Báo cáo môn kĩ thuật thực phẩm 2 đề tài cô đặc

1. Khái niệm về quá trình cô đặc: 6 2. Bản chất và mục đích của quá trình cô đặc 6  Mục đích: 6  Bản chất 6 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cô đặc 7 4. Các phương pháp cô đặc. 8 4.1. Cô đặc một nồi. 8 4.2. Cô đặc nhiều nồi. 15 4.1.1. Sơ đồ hệ thống 15 4.1.2. Sơ đồ hệ thống cô đặc nhiều nồi cùng chiều 15 4.1.3. Sơ đồ cô đặc nhiều nồi ngược chiều 17 4.1.4. Số nồi trong hệ thống 18 4.1.5. Tính toán cô đặc nhiều nồi 18 5. Các thiết bị cô đặc dùng trong công nghệ thực phẩm 21 5.1. Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm 21 5.2. Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài kiểu đứng 22 5.3. Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài kiểu nằm ngang 23 5.4. Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức 24 PHẦN 1: TỔNG QUAN 25 1. Tên đề tài: 25 2. Tổng quan về cô đặc 25 2.1. Định nghĩa 25 2.2. Các phương pháp cô đặc: 26 2.3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt 26 2.4. Ứng dụng của cô đặc 26 3. Thiết bị cô đặc 26 3.1. Phân loại và ứng dụng 26 4. Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc 27 5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chính 28 5.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nhập liệu: 29 5.2. Ảnh hưởng của áp suất: 29 5.3. Ảnh hưởng của lượng hơi đốt: 29 PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ: 31 1. Cân bằng vật chất 31 2. Cân bằng nhiệt lượng 32 2.1. Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi: 32 2.2. Xác định tổn thất nhiệt trong hệ 33 2.2.1. Tổn thất do nồng độ 33 2.2.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’) 34 2.2.3. Tổn thất do rở lực của đường ống,(Δ”’): 36 2.2.4. Tổn thất do toàn bộ hệ thống: 36 2.3. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích trong toàn bộ hệ thống 36 2.4. Tính nhiệt dung riêng của từng nồi 37 3. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng và lượng hơi đốt cần thiết 38 4. Sơ đồ nguyên lý 40   1. Khái niệm về quá trình cô đặc:  Cô đặc là quá trình làm bốc hơi nước của sản phẩm bằng các đun sôi  Bốc hơi cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ dung dịch chất tanvkhoong bay hơi bằng cách bốc hơi dung môi khi đun sôi dung dịch.  Quá trình cô đặc được sử dụng nhiều trong công nghiệp đồ hộp để sản xuất cà chua đặc, mứt, nước quả cô đặc, các loại súp khô, sữa đặc,... 2. Bản chất và mục đích của quá trình cô đặc  Mục đích: • Làm tăng nồng độ dung dịch loãng • Để kết tinh • Chuẩn bị: quá trình cô đặc bằng nhiệt có thể có mục đích công nghệ là chuẩn bị, giúp cho các quá trình tiếp theo trong quy trình sản xuất được thực hiện dễ dàng và đạt hiệu quả kinh tế cao hơn. • Khai thác: quá trình cô đặc nhiệt sẽ tách bớt nước ra khỏi thực phẩm, do đó sản phẩm trở nên “nhẹ hơn” và nồng độ các chất dinh dưỡng trong sản phẩm sẽ gia tăng. • Bảo quản: quá trình cô đặc bằng nhiệt làm giảm lượng nước và tăng hàm lượng chất khô trong sản phẩm. Do đó, hoạt độ của nước trong sản phẩm sau cô đặc sẽ giảm đi. Đây là một yếu tố quan trọng gây ức chế hệ vi sinh vật trong sản phẩm và góp phần kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm.  Bản chất • Cô đặc bằng nhiệt (hay cô đặc bốc hơi) là quá trình làm bay hơi nước trong thực phẩm dưới tác dụng của nhiệt nhằm mục đích làm tang nồng độ chất khô của thực phẩm của thực phẩm. Cần phân biệt sự khác nhau giữa hai quá trình cô đặc và sấy. Trong quá trình cô đặc bằng nhiệt, nguyên liệu đầu vào luôn có dạng lỏng, như syrup, nước trái cây, sữa… Nồng độ chất khô của nguyên liệu thường dao động trong khoảng 10-35%. Sau quá trình cô đặc, sản phẩm thu được cũng có dạng lỏng và nồng độ chất khô có thể lên đến 80%. • Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau để tách nước ra khỏi thực phẩm lỏng như thẩm thấu ngược - sử dụng membrane (reverse osmosis), cô đặc lạnh đông (freeze concentration), cô đặc bằng

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM

Thành viên nhóm:

Mục lục

1 Khái niệm về quá trình cô đặc: 6

2 Bản chất và mục đích của quá trình cô đặc 6

 Mục đích: 6

 Bản chất 6

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cô đặc 7

4 Các phương pháp cô đặc 8

4.1.Cô đặc một nồi 8

4.2.Cô đặc nhiều nồi 15

4.1.1 Sơ đồ hệ thống 15

4.1.2 Sơ đồ hệ thống cô đặc nhiều nồi cùng chiều 15

4.1.3 Sơ đồ cô đặc nhiều nồi ngược chiều 17

4.1.4 Số nồi trong hệ thống 18

4.1.5 Tính toán cô đặc nhiều nồi 18

5 Các thiết bị cô đặc dùng trong công nghệ thực phẩm 21

5.1.Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm 21

5.2.Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài kiểu đứng 22

5.3.Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài kiểu nằm ngang 23

5.4.Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức 24

PHẦN 1: TỔNG QUAN 25

1 Tên đề tài: 25

2 Tổng quan về cô đặc 25

2.1 Định nghĩa 25

2.2 Các phương pháp cô đặc: 26

2.3 Bản chất của sự cô đặc do nhiệt 26

2.4 Ứng dụng của cô đặc 26

3 Thiết bị cô đặc 26

3.1 Phân loại và ứng dụng 26

4 Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc 27

5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chính 28

5.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ nhập liệu: 29

5.2 Ảnh hưởng của áp suất: 29

5.3 Ảnh hưởng của lượng hơi đốt: 29

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ: 31

1 Cân bằng vật chất 31

2 Cân bằng nhiệt lượng 32

2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi: 32

2.2 Xác định tổn thất nhiệt trong hệ 33

2.2.1 Tổn thất do nồng độ 33

2.2.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’) 34

2.2.3 Tổn thất do rở lực của đường ống,(Δ”’): 36

2.2.4 Tổn thất do toàn bộ hệ thống: 36

2.3 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích trong toàn bộ hệ thống 36

2.4 Tính nhiệt dung riêng của từng nồi 37

3 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng và lượng hơi đốt cần thiết 38

4 Sơ đồ nguyên lý 40

Khái niệm về quá trình cô đặc:

 Cô đặc là quá trình làm bốc hơi nước của sản phẩm bằng các đun sôi

 Bốc hơi cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ dung dịch chất tanvkhoong bay hơi bằng cách bốc hơi dung môi khi đun sôi dung dịch

 Quá trình cô đặc được sử dụng nhiều trong công nghiệp đồ hộp để sản xuất cà chua đặc, mứt, nước quả cô đặc, các loại súp khô, sữa đặc,

Khai thác: quá trình cô đặc nhiệt sẽ tách bớt nước ra khỏi thực phẩm, do đó sản phẩm trở nên “nhẹ hơn” và nồng độ các chất dinh dưỡng trong sản phẩm sẽ gia tăng

Bảo quản: quá trình cô đặc bằng nhiệt làm giảm lượng nước và tăng hàm lượng chất khô trong sản phẩm Do đó, hoạt độ của nước trong sản phẩm sau cô đặc sẽ giảm đi Đây là một yếu tố quan trọng gây ức chế hệ vi sinh vật trong sản phẩm và góp phần kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm

 Bản chất

Cô đặc bằng nhiệt (hay cô đặc bốc hơi) là quá trình làm bay hơi nước trong thực phẩm dưới tác dụng của nhiệt nhằm mục đích làm tang nồng độ chất khô của thực phẩm của thực phẩm Cần phân biệt sự khác nhau giữa hai quá trình cô đặc và sấy Trong quá trình

cô đặc bằng nhiệt, nguyên liệu đầu vào luôn có dạng lỏng, như syrup, nước trái cây, sữa… Nồng độ chất khô của nguyên liệu thường dao động trong khoảng 10-35% Sau quá trình cô đặc, sản phẩm thu được cũng có dạng lỏng và nồng độ chất khô có thể lên đến 80%

Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau để tách nước ra khỏi thực phẩm lỏng như thẩm thấu ngược - sử dụng membrane (reverseosmosis), cô đặc lạnh đông (freeze concentration), cô đặc bằng nhiệt… Trong đó, phương pháp cô đặc bằng nhiệt tốn nhiều chi phí

năng lượng Tuy nhiên, ưu điểm vượt trội của phương pháp cô đặc

có thể tang lên rất cao so với các phương pháp tách nước khác

Trong quá trình cô đặc nhiệt, người ta thường sử dụng hơi nước bão hòa để nâng nhiệt độ nguyên liệu cần cô đặc đến điểm sôi Khi

đó, nước từ trạng thái lỏng sẽ chuyển qua trạng thái hơi và thoát vào môi trường xung quanh Tốc độ bốc hơi nước phụ thuộc vào tốc độ truyền khối của bọt hơi

3.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cô đặc

 Sự chênh lệch nhiệt độ của hơi bão hòa (tác nhân gia nhiệt) và nhiệt độsôi của nguyên liệu Nếu sự chênh lệch giữa nhiệt độ của hơi bão hòa và nhiệt độ sôi của nguyên liệu càng lớn thì tốc độ truyền nhiệt sẽ càng lớn

Để tăng sự chênh lệch nhiệt độ nói trên, các nhà sản xuất có thể sử dụng một trong hai phương pháp sau đây:

Tăng nhiệt độ và áp suất hơi bão hòa: phương pháp này có nhược điểm là nếu nhiệt độ của hơi bão hòa quá cao thì các cấu tử mẫn cảm nhiệt có trong nguyên liệu cần cô đặc sẽ bị biến đổi và ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm

Giảm nhiệt độ sôi của nguyên liệu bằng cách cô đặc trong môi trường chân không: khi đó, nhiệt độ sôi của nguyên liệu cần cô đặc

sẽ phụ thuộc vào áp lực trên bề mặt dung dịch, nồng độ chất khô của nguyên liệu và chiều cao cột thủy tinh tong thiết bị cô đặc

’ – độ tăng phí điểm tại áp suất cô đặc, [độ C]

f – hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc nhiệt độ sôi của dung môi tại các áp suất khác

 Tổn thất nhiệt lượng cô đặc

Trong quá trình cô đặc , do nồng độ tăng nên nhiệt tiêu hao để bốc hơi cũng thay đổi một lượng ∆q gọi là tổn thất nhiệt lượng khi cô đặc

(Tổn thất nhiệt khi cô đặc bằng hiệu nhiệt hòa tan ở nồng độ đặc và nồng độ loãng Nhiệt hòa tan bằng tổng nhiệt nóng chảy và nhiệt solvat)

∆q = q 2 - q 1 (J/kg)

q1, q2 là nhiệt hòa tan tích phân tại nồng độ đầu và cuối (J/kg)

 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh

Do chênh lệch cột áp nên có một phần nhiệt lượng tiêu hao để hơi vượt qua chiều cao lớp chất lỏng

- Cô đặc 1 nồi hoặc nhiều nồi

- Cô đặc liên tục hay gián đoạn

- Cô đặc ở áp suất chân không, áp suất dư hoặc áp suất thường

4.1 Cô đặc một nồi.

Hệ một nồi có thể hoạt động theo phương thức gián đoạn hay liên tục Phương pháp gián đoạn được dùng khi cần nâng cao nồng độ sản phẩm, còn phương pháp liên tục được dùng khi dung dịch khi có nồng độ nhớt tương đối thấp

Nguyên lý làm việc:

Dung dịch loãng từ bể (1) được bơm (2) bơm lên thùng cao vị (3) để ổn áp Từ thùng cao vị số (3), dung dịch định lượng bằng lưu kuongwj kế (4) đưa vào thiết bịđun nóng (5) để đun nóng dung dịch tới nhiệt độ sôi trong nồi cô đặc rồi được đưa vào nồi cô đặc (6) Trong nồi cô đặc, dung dịch được đun sôi, bốc hơi cô đặc trong chân không Hơi thứ đưa qua bộ ngưng tụ baromet số (8) để tạo chân không cho nồi cô đặc Sản phẩm đặc được bơm đưa đến bồn (7)

Gc: khối lượng sản phẩm, [kg, kg/s]

W: lượng hơi thứ, [kg, kg/s]

xđ: nồng độ chất khô trong nguyên liệu, [% khối lượng]

xc: nồng độ chất khô trong sản phẩm, [% khối lượng]

Theo định luật bảo toàn vật chất

Bảo toàn khối lượng:

tn: nhiệt độ nước ngưng, [độ]

cđ: nhiệt dung riêng nguyên liệu, [J/kg.độ]

cc: nhiệt dung riêng sản phẩm, [J/kg.độ]

cn: nhiệt dung riêng nước ngưng, [J/kg.độ]

i1: hàm nhiệt trong hơi đốt, [J/kg]

i2: hàm nhiệt trong hơi thứ, [J/kg]

Qcđ: tổn thất nhiệt cô đặc, [J]

q; tổn thất nhiệt cô đặc riêng, [J/kg]

Qmt: tổn thất nhiệt ra môi trường, [J]

Theo định luật bảo toàn nhiệt

Q=K F τ ∆ t hi=D (i1−c n t n)

Trong đó:

Q: lượng nhiệt truyền, [J]

K: hệ số truyền nhiệt, [W/m2.độ]

F: diện tích bề mặt truyền nhiệt, [m2]

τ : thời gian cô dặc, [s]

∆ t hi : hiệu số nhiệt độ hữu ích, [độ]

Rút ra bề mặt truyền nhiệt

F= D(i1 −c n .t n)

K ∆ t hi τ [m2]

Tổn thất nhiệt khi cô đặc

 Hiệu số nhiệt hữu ích thi

Hiệu số nhiệt độ hữu ích Ata Hiệu số nhiệt độ hữu ích A là hiệu số giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ sôi trung binh của dung dịch thi = T - tsdd

Trong tính toán thường không biết được nhiệt độ sôi của dung dịch là chị biết nhiệt

độ của hơi đốt và nhiệt độ hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ , gọi đó là hiệu số nhiệt

độ chung hi = T – tng , từ đó tính ra hiệu số nhiệt độ hữu ích thi

thi = tch - ∑∆

 T: nhiệt độ hơi đốt (0C )

 tng: nhiệt độ hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ (0C )

 ∑∆: tổng tổn thất nhiệt độ trong cô đặc

 Tổn thất nhiệt trong cô đặc ∑∆

∑∆=∆ ,+∆ ,,+∆ , ,,

Trong đó

 Po: áp suất hơi tại mặt thoáng dung dịch

 tsdd: nhiệt độ sôi dung dịch tại áp suất po

 tsdm: nhiệt độ sôi dung môi tại áp suất po

Xác định ∆ ,, :

Tính độ tăng áp suất do thủy tĩnh ∆ p , ,

∆ p , ,= 1

2 H op ρ tb g, [N/m2]Trong đó:

 Hop: chiều cao chất lỏng theo ống báo mức (m)

 ptb: khối lượng riêng trung bình dung dịch trong nồi lúc sôi bọt (kg/m3)

ptb=1/2 khối lượng riêng của dung dịch đặc lúc không có bọt

 ρ: khối lượng riêng hơi (kg/m3)

 ω: tốc độ hơi (m/s2)

 L: chiều dài ống (m)

 ʎ: hệ số ma sát

 ξ: hệ số trở lực cục bộ đường hơi đi

 de: đường kính tương đương (m)

Từ đây ta có thể tính ra như trên

Có thể lấy∆ ,, , theo kinh nghiệm, ∆ ,, ,=1÷ 1,5 °∁ mỗi nồi

Tính chiều cao chất lỏng tối ưu:

Hop= [0,26 + 0,0014.(ρ dd−ρ dm¿ H o

Trong đó:

H o: chiều cao ống truyền nhiệt, [m]

Hop: chiều cao nhất chất lỏng đo theo ống báo mức của nồi, [m]

4.2 Cô đặc nhiều nồi.

Khi cô đặc 1 nồi thì tiêu hao hơi đốt quá lớn, không kinh tế mặt khác hơi thứvẫn còn mang một nhiệt lượng lớn, tốn nước để ngưng tụ

Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, hạ thấp chỉ tiêu haohơi đốt, năng suất lớn, dễ khống chế các thông số kỹ thuật, do đó nó có ý nghĩakinh tế cao về sử dụng nhiệt

Nguyên tắc cô đặc nhiều nồi có thể tóm tắt như sau:

Nồi thứ nhất dung dịch được đun bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi này đưa vào nồithứ hai, hơi thứ nồi thứ hai được vào nồi thứ 3,… hơi thứ nồi cuối cùng đi vào thiết

bị ngưng tụ Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi đều bốchơi một phần, nồng độ tăng dần lên

Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt độgiữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói cách khác là chênh lệch áp suất giữa hơi đốt

và hơi thứ trong các nồi nghĩa là áp suất làm việc trong các nồi phải giảm dần vìhơi thứ của nòi trước là hơi đốt của nồi sau Thông thường thì nồi đầu làm việc ở

áp suất dư còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển (chânkhông)

Cô đặc nhiều nồi có hiệu quả kinh tế cao về sử dụng hơi đốt so với một nồi, vìnếu ta giả thiết rằng cứ 1kg hơi đốt đưa vào nồi đầu sẽ làm bốc hơi số kg hơi thứtương đương với số nồi trong hệ thống cô đặc nhiều nồi, hay nói cách khác làlượng hơi đốt dùng để làm bốc hơi 1kg hơi thứ tỉ lệ nghịch với số nồi Ví dụ khi côđặc 2 nồi: 1kg hơi đốt vào nồi đầu làm bốc hơi 1kg hơi thứ trong nồi đầu, 1kg hơithứ này đưa vào đốt nóng nồi sau cũng cũng bốc hơi 1kg hơi thứ nữa, như vậy đốivới hai nồi ta được 2kg hơi thứ và lượng hơi đốt tính theo 1kg hơi thứ là kg

4.1.1 Sơ đồ hệ thống

Trong công nghiệp có ba sơ đồ hệ thống cô dặc nhiều nồi:

- Hệ thống cô đặc nhiều nồi cùng chiều

- Hệ thống cô đặc nhiều nồi ngược chiều

- Hệ thống cô đặc nhiều nồi song song

4.1.2 Sơ đồ hệ thống cô đặc nhiều nồi cùng chiều

→ Thường dùng trong công nghiệp thực phẩm

Nguyên tắc làm việc: Dung dịch loãng sau khi gia nhiệt để nâng nhiệt độ tới

nhiệt độ sôi rồi được đưa vào nồi cô đặc số (1) để cô đặc một phần dung dịch Nồi

số (1) sử dụng hơi đốt là hơi chính trong nhà máy Nguyên liệu từ nồi số (1) đưasang làm nguyên liệu cho nồi số (2) Nồi số (2) sử dụng hơi thứ nồi số (1) đề làmhơi đốt, tiếp tục cô đặc một phần dung dịch Quá trình cứ như vậy cho tới nồi cuốicùng Hơi thứ nồi cuối cùng được đưa qua bộ ngưng tụ để tạo độ chân không cho

hệ thống Sản phẩm nồi cuối được bơm liên tục hút ra ngoài Ở các cấp đầu, lượnghơi thứ không sử dụng hết, trích một phần làm hơi phụ

- Nhiệt độ sản phẩm thấp nên chất lượng sản phẩm tốt

- Hệ thống đơn giản, chi phí thấp

Nhược điểm

- Các nồi sau do nồng độ tăng, nhiệt độ giảm làm cho độ nhớt tăng, do đó hệ

số k giảm vì vậy cường độ bốc hơi các nồi sau giảm, không khai thác đượchết công suất thiết kế của thiết bị

Ứng dụng

- Hệ thống có nhiều ưu điểm, được sử dụng phổ biến trong công nghiệpđường, bột ngọt,

4.1.3 Sơ đồ cô đặc nhiều nồi ngược chiều

→ Dùng trong công nghiệp hóa học

Nguyên tắc : Dung dịch loãng sau khi gia nhiệt để nâng nhiệt độ tới nhiệt độ

sôi rồi được đưa vào nồi cô đặc cuối để cô dặc một phần dung dịch Nồi cuối sửdụng hơi đốt là hơi thứ nồi trước cuối Hơi nồi cuối cùng được đưa qua bộ ngưng

tụ để tạo độ chân không cho hệ thống Nguyên liệu từ nồi cuối được bơm chuyểnqua thiết bị gia nhiệt nâng cao nhiệt độ lên bằng nhiệt độ sôi trong nồi trước cuối,rồi được bơm vào làm nguyên liệu cho nồi trước cuối Quá trình cứ như vậy chotới nồi đầu Sản phẩm lấy ra từ nồi đầu

Ưu điểm

 Càng về sau thì dung dịch càng đặc, nhiệt độ càng cao nên độ nhớt dung dịch không tăng, đối lưu không giảm, hệ số K ít thay đổi nên cường độ bốc hơi các nồi gần bằng nhau, khai thác được hết các công suất các nồi.

 Lượng nước ngưng tụ ít

Nhược điểm

 Hệ thống phức tạp, vốn đầu tư lớn

 Tốn năng lượng nhiệt và bơm

 Sản phẩm có nhiệt độ cao nên giảm chất lượng

 Năng suất hệ thống nhỏ hơn hệ thống cô đặc nhiều nồi cùng chiều

xđ  nồng độ chất khô trong nguyên liệu,[%]

cd  nhiệt dung riêng nguyên liệu,[J/kg.độ]

cc  nhiệt dung riêngsản phẩm,[J/kg.độ]

cn  nhiệt dung riêng ngước,[J/kg.độ]

Wi  năng lượng hơi thứ bốc ra tại nồi thứ i

Wn  năng lượng hơi thứ bốc ra tại nồi cuối cùng

Ei  lượng hơi phụ tại nòi thứ i

I  hàm nhiệt hơi đốt [J/kg]

i’ hàm nhiệt hơi thứ [J/kg]

Qcđ  tổn thất nhiệt do nồi cô đặc [J]

Qđ  tổn thất nhiệt do nồi đun [J]

Theo định luật bảo toàn của hệ thống ta có:

D1*i1+Gđ*cđ*tđ = Gc*cc*tc+∑Di*cn*tn+0.01*Gc*xc*qcđ+Qđ

Muốn tính lượng hơi thứ, hơi đốt các nồi cần biết

- Lượng hơi phụ sử dụng

- Lượng hơi thứ bốc hơi

- Tổn thất nhiệt ra môi trường

Trong tính toán đơn giản bỏ qua tự bốc hơi và tổn thất nhiệt ra môi trường

Theo định lượng bảo toàn chất tại các nồi

Hệ số truyền nhiệt các nồi:

Hệ số truyền nhiệt từ nồi trước đến nồi sau tuần hoàn tự nhiên giảm khoảng 30% ÷20%

Nồi đầu K= 20000,[W/m2.độ]

Nồi cuối K= 400÷500,[W/m2.độ]

5.1 Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm

Nguyên tắc làm việc:

Dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp hơi-lỏng có khốilượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên miệng ống Trong ống tuần hoàn,thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với ống truyềnnhiệt do đó lượng hơi tạo ra trong ống ít hơn,vì vậy khối lượng riêng của hỗnhợp hơi-lỏng ở đây lớn hơn trong ống truyền nhiệt, sẽ bị đẩy xuống dưới Kếtquả là trong thiết bị có chuyển động tuần hoàn tự nhiên từ dưới lên trong ốngtruyền nhiệt và từ trên xuống trong ống tuần hoàn.Tốc độ tuần hoàn càng lớn thì

hệ số cấp nhiệt phía dung dịch càng tăng và quá trình đóng cặn trên bề mặttruyền nhiệt cũng giảm Tốc độ tuần hoàn thường không quá 1,5 m/s.Khi năngsuất thiết bị lớn có thể thay ống tuần hoàn bằng vài ống có đường kính nhỏ hơn.

Phía trên phòng đốt là phòng bốc hơi trong đó có bộ phận tách bọt dùng đểtách các giọt lỏng do hơi thứ mang theo

- Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa và làm sạch.

- Nhược điểm: tốc độ tuần hoàn bị giảm vì ống tuần hoàn cũng bị đun nóng.

5.2 Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài kiểu đứng

Nguyên tắc làm việc: Dung dịch được đưa vào phòng đốt 1 liên tục và đi trong

các ống truyền nhiệt, còn hơi đốt được đi vào trong phòng đốt và đi ở khoảnggiữa ống truyền nhiệt với vỏ thiết bị để đun sôi dung dịch Dung dịch tạo thànhhỗn hợp hơi lỏng đi qua ống 3 vào phòng bốc hơi 2, ở đây hơi thứ tách ra đi lênphía trên, còn dung dịch đi theo ống tuần hoàn 5 trộn lẫn với dung dịch mới đivào phòng đốt Khi nồng độ dung dịch đạt yêu cầu được trích một phần ra ở đáyphòng bốc làm sản phẩm, đồng thời liên tục bổ xung dung dịch mới vào thiết bị

Do chiều dài ống truyền nhiệt lớn nên cường độ tuần hoàn lớn và cường độ bốchơi lớn

- Ưu điểm: năng suất cao,

- Nhược điểm: Cồng kềnh, tốn nhiều vật liệu chế tạo.