TÌM HIỂU THIẾT BỊ CÔ ĐẶC, BAY HƠI SỬ DỤNG HƠI NƯỚC

Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ đun nóng một thiết bị ngoài thiết

CHỦ ĐỀ: TÌM HIỂU THIẾT BỊ CÔ ĐẶC, BAY HƠI SỬ DỤNG HƠI NƯỚC

GVHD: Khổng Minh Trường

Học phần: Máy Và Thiết Bị Nhiệt Thực Phẩm

Lớp: 53CNTP3

Nhóm: 6

DANH SÁCH NHÓM

Lời Mở Đầu

Một trong những nội dung quan trọng về vấn đề máy và thiết bị trong ngành công nghệ thực phẩm mà sinh viên ngành cần tìm hiểu đó là thiêt bị nhiệt, bởi hơn 90% các sản phẩm thực phẩm đều sản xuất và chịu ảnh hưởng lớn bởi các thiết bị này Phần chính trong các thiết bị này là truyền nhiệt…Và quá trình Cô đặc và làm lạnh là hai quá trình có vai trò đặc biệt quan trọng Với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ thì cô đặc càng tỏ ra là quá trình không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp, như công nghiệp hóa chất, công nghiệp dược phẩm và nhất là công nghiệp thực phẩm…Để thực hiện quá trình cô đặc có nhiều phương pháp và sử dụng nhiều thiết bị khác nhau Do giới hạn bởi chủ đề, cũng như việc tìm kiếm tài liệu nên nhóm chỉ giới thiệu tổng quan về quá trình cô đặc và xin lựa chọn và trình bày 1 thiết bị điển hình cho quá trình Cô đặc sử dụng hơi nước, đó là Thiết bị Cô đặc một nồi có ống tuần hoàn trung tâm

1 Giới thiệu chung về cô đặc

1.1 Định nghĩa quá trình cô đặc:

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịch bằng việc đun sôi Đặc điểm của quá trình này là dung môi được tách ra khỏi dung dịch ở dạng hơi, chất hòa tan được giữ lại trong dung dịch Do đó, nồng độ của dung dịch sẽ tăng lên Khác với quá trình chưng cất, trong quá trình chưng cất các cấu tử trong hỗn hợp cùng bay hơi chỉ khác nhau về nồng độ trong hỗn hợp

Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ đun nóng một thiết bị ngoài thiết bị cô đặc thì ta gọi hơi đó là hơi phụ Truyền nhiệt trong quá trình cô đặc có thể trực tiếp hoặc gián tiếp, khi dùng nhiệt trực tiếp thường dùng khói

lò cho tiếp xúc với dung dịch, còn truyền nhiệt gián tiếp thường dùng hơi nước bão hòa để đốt nóng

Trong công nghệ hóa chất và thực phẩm, cô đặc đóng một vai trò rất quan trọng

Nó được ứng dụng với mục đích:

- Làm tăng nồng độ chất tan

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

- Thu dung môi ở dạng nguyên chất

- Lấy nhiệt từ môi trường lạnh khi thay đổi trạng thái của tác nhân làm lạnh…

Cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất (áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư) trong thiết bị cô đặc một nồi hay nhiều nồi và quá trình có thể gián đoạn hay liên tục Khi làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển) người ta dùng thiết bị hở, khi làm việc ở áp suất khác áp suất khí quyển (áp suất chân không) người ta dùng thiết bị kín

1.2 Các phương pháp cô đặc:

Quá trình cô đặc có thể được tiến hành trong thiết bị một nồi hay thiết bị nhiều nồi làm việc gián đoạn hay liên tục

- Khi cô đặc gián đoạn: dung dịch cho vào thiết bị một lần rồi cô đặc đến nồng độ yêu cầu, hoặc cho vào liên tục trong quá trình bốc hơi để giữ mức dung dịch không đổi đến

khi nông độ dung dịch trong thiết bị đã đạt yêu cầu sẽ lấy ra một lần sau đó lại cho dung dịch mới để tiếp tục cô đặc

- Khi cô đặc liên tục trong hệ thống nhiều nồi hoặc một nồi dung dịch và hơi đốt cho vào liên tục, sản phẩm cũng được lấy ra liên tục Quá trình cô đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác nhau tùy theo yêu cầu kỹ thuật, khi làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển) thì có thể dùng thiết bị hở; còn làm việc ở các áp suất khác thì dùng thiết bị kín cô đặc trong chân không (áp suất thấp) vì có ưu điểm là: khi áp suất giảm thì nhiệt

độ sôi của dung dịch cũng giảm, do đó hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và nồng độ dung dịch tăng, nghĩa là có thể giảm được bề mặt truyền nhiệt

- Cô đặc chân không có thể dùng hơi đốt ở áp suất thấp, điều đó rất có lợi khi ta dùng hơi thải của các quá trình sản xuất khác Cô đặc chân không cho phép ta cô đặc những dung dịch ở nhiệt độ sôi cao (ở áp suất thường) có thể sinh ra những phản ứng phụ không cần thiết (oxy hóa, đường hóa, nhựa hóa,…) Mặt khác do nhiệt độ sôi của dung dịch thaapsthif tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh sẽ nhỏ hơn khi cô đặc ở áp suất thường

- Cô đặc ở áp suất dư thường dùng cho các dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho cô đặc và cho các quá trình đun nóng khác

- Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được thải ra ngoài không khí Phương pháp đơn giản nhưng không kinh tế

2 Phân loại và ứng dụng:

2.1 Phân loại

 Theo cấu tạo:

* Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Gồm:

- Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong hoặc ngoài

- Có buồng đốt ngoài ( không đồng trục buồng bốc)

* Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 - 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt Gồm:

- Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài.

- Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài

* Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như dung dịch nước trái cây,hoa quả ép…Gồm:

- Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khó vỡ

- Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ

 Theo phương pháp thực hiện quá trình

- Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi

Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được là không cao

- Cô đặc áp suất chân không: Dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 1000C, áp suất chân không.Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục

- Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt Số nồi không nên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi Có thể cô chân không, cô áp lực hay phối hợp cả hai phương pháp Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế

- Cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn Có thể áp dụng điều khiển tự động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy

 Theo sự bố trí bề mặt đun nóng: thẳng đứng, nằm ngang, nghiêng

 Theo chất tải nhiệt: đun nóng bằng hơi( hơi nước bão hòa, hơi quá nhiệt), bằng khói lò hay chất tải nhiệt có nhiệt độ cao( dầu, nước ở áp suất cao), bằng điện

 Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm

2.2 Ứng dụng

Cô đặc nhằm mục đích chuẩn bị, hoàn thiện, chế biến các sản phẩm hay qua quá trình cô đặc làm thay đổi đặc tính, kéo dài thời gian bảo quản cho sản phẩm

Trong công nghệ hóa chất và thực phẩm, cô đặc đóng một vai trò hết sức quan trọng Nó được ứng dụng với mục đích:

Làm tăng nồng độ chất tan

Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh)

Thu dung môi ở dạng nguyên chất

Quá trình cô đặc được ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm như: sản xuất nước mắm cô đặc, đường, sữa, nước quả, cà phê, cacao hòa tan…

Ngoài ra thiết bị cô đặc còn dùng để cô đặc dịch thực phẩm, dịch thuốc, dịch nước mắm, dịch đường, và các dung dịch dể bị biến tính

3 Vị trí thiết bị trong dây chuyền sản xuất

Sơ đồ thiết bị trong quy trình sản xuất mứt dứa

4 Thiết bị cô đặc một nồi có ống tuần hoàn trung tâm

4.1 Cấu tạo

5 Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm gồm phần trên là phòng bốc 1, phần dưới của thiết bị là phòng đốt 2 có cấu tạo tương tự như thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, trong phòng đốt gồm

có các ống truyền nhiệt 3 và ống tuần hoàn trung tâm 4 có đường kính lớn hơn từ 7 đến 10 lần ống truyền nhiệt.Trong phòng bốc có bộ phận tách giọt 5

có tác dụng tách giọt chất lỏng do hơi thứ cuốn theo

5.1 Nguyên lý hoạt động

6 Dung dịch được đưa vào đáy phòng bốc rồi chảy trong các ống truyền nhiệt và ống trung tâm, còn hơi đốt được đưa vào phòng đốt đi ở khoảng giữa các ống

và vỏ, do đó dung dịch được đun sôi tạo thành hỗn hợp lỏng hơi trong ống truyền nhiệt

và làm khối lượng riêng của dung dịch sẽ giảm đi và chuyển động từ dưới lên miệng ống, còn trong ống tuần hoàn thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với ống truyền nhiệt do đó lượng hơi tạo ra ít hơn vì vậy khối lượng riêng của hỗn hợp hơi lỏng ở đây lớn hơn trong ống truyền nhiệt do đó chất lỏng sẽ di

chuyển từ trên xuống dưới rồi đi vào ống truyền nhiệt lên trên và trở lại ống tuần hoàn tạo lên dòng tuần hoàn tự nhiên

7 Tại bề mặt thoáng của dung dịch ở phòng bốc, hơi thứ tách ra khỏi dung dịch bay lên qua bộ phận tách giọt Bộ phận tách giọt có tác dụng giữ lại những giọt chất lỏng do hơi thứ cuốn theo và chảy trở về đáy phòng bốc, còn dung dịch có nồng độ tăng dần Tốc độ tuần hoàn càng lớn thì hệ số cấp nhiệt phía dung dịch càng tăng và quá trình đóng cặn trên bề mặt cũng giảm

- Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản dễ sửa chữa và làm sạch

- Nhược điểm: Tốc độ tuần hoàn giảm vì ống tuần hoàn cũng bị đốt nóng

8 Hệ thống thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm

 Cấu tạo

9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9.

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22 1.thùng chứa dung dịch; 2.buồng đốt; 3.thiết bị cô đặc; 4.thiết bị ngưng tụ kiểu ống đứng; 5 Thùng chứa nước; 6 Thùng chứa hơi nước ngưng; 7 Bơm dung

dịch; 8 Bơm nước; 9 Bồn cao vị; 10 Thùng chứa nước ngưng tụ; 11

Ratomet( lưu lượng kế);

23 12 Thùng chứa sản phẩm; 13 Thùng tháo nước ngưng

 Nguyên lý hoạt động

24 Phần dưới của thiết bị là phòng đốt gồm các ống truyền nhiệt và ở tâm có ống tuần hoàn trung tâm có độ lớn tùy thuộc vào nồng độ dung dịch cần cô đặc Dung dịch

đi bên trong ống, hơi đốt( hơi nước bão hòa) đi vào khoảng trống phía ngoài ống Phía trên phòng đốt là phòng tách hơi thứ khỏi hỗn hợp hơi – lỏng còn gọi là buồng bốc Trong buồng bốc vó bộ phận tách giọt dùng để tách những giọt lỏng do hơi thứ mang theo

25 Dung dịch được đưa vào đáy phòng bốc hơi, chảy vào trong các ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm, hơi đốt được đưa vào phòng đốt Dung dịch được đun sôi, tạo thành hỗn hợp lỏng và hơi trong ống truyền nhiệt, khối lượng riêng của dung dịch giảm và chuyển động từ dưới lên miệng ống Trong ống tuần hoàn trung tâm, thể tích dung dịch theo đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với ống truyền nhiệt Do đó chất lỏng sẽ di chuyển từ trên xuống dưới rồi đi vào ống truyền nhiệt lên trên và trở lại ống tuần hoàn tạo nên dòng tuần hoàn tự nhiên

26 Tại bề mặt thoáng của dung dịch ở phòng bốc hơi, hơi thứ tách ra khỏi dung dịch bay lên qua bộ phận tách giọt Bộ phận tách giọt có tác dụng giữ lại những giọt chất lỏng do hơi thứ cuốn theo và chảy trở về đáy phòng bốc hơi, còn dung dịch có nồng độ tăng dần

27 Khi năng suất của thiết bị lớn, có thể thay một ống tuần hoàn trung tâm bằng một vài ống có đường kính nhỏ hơn

28 Muốn cho dung dịch tuần hoàn tốt thì nên cho dung dịch vào phòng đốt chiếm khoảng từ 0.4 – 0.7 chiều cao ống tốc độ đi trong ống tuần hoàn chọn khoảng 0.4-0.5 m/s Diện tích thiết diện của ống tuần hoàn lấy khoảng 15-20% thiết diện của ống truyền nhiệt

29 Thiết bị cô đặc loại này có ưu điểm là: cấu tạo đơn giản, dễ cọ rửa và sửa chữa nhưng tốc độ tuần hoàn bé nên hệ số truyền nhiệt thấp Thiết bị loại này dùng để cô đặc các dung dịch có độ nhớt lớn và có nhiều váng cặn

30 Một số thiết bị cô đặc phổ biến

30.1 Cô đặc chân không hình cầu

31.

32 Thiết bị này thích hợp cho làm bay hơi và cô đặc nguyên liệu dưới dạng dung dịch lỏng, tái chế dung dịch hữu cơ và thuốc kem trong dược phẩm, thực phẩm và công nghệ hóa chất

32.1 Cô đặc tiết kiệm năng lượng

32.2.

32.3 Thiết bị này thích hợp cho làm

bay hơi và cô đặc các nguyên liệu dưới dạng chất lỏng và đặc biệt dùng cô đặc các nguyên liệu trong các ngành công nghiệp hóa chất

và dược phẩm Nhiệt độ có thể kiểm soát tầm 25-500C Thiết bị này cho hiệu quả cao, tiêu hao ít năng lượng

32.4.

32.5 Bộ cô đặc đơn tuần hoàn ngoài

32.6.

32.7 Thiết bị được dùng rộng rãi

trong cô đặc các nguyên liệu nhạy nhiệt như dung dịch chiết xuất có cồn, vi sinh, nước hoa quả, sữa dưới tác động của chân không , tạo nhiệt độ bay hơi thấp

32.8

32.9

32.10

32.11

32.12

32.13 Bộ cô đặc hút chân không

32.14

32.15 Thiết bị phù hợp cho cô đặc và tạo thuốc kem ở nhiệt độ thấp

trong dược phẩm, hóa chất, thực phẩm 32.16

32.17

32.18

32.19

32.20

32.21 Máy cô đặc thu hồi cồn

32.22.

32.23 Thiết bị thích hợp để cô

đặc các dung dịch chất lỏng như cồn, rượu, các dung môi hữu cơ khác Thiết bị này có thể tự động quá trình rút nước, giảm bớt khối lượng công việc phải dùng đến chân tay

32.24

32.25

32.26 Hệ thống cô đặc 2 cấp tuần hoàn

32.27 Thiết bị này được sử dụng

trong việc cô đặc thuốc đông dược thuốc tây, glucoza, tinh bột, sản xuất

bơ và đặc biệt thông dụng cho việc cô đặc các vật liệu có tính nhạy cảm cao 32.28

32.29

32.30

32.31 Kết Luận

32.32 Việt Nam đang trên đà phát triển cả về kinh tế và khoa học kĩ

thuật cùng với yêu cầu gắt gao hơn của các thị trường trong nước

và quốc tế thì vấn đề công nghệ càng được quan tâm hơn Do đó trong các cơ sở chế biến, nhất là cơ sở chế biến, kinh doanh thực phẩm, máy móc, công nghệ cần được chú trọng và kiểm soát, và các kĩ sư cần được đào tạo cũng như nắm rõ quá trình, hiểu rõ nguyên lý, cấu tạo và ưu khuyết điểm của từng loại thiết bị 32.33 Qua nội dung tìm hiểu, nhóm đã biết thêm khá nhiều vấn đề liên

quan đến thiết bị cô đặc Tuy nhiên do điều kiện thời gian, khả năng tìm kiếm, thu thập kiến thức còn hạn chế nên nội dung còn nhiều thiếu xót và không tránh khỏi sai xót Mong là qua bài thuyết trình nhóm có thể nhận được góp ý của Giảng viên và các thành viên trong lớp để hoàn thiện bài hơn

32.34 Tài liệu tham khảo

1 Giáo trình máy và thiết bị truyền nhiệt, thầy Khổng Minh Trường

2 http://doc.edu.vn/tai-lieu/tieu-luan-thiet-bi-co-dac-mot-noi-co-ong-tuan-hoan-trung-tam-8510/

3 http://www.academia.edu/8720338/Co_dac_nacl_1_noi_hoan_chinh

32.35

32.36

32.37. Mục lục

32.38.

32.39.Kết luận

32.40 Tài liệu tham khảo

32.41.