đắt hơn rất nhiều.

c. Câu cặn trín bề mặt trao đổi nhiệt:

W/m2.độ ,

c 432.t K 

http://www.ebook.edu.vn

- Lý thuyết truyền nhiệt vă thực tiễn chứng minh trong điều kiện thiết bị nhất định, câu cặn lă một nhđn tố ảnh hưởng lớn nhất đối với hệ số truyền nhiệt, vì hệ số dẫn nhiệt của câu cặn rất nhỏ (0,15-1kcal/m2.giờ.oC so với thĩp lă 39).

- Cần giảm bớt tạo ra câu cặn, thông rửa định kỳ nồi bốc hơi, đảm bảo bề mặt trao đổi nhiệt sạch lă có thể giữ được hệ số truyền nhiệt cao

d. Sự đối lưu của dung dịch đường:

- Sự đối lưu của dung dịch đường tốt sẽ lăm cho măng nước đường mỏng đi, lăm cho hệ số cấp nhiệt của thănh ống đối với măng nước đường tăng lín tương ứng, hệ số truyền nhiệt cũng tăng lín. Sự đối lưu tốt của dung dịch đường chịu ảnh hưởng của câc yếu tố sau:

+ Hiệu số nhiệt độ có ích: trong phạm vi nhiệt độ nhất định, hiệu số nhiệt độ có ích cao thì cường độ truyền nhiệt căng lớn, sinh ra nhiều bọt khí lăm tăng sự chính lệch tỷ trọng dung dịch đưòng trong nồi bốc hơi vì vậy lăm tăng tốc độ đối lưu của dung dịch đường, tăng hệ số truyền nhiệt.

+ Nồng độ dung dịch đường: căng cao, độ nhớt căng lớn tỷ trọng tăng vă tỷ nhiệt giảm do đó lăm giảm tốc độ tuần hoăn do đó lăm giảm hệ số truyền nhiệt (Tỷ nhiệt lă nhiệt lượng cần có để nđng nhiệt độ lín 1oC của một đơn vị trọng lượng vật chất năo đó kcal/kg.oC). Vì khi độ nhớt giảm thấp độ dăy của măng nước đường mỏng khiến cho hệ số cấp nhiệt của thănh ống đối với nước đường tăng lăm cho hệ số truyền nhiệt cũng tăng lín tương ứng.

+ Chiều cao dung dịch: Trong quâ trình bốc hơi, mức dung dịch trong nồi dđng lín không những lăm chậm tốc độ tuần hoăn lại còn lăm tăng sự tổn thất âp suất tĩnh khiến cho chính lệch nhiệt độ giảm thấp , đối lưu giảm thấp.

+ Ngoăi ra hình thức kết cấu của nồi bay hơi, đường kính, chiều dăi vă câch bố trí ống trao đổi nhiệt đều ảnh hưởng đến tốc độ tuần hoăn của dung dịch đường.

IV. NHỮNG BIẾN ĐỔI LÝ HÓA CỦA NƯỚC CHỈ TRONG QUÂ TRÌNH BỐC HƠI:

1. Sự chuyển hóa đường sacarôza:

Trong quâ trình bốc hơi có xêy ra sự chuyển hóa đường sacarôza tạo đường khử

- Câc yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ chuyển hóa:

+ Anh hưởng của độ acid:

Trong điều kiện nhiệt độ nhất định, độ acid căng thấp, chuyển hóa đường sacarôza căng nhiều.

+ Anh hưởng của nhiệt độ:

Ở độ acid nhất định, nhiệt độ căng cao, đường sacarôza chuyển hóa căng nhiều. Từ trín 100oC sự chuyển hóa trở nín trầm trọng, do đó giới hạn lă khoảng 125-130oC.

+ Anh hưởng của thời gian lưu:

Trong điều kiện dung dịch đường bốc hơi ở nhiệt độ vă pH nhất định, thời gian lưu căng dăi thì chuyển hóa đường sacc căng nhiều.

- Anh hưởng: sự chuyển hóa lăm tăng tổn thất đường, giảm thấp hiệu quả thu hồi vă lăm đậm

mău sirô.

- Câch hạn chế sự chuyển hóa:

+ tăng cường thao tâc vă quản lý, ổn định câc tham số công nghệ của câc loại vật liệu

Phải đảm bảo ổn định dung dịch đường văo nồi bốc hơi trong phạm vi trung tính để trânh sacarô bị chuyển hóa khi có tính acid vă đường hoăn nguyín phđn hủy khi có tính kiềm, gđy ra tổn thất một phần đường hoặc giảm thấp chất lượng sản phẩm. Để giảm bớt mău sắc sirô tăng lín thì cần ổn định mức dung dịch trong nồi của câc hiệu vă nồng độ sirô lă rất cần thiết.

+ Nđng cao hiệu suất bốc hơi, rút ngắn thời gian lưu của chỉ trong nồi bốc hơi.

Thực tiễn sản xuất chứng minh, chỉ có bảo đảm bề mặt gia nhiệt sạch sẽ mới nđng cao hiệu suất bốc hơi, từ đó mới có điều kiện rút ngắn thời gian lưu vă giảm thấp nhiệt độ bốc hơi.

http://www.ebook.edu.vn

+ dùng hơi nước bảo hòa lăm nguồn nhiệt cho nồi bốc hơi thay cho hơi nước quâ nhiệt. - Kiểm soât câc tổn thất do chuyển hóa

Phương phâp chung được dùng trong câc nhă mây đường để phât hiện câc tổn thất do chuyển hóa trong quâ trình bốc hơi lă dựa theo tỷ số glucôza của nước chỉ nghĩa lă tỷ số giữa đường chuyển hóa vă đường sacarôza (hoặc pol) trong nuớc chỉ.

2. Sự thay đổi độ pH:

Tuy chỉ trong văo nồi bốc hơi lă trung tính nhưng trong quâ trình bốc hơi chịu ảnh hưởng của nhiệt độ cao vă thời gian lưu sẽ tiếp tuc xêy ra câc phản ứng hóa học lăm thay đổi độ pH ban đầu

 Nguyín nhđn lăm giảm độ pH:

Độ giảm pH có liín quan đến phương phâp lắng trong vă thănh phần của chỉ trong. - do sự thủy phđn chất không đường chứa nhóm amin tạo câc axít

CH2- CONH2 CH2COOH

 + HOH  + NH3

CHNH2-COOH CHNH2-COOH

Acid asparagic

Câc acid tạo thănh sẽ trung hòa độ kiềm tự nhiín trong nước chỉ (K2CO3, Na2CO3) lăm trị số pH của nước chỉ giảm xuống.

CH2- COOH CH2COOK

 + K2CO3   + H2O + CO2

CHNH2-COOH CHNH2-COOK

Asparatate kali

- Đường khử phđn hủy tạo ra câc acid hữu cơ như a, lactic, a. glucônic, a. focmic, a. acític vă a. humic .. lăm cho trị số pH của dịch đường giảm thấp.

 Nguyín nhđn lăm cho pH tăng

Hiện tượng tăng pH trong quâ trình bốc hơi rất ít thấy. Nếu thao tâc bình thường khi thông SO2 thì không xêy ra hiện tượng tăng độ pH. Còn thi thông SO2 quâ lượng thì lăm cho muối sunphít biến thănh bi sunphít vă khi bốc hơi muối năy bị phđn giải:

Ca(HSO3)2 CaSO3 + H2O + SO2

KHSO3 K2SO3 + H2O + SO2

Sự xuất hiện K2SO3 vă SO2 lăm giảm tính acid của chỉ vă tăng độ pH.

 trong quâ trình bốc hơi có những nguyín nhđn lăm giảm độ pH vă cũng có những nguyín nhđn lăm tăng độ pH nhưng cuối cùng pH của mật chỉ thấp hơn pH của chỉ trong lă do độ giảm pH lă chính. Độ tinh khiết của của chỉ trong thấp thì độ pH giảm xuống căng nhiều, độ tinh khiết cao thì độ pH giảm xuống căng ít. Độ sụt pH bình thường giữa chỉ trong vă sirô theo Honic lă 0.3 điểm không nín vượt quâ 0.5. Ví dụ ta có pH 6.9 ở chỉ trong vă 6.5 ở sirô. Nếu nhiều quâ thì lăm tăng tổn thất đường sacarôza do chuyển hóa, đồng thời gđy trở ngại tới công đoạn thông SO2

cho mật chỉ, ảnh hưởng nhất định tới thu hồi vă chất lượng sản phẩm.

3. Sự gia tăng mău sắc:

 Khi bốc hơi mău sắc của mật chỉ tăng do:

- dưới tâc dụng của nhiệt độ cao đường sacarôza bị caramen hóa. Lượng caramen tạo thănh phụ thuộc văo thời gian truyền nhiệt, nhiệt độ vă pH, chỉ cần một lượng caramen nhỏ cũng lăm cho nước mía có mău đậm.

- Đường khử bị phđn hủy tạo ra câc chất có mău

- Phản ứng kết hợp giữa đường khử vă acid amin tạo thănh melanoidin lăm tăng mău sắc nước chỉ.

 trong hệ thống bốc hơi nhiều nồi thì ở nồi đầu tiín có độ mău tăng cao nhất (vì nhiệt độ lă cao nhất) vă qui luật tăng độ mău giảm từ nồi trước sang nồi sau.

http://www.ebook.edu.vn

4. Sự thay đổi độ tinh khiết:

 Chỉ trong sau khi bốc hơi thu được mật chỉ có độ tinh khiết cao hơn, đđy lă hiện tượng bình thường do câc nguyín nhđn sau đđy:

- Chất không đường bị phđn hủy ví dụ như sự phđn hủy acid amin vă muối cacbônat sinh ra CO2

vă NH3 bay đi mất do đó giảm một phần chất không đường, tương ứng lăm cho độ tinh khiết của mật chỉ tăng 0.1.

- Một phần chất không đường kết tủa sinh ra câu cặn lăm cho độ tinh khiết mật chỉ tăng lín. Cứ 2000 tấn mía tạo thănh chừng 1 tấn cặn.

 Có một số nhă mây đường sau khi bốc hơi thănh mật chỉ độ tinh khiết không tăng lín mă lại thấp đi. Nguyín nhđn lă do trong khi bốc hơi một lượng lớn sacarôza bị chuyển hóa, lăm tổn thất sacarôza dẫn tới độ tinh khiết bị giảm thấp mă không bù lại được bởi phần chất không đường bị phđn hủy vă kết tủa. Trong trường hợp năy cần phải tìm nguyín nhđn trín sản xuất thực tại, đặt ra biện phâp để giải quyết.

5. Sự mất đường theo hơi thứ:

- Hiện tượng năy gọi lă mất đường theo hơi thư :.Trong khi bốc hơi, nước chỉ sôi bắn lín

buồng bốc tạo ra nhiều giọt nhỏ liti mă một trong số đó lă câc bóng hơi nước nhỏ được bao quanh bởi một măng mỏng nước mía kiểu như bong bóng xă phòng. Câc bóng nhỏ đó rất nhẹ nín dòng hơi bốc kĩo chúng theo một câch dễ dăng sang buồng đốt của nồi bốc kế tiếp hoặc bị hút theo chđn không.

- Qui luật mất đường theo hơi thứ Trong nồi bốc hơi nhiều hiệu, ở hiệu sau mất đường nhiều

hơn hiệu trước, tức lă mất đường tăng dần theo số hiệu về cuối.

+ Ở câc nồi cuối, chđn không căng cao nín sự kĩo theo hơi bốc nhiều hơn.

+ Ở câc hiệu sau độ tinh khiết dung dịch tăng lín, độ nhớt tăng tương ứng thì câc bọt khí vỡ chậm hơn.

-Nguyín nhđn vă những nhđn tố ảnh hưởng đến sự mất đường theo hơi thứ đại để bao gồm:

+ Tốc độ bốc hơi quâ nhanh

+ Mức dung dịch trong nồi không ổn định

+ Tâc dụng tự bốc hơi quâ mạnh+ độ chđn không mất ổn định + Tuần hoăn dung dịch đường không bình thường

+Độ nhớt mật chỉ lớn, bọt nhiều.

- Anh hưởng của sự mất đường đến sản xuất.

+ Câc tổn thất do nước mía, mật chỉ bị kĩo theo hơi bốc có thể lín tới 3% lượng nước mía trong một dăn bốc hơi đa hiệu không có “thiết bị thu hồi”, tổn thất đó có thể giảm xuống dưới 0.1% nếu câc thiết bị thu hồi được lắp đặt đúng câch.

+ Tăng tổn thất không xâc định  giảm thu hồi đường.

- Câc biện phâp chống sự mất đường theo hơi thứ.

+ Trânh nđng cao độ chđn không tới mức không cần thiết, đôi khi theo câc quan điểm khâc nđng cao độ chđn không có nhiều lợi thế, tuy nhiín nín giữ 62-65 cmHg lă tốt nhất.

+ đưa nước mía vaò đây nồi bốc hơi chứ không phải cho văo mặt săng trín vì ở đó có thể gđy ra sự bắn tóe nước mía lín, vă có thể bị phun thănh dạng sương mù.

+ trâch thúc đẩy dăn bốc hơi đa hiệu lăm việc vượt quâ năng suất bình thường. + trânh để mực nước mía lín cao quâ mức tối ưu.

+ trang bị câc bộ thu hồi cho câc nồi bốc hơi vă câc thiết bị thu hồi có hiệu quả cho đường ống chđn không.

+ buồng bốc trín chùm ống phải cao hơn chiều cao chùm ống ít nhất 2 lần tốt hơn lă 2.5 lần bởi vì khi câc giọt văng lín tương đối lớn chỉ cần tăng thím chiều cao buồng bốc lă đủ ngăn chúng lại.

http://www.ebook.edu.vn

Trong quâ trình lăm việc câc ống của bốc hơi đa hiệu thường bị đóng bẩn theo hai câch:

- ở ngoăi ống tạo thănh một lớp gỉ dầu do hơi nước mang tới.

- Ơ trong ống tạo thănh một lớp cặn do từ nước mía.

 lớp dầu bâm ngoăi ống do hơi đem đến dĩ nhiín chỉ có ở nồi 1. Lớp dầu bẩn đóng bâm đó có mău đen hoặc nđu xỉn , lớp năy gđy hại cho sự truyền nhiệt trong nồi, có thể loại bỏ trong thời gian ngừng sản xuất bằng câch đưa văo chùm ống đó một dung dịch acid rất loảng ví dụ HCl 0.5% hoặc dùng xút ăn da.

 Lớp cặn đóng bâm bín trong ống gđy nhiều trở ngại nhất, ta chỉ xĩt loại câu cặn năy.

a. Nguồn gốc tạo cặn (nguyín nhđn tạo cặn):

 câc chất lơ lửng trong nước chỉ chưa được tâch bỏ hết do xử lý vă lắng lọc kĩm, chủ yếu đóng bâm trong nồi 1

 câc chất không đường trở nín không hòa tan khi nước mía được cô đặc dần, chủ yếu đóng bâm ở câc nồi cuối bao gồm:

- Câc muối vôi: phốt phât, sunphat, oxalat, cacbônat canxi cùng với sự tăng lín của dung dịch đường, nồng độ câc muối đó tăng, một số đạt tới trạng thâi quâ bảo hòa của chúng thì sẽ lắng thănh câu cặn. Câc muối canxi của acid hữu cơ vă acid phốt pho ric có độ hòa tan nhỏ nhất thì tâch thănh câu cặn đầu tiín. Câc muối canxi sunphít vă canxi sunphât vă một bộ phận muối canxi của acid hữu có độ hòa tan lớn thì phần nhiều tạo thănh câu cặn ở hiệu sau. Do đó từ nồi 1 đến nồi cuối câc cặn phốt phât giảm trong khi đó câu cặn sunphât tăng.

- Câc oxit kim loại như oxit manhí, nhôm, sắt trong dung dịch đường cùng với nồng độ tăng dần của dung dịch đường, không ngừng tâch ra thănh cặn trong câc hiệu. Đặc biệt lă silic, loại cặn năy tăng theo vị trí nồi trong dêy bốc hơi vă đóng bâm lại phần lớn ở nồi cuối.

 Do vậy cặn ở bình đầu ít, mềm, xốp dễ loại trừ, cặn ở những bình cuối nhiều cứng khó loại trừ - Câc muối canxi hòa tan sau khi phản ứng thay thế với câc muối cacbônat can xi hòa tan tạo

thănh cacbônat canxi câu cặn.

CaA2 + K2CO3 CaCO3 + 2KA CaA2 + Na2CO3 CaCO3 + 2NaA

- Câc muối bi cacbônat vă bisunphít canxi hòa tan khi nóng bị phđn hủy thănh muối can xi có độ hòa tan thấp vă kết tủa

Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2

Ca(HSO3)2 CaSO3 + H2O + SO2  Sự phđn bố cặn vă chiều hướng đóng cặn:

Sự phđn bố cặn ở câc ống của nồi bốc hơi tùy thuộc chủ yếu văo tốc độ tuần hoăn hoặc trạng thâi chuyển động của dung dịch: câc cặn đóng ở chỗ mă khối dung dịch ít chuyển động vă tốc độ tuần hoăn yếu. Chiều hướng đóng cặn: ở phần dưới câc ống trao đổi nhiệt, nơi mă khối nước chỉ chuyển động tương đối kĩm, cặn đóng dăy hơn nhiều so với phần trín đỉnh câc ống nơi mă nước mía luôn phun phọt. Khi kiểm tra mức thông rửa một nồi bốc hơi không nín hăi lòng với câch