THIẾT BỊ BÓC HƠI
Thiết bị bốc hơi
- -
1
Mục lục:
I.Giới thiệu
II. Sự truyền nhiệt trong thiết bị bốc hơi :
1. Tính chất vật lý 2
2. Hệ số truyền nhiệt: 3
3. Sự tích bẩn trong dàn bay hơi 4
4. Sự truyền nhiệt trong thiết bị bốc hơi kiểu chảy màng 4
4.1.Thiết bị bốc hơi màng rơi 4
4.2 Thiết bị bốc hơi màng treo 7
5.Thiết bị cô đặc nước ép trái cây màng rơi 8
III. Các hệ thống thiết bị bốc hơi:
1. Hệ thống một thiết bị cô chân không có tháp ngưng hơi thứ: 9
2. Hệ thống bốc hơi nhiều thiết bị 11
2.1 Hệ thống ba thiết bị bốc hơi dòng cùng chiều 12
2.2 Hệ thống ba thiết bị bốc hơi dòng ngược chiều 13
2.3 hệ thống nhiều thiết bị bốc hơi làm việc song song 14
2.4 Hệ thống thiết bị bốc hơi dòng cùng chiều có thêm thiết 15
bị bốc hơi bổ sung
IV. Tính thiết kế các hệ thống bốc hơi: 16
1. Hệ thống một thiết bị bốc hơi
2. Hệ thống bốc hơi liên tục 19
V.Các thiết bị bốc hơi; 24
1. Thiết bị bốc hơi thẳng đứng, buồng đốt trong, tuần hồn tựï nhiên 26
2. Thiết bị bốc hơi có buồng đốt ngồi 30
VI. Chất lượng thực phẩm: 30
VII. Thiết bị bốc hơi trong thực phẩm 32
1. Cân bằng vật chất và cân bằng 32
2. Thiết bị tính tốn thời gian lưu dài 33
3. Thiết bị bốc hơi có thời gian lưu ngắn 34
VIII. Thiết bị bốc hơi tiết kiệm năng lượng 38
1. Thiết bị bay hơi liên tục 40
2. Thiết bị cô đặc nén hơi 42
3. Thiết bị cô đđặc có bơm nhiệt 46
4. Phối hợp thẩm thấu ngược\ cô đặc 46
5. Sự khử muối từ nước 46
6. Thiết bị bốc hơi tận dụng nhiệt thải 46
IX. Nguyên lý thiết kế: 47
1.Lựa chọn thiết bị bốc hơi 47
2.Lựa chọn vật liệu 48
IX. Các thành phần của thiết bị bốc hơi 50
Thân của thiết bị bốc hơi 51
1. Thiết bị thiết bị tách lỏng hơi 53
2. Thiết bị ngưng tu 54ï
Thiết bị bốc hơi
- -
2
3. Hệ thống chân không 55
4. Điều chỉnh thiết bị bốc hơi 56
5. Nguyên cứu thiết bị bốc hơi 56
6. Vấn đề vệ sinh 57
Thiết bị bốc hơi
- -
3
I.GIỚI THIỆU
Sự bay hơi là một quá trình tách rời vật lý, nó lấy đi phần hơi từ dung dịch lỏng hoặc hỗn
hợp nhờ sự bốc hơi và nhận được sản phẩm cô đặc của thành phần không bay hơi. Đối với
thức ăn lỏng, sự bay hơi lấy đi hầu hết nước kết quả là sản phẩm cô đặc có thể được dùng cho
những quy trình xa hơn như qua ùtrình sấy.
Quá trình bay hơi được sử dụng rộng rãi trong việc cô đặc nước trái cây rau quả, sữa, cà
phê trích ly, tinh luyên đường và muối. Sự mất đi dung lượng nước làm giảm trọng lượng và
dung tích sản phẩm, giảm chi phí nhà kho và vận chuyển, và cải thiện sự ổn định của sản
phẩm.
Sự bay hơi được taọ ra như là 1 quy trình cơ bản của việc cô đặc thức ăn lỏng, mặc dù 1 vài
phương pháp mới có sự thuận lợi đặc biệt như đóng băng và thẩm thấu ngược.
Sự bay hơi được sử dụng như là 1 quá trình tiền cô đặc cho phân lập sữa và cà phê hòa tan,
trước khi sấy. Hiệu suất của sự bay hơi nước thì cao hơn ( 90% ) so với quá trình sấy (60% ).
Kĩ thuật thiết kế dàn bay hơi là dựa trên hiệu quả của sự truyền nhiệt từ môi trường sang
sản phẩm lỏng, hiệu quả của sự tách hơi nước và sử dụng nguồn năng lượng. Các dữ liệu kĩ
thuật được cung cấp bởi nhà sản xuất các thiết bị bay hơi.
Trong ứng dụng thực phẩm, sự bốc hơi can duy trì chất lượng của sản phẩm, và thiết bị bay
hơi phải phù hợp với điều kiện vệ sinh và quy trình sản xuất. Dàn bay hơi cũng được sử dụng
cho chất thải, giữ lại sản phẩm phụ hữu ích và giảm dòng chất thải ra môi trường.
II. SỰ TRUYỀN NHIỆT TRONG THIẾT BỊ BỐC HƠI
Một lượng lớn năng lượng nhiệt phải được truyền từ môi trường làm nóng xuyên qua lớp
kim loại của thiết bị tới dung dich lỏng. Nhu cầu nhệt được quyết định bởi vật liệu và cân bằng
năng lượng quanh mỗi thiết bị bay hơi và trên tồn bộ hệ thống. Sự truyền nhiệt giữa bề mặt
kim loai và dung dịch là công đoạn quan trọng nhất trong sự bay hơi. Do đó điện trở nhiệt của
lớp ngăn và môi trường làm nóng được cân nhắc là nhỏ hơn. Sự truyền nhiệt trên bề mặt liên
quan trưc tiếp tới tính chất vật lý và mô hình dòng chảy của dung dịch.
1.Tính chất vật lý:
Tính chất vật lý chất lỏng có tầm quan trọng trực tiếp tới sự bốc hơi, đó là độ nhớt, độ dẫn
nhiệt, độ đặc, nhiệt dung riêng, sức căng bề mặt và sự tăng điểm sôi. Dữ liệu về độ nhớt và độ
dẫn điện trong các tài liệu thực phẩm được viết bởi Saravacos và Maroulis ( 2001 ). Tầm quan
trọng của tính chất vật lý tới sự bay hơi được viết bởi Chen (1993 ).
Sức căng bề mặt của nước là 73 dyn/cm hay 73mJ/m2 (25oC) và nó giảm đáng kể khi thành
phần hữu cơ có mặt trong dung dịch. Sức căng bề mặt của dung dịch lỏng thực phẩm thường
thấp hơn (cỡ 30 dyn/c), tùy thuộc vào thành phần chất hoạt động bề mặt hiện hữu.
Sự tăng điểm sôi (BPE) gây ra bởi sự tương tác lẫn nhau và đó là điều không mong muốn
trong quá trình bốc hơi. Vì vậy nó đòi hỏi nhiệt độ cao hơn của môi trường nhiệt để tác động
tới cùng một điều kiện phát động. Nó đặc biệt cao trong dung dịch cô đặc muối ăn và kiềm.
Thiết bị bốc hơi
- -
4
Sự tăng điểm sôi của thực phẩm lỏng là tương đối thấp, và trong hầu hết các trường hợp nó
được bỏ qua trong tính tốn truyền nhiệt. Nó trở nên quan trọng trong dung dich đường cô đặc
và những thành phần có phân tử lượng thấp khác. Các thành phần có phân tử lượng cao thì bị
hòa tan hoặc phân tán trong nước như tinh bột, pectin, protein ảnh hưởng không đáng kể tới sự
tăng điểm sôi.
Đối với dung dịch đường, như là nước ép trái cây, phương trình thực nghiệm sau có thể
được dùng để ước lượng BPE (Chen và Hernandez, 1997 ):
BPE = 0.33 xp(4X)
Với X là tỉ lệ khối lượng của đường. Do đó BPE của nước ép trái cây sẽ tăng trong quá
trình bay hơi từ 0.7oC tới 4.4oC.
2.Hệ số truyền nhiệt:
Hệ số truyền nhiệt trên bề mặt gia nhiệt được tính bằng phương trình tổng quát:
Q=U.A.∆T
Với U là hệ số truyền nhiệt chung (W/m2K). A là diện tích truyền nhiệt(m2) và ∆T là sự sai
khác nhiệt độ giữa môi trường nhiệt với môi trường sôi. U thường được xác định bằng thực
nghiệm hoặc lấy từ hệ thống công nghiêp hay nhà máy thử nghiệm tương tự. Dự đốn giá trị
của U rất khó khăn bởi vì sự tích lũy lực cản trên bề mặt gia nhiệt nên không thể lượng tử hóa
một cách chính xác. Tuy nhiên phân tích sự truyền nhiệt là rất hữu ích để đánh giá nhiệt trở
của hệ thống cô đặc.
Tổng nhiệt trở của hệ thống cấp nhiệt được tính:
1/U=1/hs +x/∆ +1/hi +FR (7.3)
Với hs và hi tương ứng là hệ số truyền nhiệt ở phần cấp nhiệt và phần bay hơi.x/∆ là nhiệt
trở của thành dàn bốc hơi, và FR là lực cản tích lũy. Phương trình 7.3 liên quan tới bề mặt
truyền nhiệt và được ứng dụng để làm ống đèn với đường kính tương đối lớn 50mm. Với ống
đường kính nhỏ nhiệt trở phải được điều chỉnh bởi tỉ số giữa đường kính ngồi và trong.
Phần cấp nhiệt được tính tốn để lực cản tích lũy không đáng kể do đó dàn bay hơi dùng hơi
nước bão hòa và bề mặt kim loại sạch, do đó điện trở của phần cấp nhiệt tương đối thấp vì thế
giá trị lớn hs ứng với hơi nước bão hòa. Điện trở thành (x/∆) tương đối thấp vì thế x nhỏ và hệ
số dẫn nhiệt cao đặc trưng cho dàn bay hơi.
Hệ số truyền nhiệt trên bề mặt thiết bị (hi) đặc trưng cho tính chất vật lý (chủ yếu là độ
nhớt) và lưu lượng của chất lỏng. Nó làm tăng chế độ chảy và nhiệt độ và có thể được ước
lượng từ thực nghiệm. Hệ số truyền nhiệt trong màng lỏng là đặc biệt quan trọng tới sự tích
lũy hơi,như đã được trình bày trong mục này.
3.Sự tích bẩn trong dàn bay hơi:
Tích bẩn là sự hình thành kết tủa trên bề mặt truyền nhiệt, nó làm giảm sự truyền nhiệt,
mức độ bay hơi và có thể phá hủy đặc trưng của sản phẩm. Sự tích bẩn là tai hại cho quy trình
công nghiệp bởi vì giá thành đầu tư cao, năng lượng thất thốt, chi phí bảo dưỡng và sụt giảm
sản phẩm trong khi ngừng cọ rữa.