Thiết bị bốc hơi

Muïc luïc: I.Giôùi thieäu II. Söï truyeàn nhieät trong thieát bò boác hôi : Tính chaát vaät lyù 2 Heä soá truyeàn nhieät: 3 Söï tích baån trong daøn bay hôi 4 Söï truyeàn nhieät trong thieát bò boác hôi kieåu chaûy maøng 4 4.1.Thieát bò boác hôi maøng rôi 4 4.2 Thieát bò boác hôi maøng treo 7 5.Thieát bò coâ ñaëc nöôùc eùp traùi caây maøng rôi 8 III. Caùc heä thoáng thieát bò boác hôi: Heä thoáng moät thieát bò coâ chaân khoâng coù thaùp ngöng hôi thöù: 9 Heä thoáng boác hôi nhieàu thieát bò 11 2.1 Heä thoáng ba thieát bò boác hôi doøng cuøng chieàu 12 2.2 Heä thoáng ba thieát bò boác hôi doøng ngöôïc chieàu 13 2.3 heä thoáng nhieàu thieát bò boác hôi laøm vieäc song song 14 2.4 Heä thoáng thieát bò boác hôi doøng cuøng chieàu coù theâm thieát 15 bò boác hôi boå sung IV. Tính thieát keá caùc heä thoáng boác hôi: 16 1. Heä thoáng moät thieát bò boác hôi 2. Heä thoáng boác hôi lieân tuïc 19 V.Caùc thieát bò boác hôi; 24 1. Thieát bò boác hôi thaúng ñöùng, buoàng ñoát trong, tuaàn hoaøn töïï nhieân 26 2. Thieát bò boác hôi coù buoàng ñoát ngoaøi 30 VI. Chaát löôïng thöïc phaåm: 30 VII. Thieát bò boác hôi trong thöïc phaåm 32 Caân baèng vaät chaát vaø caân baèng 32 Thieát bò tính toaùn thôøi gian löu daøi 33 Thieát bò boác hôi coù thôøi gian löu ngaén 34 VIII. Thieát bò boác hôi tieát kieäm naêng löôïng 38 Thieát bò bay hôi lieân tuïc 40 Thieát bò coâ ñaëc neùn hôi 42 Thieát bò coâ đñaëc coù bôm nhieät 46 Phoái hôïp thaåm thaáu ngöôïc\ coâ ñaëc 46 Söï khöû muoái töø nöôùc 46 Thieát bò boác hôi taän duïng nhieät thaûi 46 IX. Nguyeân lyù thieát keá: 47 1.Löïa choïn thieát bò boác hôi 47 2.Löïa choïn vaät lieäu 48 IX. Caùc thaønh phaàn cuûa thieát bò boác hôi 50 Thaân cuûa thieát bò boác hôi 51 Thieát bò thieát bò taùch loûng hôi 53 Thieát bò ngöng tu 54ï Heä thoáng chaân khoâng 55 Ñieàu chænh thieát bò boác hôi 56 Nguyeân cöùu thieát bò boác hôi 56 Vaán ñeà veä sinh 57 I.GIÔÙI THIEÄU Söï bay hôi laø moät quaù trình taùch rôøi vaät lyù, noù laáy ñi phaàn hôi töø dung dòch loûng hoaëc hoãn hôïp nhôø söï boác hôi vaø nhaän ñöôïc saûn phaåm coâ ñaëc cuûa thaønh phaàn khoâng bay hôi. Ñoái vôùi thöùc aên loûng, söï bay hôi laáy ñi haàu heát nöôùc keát quaû laø saûn phaåm coâ ñaëc coù theå ñöôïc duøng cho nhöõng quy trình xa hôn nhö qua ùtrình saáy. Quaù trình bay hôi ñöôïc söû duïng roäng raõi trong vieäc coâ ñaëc nöôùc traùi caây rau quaû, söõa, caø pheâ trích ly, tinh luyeân ñöôøng vaø muoái. Söï maát ñi dung löôïng nöôùc laøm giaûm troïng löôïng vaø dung tích saûn phaåm, giaûm chi phí nhaø kho vaø vaän chuyeån, vaø caûi thieän söï oån ñònh cuûa saûn phaåm. Söï bay hôi ñöôïc taoï ra nhö laø 1 quy trình cô baûn cuûa vieäc coâ ñaëc thöùc aên loûng, maëc duø 1 vaøi phöông phaùp môùi coù söï thuaän lôïi ñaëc bieät nhö ñoùng baêng vaø thaåm thaáu ngöôïc. Söï bay hôi ñöôïc söû duïng nhö laø 1 quaù trình tieàn coâ ñaëc cho phaân laäp söõa vaø caø pheâ hoøa tan, tröôùc khi saáy. Hieäu suaát cuûa söï bay hôi nöôùc thì cao hôn ( 90% ) so vôùi quaù trình saáy (60% ). Kó thuaät thieát keá daøn bay hôi laø döïa treân hieäu quaû cuûa söï truyeàn nhieät töø moâi tröôøng sang saûn phaåm loûng, hieäu quaû cuûa söï taùch hôi nöôùc vaø söû duïng nguoàn naêng löôïng. Caùc döõ lieäu kó thuaät ñöôïc cung caáp bôûi nhaø saûn xuaát caùc thieát bò bay hôi. Trong öùng duïng thöïc phaåm, söï boác hôi can duy trì chaát löôïng cuûa saûn phaåm, vaø thieát bò bay hôi phaûi phuø hôïp vôùi ñieàu kieän veä sinh vaø quy trình saûn xuaát. Daøn bay hôi cuõng ñöôïc söû duïng cho chaát thaûi, giöõ laïi saûn phaåm phuï höõu ích vaø giaûm doøng chaát thaûi ra moâi tröôøng. II. SÖÏ TRUYEÀN NHIEÄT TRONG THIEÁT BÒ BOÁC HÔI Moät löôïng lôùn naêng löôïng nhieät phaûi ñöôïc truyeàn töø moâi tröôøng laøm noùng xuyeân qua lôùp kim loaïi cuûa thieát bò tôùi dung dich loûng. Nhu caàu nheät ñöôïc quyeát ñònh bôûi vaät lieäu vaø caân baèng naêng löôïng quanh moãi thieát bò bay hôi vaø treân toaøn boä heä thoáng. Söï truyeàn nhieät giöõa beà maët kim loai vaø dung dòch laø coâng ñoaïn quan troïng nhaát trong söï bay hôi. Do ñoù ñieän trôû nhieät cuûa lôùp ngaên vaø moâi tröôøng laøm noùng ñöôïc caân nhaéc laø nhoû hôn. Söï truyeàn nhieät treân beà maët lieân quan tröc tieáp tôùi tính chaát vaät lyù vaø moâ hình doøng chaûy cuûa dung dòch. 1.Tính chaát vaät lyù: Tính chaát vaät lyù chaát loûng coù taàm quan troïng tröïc tieáp tôùi söï boác hôi, ñoù laø ñoä nhôùt, ñoä daãn nhieät, ñoä ñaëc, nhieät dung rieâng, söùc caêng beà maët vaø söï taêng ñieåm soâi. Döõ lieäu veà ñoä nhôùt vaø ñoä daãn ñieän trong caùc taøi lieäu thöïc phaåm ñöôïc vieát bôûi Saravacos vaø Maroulis ( 2001 ). Taàm quan troïng cuûa tính chaát vaät lyù tôùi söï bay hôi ñöôïc vieát bôûi Chen (1993 ). Söùc caêng beà maët cuûa nöôùc laø 73 dyn/cm hay 73mJ/m2 (25oC) vaø noù giaûm ñaùng keå khi thaønh phaàn höõu cô coù maët trong dung dòch. Söùc caêng beà maët cuûa dung dòch loûng thöïc phaåm thöôøng thaáp hôn (côõ 30 dyn/c), tuøy thuoäc vaøo thaønh phaàn chaát hoaït ñoäng beà maët hieän höõu. Söï taêng ñieåm soâi (BPE) gaây ra bôûi söï töông taùc laãn nhau vaø ñoù laø ñieàu khoâng mong muoán trong quaù trình boác hôi. Vì vaäy noù ñoøi hoûi nhieät ñoä cao hôn cuûa moâi tröôøng nhieät ñeå taùc ñoäng tôùi cuøng moät ñieàu kieän phaùt ñoäng. Noù ñaëc bieät cao trong dung dòch coâ ñaëc muoái aên vaø kieàm. Söï taêng ñieåm soâi cuûa thöïc phaåm loûng laø töông ñoái thaáp, vaø trong haàu heát caùc tröôøng hôïp noù ñöôïc boû qua trong tính toaùn truyeàn nhieät. Noù trôû neân quan troïng trong dung dich ñöôøng coâ ñaëc vaø nhöõng thaønh phaàn coù phaân töû löôïng thaáp khaùc. Caùc thaønh phaàn coù phaân töû löôïng cao thì bò hoøa tan hoaëc phaân taùn trong nöôùc nhö tinh boät, pectin, protein aûnh höôûng khoâng ñaùng keå tôùi söï taêng ñieåm soâi. Ñoái vôùi dung dòch ñöôøng, nhö laø nöôùc eùp traùi caây, 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 đoán 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 ngoài và trong. Phần cấp nhiệt được tính toán 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 thoát, chi phí bảo dưỡng và sụt giảm sản phẩm trong khi ngừng cọ rữa. Tích bẩn bao gồm sư tích lũy, là kết tủa của muối vô cơ trên bề mặt cấp nhiệt, kết tủa protein, ăn mòn, tích bẩn sinh học và tích tụ đông đặc. Sự tích bẩn kéo theo sự kích nổ, trao đổi chất và gắn kết với bề mặt cấp nhiệt và tach rời tích lũy chất lỏng.Trong thiết bị cô đặc và những thiết bị truyền nhiệt khác, tích bẩn được gây ra bởi sự hấp phụ và biến tính của các phân tử sinh học như protein , pectin, tinh bột trên bề mặt truyền nhiệt. Kinh nghiệm tương quan của lực cản tích bẩn tới thời gian vận hành cho những ứng dụng cụ thể rất hữu ích để xác định chu kì làm sạch tối ưu, bao lâu thì có thể bảo trì hệ thống. Việc sử dụng lực cản hoặc độ nhiễm bẩn chỉ đưa ra giá trị gần đúng cho một thiết bi và sản phẩm cụ thể. Thực tế sẽ chính xác hơn là dùng giá trị tin cậy của hệ số truyền nhiệt chung.Giá trị điển hình của U cho thiết bị bay hơi được thể hiện trong bảng 7-1. 4- Söï truyeàn nhieät trong thieát bò boác hôi kieåu chaûy maøng. Söï thoaùt hôi nöôùc baèng phöông phaùp maøng rôi, maøng treo hay keát hôïp caû hai phöông phaùp ñöôïc söû duïng roäng raõi trong caùc daøn boác hôi thöïc phaåm. Bôûi vì lôïi theá cuûa chuùng laø quaù trình ñôn giaûn, chi phí veà thieát bò vaø vaän haønh thaáp. Hình 1 phaùc hoïa nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa thieát bò boác hôi kieåu maøng hôi vaø maøng treo. 4.1.Thieát bò boác hôi maøng rôi. Trong thieát bò boác hôi kieåu maøng rôi, chaát loûng chaûy thaønh maøng xuoáng doïc theo beà maët boác hôi ( beân trong voû oáng hay baûn moûng) bôûi troïng löïc. Trong khi ñoù nhieät ñöôïc truyeàn xuyeân qua töôøng nhôø hôi nöôùc. Hoãn hôïp chaát loûng vaø hôi nöôùc ñöôïc thoaùt ra beân döôùi cuûa oáng ( hay baûn moûng) vaø ñi vaøo trong thieát bò phaân rieâng loûng hôi. Sau ñoù taäp trung chaát chaát loûng bôm ra ngoaøi, coøn hôi nöôùc chuyeån tröïc tieáp vaøo thieát bò ngöng tuï. Trong thieát bò maøng rôi, löu löôïng chaát loûng nhoû nhaát treân töøng ñôn vò chieàu daøi cuûa beà maët daãn hay laø “toác ñoä daãn”(; kg/ms) ñöôïc thu nhaän töø thöïc nghieäm (Minton,1986) ta coù phöông trình. min = 0.008 ( s3)1/5 Trong ñoù : : laø ñoä nhôùt ( mPa.s) s : khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc : söùc caêng beà maët cuûa chaát loûng ( dyn/cm) Baûng 1: Moät soá giaù trò ñaëc tröng cuûa heä soá truyeàn nhieät Daïng thieát bò boác hôi Thöïc phaåm daïng loûng U, W/m2 K Maøng rôi, daïng oáng Nöôùc eùp traùi caây 12-65o Brix 2000-600 Maøng rôi, daïng baûn moûng Söõa 10-30% TS 2500-1500 Maøng treo daïng oáng Söõa 10-35% TS 2000-1200 Ñoái löu cöôõng böùc Xi-roâ ñöôøng 15-65o Brix 2500-1500 Maøng khuaáy Boät rau traùi 1500-700 (Soá lieäu ñöôïc laáy töø Saravacos vaø Maroulis (2001)) Hình 1. Bieåu ñoà veà nguyeân lyù cuûa thieát bò boác hôi kieåu maøng rôi (a) vaø maøng treo (b) L: chaát loûng ; V: hôi nöôùc ; S: hôi. Theo caùch ñoù thì löu löôïng nöôùc nhoû nhaát ôû 80oC daïng maøng doïc beà maët seõ laø min= 0.008(0.356 x 683)1/5 = 0.008 x 10.23 = 0.08 kg/m.s Maøng thöïc phaåm loûng coù theå chaûy daïng moûng hôn so nöôùc tinh khieát (coù theå xem laø söùc caêng beà maët nhoû hôn ), taêng heä soá truyeàn nhieät. Löu löôïng nhoû nhaát ñoái vôùi thöïc phaåm loûng coù söùc caêng beà maët laø 34 dyn/cm min=0.008(34/68)3/5 = 0.052 kg/m.s Heä soá Reynolds cuûa maøng rôi ñöôïc tính bôûi phöông trình ruùt goïn ( Perry vaø Green,1997) Re = 4/ Ñoái vôùi nöôùc noùng 80oC chaûy vôùi löu löôïng nhoû nhaát thì heä soá Reynolds seõ laø Re = 4 x 0.08/0.356 = 900 , doøng chaûy taàng Heä soá truyeàn nhieät cao hôn ( h ) thu ñöôïc trong cheá ñoä chaûy roái khi Re > 2100. Phöông trình thöïc nghieäm döôùi ñaây coù theå ñöôïc söû duïng ñeå ñaùnh giaù heä soá truyeàn nhieät cuûa maøng nöôùc trong cheá ñoä chaûy roái. h = 9150 1/3 Heä soá truyeàn nhieät cuûa chaát loûng khi chaûy roái ñoái vôùi loaïi maøng rôi ñöôc tính bôûi phöông trình thöïc nghieäm chung : h = 0.01 (.Re.Pr)1/3 Trong ñoù : = (32g/2) Re = 4/ Pr = Cp/ Khi söû duïng heä ñôn vò SI thì 1/3 coù ñôn vò laø heä soá truyeàn nhieät ( W/m2 K) Söï minh hoïa sau ñaây, söï chaûy cuûa maøng nöôùc taïi 80oC treân doïc beà maët cuûa thieát bò coù = 0.5 kg/m.s laø hoãn loaïn : ñoä nhôùt cuûa nöôùc ôû 80oC laø = 0.356 mPas = 0.000356 Pas Ta tính ñöôïc: Re = 4/ = 4 x 0.5/0.000356 = 5618. Vôùi = 0.67 W/m K, = 972 kg/m3 vaø g = 9.81 m/s2 Suy ra = [(0.67)3 x (972)2 x 9.81 ]/(0.000356)2 = 21.8 x 1012 Vaø 1/3= 28000 Pr = (4100 x 0.000356)/ 0.67 = 2.2 vaø Pr1/3=1.3 h = 0.01 x (21.8 x 1012 x 2.2 x 5618 )1/3 = 6440 W/m2 K. Qua thöïc nghieäm nhaän ra raèng heä soá truyeàn nhieät chung ( U) ñoái vôùi söï bay hôi cuûa nöôùc ôû nhieät ñoä 80oC laø U = 2000 W/m2K. Phöông trình (7.3) coù theå ñöôïc duøng ñeå xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät thöïc nghieäm cuûa beà maët boác hôi (hi), giaû thieát khoâng tích tuï baån : 1/hi = 1/U – x/ - 1/hs. Beà daøy cuûa thaønh oáng laø x= 3 mm ( 2inch oáng, 10 gause), ñoä daãn nhieät cuûa theùp khoâng ræ laø = 15 W/mK. Hôi thöù coù heä soá truyeàn nhieät coù theå giaû ñònh laø hs= 10 000 W/m2K. Tính ra 1/hi = 1/2000 -3/15 000 – 1/10 000 vaø suy ra hi = 5 000 W/m2K (beà maët saïch). Phöông trình ñôn giaûn ñoái vôùi maøng nöôùc (7.6) lôïi töùc heä soá truyeàn nhieät döôùi ñaây, cho = 0.5 kg/m.s : hi = 9 150 x 0.51/3 = 7264 W/m2K. Phöông trình (7.6) ñaõ tính quaù cao heä soá truyeàn nhieät cuûa nöôùc soâi.Phöông trình thöïc nghieäm toång quaùt cuõng tính giaù trò heä soá truyeàn nhieät cao hôn so vôùi giaù trò thöïc nghieäm, nhöng noù coù ích ñeå ñaùnh giaù gaàn ñuùng caùc dung dòch khaùc. Döï ñoaùn heä soá truyeàn nhieät tæ leä nghòch vôùi ñoä nhôùt muõ 2/3 ( 2/3) .hi¥ 1/h2/3 Heä soá truyeàn nhieät tính toaùn ñöôïc cuûa beà maët boác hôi (hi) töø U phuï thuoäc nhieàu vaøo heä soá truyeàn nhieät cuûa hôi (hs) vaø löïc caûn tích luõy ñieàu maø khoù döï ñoaùn chính xaùc. Vì lyù do naøy, heä soá truyeàn nhieät thí nghieäm toång coäng deã nhaän ra trong thöïc haønh. 4.2.Thieát bò boác hôi treo. Thieát bò boác hôi treo ñöôïc tìm thaáy trong caùc öùng duïng ít hôn so vôùi thieát bò daïng maøng. Bôûi vì thôøi gian löu truù cuûa noù daøi hôn, nhieät ñoä cuûa quaù trình vaø ñoä cheânh leäch aùp suaát cuõng cao hôn. Ñieàu ñoù ñoøi hoûi tieâu toán nhieàu naêng löôïng hôn vaø coù theå laøm nguy haïi ñeán chaát löôïng cuûa nhöõng thöïc phaåm loûng nhaïy caûm vôùi nhieät nhö nöôùc eùp traùi caây. Tuy nhieân, heä thoáng maøng treo laïi khoâng ñoøi hoûi nhöõng boä phaân phoái ñaëc bieät, chuùng coù hieäu suaát truyeàn nhieät cao vaø chuùng khoâng bò ngeït nhieàu nhö nhöõng boä phaän trong thieát bò maøng rôi. Trong heä thoáng maøng treo, chaát loûng baét ñaàu ñöôïc ñun soâi trong oáng, nhöõng bong boùng hôi nöôùc ñöôïc saûn xuaát ra, to daàn leân vaø boác leân bôûi ñoái löu töï nhieân. Cuoái cuøng taïo thaønh daïng maøng treân thaønh keùo daøi ñeán taän ñænh cuûa oáng, daãn ñeán hôi nöôùc taêng nhanh hôn. Moät laàn nöõa, hoån hôïp chaát loûng vaø hôi nöôùc ñöôïc taùch chaát loûng. Chaát loûng coù theå taùi söû duïng hay taùch khoûi chu trình saûn xuaát, vaø hôi nöôùc thì ñöôïc ngöng tuï. Trong daøn boác hôi kieåu maøng treo, chaát loûng ñöôïc cung caáp vaøo beân döôùi cuûa oáng doïc, vaø nöôùc boác hôi daàn daàn cuõng nhö hoãn hôïp loûng hôi ñöôïc chuyeån leân treân. Trong ñieàu kieän lyù töôûng, beà maët cuûa thieát bò boác hôi ñöôïc bao phuû hoaøn toaøn bôûi maøng chaát loûng vaø doøng hôi nöôùc nhö bong boùng, theå nuùt hay taàng hôi loûng. Taïi ñænh chia cuûa oáng hôi nöôùc vôùi vaän toác nhanh coù theå loâi cuoán theo moät ít chaát loûng ôû daïng nhoû gioït laøm giaûm heä soá truyeàn nhieät. Bôûi vaäy, tæ leä cuûa hôi nöôùc trong oáng boác hôi coù vai troø quan troïng trong truyeàn nhieät. Ñaïi löôïng thöïc nghieäm cuûa söï truyeàn nhieät trong nhaø maùy saûn xuaát thöû thieát bò boác hôi daïng maøng treo ñöa ra phöông trình thöïc nghieäm coù theå aùp duïng ñöôïc (Bourgois and Lemaguer,1984,1987): Nu = 8.5 Re0.2 Pr1/3 S2/3 Trong ñoù : S : heä soá tröôït (laø heä soá hôi nöôùc ñoái vôùi vaän toác chaát loûng trong oáng boác hôi. Nhöõng heä soá Re, Nu vaø Pr ñöôïc quyeát ñònh taïi vò trí giöõa, söû duïng vaän toác trung bình vaø giaù trò ñaëc tröng. Nhöõng giaù trò thöïc nghieäm vôùi söï coâ ñaëc nöôùc eùp traùi caây trong caùc saûn phaåm thöû vaø thieát bò boác hôi maøng treo coâng nghieäp coù hieäu suaát truyeàn nhieät toång quaùt (U) giaûm töø 1500 W/m2K ( ôû döôùi 15o Brix ) ñeán gaàn 1000 W/m2K ( treân 60o Brix) trong oáng coâ ñaëc. Vaän toác maøng chaát loûng taïi ñaùy vaø ñænh oáng coâ ñaëc töông öôùng laø 1.27 vaø 1.97 m/s. Vaän toác töông öôùng cuûa doøng hôi cao hôn raát nhieàu (48.4 vaø 59 m/s). Bôûi vaäy ñoái vôùi maøng rôi, söùc caêng beà maët ñoùng vai troø quan troïng trong caáu taïo maøng. Daïng thöïc phaåm coù söùc caêng beà maët nhoû hôn nöôùc seõ bao phuû beà maët truyeàn nhieät laøm hieäu quaû hôn nhieàu so vôùi nöôùc tinh khieát, vôùi heä soá truyeàn nhieät cao hôn. 5. Thieát bò coâ ñaëc nöôùc eùp traùi caây baèng maøng rôi. Daøn boác hôi maøng rôi ñöôïc söû duïng roäng raõi taäp trung ôû nöôùc eùp traùi caây vaø soá lieäu thöïc nghieäm cuûa heä soá truyeàn nhieät ñöôïc söû duïng ñeå thieát keá vaø öôùc löôïng cuûa nhöõng boä phaän coâng nghieäp. Thaønh phaàn caáu taïo khaùc nhau cuûa taùo vaø nho ñöôïc söû duïng trong ñaïi löôïng ño thí nghieäm, söû duïng thieát bò boác hôi thöû nghieäm taïi xöôûng thí nghieäm noâng nghieäp ôû New York, Cornell University, Geneva, New York ( Saravacos et al .,1970). Thieát bò boác hôi ñoù coù coù moät lôùp aùo hôi doïc oáng, ñöôøng kính 50 mm vaø daøi 3.3 m, vôùi beà maët truyeàn nhieät 0.46 m2. Soá lieäu quaù trình boác hôi ñaït ñöôïc coù nhieät ñoä soâi vaø cheá ñoä chaûy khaùc nhau. Hình 2 cho thaáy heä soá truyeàn nhieät toång quaùt (U) cuûa nöôùc eùp traùi caây ñaõ ñöôïc laøm trong taêng töø 1300 ñeán 2000 W/m2K, vaø nhieät ñoä soâi cuõng taêng 20 ñeán 100oC. Giaù trò taêng cuûa U ñaït ñöôïc bôûi söï giaûm vaän toác cuûa dòch nöôùc eùp ôû nhieät ñoä cao. Nhöõng dòch eùp trong laø chaát löu Newton vaø naêng löôïng hoaït hoùa cuûa doøng chaûy taêng ñoät ngoät ôû ñoä coâ ñaëc cao hôn( 50kJ/mol taïi 60o Brix (Saravacos, 1970, Saravacos and Maroulis,2001) Hình 2: Söï taêng heä soá truyeàn nhieät toång (U) cuûa nöôùc nho ñaõ loïc vôùi nhieät ñoä soâi. Soá lieäu töø Saravacos et al (1970) Heä soá truyeàn nhieät toång giaûm ñaùng keå khi nöôùc eùp bò coâ ñaëc ( hình 7-3). Bôûi vaäy, giaù trò U cuûa nöôùc nho ñaõ ñöôïc loïc giaûm töø 1900 ñeán gaàn 1200 W/m2K khi maø ñoä Brix coù giaù trò taêng töø 20 ñeán 65o Brix. Giaù trò U thaáp ñaït ñöôïc khi coâ ñaëc nöôùc nho chöa ñöôïc loïc, 1350 ñeán 650 W/m2K. Söï giaûm ñaùng keå trong cheá ñoä truyeàn nhieät laø hieån nhieân bôûi vì tích tuï baån treân beà maët boác hôi vôùi caùc phaàn töû vaø boä phaän höõu cô, nhöõng chaát keát tuûa tích tuï laïi. Neân chuù yù ñeán söï coâ ñaëc dòch eùp chöa loïc neân duøng ôû 60o Brix, bôûi vì nhöõng ñieàu ñoù aûnh höôûng ñeán hieäu quaû cuûa quaù trình. Heä soá truyeàn nhieät ñaït ñöôïc vôùi dòch nöôùc taùo coù loïc vaø khoâng qua loïc laø töông töï nhau.(Hình 4). Dòch taùo cho heä soá U coù giaù trò giöõa 2000 vaø 1150 W/m2K trong giôùi haïn 10 ñeán 65o Brix, trong khi ñoù dòch nöôùc khoâng loïc coù giaù trò giöõa 1480 vaø 740 W/m2K trong khoaûng töø 10 ñeán 60o Brix ( Saravacos et al.,1970). Depectinization ( boû qua xöû lyù nhöõng pectin keo tuï baèng thuûy phaân baèng enzyme vaø loïc ) thöôøng ñöôïc duøng trong saûn xuaát ra nöôùc taùo coâ ñaëc. III-CAÙC HEÄ THOÁNG THIEÁT BÒ BOÁC HÔI: 1 Heä thoáng moät thieát bò coâ chaân khoâng coù thaùp ngöng hôi thöù Heä thoáng coâ loaïi naøy ñöôïc theå hieän ôû hình 3 , noù goàm coù thieát bò coâ chaân khoâng, thieát bò ngöng tuï hôi thöù daïng thaùp coù oáng thuûy löïc bôm chaân khoâng. Thieát bò coâ chaân khoâng goàm coù hai phaàn: phaàn ñaùy goïi laø buoàng ñoát, noù laø thieát bò trao ñoåi nhieät giöõa hôi hôi ñoát laø hôi nöôùc noùng töø noài hôi hoaëc töø thieát bò coâ aùp suaát dö vôùi dung dòch dang coâ. Thieát bò trao ñoåi nhieät trong tröôøng hôïp naøy thöôøng laø loaïi oáng chuøm coù voû boïc hoaëc noái hai voû( naêng suaát thaáp). phaàn treân laø khoâng gian boït vaø phaân ly hôi thöù khoûi dung dòch ñang boác hôi. Do hôi thöù coù nhieät ñoä thaáp (vì aùp suaát chaân khoâng) neân khoâng söû duïng thaønh nguoàn nhieät maø phaûi ñem ngöng tuï thaønh theå loûng trong thaùp ngöng tuï tröïc tieáp nhaèm traùnh tieâu toán ñieän naêng cho bôm chaân khoâng. Bôm chaân khoâng chæ phaûi huùt khoâng khí khoâng ngöng, chuû yeáu laø khoâng khí laãn trong dung dòch hoaëc chui vaøo heä thoáng qua caùc moái gheùp hôû. Hình 3. Sô ñoà heä thoáng coâ chaân khoâng : 1- thieát bò coâ chaân khoâng ;2- thaùp ngöng tuï hôi thöù; 3- bôm chaân khoâng ;nl-nguyeân lieäu laø dung dòch coù noâng ñoä thaáp ;sp- saûn phaåm laø dung dòch coù noàng ñoä cao; hd- hôi ñoát ; nn- nöôùc ngöng; ht- hôi thöù;n- nöôùc maùt; K- khí khoâng ngöng. Chieàu cao oáng thuûy löïc döôùi thaùp ngöng tuøy thuoäc aùp suaát chaân khoâng trong heä thoáng. Coâ chaân khoâng ñöôïc aùp raát roäng raõi trong coâng nghieäp hoùa chaát, ñaëc bieät laø trong coâng nghieäp cheâ bieán caùc saûn phaåm thöïc phaåm, döôïc phaåm vaø y hoïc. Do nhieät boác hôi thaáp neân khoâng laøm chaùy, gaây saãm maøu, maát maøu ñaëc tröng, toån thaát vitatmin, cho saûn phaåm chaát löôïng cao. Nhieät boác hôi thaáp laøm cho hieäu nhieät ñoä trung bình giöõa hôi ñoát vaø dung dòch taêng daãn ñeán cöôøng ñoä truyeàn nhieät lôùn. nhieät ñoä boác hôi thaáp cho pheùp ta söû duïng hôi thöù cuûa quaù trình coâ aùp suaát dö hay nguoàn nhieät thaûi cuûa quaù trình saûn xuaát naøo ñoù gaàn keà: toån thaát nhieät ra moâi tröôøng xung quanh ít. Hình 4 bieåu dieãn heä thoáng thieát bò coâ chaân khoâng vôùi thieát bò ngöng tuï hôi thöù laø loaïi oáng chuøm coù voû boïc. nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa thieát bò naøy cuõng gioáng nhö ôû hình 3. Ñieåm khaùc laø hôi thöù ngöng tuï vaø nöôùc laøm maùt khoâng troän laãn vaøo nhau. Hôi thöù ngöng tuï thaønh theå loûng vaø khí khoâng ngöøng chaûy vaøo bình chöùa, sau ñoù khí khoâng ngöøng ñöôïc bôm chaân khoâng huùt vaø ñaåy ra ngoaøi. Tröôøng hôïp naøy hôi thöù laø saûn phaåm khoâng ngöøng chaûy vaøo hai bình soá 3. Bình soá 4 duøng duy trì aùp suaát chaân khoâng nhaèm traùnh va ñaäp thuûy tónh cho bôm chaân khoâng. Noùi chung heä thoáng moät thieát bò boác hôi naêng suaát thaáp, hieäu quaû nhieät khoâng cao, chæ phuø hôïp vôùi saûn xuaát nhoû. Ñeå laøm bay hôi 1Kg hôi thöù caàn töø 1.05 ñeán 1Kg hôi ñoát. Hình 4. sô ñoà heä thoáng moät thieát bò boác hôi chaân khoâng vôùi thieát bò ngöng tuï oáng chuøm 1-thieát bò boác hôi; 2- thieát bò ngöng tuï; 3-bình chöùa; 4- bình chöùa khí khoâng ngöng ôû aùp suaát chaân khoâng; 5- bôm chaân khoâng; nl- nguyeân lieäu; sp- saûn phaåm; ht- hôi thöù; tp- thaønh phaåm; n-nöôùc maùt; k- khí khoâng ngöng. 2.Heä thoáng boác hôi nhieàu thieát bò Heä thoáng boác hôi nhieàu thieát bò laøm vieäc theo nguyeân taéc cô baûn laø: hôi ñoát saïch ( hôi nöôùc noùng laáy töø noài hôi) ñöôïc caáp cho thieát bò boác hôi thöù nhaát, sau khi caáp nhieät, noù ngöng laïi thaønh nöôùc ngöng xaû ra ngoaøi. Hôi thöù cuûa thieát bò thöù nhaát seõ ñöôïc söû duïng laøm hôi ñoát cho thieát bò boác hôi thöù hai, hôi thöù cuûa thieát bò boác hôi thöù hai laïi laø hôi ñoát cuûa thieát bò thöù ba v.v. Ñöông nhieân do toån thaát nhieät ñoä neân nhieät ñoä boác hôi cuûa caùc thieát bò phía sau thaáp hôn thieát bò phía tröôùc. Ñoàng thôøi aùp suaát cuûa hôi thöù trong thieát bò phía sau thaáp hôn aùp suaát hôi thöù trong thieát bò phía tröôùc. Aùp suaát hôi thöù cuûa thieát bò cuoái cuøng coù theå thaáp hôn aùp suaát khí quyeån (aùp suaát chaân khoâng). Soá thieát bò boác hôi trong moät heä thoáng coù theå laø hai, ba, boán, naêm,… hoaëc toái ña laø möôøi. Nhôø caùch ñaáu nhieàu thieát bò boác hôi lieân tieáp nhö vaäy maø ta ñaõ tieát kieäm ñöôïc naêng löôïng moät caùch ñaùng keå. Ñeå laøm bay hôi 1 kg hôi nöôùc töø dung dòch vôùi heä thoáng hai thieát bò thì chæ caàn 0,57 kg hôi ñoát saïch; vôùi ba thieát bò laø 0,4 kg; boán thieát bò laø 0,3 kg; naêm thieát bò laø 0,27 kg. Sau ñaây laø moät soá heä thoáng boác hôi nhieàu thieát bò 2.1 Heä thoáng ba thieát bò boác hôi doøng cuøng chieàu Ñaây laø heä thoáng boác hôi ñöôïc söû duïng nhieàu trong coâng nghieäp thöïc phaåm, sinh hoïc vaø hoaù chaát, xem hình 5. Nguyeân taéc laøm vieäc cuûa heä thoáng naøy laø chuyeån ñoäng cuûa doøng hôi ñoát vaø dung dòch caàn coâ (dung dòch boác hôi nhaèm naâng cao noàng ñoä) laø doøng cuøng chieàu. Hình 5. Sô ñoà heä thoáng ba thieát ba thieát bò boác hôi doøng cuøng chieàu: 1- boàn chöùa dung dòch ban ñaàu; 2- thuøng chöùa cao; 3- thieát bò ño löu löôïng; 2’- bôm; 4- bôm; 5- thieát bò gia nhieät; 6,7,8- thieát bò boác hôi thöù nhaát, thöù hai, thöù ba; 9- thieát bò ngöng töï coù oáng thuyû löïc; 10- thieát bò phaân ly loûng khoûi khí khoâng ngöng; 11- thuøng chöùa saûn phaåm; 12- caùc oáng xaû nöôùc ngöng; 13- oáng thuûy löïc; 14- oáng xaû khí khoâng ngöng cho buoàng ñoát coù aùp suaát thaáp hôn aùp suaát khí quyeån; 15- bôm thaùo saûn phaåm; h.d- hôi ñoát saïch; n.n- nöôùc ngöng; k- khí khoâng ngöng. Dung dòch ban ñaàu chöùa ôû boàn soá 1 roài ñöôïc bôm 2’ bôm leân thuøng cao vò 2, coù oáng chaûy traøo veà boàn 1. Thuøng cao vò coù taùc duïng oån ñònh aùp löïc doøng chaûy. Neáu trôû löïc cuûa thieát bò gia nhieät 5 khoâng lôùn thì khoâng caàn bôm 4. Tröôùc khi chaûy vaøo thieát bò boác hôi 6 thì dung dòch ñaõ ñöôïc laøm noùng baèng hôi thöù cuûa chính thieát bò soá 6; möùc ñoä naâng nhieät tuyø thuoäc vaøo löông hôi thöù vaø thieát bò gia nhieät. Hôi ñoát saïch ñöôïc caáp vaøo buoàng ñoát thieát bò soá 6. Hôi thöù cuûa thieát bò soá 6 ñöôïc chia ñöôïc chia thaønh 2 phaàn, moät phaàn laøm hôi ñoát cho thieát bò gia nhieät, phaàn coøn laïi laøm hôi ñoát cho thieát bò boác hôi thöù hai laø soá 7. Dung dòch ñaõ ñöôïc coâ ôû thieát bò soá 6 seõ töï chaûy sang thieát bò soá 7 roài soá 8 nhôø cheânh leäch aùp suaát. Hôi thöù cuûa thieát bò soá 7 laø hôi ñoát cuûa thieát bò soá 8. Hôi thöù cuûa thieát bò soá 8 ñöôïc ñöa sang ngöng tuï taïi thieát bò soá 9. Aùp suaát cuûa hôi thöù trong thieát bò soá 8 laø aùp suaát chaân khoâng, neân nhieät ñoä boác hôi laø thaáp nhaát. Dung dòch ñaït noàng ñoä yeâu caàu seõ ñöôïc bôm 15 ñöa sang thuøng chöùa saûn phaåm 11. Khí khoâng ngöng ñöôïc bôm chaân khoâng (trong hình khoâng theå hieän) huùt vaø xaû ra ngoaøi. Öu ñieåm chính cuûa heä thoáng doøng cuøng chieàu laø khoâng caàn duøng bôm vaän chuyeån dung dòch töø thieát bò boác hôi naøy sang thieát bò boác hôi phía sau. Nhöôïc ñieåm cuûa noù laø laøm taêng maïnh ñoä nhôùt do noàng ñoä taêng daàn maø nhieät ñoä laïi giaûm daàn, neân cöôøng ñoä truyeàn nhieät trong caùc buoàng ñoát giaûm ñi. 2.2 Heä thoáng boác hôi doøng ngöôïc chieàu Sô ñoà heä thoáng ba thieát bò boác hôi doøng ngöôïc chieàu ñöôïc theå hieän ôû hình 6. Hôi ñoát ñi theo chieàu töø thieát bò ñaàu ñeán thieát bò cuoái coøn dung dòch laïi vaøo thieát bò cuoái vaø ra ôû thieát bò ñaàu nhôù bôm. Nhieät ñoä vaø noàng ñoä cuûa dung dòch taêng daàn neân hieäu quaû truyeàn nhieät ôû caùc buoàng ñoát toát hôn. Nöôùc ngöng cuõng ñöôïc xaû ra ngoaøi nhôø thieát bò xaû nöôùc ngöng (treân hình khoâng theå hieän). Heä thoáng boác hôi doøng ngöôïc chieàu coù öu ñieåm laø cöôøng ñoä truyeàn nhieät cuûa caùc buoàng ñoát gaàn nhö nhau vaø ôû möùc cao maëc duø noàng ñoä dung dòch taêng daàn. Nhöôïc ñieåm laø phaûi chi phí naêng löôïng cho bôm vaän chuyeån dung dòch, heä thoáng phöùc taïp hôn. Heä thoáng kieåu naøy thöôøng ñöôïc duøng ñeå coâ dung dòch taêng nhanh ñoä nhôùt khi noàng ñoä taêng. Hình 6. Sô ñoà heä thoáng ba thieát bò boác hôi doøng ngöôïc chieàu: 1,2,3- caùc thieát bò boác hôi; 4- thieát bò ngöng tuï coù oáng thuûy löïc; h.d- hôi ñoát saïch; n.n- nöôùc ngöng; B- bôm; K- khoâng khí ngöng; ht1, ht2, ht3- hôi thöù cuûa töøng thieát bò; n.l- dung dòch nguyeân lieäu; sp- thuøng chöùa saûn phaåm (dung dòch cuoái). 2.3 Heä thoáng nhieàu thieát bò boác hôi laøm vieäc song song Ñaëc ñieåm chính cuûa heä thoáng naøy laø dung dòch ban ñaàu ñöôïc caáp cho taát caû caùc thieát bò, hôi ñoát saïch ñöôïc caáp cho thieát bò thöù nhaát, hôi thöù cuûa thieát bò ñaàu laø hôi ñoát caûu thieát bò tieáp theo. Hôi thöù cuûa thieát bò cuoái cuøng ñöôïc ngöng töï hoaøn toaøn trong thieát bò ngöng tuï coù oáng thuûy löïc. Khi naøo noàng ñoä dung dòch trong töøng thieát bò ñaït giaù trò theo yeâu caàu thì ñöôïc thaùo vaøo thuøng saûn phaåm (xem hình 7). Heä thoáng naøy ñöôïc duøng ñeå coâ ñaëc caùc dung dòch coù ñoä nhôùt raát cao vaø keát tinh, chuùng raát khoù chaûy thaäm chí taùc laøm taéc oáng daãn neáu cho chaûy chuyeån töø thieát bò tröôùc sang thieát bò sau. Hình 7. Sô ñoà heä thoáng ba thieát bò boác hôi laøm vieäc song song: 1,2,3- caùc thieát bò boác hôi; d- dung dòch ban ñaàu; h.d- hôi ñoát; ht1- hôi thöù cuûa thieát bò thöù nhaát cuõng ñoàng thôøi laø hôi thöù cuûa thieát bò thöù hai; ht2- hôi thöù cuûa thieát bò thö hai ñoàng thôøi laø hôi ñoát cuûa thieát bò thöù ba; ht3 hôi thöù cuûa thieát bò cuoái cuøng; sp- thuøng chöùa saûn phaåm; n- nöôùc; n.n- nöôùc ngöng; k- khoâng khí ngöng 2.4 Heä thoáng boác hôi doøng cuøng chieàu coù theâm thieát bò boác hôi boå sung Heä thoáng naøy ñöôïc aùp duïng khi nhieät ñoä cuûa hôi thöù trong thieát bò cuoái ñaõ quaù thaáp maø dung dòch vaãn chöa ñaït noàng ñoä mong muoán. Khi aáy, ta laép theâm thieát bò boác hôi söû duïng hôi ñoát coù nhieät ñoä cao (hôi ñoát saïch) ñeå coâ tieáp dung dòch ñeán noàng ñoä mong muoán. Thieát bò laép theâm goïi laø thieát bò boå sung. Hôi thöù cuûa thieát bò cuoái vaø cuûa thieát bò boå sung ñeàu ñöôïv ngöng tuï trong thaùp ngöng, saûn phaåm laáy ra ôû thieát bò boå sung, xem hình 8 Hình 8. Heä thoáng boác hôi doøng cuøng chieàu coù thieát bò boå sung: 1,2,3, bs- caùc thieát bò boác hôi; h.d- hôi ñoát saïch; d- dung dòch ban ñaàu; n- nöôùc; n.n- nöôùc ngöng; NT- thaùp ngöng tuï hôi thöù; K- khoâng khí ngöng; sp- thuøng chöùa saûn phaåm IV-TÍNH THIEÁT KEÁ CAÙC HEÄ THOÁNG BOÁC HÔI 4. Tính thieát keá caùc heä thoáng boác hôi Mục đích chính của việc thiết kế một hệ thống bốc hơi là xác định khối lượng nước bốc hơi (hơi thứ), số lượng và bề mặt truyền nhiệt, nhiệt lượng (thường là hơi nước nóng) cần cung cấp cho quá trình bốc hơi. Hơi nước cần dùng để cấp nhiệt cho quá trình bốc hơi được gọi là hơi đốt. Các số liệu ban đầu được dùng để tính toán là : loại dung dịch cần cô đặc ; khối lượng, nhiệt độ, áp suất, nồng độ đầu và cuối của quá trình cô ; lượng hơi thứ dùng làm hơi đốt ; áp suất trong thiết bị ngưng v.v. Cơ sở tính toán là các phương trình cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt của các thiết bị bốc hơi. Số lượng thiết bị bốc hơi trong hệ thống được xác địng trên cơ sở tính toán các kinh tế kỹ thuật. Bề mặt truyền nhiệt của từng thiết bị bốc hơi được tính toán thiết kế giống như các thiết bị trao đổi nhiệt đã đề cập ở phần đầu. 4-1 Heä thoáng moät thieát bò boác hôi Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của thiết bị bốc hơi được thể hiện ở hình III-8. Để tính được lượng hơi thứ bốc lên từ dung dịch cần cô ta dựa vào phương trình cân bằng khối lượng của dung dịch (gồm dung môi và chất hòa tan) hoặc của riêng chất hòa tan. Nếu coi tổn thất vật chất bằng không thì các phương trình cân bằng vật chất sẽ là : Với dung dịch ta có : Gđ = Gc + W (III-1) Với riêng chất hòa tan sẽ là : Gđ.xđ = Gc.xc (III-2) trong đó : Gđ, Gv - khối lượng dung dịch đầu , cuối quá trình bốc hơi ; W- khối lượng hơi thứ ; xđ ,xc - nồng độ đầu, cuối của dung dịch. Từ hai phương trình (III-1) và (III-2) ta dễ dàng thu được phương trình sau đây : W = Gđ .( 1 – ) (III-3) Chia 2 vế của phương trình trên cho Gđ ta có lượng nước bay hơi riêng là ω : ω = = 1 - (III-4) phương trình cân bằng nhiệt của thiết bị bốc hơi ở hình (III-8) là : (bỏ qua nhiệt độ khử nước) D.ihđ + Gđ.Cđ.tđ = Gc.Cc.tc + W.iht + D.inn + QT (III-5) Từ đó ta dễ dàng tìm được lượng hơi đốt cần cấp cho quá trình cô là D: (III-6) Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình bốc hơi là Q : Q = D (iht - inn) = Gc.Cc.tc - Gđ.Cđ.tđ + W.iht + QT (III-7) Trong đó : Cđ , Cc – nhiệt dung riêng của dung dịch vào, ra khỏi thiết bị ; tđ , tc - nhiệt độ đầu, cuối của dung dịch ; iht , inn - entapi của hơi đốt, nước ngưng ; QT - tổn thất nhiệt qua vỏ thiết bị bốc hơi ra môi trường xung quanh. Nếu chấp nhận sự phụ thuộc của nhiệt dung riêng vào nông độ là tuyến tính thì : Cc = Cn – m.xc (III-8) trong đó : Cc , Cn – nhiệt dung riêng của nước, dung dịch cuối quá trình cô ; m – hằng số ; xc - nồng độ cuối của dung dịch. khi đó ta có : Gc.Cc = Gc .( Cn - m.xc ) = ( Gđ – W ).( Cn – m. ) hay : Gc.Cc = Gc .( Cn - m.xc ) – W.Cn = Gđ.Cđ – W.Cn (III-9) Từ phương trình (III-7) và (III-9) ta tính được nhiệt lượng Q cần cung cho quá trình bốc hơi như sau : Q = Gđ.Cđ.( tc – tđ ) + W.( iht – Cn.tc ) + QT (III-10) Nhiệt lượng Q để dùng thiết kế buồng đốt như là thiết bị trao đổi trao đổi nhiệt giữa nguồn cấp nhiệt và dung dịch trong quá trình bốc hơi. Đối với thiết bị bốc hơi có công suất vừa và lớn thì buồng đốt thường là loại ống chùm lắp trong hay ngoài buồng bốc hơi. Nguồn cung cấp nhiệt là hơi nước bão hòa. Khi quá trình bốc hơi được tiến hành theo mẻ mang tính gián đoạn hay chu kỳ, ta cần tính thời gian cho mỗi mẻ là τ : τ = τ1 + τ2 (III-11) trong đó : τ1 – là thời gian cần để làm nóng dung dịch từ nhiệt độ đầu đến nhiệt độ bắt đầu sôi ; τ2 - thời gian bốc hơi ( thời gian cô đặc ) từ nồng độ đầu đến nồng độ cuối của dung dịch. Do quá trình truyền nhiệt là không ổn định nên thời gian τ1 và τ2 được tính như sau : (III-12) trong đó : Q1 – nhiệt lượng nung nóng dung dịch từ tđ đến tsl ; F – bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt ; K1 – hệ số truyền nhiệt trong quá trình làm nóng dung dịch ; thđ – nhiệt độ của hơi đốt (hơi nước bão hòa ) ; tđ – nhiệt độ đầu của dung dịch ; tsl – nhiệt độ lúc bắt đầu sôi (nhiệt độ sôi của dung dịch ứng với nồng độ đầu) ; ∆t1 – hiệu nhiệt độ trung bình giữa hơi đốt và dung dịch. Để xác định τ2 ta dựa vào phương trình vi phân của dòng nhiệt truyền qua bề mặt truyền nhiệt. dQ = K2.F.( thd – t ).dτ hay trong đó : K2 – là hệ số truyền nhiệt trong thời gian τ2, giá trị của K2 thay đổi theo nồng độ của dung dịch; t – nhiệt độ sôi của dung dịch, nó thay đổi theo nồng độ dung dịch. Giải tích phân trên bằng giải tích khó bởi vì cần phải biết sự phụ thuộc của Q, K2, t vào nồng độ dung dịch. Thay vào đó, ta giải tích phân trên bằng phương pháp đồ thị. Trên trục tung của hệ trục tọa độ vuông góc ta đặt giá trị trên trục hoành là giá trị Q ứng với các nồng độ dung dịch thay đồi từ xđ đến xc. Với mỗi giá trị nồng độ của dung dịch ta thu được một điểm trên đường cong tích phân. Diện tích nằm dưới đường cong là giá trị của tích phân. Giá trị của Q được tính phụ thuộc vào việc bốc hơi với mức dung dịch thay đổi (cạn dần ) hay không thay đổi (vừa bốc hơi vừa nạp dung dịch đầu ). Khi mức dung dịch thay đổi trong quá trình bốc hơi, thì Q được tính như sau (không kể lượng nhiệt đốt nóng dung dịch từ nhiệt độ đầu đến lúc sôi ). Q = Gđ.Cđ.( tc – tsl) + W.( iht - Cn.tc ) + QT (III-14) Khi bốc hơi không thay đổi mức dung dịch : Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình bốc hơi không thay đổi mức dung dịch là dQ ứng với lượng dung dịch bổ sung là dV, bỏ qua tổn thất nhiệt ra môi trường, được tính như sau : dQ = iht.dW + W.d(c.t.ρ ) - Cđ.tđ. ρđ.dV (III-15) trong đó : ρđ – khối lượng riêng của dung dịch mới nạp (nồng độ đầu của dung dịch ) ; ρ – khối lượng riêng tức thời của dung dịch ; C – nhiệt lượng riêng tức thời của dung dịch ; t – nhiệt độ tức thời của dung dịch ; dW – khối lượng hơi nước bốc hơi ( hơi thứ ) ứng với lượng dung dịch nạp thêm dV ; V – thể tích dung dịch trong thiết bị bốc hơi ; V = const. Mặc dù thể tích của dung dịch là hằng số nhưng khối lượng của nó thay đổi, bởi vì nồng độ tăng lên. Thành phần khối lượng chất kho trong dung dịch được tính như sau : V.d( ρ.x ) = ρđ.xđ.dV (III-16) hay . (III-17) Sự thay đổi thành phần khối lượng của dung dịch trong thiết bị được thể hiện như sau : V.dρ = ρđ.dV – dW (III-18) hay dW = ρđ.dV - V.dρ (III-19) Thay các giá trị dV, dW vào phương trình tính dQ ra thu được : (III-20) Ứng với thời điểm dung dịch ban đầu bắt đầu sôi ta dễ dàng tính được Q từ phương trình trên. (III-21) Trong đó : csl, tsl, ρsl – nhiệt dung riêng, nhiệt độ, khối lượng riêng của dung dịch ban đầu lúc bắt đầu sôi ; ρ, t, c – khối lượng riêng, nhiệt độ, nhiệt dung riêng của dung dịch ở nồng độ x. Thể tích của dung dịch được xác định theo khối lượng sản phẩm : (III-22) Trong đó : Gc – khối lượng sản phẩm ; Ρc ρc – khối lượng riêng của sản phẩm (khối lượng riêng của dung dịch khi nồng độ đạt đến giá trị cuối là xc ). Khối lượng dung dịch ban đầu nạp vào thiết bị là Gđ được tính như sau : Qđ = ρđ.V (III-23) Từ lúc bắt đầu đốt nóng đến lúc dung dịch bắt đầu sôi thì khối lượng dung dịch không thay đổi : Qđ = Qsl = ρsl.V (III-24) Trong đó : Gsl – khối lượng dung dịch lúc bắt đầu sôi ; ρsl – khối lượng riêng dung dịch lúc bắt đầu sôi. Đối với dung dịch nước gần giống nhau, ta có thể lấy Csl = Cđ. Ngoài ra nếu nhiệt độ đầu và nhiệt độ lúc bắt đầu sôi gần nhau thì ρsl ~ ρđ. Với các thiết bị bốc hơi có thiết bị truyền nhiệt như nhau, dùng cô một loại dung dịch, sau mỗi chu kì (mỗi mẻ ) có năng suất sản phẩm như nhau thì phương pháp bốc hơi với thể tích dung dich thay đổi (giảm dần ) thể tích của thiết bị dùng chứa dung dịch ban đầu sẽ lớn hơn so với phương pháp bốc hơi có thể tích dung dịch không đổi. Hơn nữa thời gian τ để cô một mẻ của phương pháp bốc hơi với thể tích của thiết bị dùng chứa dung dịch ban đầu sẽ lớn hơn phương pháp bốc hơi có thể tích dung dịch không đổi. Hơn nữa thời gian τ để cô một mẻ của phương pháp thể tích thay đổi sẽ dài hơn. 4.2. Heä thoáng boác hôi lieân tuïc Heä thoáng boác hôi lieân tuïc ñöôïc aùp duïng ñeå coâ ñaëc lieân tuïc moät dung dòch naøo ñoù, vì vaäy noù coøn coù teân goïi laø hệ thống cô liên tục. Trong hệ thống này có nhiều thiết bị bốc hơi, nó có thể làm việc theo nguyên tắc dòng cùng chiều, ngược chiều, hỗn hợp, v.v. Khi tính thiết kế hệ thống bốc hơi liên tục, ta căn cứ vào nồng độ đầu và cuối của dung dịch, năng suất, tính chất hóa lý, nhiệt lý…nhằm thiết lập hệ cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt, xác định lượng nước bốc hơi cho từng thiết bị, hiệu nhiệt độ trung bình giữa hơi đốt và dung dịch, tổn thất nhiệt, số lượng thiết bị tối ưu trong hệ thống. 4.2.1. Cân bằng hệ vật chất cho hệ thống bốc hơi liên tục Nếu dùng phương trình cân bằng vật chất để tính lượng nước đã bốc hơi cho cả hệ thống thì nó cũng giống như khi tính cho hệ thống một thiết bị bốc hơi. Do hệ thống liên tục có nhiều thiết bị bốc hơi, mỗi thiết bị có nhiệm vụ cô đặc đến nồng độ nào đó, nên ta pahir dùng phương trình cân bằng vật chất đối với từng thiết bị một. Ta gọi W1, W2, W3…..Wn là lượng nước bốc hơi và G1, G2, G3….Gn là khối lượng dung dịch đi ra từ thiết bị số 1, 2, 3…..n. Đối với hệ thống bốc hơi liên tục, dòng cùng chiều có phương trình cân bằng vật chất cho thiết bị thứ nhất như sau: (bỏ qua tổn thất vật chất). Gđ = G1 + W1 (25) Gđ.xđ = G1.x1 Trong đó : Gđ , xđ – là khối lượng, nồng độ của dung dịch cấp vào thiết bị thứ nhất x1 - nồng độ dung dịch từ thiết bị bốc hơi thứ nhất đi ra Từ hai phương trình trên ta dễ dàng tìm được x1 : (26) Tương tự với thiết bị thứ 2 ta dễ dàng tìm được x2 : x2 = (Gđxđ)/(Gđ – W1 – W2) (27) Với thiết bị bốc hơi thứ n ( cuối cùng ) sẽ là: xn = (Gđxđ)/(Gđ – W1 – W2 …..- Wn) (28) Chia cả tử số và mẫu số cho Gđ ta có phương trình sau: (29) Trong đó : lượng nước bốc hơi riêng của thiết bị thứ i (30) Đối vơi hệ thống bốc hơi liên tục dòng ngược chiều thì dung dịch ban đầu đi vào thiết bị thứ n ( cuối cùng) và sản phẩm đi ra từ thiết bị thứ nhất. Từ đó ta có các phương trình sau: Gn = Gđ - Wn ; Gn-1 = Gđ – Wn – Wn-1 ; ……G1 = Gc Gc là khối lượng sản phẩm với nồng độ x1 Nhìn phương trình trên ta thấy: với dung dịch ban đầu có khối lượng Gđ, nồng độ xđ muốn xác định nồng độ dung dịch sau từng thiết bị cần phải biết lượng nước đã bốc hơi trong thiết bị đó và ở các thiết bị trước nó. Với phương pháp tính nồng độ dung dịch như trên là đã coi như là dung dịch không kết tinh. 4.2.2. Khối lượng nước bốc hơi trong từng thiết bị Trong hệ thống bốc hơi liên tục thì việc tính lượng nước bốc hơi trong từng thiết bị được tiến hành đồng thời với việc tính lượng hơi đốt cần cấp cho toàn bộ hệ thống và hơi đốt cho mỗi thiết bị, mà hơi đốt của thiết bị sau lại là hơi thứ của thiết bị trước. Có nhiều phương pháp tính lượng nước bốc hơi trong từng thiết bị nhưng kết quả đều là gần đúng. Bởi vì khi tính lượng nước bốc hơi gắn liền với quá trình truyền nhiệt từ hơi đốt qua bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt sang cho dung dịch đang bốc hơi với nồng độ tăng dần là quá trình không ổn định. Ngoài ra còn phải tính nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh, mà muốn tính nó ta phải có kích thước của thiết bị. Kích thước thiết bị chỉ có được sau khi tính công nghệ thiết bị, tính bền. Để thuận tiện cho quá trình tính toán ta có thể lấy tổn thất nhiệt ra môi trường chung quanh qua vỏ thiết bị đã được bọc cách nhiệt vào khoảng từ 1% - 3% công suất nhiệt của thiết bị. Có 3 phương phán tính được áp dụng phổ biến nhất là: phương pháp đơn giản, phương pháp chung, phương pháp chung có tính đến nhiệt tiêu tốn do tăng nồng độ dung dịch. Phương pháp đơn giản Hình 10. Heä thoáng boác hôi lieân tuïc: i-1; i- laø thieát bò thöù i-1; vaø thöù i Phương pháp này không phụ thuộc vào chiều chuyển động của dung dịch và hơi đốt. Nó được dùng để tính gần đúng lượng nước bốc hơi trong từng thiết bị và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm việc của toàn hệ thống bốc hơi. Chẳng hạn ta có hệ thống bốc hơi như hình 9 thì quá trình tính toán như sau: Theo phương pháp đơn giản thì có 1kg hơi đốt cấp cho thiết bị sẽ thu được 1kg hơi thứ đi ra từ thiết bị sấy. Chẳng hạn với thiết bị thứ i ở hình trên ta có: Wi = Di = Wi-1 – Ei-1 (32) Trong đó : Di , Wi – là hơi đốt, hơi thứ của thiết bị bốc hơi thứ i Ei – Phần hơi thứ của thiết bị thứ I không dùng làm hơi đốt cho thiết bị thứ i+1 Tương tự với hệ thống bốc hơi có n thiết bị, thì lượng nước bốc hơi (hơi thứ) trong từng thiết bị từ thứ 1,2,3….n sẽ là: W1 = D1 W2 = W1 – E1 = D1 – E1 W3 = W2 – E2 = D1 – E1 – E2 (33) ………………….……………………………. Wn =Wn-1 – En-1 = D1 – E1 – E2 - …..- En-2 – En-1 Cộng tất cả lượng hơi thứ của các thiết bị ta có lượng hơi nước đã bốc hơi khỏi dung dịch đi qua hệ thống bốc hơi liên tục là W: (34) Từ phương trình trên ta dễ dàng tính được lượng hơi đốt được lấy từ nồi hơi cấp cho toàn hệ thống bốc hơi là D1: (35) 4-2-3.Tổn thất nhiệt độ trong hệ thống bốc hơi liên tục: Do có tổn thất nhiệt độ, mà nhiệt độ hơi thứ của thiết bị trước trong buồng đốt của thiết bị sau thấp hơn nhiệt độ hơi đốt trong của buồng đốt thiết bị trước. Có ba loại tổn thất nhiệt độ được thể hiện ở điều kiện sau: ∆1 = ∆11+∆21+∆31 (36) Trong đó: ∆1 là tổn thất nhiệt độ do bản chất của dung dịch, nó đúng bằng hiệu nhiệt độ giữa nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môi nguyên chất ở cùng chế độ áp suất. Giá trị của ∆11 phụ thuộc vào loại chất hòa tan, loại dung môi, nồng độ dung dịch và áp suất.Có thể tính gần đúng ∆11 theo công thức sau đây: ∆11=∆1a.0,01621T2/r (37) Trong đó: ∆1a là tổn thất nhiệt độ ở diều kiện áp suất bằng áp suất khí quyển, tra bảng; T,r – nhiệt độ sôi tuyệt đối, nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở cùng áp suất; ∆21- là tổn thất nhiệt độ do trở lực của lớp dung dịch. Giá trị của ∆21 phụ thuộc vào chiều cao của lớp dung dịch từ bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt đến mặt thoáng. Nhiệt độ bốc hơi ở bề mặt thấp hơn nhiệt độ của lớp dưới khoảng 3-5oC. ∆31 – là tổn thất nhiệt độ do đường ống dẫn hơi từ thiết bị thứ nhất đến buồng đốt của thiết bị thứ hai. Giá trị cu∆31 phụ thuộc vào đặc tính của tuyến ống,∆31=0,5-1,5oC, lấy trung bình ∆31 =1oC cho mỗi thiết bị. Tổng tổn thất nhiệt độ của một hệ thống bốc hơi liên tục được tính như sau: (38) Trong đó: n- số thiết bị trong hệ thống i: thiết bị thứ i. Trong quá trình bốc hơi của hệ thống một thiết bị thì chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt đang ngưng tụ và hơi thứ là lớn hơn giá trị của ∆; và đối với hệ thống nhiều thiết bị thì chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt trong thiết bị và hơi thứ của thiết bị cuối cùng đang ngưng tụ trong tháp ngưng, bao giờ cũng lớn hơn ∆i. Đó là chênh lệch nhiệt độ cần có để thực hiện quá trình truyền nhiệt từ hơi đốt của dung dịch đang bốc hơi, kí hiệu ∆tc. Đối với hệ thống một thiết bị bốc hơi thì ∆tc được tính như sau: ∆tc = th.d – tht (39) Trong đó:th.d,tht- nhiệt độ của hơi đốt đang tụ trong buồng đốt, nhiệt độ của hơi thứ. Đối với hệ thống có nhiều thiết bị bốc hơi liên tục thì: ∆tc = th.d1 –tN (40) Trong đó th.d1 – nhiệt độ hơi đốt của thiết bị thứ nhất; tN- nhiệt độ hơi đang nhưng tụ trong tháp ngưng tụ lắp sau thiết bị bốc hơi cuối cùng. Hiệu nhiệt độ hữu ích chung của hệ thống bốc hơi liên tục được kí hiệu là ∆t: ∆t=∆tc-∆i=( th.d1-tN) -∆i (41) Để tính bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt trong từng thiết bị thì phải phân bố ∆t như sau: ∆t=∆t1+∆t2+……+∆tn (42) Trong đó: ∆t1,∆t2 ….∆tn – là hiệu nhiệt độ trung bình giữa hơi đốt và hơi thứ trong thiết bị thứ nhất … thứ n. Các giá trị của ∆t1, ∆t2 …∆tn có thể tính theo các điều kiện sau đây sao cho: -Nhiệt độ hơi thứ của từng thiết bị( trừ thiết bị cuối cùng) đủ cao để làm hơi đốt cho thiết bị kế tiếp. -Bề mặt truyền nhiệt của tất cả các buồng đốt trong các thiết bị bốc hơi là bằng nhau. -Tổng bề mặt truyền nhiệt của tất cả các buồng đốt là nhỏ nhất. -Bề mặt truyền nhiệt của các buồng đốt là bằng nhau và tổng của chúng là nhỏ nhất. Đối với trường hợp thứ nhất thì các giá trị ∆t1, ∆t2…∆tn được tính như sau: ∆t1 = th.d1 – t1 Mà t1= tht1 +∆1.1 và ∆2.1 Nên ∆t1 =thd1 – tht1 - ∆1,1 -∆2,1 ∆t2= thd2 – t2 Mà thd2 = tht1 - ∆3.1 T2 = tht2 + ∆1.2 + ∆2.2 ∆t 2= tht1- tht2 - ∆1.2 - ∆2.2 - ∆3.1 Tương tự đối với thiết bị thứ i ta có: ∆ti= tht(i-1) – thti - ∆1.i-∆2.i-∆3(i-1). Với thiết bị thứ n( sau cùng) ta có: ∆tn= thdm –tn Nhưng : tndn= tht(n-1) - ∆3(n-1) tn= tN + ∆1.n + ∆2.n + ∆3.n nên: ∆tn=tht(n-1) – tN - ∆1n- ∆2n- ∆3n- ∆3(n-1) (43) trong đó: ∆11,∆12,…∆1i….- là tổn thất nhiệt do bản chất của dung dịch trong thiết bị thứ nhất,…, thứ I,…, thứ n; ∆21,∆22…∆2n- tổn thất nhiệt độ do trở lực của dung dịch trong thiết bị bốc hơi thứ nhất,… thứ n; ∆31,∆32…∆3n- tổn thất nhiệt độ trên đường ống dẫn hơi thứ của thiết bị thứ 1,…, thứ n. Đối với trường hợp thứ 2 thì khi tính ∆t1,∆t2…∆tn dựa trên điều kiện bề mặt truyền nhiệt của các buồng đốt là bằng nhau(F1=F2=…=Fn), nghĩa là: (44) Trong đó Q1,Q2,… Qn lần lượt là nhiệt tải của từng thiết bị; K1,K2,…,Kn- là hệ số truyền nhiệt của buồng đốt trong từng thiết bị. Từ điều kiện 44 ta thu được đẳng thức sau đây: Với đẳng thức 45 ta dễ dàng tính được các giá trị ∆t1,∆t2…∆tn. Chẳng hạn với thiết bị thứ I ta có: Cách tính thứ hai này được ứng dụng nhiều nhất.Phương pháp tính ∆t1,∆t2,…∆tn theo điều kiện tổng bề mặt truyền nhiệt của các buồng đốt(F1+F2+…+Fn) là nhỏ nhất ít được dùng vì các buồng đốt sẽ có F1#F2#...#Fn. Như vậy sẽ không kinh tế khi chế tạo, lắp đặt sửa chữa thay thế các thiết bị trong hệ thống bốc hơi. Trường hợp thứ tư là tính ∆t1,∆t2…∆tn theo điều kiện bề mặt truyền nhiệt của các buồng đốt là bằng nhau và tổng của chúng là nhỏ nhất phải thõa mãn cùng 1 lúc đẳng thức sau: ∆t1=∆t2=…=∆tn=∆t/n (47) Q1/K1=Q2/K2=…=Qn/Kn (48) Để thõa mãn điều kiện 48 thì nhiệt tải của các thiết bị của các thiết bị phải tỉ lệ thuận với hệ số truyền nhiệt của chúng. Muốn vậy thì lượng hơi thứ trích ly( không dùng làm hơi đốt cho thiết bị sau) phải được xác định chính xác. Điều đó cũng không thuận tiện vì đôi khi không biết dùng hơi thứ trích ly vào việc gì. SOÁ LÖÔÏNG THIEÁT BÒ TOÁI ÖU Trong heä thoáng boác hôi lieân tuïc nhieàu thieát bò thì vieäc xaùc ñònh soá löôïng thieát bò döïa treân caùc tính toaùn kinh teá kyõ thuaät. Ñoù laø caùc chi phí ñaàu tö xaây döïng vaø chi phí saûn xuaát. Soá löôïng thieát bò ñöôïc löïa chon sao cho toång chi phí ñaàu tö vaø chi phí saûn xuaát laø nhoû nhaát, xem hình ( 10). Hình 11.Ñoà thò löïa choïn soá thieát bò toái öu:1- chi phí khai thaùc saûn xuaát; 2- chi phí ñaàu tö; 3- toång chi phí; T- chi phí; n- soá thieát bò; nt- soá thieát bò toái öu Neáu soá löôïng thieát bò nhieàu leân seõ laøm giaûm chi phí hôi ñoát saïch, chi phí vaän haønh (10) (chi phí saûn xuaát) giaûm, nhöng laïi laøm taêng voán ñaàu tö xaây döïng. Soá thieát bò trong heä thoáng boác hôi lieân tuïc vaøo khoaûng töø 3 ñeán 5. V-CAÙC THIEÁT BÒ BOÁC HÔI Thieát bò boác hôi bao goàm raát nhieàu loaïi nhö: thieát bò boác hôi ñeå taêng noàng ñoä cuûa moät dung dòch naøo ñoù (coøn goïi laø thieát bò coâ ñaëc), thieát bò bay hôi nhaèm thu hoài chaát hoøa tan ôû daïng raén (coøn goïi laø thieát bò keát tinh) thieát bò thu hoài dung dòch tinh khieát, thieát bò bay hôi thu nhieät (thieát bò boác hôi trong maùy laïnh); thieát bò saáy. Trong chöông naøy chuùng ta khoâng ñeà caäp ñeán thieát bò bay hôi thu nhieät vaø thieát bò saáy. Thieát bò boác hôi tröôùc heát noù laø moät thieát bò trao ñoåi nhieät giöõa chaát taûi nhieät vaø dung dòch, vì vaäy noù phaûi thoûa maõn moïi vaán ñeà cuûa thieát trao ñoåi nhieät; ñoàng thôøi noù coøn ñaùp öùng ñöôïc yeâu caàu coâng ngheä cuûa quaù trình soâi coù taïo boït hay khoâng taïo boït, traùnh ñöôïc caùc haït chaát loûng ñi theo hôi thöù, traùnh ñöôïc baùm baån beà maët truyeàn nhieät. Khi ñun soâi caùc dung dòch coù ñoä nhôùt cao vaø söùc caêng beà maët nhoû (chaúng haïn caùc dung dòch cuûa caùc chaát coù nguoàn goác thöïc vaät hoaëc ñoäng vaät) ñeàu xaûy ra hieän töôïng taïo boït. Vì vaäy, caùc thieát bò duøng ñeå coâ caùc dung dòch loaïi naøy phaûi coù keát caáu phuø hôïp (khoâng gian bay hôi lôùn) nhaèm traùnh hieän töôïng boït ñi theo hôi thöù ra khoûi thieát bò. Boït ñi theo hôi thöù khoâng nhöõng laøm toån haïi chaát ta caàn thu ñöôïc ôû dung dòch, maø coøn laøm baån hôi thöù trong tröôøng hôïp duøng hôi thöù nhö moät chaát taûi nhieät cho quaù trình bay hôi naøo ñoù. Hieån nhieân ta coù theå haïn cheá quaù trình taïo boït cuûa moät soá dung dòch naøo ñoù baèng caùch theâm vaøo dung dòch chaát choáng taïo boït (chaúng haïn nhö daàu thöïc vaät,v.v…). Boït vaø chaát loûng ñi theo hôi thöù seõ laøm baån beà maët truyeàn nhieät cuûa thieát bò ngöng tuï, laøm baån nöôùc ngöng trong thieát bò ngöng tuï tröïc tieáp. Neáu dung dòch baùm baån beà maët trao ñoåi nhieät trong thieát bò boác hôi seõ laøm giaûm chaát löôïng saûn phaåm, hieäu suaát truyeàn nhieät giaûm, sinh ra ñoát noùng cuïc boä laøm hoûng thieát bò. Bieän phaùp traùnh baùm baån beà maët trao ñoåi nhieät laø taêng cöôøng ñoái löu dung dòch. Muoán coù ñoái löu ta phaûi keát caáu thieát bò boác hôi cho phuø hôïp. Thieát bò bay hôi noùi chung ñeàu coù caùc boä phaän chính nhö: khoang ñoát, khoang chöùa dung dòch, khoang hôi aø boä phaän trích caùc haït loûng khoûi hôi thöù. Khoang ñoát chính laø thieát bò trao ñoåi nhieät qua beà maët. Nhieät ñöôïc truyeàn töø chaát taûi nhieät qua beà maët truyeàn nhieät sang cho dung dòch ñang soâi. Tuøy loaïi thieát bò maø khoang ñoát coù theå laø thieát bò trao ñoåi nhieät oáng chuøm, oáng xoaén ruoät gaø,v.v… Khoang chöùa dung dòch ñang soâi goàm khoâng gian chöùa dòch ôû khoang ñoát vaø khoâng gian chöùa dòch phía treân khoang ñoát. Khoang chöùa dòch coù lieân quan ñeán hieäu suaát quaù trình soâi, söï ñoái löu dung dòch vaø söï taïo boït. Neáu dung dòch taïo boït nhieàu thì khoang chöùa dung dòch neân nhoû laïi. Khoang hôi laø khoâng gian phía treân beà maët cuûa dung dòch. Muïc ñích cuûa khoâng gian naøy laø nhaèm taùch hôi thöù ra khoûi dung dòch ñang soâi moät caùch lieân tuïc vaø oån ñònh. Khoang hôi caøng phaûi lôùn neáu dung dòch taïo boït nhieàu, ñoàng thôøi phaûi ñaûm baûo cho vaän toác hôi thöù nhoû ñeå noù khoâng cuoán theo caùc haït dung dòch coù kích thöôùc lôùn. Boä phaän taùch caùc haït loûng thöôøng laép ôû ñænh thieát bò boác hôi ôû vò trí tröôùc cuûa ra cuûa hôi thöù. Nhieäm vuï cuûa noù laø taùch kieät caùc haït loûng roài traû veà khoang dung dòch. Nguyeân lyù taùch caùc haït loûng laø döïa vaøo troïng löïc, löïc quaùn tính hoaëc löïc ly taâm cuûa chính caùc haït loûng. Töø nguyeân lyù taùch haït loûng ta keát caáu boä phaän naøy cho phuø hôïp, caøn goïn vaø coù hieäu suaát cao caøng toát. Ngoaøi caùc boä phaän chính nhö treân, thieát bò boác hôi coøn coù caùc cöûa cho dung dòch vaøo, thaùo saûn phaåm ra; cöûa cho hôi ñoát vaøo vaø cuûa nöôùc ngöng ra; cöûa cho hôi thöù ñi thieát bò ngöng tuï; cöûa quan saùt, cöûa laáy maãu; cöûa laép ñoàng hoà aùp löïc; cöûa laép nhieät keá; cöûa veä sinh vaø söûa chöõa v.v… Caùc thieát bò bay hôi duøng trong coâng nghieäp thöïc phaåm, döôïc phaåm vaø hoùa chaát coù caáu taïo raát ña daïng; vì vaäy vieäc phaân loaïi chuùng gaëp khoù khaên. Tuy nhieân ta coù theå phaân loaïi chuùng döïa treân nhöõng ñaëc ñieåm chính nhö sau: Caên cöù vaøo caáu taïo cuûa beà maët truyeàn nhieät ta chia ra : loaïi 2 voû, loaïi oáng xoaén ruoät gaø, loaïi oáng trôn, oáng coù caùnh v.v…. Döïa treân vò trí cuûa beà maët truyeàn nhieät trong khoâng gian ta coù: loaïi naèm ngang, loaïi thaúng ñöùng, loaïi nghieâng. Döïa vaøo vò trí cuûa buoàng ñoát: buoàng ñoát trong, vaø loaïi coù buoàng ñoát ngoaøi. Döïa vaøo kieåu caáp nhieät: baèng hôi nöôùc noùng, baèng khoùi loø, baèng chaát taûi nhieät, ñaëc bieät baèng ñieän. Döïa vaøo chieàu chuyeån ñoäng cuûa caùc löu theå: loaïi cuøng doøng (doøng cuøng chieàu), doøng ngöôïc chieàu. Ñaëc ñieåm tuaàn hoaøn: tuaàn hoaøn töï nhieân, tuaàn hoaøn cöôõng böùc. Soá laàn tuaàn hoaøn; 1 laàn hay nhieàu laàn. Thöôøng trong coâng nghieäp thöïc phaåm vaø hoùa chaát caùc thieát bò boác hôi coù beà maët truyeàn nhieät laø chuøm oáng ñöôïc öùng duïng roäng raõi nhaát. Sau ñaây laø moät soá thieát bò boác hôi coù caáu taïo ñieån hình. 1. Thieát bò boác hôi thaúng ñöùng, buoàng ñoát trong, tuaàn hoaøn töï nhieân: Caáu taïo cuûa loaïi thieát bò naøy ñöôïc theå hieän ôû hình 12. Buoàng ñoát laø loaïi thieát bò trao ñoåi nhieät oáng chuøm thaúng ñöùng. Oáng tuaàn hoaøn naèm ôû trung taâm chuøm oáng truyeàn nhieät. Dieän tích tieát dieän ngang cuûa oáng tuaàn hoaøn baèng ¼ ñeán 1/3 toång dieän tích tieát dieän ngang cuûa caùc oáng truyeàn nhieät. Nhôø vaäy lôùp dung dòch trong oáng trung taâm bò ñoát noùng ít hôn lôùp dung dòch trong caùc oáng truyeàn nhieät; neân khoái löôïng rieâng cuûa lôùp dung dòch trong oáng trung taâm lôùn hôn. Do cheânh leäch veà khoái löôïng rieâng nhö vaäy neân dung dòch tuaàn hoaøn töï nhieân. ÔÛ oáng trung taâm dung dòch chuyeån ñoäng töø treân xuoáng coøn trong caùc oáng truyeàn nhieät thì ngöôïc laïi. Hình 12. thieát bò boác hôi buoàng ñoát trong, coù oáng tuaàn hoaøn trung taâm: 1- buoàng ñoát; 2- oáng tuaàn hoaøn; 3- buoàng hôi; 4- vaùch hình vaønh khaên; hd- hôi ñoát; nn- nöôùc ngöng; nl- nguyeân lieäu; sp- saûn phaåm; ht- hôi thöù Hình 13- Thieát bò boác hôi buoàng ñoát trong, coù khoâng gian tuaàn hoaøn phía ngoaøi buoàng ñoát: Hd- hôi ñoát; ht- hôi thöù; nn- nöôùc ngöng; nl- nguyeân lieäu; sp- saûn phaåm; nr- nöôùc röûa; 1- thaân; 2- oáng caáp hôi ñoát; 3-choûm caàu; 4-buoàng ñoát; 5-oáng hoài löu; 6- vaùch truï; 7,8 cöûa vaøo söûa chöûa (thieát bò coù ñöôøng kính lôùn) Hôi nöôùc noùng ñi vaøo khoâng gian giöõa caùc oáng, sau khi caáp nhieät cho dung dòch chuyeån ñoäng trong caùc oáng, hôi nöôùc ngöng ñoïng vaø ñöôïc laáy ra ôû cöûa gaàn væ oáng döôùi. Hôi thöù boác ra töø dung dòch ñöôïc doàn leân buoàng hôi phía treân khoang ñoát. Buoàng hôi laø hình truï thaúng ñöùng coù ñöôøng kính lôùn hôn ñöôøng kính buoàng ñoát moät chuùt, dung tích cuûa noù phuï thuoäc vaøo ñaëc tính taïo boït cuûa dung dòch vaø cöôøng ñoä soâi trong thieát bò. Vaän toác cuûa hôi thöù ñi trong buoàng hôi phaûi nhoû hôn vaän toác laéng cuûa caùc haït loûng. Coù nhö vaäy hôi thöù môùi khoâng cuoán theo nhieàu haït loûng. Maëc duø vaäy vaãn coøn nhieàu caùc haït loûng ñi theo hôi thöù leân ñeán ñænh buoàng hôi. Ñeå taùch heát caùc haït loûng ra khoûi hôi thöù, ta cho hôi thöù ñi qua boä phaän taùch loûng (phaân ly hôi vaø loûng) ñaët ôû ñænh buoàng hôi. Buoàng hôi laø hình truï thaúng ñöùng, noù ñöôïc laép vôùi thaân buoàng ñoát baèng haøn (cuõng coù theå duøng phöông phaùp gheùp baèng bích). Caùc chi tieát cuûa boä phaån taùch loûng ñöôïc haøn vaøo caùc vò trí töông öùng ôû ñænh buoàng hôi. Ñaùy thieát bò ñöôïc gheùp vôùi buoàng ñoát baèng bích coù bu loâng. Ñoä doác cuûa ñaùy noùn phaûi ñuû lôùn ñeå dung dòch sau khi coâ coù theå chaûy xuoáng deã daøng. Khi caàn laøm saïch beà maët trong cuûa caùc oáng truyeàn nhieät, ta thaùo ñaùy, sau ñoù duøng choåi saét coù caùn daøi ñeå thoâng oáng. Hình 13A- Caáu taïo thieát bò boác hôi: 1- thaân; 2- oáng hôi; 3- choûm caàu; 4-buoàng ñoát; 5-oáng hoài loûng; 6-vaùch truï; 7,8- cöûa vaøo suûa chöõa (thieát bò lôùn) Tai treo thieát bò ñöôïc laép ôû vò trí cao hôn troïng taâm cuûa thieát bò khi coù taûi. Thieát bò loaïi naøy ñöôïc boïc caùch nhieät, neân caùc tai treo vaø caùc ñoaïn oáng noùi coù bích laøm cöûa daãn löu theå v.v… phaûi ñuû daøi ñeå doâ ra khoûi lôùp boïc caùch nhieät. Coù nhö vaäy thì vieäc thaùo laép thieát bò khi caàn thieát môùi nhanh choùng vaø deã daøng. Hình 13 theå hieän caáu taïo cuûa thieát bò boác hôi cuõng laø loaïi thaúng ñöùng coù buoàng ñoát trong, tuaàn hoaøn töï nhieân. Nhöng ñeå coù tuaàn hoaøn töï nhieân ta söû duïng khoâng gian vaønh khaên giöõa voû buoàng ñoát vaø voû thieát bò. Buoàng ñoát laø moät thieát bò trao ñoåi nhieät oáng chuøm coù keát caáu cöùng,khoâng coù naép vaø ñaùy. NOÙ ñöôïc gaù len caùc tai ñôõ baèng bu loâng, tai ñôõ haøn vaøo voû thieát bò. Oáng daãn hôi nöôùc noùng vaøo buoàng ñoát laép ôû taâm væ oáng treân, coøn oáng thaùo nöôùc ngöng laép ôû taâm væ oáng döôùi. Ñöôøng kính ngoaøi cuûa voû buoàng ñoát nhoû hôn ñöôøng kính trong cuûa voû thieát bò, sao cho dieän tích tieát dieän hình vaønh khaên baèng 25% ñeán 30% toång dieän tích tieát dieän ngang cuûa caùc oáng truyeàn nhieät trong buoàng ñoát. Coù nhö vaäy môùi ñaûm baûo cho quaù trình tuaàn hoaøn töï nhieân toát. Do nhieät ñoä cuûa lôùp dung dòch ôû khoâng gian vaønh khaên thaáp neân khoái löôïng rieâng cuûa noù lôùn. Coøn dung dòch ôû trong caùc oáng truyeàn nhieät coù nhieät ñoä cao hôn neân khoái löôïng rieâng nhoû hôn. Do cheânh leäch khoái löôïng rieâng nhö vaïy, neân dung dòch tuaàn hoaøn töï nhieân. Dung dòch chuyeån ñoäng xuoáng qua khoâng gian vaønh khaên, chuyeån ñoäng leân qua caùc oáng truyeàn nhieät. Hôi thöù bay ra töø dung dòch khi di qua caùc oáng truyeàn nhieät ñöôïc doàn leân buoàng hôi. Ñöôøng kính cuûa buoàng hôi ñuû lôùn, sao cho vaän toác cuûa hôi thöù trong ñoù khoâng lôùn hôn vaän toác laéng cuûa caùc haït loûng baén ra töø dung dòch do quaù trình soâi maõnh lieät trong caùc oáng truyeàn nhieät gaây neân. Nhaèm taùch heát caùc haït loûng khoûi hôi thöù ta duøng boä phaän taùch loûng laép ôû ñænh buoàng hôi. Vieäc bít kín giöõa oáng thaùo nöôùc ngöng vaø ñaùy noùn, cuõng nhö giöõa oáng naïp hôi nöôùc noùng vaø ñænh thieát bò ñeàu söû duïng hoäp ñeäm. Vôùi keát caáu nhö ôû hình 13 vaø 13A raát deã daøng laøm veä sinh vaø söûa chöõa thieát bò. Buoàng ñoát coù theå thaùo ra khoûi thieát bò deã daøng. ÔÛ ñænh buoàng hôi coù laép oáng daãn nöôùc, ñöôïc uoán laïi thaønh voøng troøn, coù khoan loã thoaùt nöôùc. Khi caàn laøm saùch beân trong thieát bò, ta xaû nöôùc qua oáng naøy. Thieát bò nhö hình 12 vaø hình 13, 13A chæ duøng ñeå coâ caùc dung dòch khoâng keát tinh hoaëc ít keát tinh. Loaïi thieát bò naøy coù toån thaât nhieät khoâng lôùn, goïn gaøng, toán ít kim loaïi. Khoù laøm saïch beà maët truyeàn nhieät baèng cô hoïc. 2.Thieát bò boác hôi coù buoàng ñoát ngoaøi Thieát bò loaïi naøy coù öu ñieåm lôùn laø deã daøng thay theá buoàng ñoát khi caàn söõa chöõa. Khi aáy neáu muoán cho thieát bò boác hôi laøm vieäc nhanh trôû laïi, thì ta thay ngay buoàng ñoát döï tröõ vaøo. Cuõng coù theå cheá taïo thieát bò boác hôi coù nhieàu buoàng ñoát ngoaøi. Caùc buoàng ñoát thay nhau laøm vieäc vaø söûa chöõa, neân thieát bò boác hôi laøm vieäc lieân tuïc. Thieát bò loaïi naøy coù nhöôïc ñieåm laø: coàng keành, toán nhieàu kim loaïi vaø toån thaát nhieät lôùn hôn buoàng ñoát trong. VI- CHAÁT LÖÔÏNG THÖÏC PHAÅM Quaù trình boác hôi coù theå giaûm thieåu toái ña nhöõng thay ñoåi khoâng mong muoán veà chaát löôïng vaø giaù trò dinh döôõng ñoái vôùi nhöõng nguyeân lieäu thöïc phaåm nhaïy caûm vôùi nhieät ñoä. Nhöõng söï thay ñoåi ñoù laø veà giaù trò caûm quan ( maøu, muøi, vò), maát maùt veà vitamin, hay söï taïo thaønh nhöõng hôïp chaát khoâng mong muoán ( söï hoùa naâu, hay caramel hoùa). Söï thaát thoaùt nhöõng hôïp chaát muøi trong cuûa quaù trình boác hôi nöôùc quaû coù theå phuïc hoài baèng caùch thu hoài laïi caùc chaát muøi trong phaàn caát hay boå sung vaøo sau baèng nöôùc quaû töôi. Hình 14-Heä soá truyeàn nhieät chung (U) cuûa dung dòch nöôùc nho ñaõ loïc vaø chöa loïc (UFL) taïi 550C, soá lieäu töø Saravacos et al (1970) Söï thaát thoaùt chaát löôïng saûn phaåm coù theå giaûm thieåu toái ña baèng phöông phaùp boác hôi ôû nhieät ñoä thaáp ( quaù trình dieãn ra ôû aùp suaát chaân khoâng), tuy vaäy, vaãn coù nhöõng baát lôïi ñoù laø heä soá truyeàn nhieät thaáp, tính nhôùt, dính (deûo) cuûa saûn phaåm coâ ñaëc cao. Theo quan ñieåm cuûa ngaønh coâng ngheä thöïc phaåm laø söû duïng nhieät ñoä cao trong thôøi gian ngaén ñeå tieán haønh quaù trình boác hôi. Ñoái vôùi nhöõng saûn phaåm thöïc phaåm ôû theå loûng vaø nhaïy caûm vôùi nhieät ñoä, ngöôøi ta tieán haønh coâ ñaëc nhanh ôû nhieät ñoä cao coù theå giaûm thieåu toái ña söï maát maùt veà chaát löôïng saûn phaåm thöïc phaåm. Nhö heä thoáng TASTE (Thermally Accelerated Short Time Evaporator), söû duïng trong quaù trình coâ ñaëc nöôùc eùp cuûa caùc loaïi quaû thuoäc hoï citrus (cam, chanh,…). Caën baån tích tuï treân beà maët cuûa thieát bò boác hôi laø moät vaán ñeà raát nghieâm troïng trong quaù trình boác hôi ñoái vôùi thöïc phaåm daïng huyeàn phuø vaø daïng khoái nhaõo, bôûi vì noù khoâng chæ laøm giaûm toác ñoä truyeàn nhieät vaø toác ñoä boác hôi, maø coøn coù theå gaây ra nhöõng bieán ñoåi khoâng mong muoán veà chaát löôïng saûn phaåm, aûnh höôûng ñeán quaù trình veä sinh thieát bò. Söï tích tuï baån coù theå giaûm xuoáng möùc thaáp nhaát baèng nhöõng maùy boác hôi thieát keá vaø hoaït ñoäng ñaëc bieät. Vaän toác chaát loûng cao laø ñieàu maø ngöôøi ta raát mong muoán, ñaëc bieät laø vôùi nhöõng thöïc phaåm ôû daïng chaát loûng phi Newton, khi söï xuaát hieän caùc chaát dính deûo giaûm ôû vaän toác tröôït cao. Söï khuaáy troän cô hoïc giuùp röûa saïch beà maët truyeàn nhieät vaø laøm giaûm söï xuaát hieän cuûa caùc chaát dính, deûo trong doøng chaûy. Hình 15-Heä soá truyeàn nhieät chung trong quaù trình boác hôi nöôùc taùo ñaõ loïc (FL) vaø chöa loïc (UFL). Soá lieäu töø Saravacos et al (1970) VII- THIEÁT BÒ BOÁC HÔI TRONG THÖÏC PHAÅM Nhieàu daïng thieát bò boác hôi ñöôïc söû duïng cho quaù trình coâ ñaëc thöïc phaåm daïng loûng. Nhöõng nhaân toá chính aûnh höôûng ñeán söï löïa choïn moät heä thoáng thieát bò boác hôi laø chaát löôïng thöïc phaåm, coâng suaát boác hôi, vaán ñeà naêng löôïng/giaù caû. Yeâu caàu ñaàu tieân trong vieäc ñaûm baûo nhu caàu thöïc phaåm laø söï oån ñònh giöõa nhieät ñoä vaø thôøi gian trong thieát bò boác hôi. Coâng suaát cuûa quaù trình boác hôi phuï thuoäc vaøo vaän toác truyeàn nhieät, söï taän duïng naêng löôïng ñöôïc caûi thieän bôûi heä thoáng tieát kieäm naêng löôïng. Nhöõng phaân xöôûng thí nghieäm boác hôi coù theå söû duïng cho vieäcï môû roäng, aùp duïng quy moâ lôùn ñoái vôùi nhöõng thöïc phaåm coâ ñaëc, saûn phaåm coâ ñaëc töø cam, chanh, …(citrus) (Chen and Johnson, 1995). 1. Caân baèng vaät chaát vaø naêng löôïng Kích thöôùc cuûa moät thieát bò boác hôi ñöôïc tính toaùn döïa treân cô sôû cuûa vieäc öôùc löôïng dieän tích beà maët truyeàn nhieät cho quaù trình boác hôi vaø truyeàn nhieät. Söï caân baèng vaät chaát vaø naêng löôïng caàn thieát cho quaù trình tính toaùn kích thöôùc, ñöôïc öôùc löôïng qua nhöõng quy taéc ñaõ khaûo saùt ôû chöông 1. Hình 16 laø bieåu ñoà moâ taû söï caân baèng cô baûn veà löôïng caàn thieát vaø quaù trình dieãn ra. Döõ kieän theo sau chuaån bò cho vieäc thieát keá sô boä quaù trình: (1) khaâu nhaäp lieäu vaø saûn phaåm vaøo vaø ra khoûi thieát bò boác hôi döôùi daïng chaát loûng baõo hoøa, ôû nhieät ñoä soâi taïi aùp suaát ñang xeùt. (2) Söï taêng nhieät ñoä soâi (BPR:boiling point rise) coù theå boû qua, ñöôïc xem laø moät giaû thieát hôïp lyù cho nguyeân lieäu thöïc phaåm, ngoaïi tröø quaù trình coâ ñaëc noàng ñoä cao (treân 600 Brix). (3) Hôi nöôùc gia nhieät vaø hôi nöôùc ngöng tuï ñöôïc baõo hoøa (ôû ñieåm ngöng tuï/boác hôi). (4) Söï thaát thoaùt nhieät ra moâi tröôøng ñöôïc boû qua. Löôïng nhieät thaát thoaùt khoaûng 1 – 3% toång löôïng nhieät söû duïng vaø coù theå giaûm xuoáng baèng lôùp caùch nhieät rieâng cho thieát bò boác hôi. Phaân tích tính toaùn söï aûnh höôûng cuûa nhieàu yeáu toá boác hôi ñöôïc cho trong ví duï 1. Hình 16-caân baèng vaät chaát trong thieát bò boác hôi. m, löu löôïng; T, nhieät ñoä; H, entanpy; A, dieän tích beà maët truyeàn nhieät 2. Thieát bò boác hôi thôøi gian löu daøi: Ñoái vôùi thöïc phaåm beàn nhieät, nhö dung dòch ñöôøng, si roâ, nöôùc eùp khoai taây vaø saûn phaåm töø khoai taây, nöôùc eùp quaû vaø ñoùng hoäp, dung dòch muoái coù theå boác hôi trong nhieàu daïng khaùc nhau cuûa thieát bò boác hôi, ñöôïc bieåu thò bôûi moái quan heä giöõa thôøi gian boác hôi daøi, nhieät ñoä cao, vaø söï tuaàn hoaøn. Heä soá truyeàn nhieät cao coù ñöôïc laø do söï khuaáy troän vaø söï tuaàn hoaøn töï nhieân hay cöôõng böùc cuûa doøng thöïc phaåm (Minton, 1986). Hôn nöõa, söï tuaàn hoaøn cöôõng böùc laøm giaûm söï tích tuï caën. a. Thieát bò boác hôi voû oáng Noài hôi ñöôïc duøng cho quaù trình bay hôi phaân ñoaïn vaø coâ ñaëc ñoái vôùi saûn phaåm thöïc phaåm beàn nhieät, nhö khoai taây pureùe vaø nöôùc soát caø chua naám. Söï khuaáy troän cô hoïc vôùi nhöõng löôõi dao ñöôïc duøng ñeå choáng laïi söï tích tuï caën treân beà maët truyeàn nhieät vaø taêng toác ñoä truyeàn nhieät. b. Heä thoáng oáng daãn nhieät OÁng daãn hôi nöôùc ñöôïc ñaët chìm trong dung dòch caàn coâ ñaëc nhö moät heä thoáng laøm vieäc ñôn giaûn vaø hieäu quaû. Heä thoáng oáng daãn coù theå ñöôïc uoán ñeå laøm taêng toác ñoä truyeàn nhieät. Heä thoáng oáng daãn ñöôïc söû duïng trong thieát bò truyeàn nhieät WURLING, ñöôïc thieát keá cho caùc saûn phaåm töø khoai taây vaø caùc khoái nghieàn töø traùi caây trong nhaø maùy boác hôi mieàn taây USDA (Morgan, 1967). Do vaän toác töông ñoái cao, taêng leân ôû beà maët tieáp xuùc giöõa heä thoáng oáng xoaén vaø saûn phaåm, coù theå laøm giaûm söï xuaát hieän cuûa caùc chaát dính, nhôùt ñoái vôùi saûn phaåm traùi caây hoaëc töø rau (daïng chaát loûng phi Newton), laøm taêng heä soá truyeàn nhieät (Saravacos, 1974). c. Thieát bò boác hôi oáng ngaén Thieát bò boác hôi oáng ngaén ( thuøng boác hôi chaân khoâng) bao goàm moät chuøm oáng ngaén, daøi töø 2–3 m, truyeàn nhieät beân ngoaøi nhôø hôi nöôùc, ñöôïc ñeå chìm trong dung dòch loûng boác hôi. Doøng chaát loûng chaûy leân treân qua heä thoáng oáng bôûi ñoái löu töï nhieân vôùi vaän toác khoaûng gaàn 1m/s, vaø ñöôïc taàn hoaøn lieân tuïc trong suoát quaù trình boác hôi. Moät vaøi ñieåm soâi xuaát hieän beân trong heä thoáng oáng. Thieát bò boác hôi laø heä thoáng reû tieàn, hieäu quaû ñoái vôùi quaù trình boác hôi chaát loûng dính nhôùt thaáp, nhö dung dòch ñöôøng. Thôøi gian tieáp xuùc khoaûng vaøi phuùt vaø coâng suaát thaáp khieán heä thoáng naøy khoâng ñöôïc chaáp nhaän cho quaù trình boác hôi thöïc phaåm daïng loûng vaø nhaïy caûm vôùi nhieät ñoä vôùi theå tích lôùn. d.Thieát bò boác hôi coù tuaàn hoaøn cöôõng böùc Chaát loûng ñöôïc tuaàn hoaøn nhôø heä thoáng bôm ly taâm qua boä trao ñoåi nhieät beân ngoaøi (hoaëc beân trong) vôùi vaän toác cao ( 3–5 m/s), nhieät ñöôïc cung caáp qua hôi nöôùc ngöng tuï. Khi aùp suaát cheânh leäch lôùn, chaát loûng khoâng soâi beân trong ñöôøng oáng cuûa heä thoáng trao ñoåi nhieät, noù seõ phaân rieâng nhanh choùng thaønh loûng/hôi, vaø ñöôïc duy trì trong cheá ñoä chaân khoâng. Do ñoù heä soá trao ñoåi nhieät lôùn, vaän toác chaát loûng lôùn, söï hình thaønh caën trong lôùp oáng bò ngaên chaën. Thôøi gian tieáp xuùc trong vaøi phuùt, hieäu quaû cao ñoái vôùi nhöõng thöïc phaåm daïng loûng beàn nhieät nhö dung dòch ñöôøng. 3. Thieát bò boác hôi coù thôøi gian löu ngaén a) Thieát bò boác hôi daïng oáng daøi ñaët thaúng ñöùng Phaàn lôùn caùc loaïi thöïc phaåm daïng loûng nhaïy caûøm vôùi nhieät ñoä, nhö laø caùc loaïi nöôùc quaû vaø söõa, ñöôïc coâ ñaëc trong thieát bò boác hôi daïng oáng daøi thaúng ñöùng vôùi ñöôøng kính moãi oáng 25-50mm vaø chieàu cao 4-10m. Thieát bò boác hôi maøng rôi thì ñöôïc söû duïng roäng raõi hôn caùc thieát bò boác hôi maøng treo (hình 1). Do ñoä cao cuûa thieát bò neân chuùng thöôøng ñöôïc ñaët ngoaøi nhaø maùy. Hình 17 theå hieän sô löôïc 2 daïng cuûa thieát bò boác hôi daïng oáng daøi thaúng ñöùng. Heä thoáng maøng rôi ñöôïc söû duïng phoå bieán hôn, nguyeân nhaân bôûi heä soá truyeàn nhieát cao, ñoä giaûm aùp suaát thaáp, vaø thôøi gian tieáp xuùc ngaén (khoaûng vaøi giaây). Chaát loûng nhaäp lieäu ñaõ ñöôïc nung noùng sô boä phaûi ñöôïc phaân phoái ñoàng ñeàu treân ñænh cuûa oáng, vaø hoãn hôïp loûng hôi taïi ñaùy ñöôïc taùch ra trong thieát bò ly taâm hoaëc thieát bò loïc. Chaát loûng ñaõ ñöôïc coâ ñaëc ñöôïc thaùo ra vôùi 1 maùy bôm thích hôïp ( neáu ñoä nhôùt quaù cao thì duøng bôm chaân khoâng daïng pittoâng), vaø hôi boác ra ñöôïc ngöng tuï treân beà maët hoaëc trong bình ngöng hoãn hôïp, ñöôïc ñi keøm theo bôøi heä thoáng chaân khoâng F S sp V L c V/L V/L F c S sp V L a) b) Hình 17- Sô ñoà thieát bò boác hôi daïng oáng daøi thaúng ñöùng a)Thieát bi boác hôi maøng rôi b)Thieát bò boác hôi maøng treo F, nhaäp lieäu; P, saûn phaåm; S, hôi ñoát; C, hôi ngöng; L, chaát loûng; V, hôi boác; SP, thieát bò ngöng tuï Thieát bò boác hôi maøng rôi thöôøng duøng ñeå coâ ñaëc nöôùc rau quaû (nhö nöôùc caø chua). Moät bôm ñöôïc söû duïng ñeå hoaøn löu 1 phaàn saûn phaåm ñaõ coâ ñaëc ñeå taêng cöôøng söï trao ñoåi nhieät vaø laøm giaûm söï ñoùng caùu treân beà maët thieát bò. Traùi vôùi thieát bò boác hôi maøng rôi, thieát bò boác hôi maøng treo thì khoâng caàn coù boä phaän phaân phoái nguoàn nhaäp lieäu vaø söï ñoùng caùu cuõng ít hôn. Tuy nhieân, trong khi hoaït ñoäng thì söï giaûm aùp suaát cao hôn, ñieàu naøy nghóa laø nhieät ñoä cuûa chaát loûng taïi ñaùy cao hôn ñaùng keå so vôùi ñænh oáng; Thôøi gian tieáp xuùc cuõng daøi hôn. Trong caû 2 daïng thieát bò boác hôi, do toác ñoä bay hôi nhanh neân doøng hoãn hôïp loûng-hôi ñi ra khoûi oáng coù vaän toác lôùn ( coù theå leân tôùi 100 m/s). Thieát bò RFC (rising and falling film evaporator) laø 1 daïng keát hôïp cuûa 2 loaïi thieát bò treân ñaõ taän duïng ñöôïc caùc thuaän lôïi cuûa daïng thieát bò chaûy maøng.(Moore vaø Hessler, 1963; Moore vaø Hessler 1968) b) Thieát bò boác hôi daïng baûn Thieát bò boác hôi daïng baûn, söï vaän haønh gioáng nhö thieát bò boác hôi maøng rôi hoaëc thieát bò boác hôi RFC, töông töï nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa heä thoáng boác hôi daïng oáng daøi. Chuùng coù öu ñieåm laø chieàu cao (daøi) thieát bò thaáp hôn neân coù theå ñaët ngay beân nhaø maùy. Chuùng cuõng deã thaùo dôøi vaø veä sinh hôn so vôùi thieát bò daïng oáng. Thieát bò boác hôi daïng baûn gaàn gioáng vôùi thieát bò truyeàn nhieát daïng baûn, vôùi thieát keá ñaëc bieät ñeå coù theå vaän chuyeån chaát loûng nhôùt ñang soâi cuøng vôùi quaù trình boác hôi trong suoát quaù trình truyeàn nhieät. c) Thieát bò boác hôi chaûy maøng coù caùnh khuaáy Thieát bò boác hôi chaûy maøng coù caùnh khuaáy ñöôïc söû duïng ñoái vôùi caùc loaïi thöïc phaåm daïng loûng coù ñoä nhôùt raát lôùn vaø deå ñoùng caùu, hoaëc coù nhieàu haït phaân taùn lô löûng maø khoâng theå xöû lyù trong caùc thieát bò boác hôi daïng oáng hay daïng baûn thoâng thöôøng. Ñaëc tröng chính cuûa thieát bò daïng naøy laø coù 1 Rotor ñöôïc ñaët trong thaân cuûa thieát bò (ñöùng hoaëc naèm ngang), nhôø vieäc khuaáy troän chaát loûng nhôùt, laøm gia taêng khaû naêng truyeàn nhieät vaø ngaên caûn söï ñoùng caùu (hình 13). Nhieàu loaïi rotor choáng aên moøn toát thöôøng ñöôïc söû duïng nhö: fixed, scarping, or hinged (Minton,1986). Trong thieát bò ñaët ñöùng, boä phaän taùch pha loûng-hôi vaø ñoäng cô coù theå cuøng boá trí taïi ñænh hay taïi ñaùy thieát bò. Thieát bò boác hôi chaûy maøng coù caùnh khuaáy thöôøng ñöôïc duøng keát hôïp cuøng vôùi thieát bò boác hôi chaûy maøng daïng oáng khi caàn coâ ñaëc taùch chaát raén. Bôûi söï giôùi haïn cuûa thieát bò (chæ coù 1 oáng cuøng vôùi 1 rotor) neân beà maët boác hôi cuûa thieát bò boác hôi chaûy maøng coù caùnh khuaáy thì coù giôùi haïn, toái ña khoaûng 10m2. Ngöôïc laïi, thieát bò boác hôi daïng oáng (nhö thieát bò boác hôi maøng rôi…) coù caáu taïo goám nhieàu oáng neân laøm taêng beà maët boác hôi leân lôùn hôn nhieàu. Trong thieát bò boác hôi chaûy maøng coù caùnh khuaáy daïng ñöùng, rotor coù theå ñöôïc thaùo gôõ baèng maùy naâng thuûy löïc ñeå kieåm tra söûa chöõa. Heä soá truyeàn nhieät chung (U) cuûa thieát bò boác hôi chaûy maøng coù caùnh khuaáy noùi chung cao, phuï thuoäc vaøo toác ñoä quay cuûa caùnh khuaáy vaø toác ñoä nhaäp lieäu. Ñoái vôùi caùc saûn phaåm coù ñoä nhôùt cao, U ñaït giaù trò lôùn trong khoaûng 2000-3000 W/m2K. U ñaït giaù trò 2700-2100 W/m2K khi coâ ñaëc dung dòch ñöôøng 10-600 Brix taïi 1000 C, (using a pilot-scale agitated film evaporator) söû duïng thieát bò boác hôi chaûy maøng coù caùnh khuaáy coù thang ñieàu khieån (Marinos-Kouris vaø Saravacos, 1974). Thieát bò coù beà maët truyeàn nhieät £ 1m2, cao 2-3m vaø chieám £ 0.2m2 dieän tích maët saøn. Chuùng coù theå vaän haønh trong moät khoaûng roäng nhieät ñoä vôùi naêng suaát bay hôi 1-3 taán hôi nöôùc/h Thieát bò boác hôi chaûy maøng coù caùnh khuaáy coù theå söû duïng ñeå keát tinh muoái, nhö NaCl (Dziak vaø Skoczylas, 1996). rotor v M F S C P Hình 18- Sô ñoà thieát bò boác hôi chaûy maøng coù caùnh khuaáy vôùi boä phaän taùch pha loûng khí naèm treân ñænh. M, ñoäng cô; F, nhaäp lieäu; P, saûn phaåm; S, hôi ñoát; C, hôi ngöng; V, hôi boác d) Thieát bò boác hôi chaûy maøng ly taâm Heä soá truyeàn nhieät cuûa maøng chaát loûng ñöôïc gia taêng trong tröôøng ly taâm, ñaõ gia taêng hieäu quaû truyeàn nhieät vaø truyeàn khoái. Söï chuyeån ñoäng quay cuûa taâm thieát bò cuøng vôùi thôøi gian tieáp xuùc ngaén vaø heä soá truyeàn nhieät cao, thieát bò naøy coù theå duøng ñeå coâ ñaëc caùc thöïc phaåm daïng loûng nhaïy caûm vôùi nhieät. Heä soá truyeàn nhieät cao cuøng vôùi söï duy trì cuûa höông vò saûn phaåm trong thieát bò boác hôi chaûy maøng ly taâm De Laval Centritherm ñaõ ñöôïc Malkki vaø Veldstra coâng boá naêm 1967. Nhieät trao ñoåi treân beà maët boä phaän hoaëc maâm quay ñoàng truïc, töông töï nhö trong maùy taùch ly taâm. Maâm quay coù 2 lôùp vaø hôi ñoát ( vd hôi nöôùc) thoåi qua beân trong maâm, trong khi ñoù saûn phaåm ñöôïc phaân phoâi taïi 1 voøi ñaët beân ngoaøi maâm vaø daâng leân trong suoát quaù trình quay. Lôùp maøng saûn phaåm daøy khoaûng 0,1 mm, theå tích chaát loûng ngöng treä döôùi 1,5L , vaø thôøi gian tieáp xuùc trong thieát bò döôùi 1 giaây. Heä soá truyeàn nhieät thay ñoåi trong khoaûng 2000-10000 W/m2K ñaït ñöôïc khi coâ ñaëc Siroâ baép (0-600 Brix, söû duïng maâm quay naèm ngang vôùi toác ñoä quay khoaûng 200-1000 voøng/phuùt (Yanniotis vaø Kolokotsa, 1996). Thieát bò loaïi naøy ít söû duïng trong coâng nghieäp bôûi giaù thaønh vaø chi phí vaän haønh cao cuøng vôùi naêng suaát bay hôi thaáp. VIII-HEÄ THOÁNG THIEÁT BÒ BOÁC HÔI TIEÁT KIEÄM NAÊNG LÖÔÏNG: Boác hôi vaø saáy laø nhöõng thieát bò tieâu toán naêng löôïng nhieàu nhaát trong quaù trình saûn xuaát thöïc phaåm. Vôùi vieäc giaù naêng löôïng ngaøy caøng taêng vaø vieäc saûn xuaát naêng löôïng ñaõ gaây taùc ñoäng maïnh tôùi moâi tröôøng, caùc heä thoáng tieát kieäm vaø taän duïng naêng löôïng ñaõ ñöôïc phaùt trieån vaø öùng duïng trong coâng nghieäp (ERDA,1977). Vieäc tieát kieäm naêng löôïng coù theå ñöôïc tieán haønh baèng caùch caûi tieán caùc thieát bò hieän coù, hieän ñaïi hoùa (hieäu chænh caùc thieát bò phuï), hoaëc chuyeân moân hoùa (laép ñaët nhöõng thieát bò môùi tieát kieäm naêng löôïng). Naêng löôïng cho thieát bò boác hôi thöôøng ñöôïc cung caáp baèng hôi nöôùc baõo hoøa, thì ñöôïc duøng chuû yeáu ñeå boác hôi nöôùc trong nguyeân lieäu thöïc phaåm loûng. Theo lyù thuyeát, vieäc boác hôi 1 kg nöôùc caàn hôn 1 kg hôi nöôùc baõo hoøa, ñöôïc söû duïng nhö laø chaát daãn nhieät, vì enthalpy (nhieät) cuûa quaù trình boác hôi nöôùc seõ giaûm khi aùp suaát taêng. Ví duï nhö vieäc boác hôi nöôùc caàn 2,26 MJ/kg ôû 100oC vaø aùp suaát hôi nöôùc baõo hoøa laø 4 bar, naêng löôïng caàn cung caáp ñeå noù ngöng tuï seõ laø 2,13 MJ/kg. Vì vaäy, hôi nöôùc tieát kieäm (SE) ñöôïc trong coâng ñoaïn naøy laø SE = 2,13/2,26 = 0,94 kg nöôùc boác hôi/kg hôi. Trong ví duï naøy, chaát loûng ñöôïc giaû ñònh laø ñi vaøo vaø ra thieát bò boác hôi ôû daïng hôi baõo hoøa (taïi nhieät ñoä soâi). Hôi nöôùc tieát kieäm trong thieát bò boác hôi coù theå ñöôïc taêng leân nhôø vaøo vieäc söû duïng caùc heä thoáng tieát kieäm naêng löôïng khaùc nhau, nhö söû duïng heä thoáng coâ ñaëc lieân tuïc vaø hôi neùn. Baûng 2 cho thaáy löôïng hôi nöôùc tieát kieäm ñöôïc trong caùc thieát bò boác hôi coâng nghieäp (Kessler, 1986; Bouman et al.., 1988; Hartel, 1992; Chen vaø Heznandez, 1997). Löôïng hôi nöôùc tieát kieäm ñöôïc trong heä thoáng boác hôi lieân hoaøn xaáp xæ SE = 0,85N, vôùi N laø soá löôïng thieát bò coù trong heä thoáng (Filho et al.,1984). Baûng 2 . Löôïng hôi nöôùc tieát kieäm ñöôïc trong caùc thieát bò boác hôi: Thieát bò boác hôi SE, kg nöôùc/kg hôi Moät boä phaän boác hôi Hai boä phaän Ba boä phaän Saùu boä phaän Maùy neùn nhieät, 3 boä phaän boác hôi Maùy neùn hôi 0,90 – 0,98 1,70 – 2 2,40 – 2,80 4,6 – 4,9 4 – 8 10 – 30 1. Thieát bò bay hôi lieân tuïc: Heä thoáng thieát bò bay hôi lieân tuïc (ME) döïa treân vieäc söû duïng laïi hôi nöôùc töø moät thieát bò boác hôi ñeå truyeàn nhieät trong thieát bò tieáp theo laøm vieäc ôû aùp suaát thaáp hôn. Vì vaäy 1 kg hôi coù theå laøm boác hôi nöôùc nhieàu hôn, tuøy vaøo soá löôïng thieát bò vaø aùp suaát hoaït ñoäng. Vieäc xem xeùt ñeán nhieät ñoäng daãn ñeán nhu caàu caàn laøm giaûm aùp suaát (vaø caû nhieät ñoä) töø thieát bò naøy ñeán thieát bò tieáp theo. Ñoái vôùi caùc thöïc phaåm daïng loûng nhaïy caûm nhieät, nhieät ñoä ôû thieát bò ñaàu tieân khoâng neân cao quaù 100oC, trong khi ôû thieát bò cuoái cuøng, nhieät ñoä khoâng neân thaáp hôn 40oC, ñeå duøng nöôùc laøm laïnh hôi cuoái ôû nhieät ñoä moâi tröôøng trong bình ngöng tuï. Giaû ñònh raèng söï khaùc bieät nhieät ñoä giöõa caùc thieát bò laø 10oC, soá thieát bò toái ña trong heä thoáng boác hôi thöïc phaåm neân khoaûng N = 60/10 = 6. Hình 19 bieåu dieãn sô ñoà heä thoáng 3 thieát bò boác hôi lieân tieáp vôùi coâng ñoaïn nhaäp lieäu tröïc tieáp. Thieát bò boác hôi nhaäp lieäu tröïc tieáp ñöôïc öu tieân söû duïng vì nguyeân lieäu (coù noàng ñoä vaø ñoä nhôùt thaáp) ñöôïc boác hôi moät caùch hieäu quaû hôn ôû nhieät ñoä cao, maø khoâng coù söï taéc ngheõn. Trong tröôøng hôïp ñaëc bieät, vieäc hoaøn löu nguyeân lieäu vaø cho chaûy ñoàng thôøi qua caùc thieát bò boác hôi lieân tuïc coù theå coù lôïi hôn so vôùi heä thoáng nhaäp lieäu tröïc tieáp. Heä thoáng coù hoaøn löu nguyeân lieäu yeâu caàu phaûi coù bôm ñeå vaän chuyeån chaát loûng töø thieát bò cuoái leân thieát bò ñaàu tieân, laøm taêng aùp suaát trôû laïi nhö ban ñaàu. Hình 19- Sô ñoà heä thoáng boác hôi goàm 3 giai ñoaïn, nhaäp lieäu tröïc tieáp. F nguyeân lieäu. L chaát loûng. V hôi. P saûn phaåm. S hôi nöôùc ñöa vaøo luùc ban ñaàu. C thieát bò ngöng tuï. Hôi ñöôïc tieát kieäm trong heä thoáng ME thì nhieàu hôn so vôùi 1 thieát bò nhöng ít hôn N thieát bò: SE = ∑mvi/ms (i = 1,N) Trong ñoù ms laø löôïng hôi tieâu toán (kg/s) vaø mvi laø toác ñoä boác hôi (kg/s) cuûa thieát bò thöù i. Chæ soá SE ñöôïc döï ñoaùn döïa vaøo nguyeân lieäu vaø naêng löôïng tieâu thuï ôû moãi thieát bò vaø trong toaøn boä heä thoáng. Nhieät ñoä soâi (vaø aùp suaát) trong thieát bò cuoái cuøng cuûa 1 heä thoáng ME giôùi haïn khoâng chæ döïa vaøo vieäc xem xeùt nhieät ñoä cuûa nöôùc laïnh trong thieát bò ngöng tuï maø coøn döïa vaøo ñoä nhôùt cao cuûa thöïc phaåm loûng ñaõ qua coâ ñaëc. Ñoä nhôùt cuûa chaát loûng cao (ñoä nhôùt taêng maïnh khi khi nhieät ñoä haï) coù nghóa laø nguy cô taéc ngheõn cao vaø heä soá truyeàn nhieät thaáp hôn, do ñoù caùc quaù trình seõ trôû neân toán keùm hôn. Phöông trình ruùt goïn cho heä thoáng goàm 3 thieát bò boác hôi ñöôïc ghi trong ví duï 1. Ñoä taêng ñieåm soâi (BPE) gaây aûnh höôûng xaáu ñeán söï hoaït ñoäng cuûa heä thoáng boác hôi lieân tuïc ME. Trong tröôøng hôïp ñoù, hôi ñi ra khoûi thieát bò taùch loûng/hôi seõ bò quaù nhieät bôûi ñoä taêng ñieåm soâi BPE, nhöng chuùng seõ bò ngöng tuï ôû boä phaän taûn nhieät cuûa thieát bò tieáp theo taïi nhieät ñoä baõo hoøa, laøm maát ñi söï quaù nhieät BPE khi löïc phaùt ñoäng coù saün (ΔT). Ñoái vôùi haàu heát caùc loaïi thöïc phaåm daïng loûng, BPE thöôøng nhoû (khoaûng 1oC) vaø coù theå boû qua, ngoaïi tröø caùc dung dòch ñöôøng coù noàng ñoä cao vaø nöôùc eùp traùi caây. Trong moät vaøi heä thoáng coâ ñaëc thöïc phaåm, coù nhieàu hôn 1 noài boác hôi ñöôïc duøng trong thieát bò cuoái cuøng ñeå ñaït hieäu quaû kinh teá hôn. Hôi ñi töø thieát bò tröôùc seõ ñöôïc chia thaønh 2 hay nhieàu doøng, vaø chuùng ñöôïc duøng ñeå cung caáp nhieät cho 2 hay nhieàu baäc trao ñoåi nhieät, hoaït ñoäng ôû cuøng moät aùp suaát trong thieát bò coâ ñaëc cuoái cuøng. Moãi baäc trao ñoåi nhieät ñöôïc cung caáp nguyeân lieäu loûng ñaõ ñöôïc coâ ñaëc töø thieát bò tröôùc. Hình 19- Heä thoáng thieát bò coâ ñaëc goàm 2 giai ñoaïn, 3 baäc. Trong thieát bò coâ ñaëc caùc dung dòch phi thöïc phaåm coù chöùa nöôùc (ví duï nhö nöôùc muoái khöû), soá löôïng thieát bò coù trong heä thoáng ME coù theå nhieàu hôn so vôùi thieát bò coâ ñaëc thöïc phaåm, bôûi vì coù theå duøng nhieät ñoä cao hôn ôû thieát bò ñaàu tieân, vaø söï khaùc bieät nhieät ñoä (ΔT) giöõa caùc thieát bò coù theå nhoû hôn so vôùi thöïc phaåm. Thoâng thöôøng thì moãi heä thoáng ME coù 8 – 12 thieát bò coâ ñaëc laø toát nhaát, ñaït hieäu quaû cao trong vieäc giaûm giaù thaønh thieát bò. Trong haàu heát caùc quaù trình khöû muoái töø thöïc vaät, heä thoáng coâ ñaëc nhanh nhieàu taàng thöôøng coù nhieàu giai ñoaïn (25 – 50) vaø söï cheânh leäch nhieät ñoä giöõa moãi giai ñoaïn thaáp. 2. Thieát bò coâ ñaëc neùn hôi: Vieäc tieát kieäm hôi nöôùc trong heä thoáng ME coù theå ñöôïc nhieàu hôn nhôø thieát bò coâ ñaëc neùn hôi, ñoù laø nhöõng thieát bò maø hôi töø moät thieát bò coâ ñaëc ñöôïc neùn laïi vaø ñöôïc taùi söû duïng nhö laø moät chaát daãn nhieät. Vieäc neùn hôi coù theå ñaït ñöôïc baèng caùch neùn nhieät ñoäng hoaëc neùn cô hoïc (hình 20). Heä thoáng neùn nhieät ñoäng duøng 1 bôm vôùi hôi nöôùc coùù aùp suaát cao nhaèm laøm taêng aùp suaát vaø nhieät ñoä cuûa hôi nöôùc vaø duøng hoãn hôïp neùn laøm chaát daãn nhieät. Hoaït ñoäng cuûa bôm hôi nöôùc ñöôïc mieâu taû ngaén goïn trong phuï luïc D. Hình 20- Thieát bò coâ ñaëc neùn hôi. (a) neùn nhieät ñoäng; (b) neùn cô hoïc. Caân baèng vaät chaát cuûa heä thoáng chæ ra raèng phaàn hôi nöôùc phaûi ñöôïc di chuyeån tôùi thieát bò ngöng tuï ñeå ñaït ñöôïc traïng thaùi caân baèng. Thieát bò neùn nhieät chæ ñöôïc duøng khi coù theå taïo ra doøng hôi nöôùc coù aùp suaát cao vôùi chi phí thaáp. SE coù theå ñaït ñöôïc töø 4 – 8 laàn, cao hôn caùc thieát bò coâ ñaëc thöïc phaåm ñieån hình. Thieát bò coâ ñaëc neùn hôi cô hoïc (MVR) ñöôïc duøng phoå bieán hôn heä thoáng neùn nhieät ñoäng, bôûi vì SE cuûa chuùng cao hôn (gaáp 10 laàn) vaø chi phí hoaït ñoäng thaáp hôn, nhaát laø tieát kieäm ñöôïc ñieän naêng. Hôi ñöôïc neùn baèng maùy vaø ñöôïc duøng laøm chaát daãn nhieät trong caùc thieát bò coâ ñaëc. Moät löôïng nhoû hôi nöôùc gia nhieät ñöôïc theâm vaøo heä thoáng ñeå keát hôïp vôùi phaàn ngöng tuï trong quaù trình neùn hôi nöôùc. Baûng soá lieäu veà tyû leä vaø chi phí cuûa caû heä thoáng neùn nhieät ñoäng vaø MVR ñaõ ñöôïc ghi laïi bôûi Minton (1986). Maùy neùn ly taâm ñöôïc duøng ñeå neùn hôi nöôùc vôùi tyû soá neùn laø 1,4 – 2, laøm taêng ñoä cheânh nhieät ñoä leân 5 – 20oC. Quaù trình hoaït ñoäng seõ tieát kieäm hôn so tuoác bin caùnh quaït, vôùi tyû soá neùn thaáp hôn thöôøng chæ 1,2 vaø ñoä cheânh nhieät ñoä cuõng chæ vaøo khoaûng 5oC. ΔT thaáp coù theå öùng duïng trong thieát bò boác hôi chaûy maøng xuoâi xuoáng maø khoâng laøm taêng nhieät ñoä ñieåm soâi cuõng nhö ñoä cheânh aùp suaát trong tuoác bin. Phoái hôïp ME vaø heä thoáng neùn hôi, ñieàu naøy laøm taêng SE vaø tieát kieäm hôn, thöôøng ñöôïc duøng trong coâ ñaëc caùc thöïc phaåm daïng loûng. Hình 21 bieåu dieãn söï keát hôïp cuûa heä thoáng coâ ñaëc 3 giai ñoaïn vôùi 1 maùy neùn hôi cô hoïc. Hôi ñöôïc neùn ôû thieát bò cuoái cuøng ñeå cung caáp nhieät cho thieát bò ñaàu tieân. Hình 21- söï keát hôïp giöõa 1 maùy coâ ñaëc 3 giai ñoaïn vaø 1 thieát bò MVR. Thoâng soá kyõ thuaät cuûa caùc maùy coâ ñaëc caùc saûn phaåm nöôùc caø chua ñöôïc theå hieän ôû baûng 3. Thieát bò boác hôi chaûy maøng xuoâi xuoáng nhieàu taàng (2 hay 3) ñöôïc cung caáp bôûi 3 nhaø saûn xuaát khaùc nhau. Thieát bò boác hôi I vaø III töông töï nhau, chaát loûng chaûy töï do döôùi löïc troïng tröôøng treân maøng moûng, töø cuøng 1 nhaø saûn xuaát. Thieát bò II, IV vaø V töông töï nhau, chaát loûng chaûy cöôõng böùc treân maøng moûng, coù chung nhaø saûn xuaát. Thieát bò VI chöùa 1 noài coâ ñaëc coù chaát loûng chaûy töï do (baäc thöù nhaát) vaø moät noài coâ ñaëc coù chaát loûng chaûy cöôõng böùc (baäc thöù hai), ñöôïc saûn xuaát bôûi nhaø saûn xuaát thöù 3. Theo nhö baûng 3, ñeå saûn phaåm ñaït ñöôïc cuøng moät noàng ñoä sau khi coâ ñaëc, moät thieát bò goàm giai ñoaïn boác hôi yeâu caàu ít hôn 30% so vôùi thieát bò coù 2 giai ñoaïn. Hôn nöõa, so vôùi thieát bò chæ coù 2 giai ñoaïn boác hôi, thì thieát bò coù 3 giai ñoaïn söû duïng ít nöôùc hôn khoaûng 35%, nhöng yeâu caàu ñieän naêng nhieàu hôn 20 – 40%. Caû hai thieát bò ñeàu ñoøi hoûi khoâng gian maët ñaát nhö nhau, 50 – 70m2 vaø 11 – 12m chieàu cao. Kích thöôùc laø moät phaàn cuûa theå tích cuûa 1 thieát bò. Neáu theå tích cuûa moät thieát bò coâ ñaëc ñaõ bieát tröôùc taêng gaáp 3 thì yeâu caàu veà khoâng gian chöùa phaûi taêng khoaûng 40%. Tuy nhieân, trong moät vaøi tröôøng hôïp, yeâu caàu veà nöôùc laïnh vaø ñieän naêng giaûm xuoáng 40%. Khi moät thieát bò boác hôi coù bôm tuaàn hoaøn ñöôïc theâm vaøo heä thoáng coâ ñaëc, söï tieâu thuï nöôùc laïnh seõ giaûm khi hôi nöôùc ñöôïc söû duïng toát hôn, nhöng caàn nhieàu naêng löôïng cho bôm. Baûng 3: Caùc chæ soá kyõ thuaät cuûa thieát bò boác hôi caø chua thöông maïi Kieåu thieát bò boác hôi Thieát bò boác hôi I 2 noài Thieát bò boác hôi II 2 noài Thieát bò boác hôi III 3 noài Thieát bò boác hôi VI 3 noài Thieát bò boác hôi V 3 noài Thieát bò boác hôi VI 2 noài, chaûy xuoâi/ chaûy tuaàn hoaøn Dieän tích truyeàn nhieät, m2 40 72 72 118 96 Chieàu cao, m 11 12 11 11 19 15 Söï boác hôi nöôùc, taán/h 11 11 11 11 33 34 Caø chua nguyeân lieäu,taán/h 14 14 14 14 34 Caø chua coâ ñaëc 30o Brix, taán/h 2.6 2.4 2.4 7.4 Hôi nöôùc tieâu thuï, taán/h 4 5.6 3.8 4 14 Nöôùc laøm laïnh, m3/h 80 380 80 250 750 100 Naêng löôïng tieâu thuï, kW 110 50 10 78 118 130 3. Thieát bò coâ ñaëc coù bôm nhieät: Thieát bò coâ ñaëc coù bôm nhieät laø moät heä thoáng coù kích thöôùc töông ñoái nhoû, duøng bôm nhieät ñeå coâ ñaëc chaát loûng vaø heä thoáng laøm laïnh ñeå ngöng tuï hôi nöôùc. Heä thoáng hoaït ñoäng ôû nhieät ñoä coâ ñaëc thaáp vaø noù thuaän lôïi cho vieäc coâ ñaëc caùc thöïc phaåm daïng loûng nhaïy caûm vôùi nhieät. Tuy nhieân, öùng duïng trong coâng nghieäp cuûa heä thoáng naøy laø khaù giôùi haïn, nhö trong tröôøng hôïp thieát bò saáy coù bôm nhieät, bôûi vì noù coù buoàng coâ ñaëc nhoû vaø chi phí hoat ñoäng cao. 4. Phoái hôïp thaåm thaáu ngöôïc/coâ ñaëc: Vieäc loaïi boû nöôùc hoaøn toaøn töø thöïc phaåm loûng baèng coâng ngheä maøng membrane (chuû yeáu laø thaåm thaáu ngöôïc) sau khi coâ ñaëc baèng söï bay hôi maøng seõ laø moät heä thoáng coâ ñaëc coù hieäu quaû kinh teá cao, ñaït chaát löôïng cao ñoái vôùi caùc dung dòch nhaïy caûm vôùi nhieät. Hieäu quaû kinh teá vaø khaû naêng hoaït ñoäng cuûa heä thoáng coù theå ñöôïc kieåm tra moät caùch chi tieát ñoái vôùi moãi loaïi thöïc phaåm (Moresi, 1988). 5. Söï khöû muoái töø nöôùc Boác hôi laø phöông phaùp chính ñeå khöû muoái töø nöôùc sau quaù trình thaåm thaáu ngöôïc. Thieát bò boác hôi lieân tuïc ME (thöôøng laø thieát bò boác hôi maøng chaûy xuoâi) vôùi 1 löôïng lôùn noài coâ ñaëc vôùi kích côõ trung bình ñöôïc duøng ñeå khöû muoái töø nöôùc lôï vaø caû nöôùc bieån. Ngöôøi ta duøng caùc oáng nhoû hôn (laøm töø kim loaïi daãn nhieät thay vì oáng laøm baèng theùp khoâng ræ trong thieát bò boác hôi thöïc phaåm) vaø nhieät ñoä cao hôn ñeå ñaït ñöôïc heä soá daãn nhieät toång raát cao, chaúng haïn baèng 8 000 W/m2 K. Beân caïnh ñoù ngöôøi ta söû duïng thieát bò boác hôi neùn hôi nhoû hôn tieát kieäm ñöôïc 1 löôïng lôùn naêng löôïng vaø xöû lyù tröôùc beà maët thieát bò boác hôi nhaèm ngaên chaën quaù trình ñoùng caën. Ñeå ñaït ñöôïc löu löôïng lôùn, ngöôøi ta duøng heä thoáng thieát bò boác hôi nhanh nhieàu taàng MSF. Heä thoáng naøy goàm 1 loaït caùc thieát bò truyeàn nhieät (20-40) coù taùc duïng laøm noùng sô boä nöôùc vaøo baèng hôi ngöng tuï cuûa doøng nöôùc vaøo nhanh. Hai doøng chaûy naøy coù ñoä cheânh nhieät ñoä nhoû khoaûng 2-3oC vaø cho khoaûng 20 000 m3 nöôùc ñaõ ñöôïc khöû muoái 1 ngaøy vôùi chi phí thaáp nhaát. 6. Thieát bò boác hôi taän duïng nhieät thaûi Khi öùng duïng thieát bò boác hôi ôû quy moâ roäng nhö tinh cheá ñöôøng vaø khöû muoái trong nöôùc ta duøng hôi nöôùc thaûi töø caùc nhaø maùy phaùt ñieän (heä thoáng phaùt ñieän ñoâi) ñeå tieát kieäm ñöôïc nguoàn nhieät. Hôi nöôùc aùp suaát cao duøng ñeå phaùt ñieän naêng mong muoán vaø hôi nöôùc ôû aùp suaát thaáp (khoaûng 2 bar) bôm baèng turbine hôi nöôùc coù theå taän duïng nhö laø 1 chaát mang nhieät trong thieát bò boác hôi lieân tuïc ME hoaëc MSF. Hôi noùng thoaùt töø caùc loaïi thieát bò nhö maùy saáy khoâng khí cuõng coù theå ñöôïc taän duïng ñeå laøm chaát mang nhieät cho thieát bò boác hôi. Nhöõng heä thoáng nhö vaäy coù theå ñöôïc öùng duïng trong quaù trình cheá bieán vaät lieäu thaûi boû töø traùi cam (voû vaø thòt quaû) maø thöôøng ñöôïc dehydrate baèng maùy saáy tuaàn hoaøn khí ñoát. Hôi noùng thoaùt ra coù theå laøm noùng thieát bò boác hôi, töø ñoù coâ ñaëc dòch thaûi töø quaû cam (Filho et al. 1984). Chaát thaûi giaøu naêng löôïng töø caùc nhaø maùy cheá bieán thöïc phaåm coù theå taän duïng taïo hôi nöôùc cho quaù trình boác hôi. Ví duï, trong cheá bieán ñöôøng mía, hôi nöôùc duøng cho thieát bò boác hôi taïo töø quaù trình ñoát baõ mía. X .THIEÁT KEÁ THIEÁT BÒ BOÁC HÔI: I. Löïa choïn thieát bò boác hôi : Trong quaù trình choïn 1 thieát bò boác hôi phuø hôïp nhaát vôùi naêng suaát mong muoán, ta caàn xem xeùt caùc yeáu toá sau ñaây: 1) Thieát bò coù heä soá truyeàn nhieät chung cao nhaát laø thieát bò boác hôi daïng chaûy maøng. Heä soá truyeàn nhieät caøng cao thì dieän tích beà maët truyeàn nhieát caøng nhoû, töø ñoù chi phí ñaàu tö giaûm, chính bôûi vaäy neân trong moïi tröôøng hôïp, thieát bò boác hôi daïng chaûy maøng luoân ñöôïc xem xeùt ñaàu tieân. Trong khi baát lôïi duy nhaát cuûa thieát bò boác hôi chaûy maøng laø deã baùm caùu treân beà maët truyeàn nhieät, khi naêng suaát bay hôi trung bình thì buø vaøo cho söï khoâng thuaän lôïi naøy chính laø chi phí thaáp cuûa noù, coøn khi naêng suaát lôùn thì vaán ñeà naøy ñaëc bieät phöùc taïp. Moät thí duï ñieån hình laø thieát bò thuøng quay.Dung dòch maø gaây ra ñieàu ñoù trong quaù trình saûn xuaát tô sôïi vaø cellulose thì chöùa caùc thaønh phaàn chính nhö H2SO4, Na2SO4, vaø caùc chaát khaùc nhö Zn2SO4 cuøng vôùi nöôùc. Quaù trình tích tuï dieãn ra trong khoaûng 1 tuaàn, sau ñoù thì thieát bò seõ ñöôïc xöû lyù. Trong coâng nghieäp thöïc phaåm, caùc saûn phaåm töø coù nguoàn goác töø thieân nhieân thì ñeàu maãn caûm vôùi nhieät ñoä, trong tröôøng hôïp ñoù caùc thieát bò thöôøng ñöôïc veä sinh ít nhaát 1 laàn 1 ngaøy vì yeâu caàu veä sinh thöïc phaåm. Trong lónh vöïc hoaù chaát thì moät thieát bò boác hôi coù theå hoaït ñoäng lieân tuïc trong 1 tuaàn hoaëc coù 1 vaøi tröôøng hôïp lieân tuïc trong nhieàu thaùng. 2) Khi naêng suaát boác hôi leân ñeán khoaûng 60000 Lbs/h tính theo löôïng nöôùc boác hôi, thì coù theå duøng caû thieát bò daïng baûn moûng hoaëc thieát bò daïng oáng. Chi phí ñaàu tö coù coù theå taêng giaûm vaø coù theå giaûm bôùt yeâu caàu dieän tích nhaø xöôûng, cuøng vôùi chi phí thaáp cuûa vieäc thieát laäp caùc thieát bò baûn moûng ñöôïc eùp chaët vôùi nhau ñaõ khieán chuùng thöïc söï ñaùng quan taâm. Khi naêng suaát boác hôi cao hôn 60000 Lbs/h thì söï löïa choïn laø giöõa caùc thieát bò daïng oáng. Moät moâ hình phuø hôïp thì coù theå ñem laïi nhieàu hieäu quaû. 3) Trong nhieàu tröôøng hôïp, söï löïa choïn thieát bò boác hôi ñöôïc quyeát ñònh bôûi caáu truùc cuûa vaät lieäu caàn duøng. Ví duï nhö trong tröôøng hôïp coâ ñaëc acid sulfuric, coù theå coâ ñaëc leân ñeán noàng ñoä 50%, beà maët truyeàn nhieät bình thöôøng coù theå duøng baèng graphite. Khi ñoù thì yeâu caàu söû duïng cuûa thieát bò daïng oáng seõ khaùc so vôùi thieát bò daïng baûn moûng. Vôùi nhieät ñoä bay hôi vaø ñieàu kieän coâ ñaëc phuø hôïp, Incoloy vaø Hastelloy ñaõ coù theå söû duïng caû thieát bò daïng oáng hoaëc thieát bò baûn moûng, nhöng giaù thaønh seõ ñaét hôn duøng baèng thieát bò vaät lieäu laø graphite. Caùc thieát bò phaân rieâng vaø ñöôøng oáng coù theå duøng baèng nhöïa phenolic hoaëc baèng cao su traùng theùp cacbon. Söï coâ ñaëc acid sulfuric tôùi noàng ñoä trong khoaûng 50-72% vaãn coù theå söû duïng beà maët truyeàn nhieät baèng graphite moät caùch bình thöôøng khi nhieät ñoä hoaït ñoäng duy trì döôùi 230-2400F, nhöng ñöôøng oáng vaø caùc bình chöùa thì ñöôïc daùt baèng theùp, tantiron, hoaëc chì ñuùc. Vì lyù do caáu truùc neân chuøm oáng baèng graphite ñöôïc saép xeáp trong thieát bò maøng rôi vaø thieát bò coù tuaàn hoaøn vôùi thieát bò taùch loûng-hôi ñaët beân treân. 4) Thöôøng duøng nhieàu hôn moät thieát bò boác hôi trong khi coâ ñaëc 1 saûn phaåm. Ví duï laø thöôøng coù 1 thieát bò boác hôi chính ñi theo thieát bò hoaøn thieän. Thieát bò chính naøy ñöôïc duøng ñeå laøm bay hôi phaàn lôùn löôïng nöôùc hoaëc dung moâi bay hôi tôùi ñieåm maø chaát loûng coâ ñaëc ñöôïc ñöa tôùi noàng ñoä giôùi haïn. Ñoái vôùi caùc dung dòch quaù baõo hoaø seõ dieãn ra söï keát tinh. Thieát bò coâ ñaëc keát tinh coù tuaàn hoaøn cöôõng böùc thöôøng ñöôïc duøng trong giai ñoaïn cuoái cuøng cuûa heä thoáng boác hôi. Xem xeùt ví duï coâ ñaëc dung dòch töø noàng ñoä 4% leân ñeán 60% chaát khoâ, heä soá coâ ñaëc laø 15:1. Taïi noàng ñoä 40% chaát khoâ, thì ñoä nhôùt laø quaù cao ñoái vôùi thieát bò boác hôi daïng chaûy maøng vaø saûn phaåm seõ ñöôïc coâ ñaëc trong thieát bò Paravap hoaëc thieát bò chaûy maøng ñaõ ñöôïc lau chuøi. Tuy nhieân, söï coâ ñaëc töø noàng ñoä 4% ñeán 40% chaát khoâ, hay heä soá coâ ñaëc laø 10:1, 90% nhaäp lieäu ñaõ ñöôïc coâ ñaëc trong thieát bò coâ ñaëc ñaàu tieân. Vaø thieát bò coâ ñaëc hoaøn thieän chæ coøn coâ ñaëc dung dòch töø noàng ñoä 40% ñeán 60% chaát khoâ, hay laø heä soá coâ ñaëc laø 1,5:1. Ñieàu naøy coù nghóa laø 96,43% nhaäp lieäu ñaõ ñöôïc coâ ñaëc trong heä thoáng coâ ñaëc hoaëc trong thieát bò boác hôi neùn hôi (mechanical vapor recompression bulk evaporator) vôùi hieäu quaû duøng nhieät cao vaø ñaït ñöôïc heä soá truyeàn nhieät cao. Chæ coù khoaûng 3,57% naêng suaát bò haïn cheá bôûi 1 thieát bò coâ ñaëc ñieàu khieån giai ñoaïn khoù khaên nhaát trong quaù trình coâ ñaëc. 5) Khi caàn coâ ñaëc keát tinh, thì taïi thieát bò maø xaûy ra quaù trình keát tinh thì luoân luoân duøng thieát bò boác hôi coù tuaàn hoaøn cöôõng böùc, vaø trong ña soá caùc tröôøng hôïp thì ñoù laø thieát bò daïng oáng. Tuy nhieân, khi vaán ñeà khoâng phaûi naèm trong quaù trình keát tinh, maø laø töø söï chia tyû leä cuûa beà maët truyeàn nhieät chung, thì thieát bò paraflash ñaït hieäu quaû hôn. Nhö hình 16, heä soá hoài löu trong thieát bò baûn moûng thì thaáp hôn trong thieát bò daïng oáng, do ñoù ñoøi hoûi coâng suaát thaáp hôn. Baûng so saùnh söï hoài löu trong thieát bò daïng baûn vaø thieát bò daïng oáng Caùc ñaëc tính cuûa dung dòch: Tæ troïng: 1,35 Nhieät dung rieâng 0,62 Ñoä daãn ñieän 0,26 BTU Ñoä nhôùt 100 cp II. Löïa choïn vaät lieäu: Hai tham soá aûnh höôûng ñeán vieäc löïu choïn vaät lieäu laø söï aên moøn vaø veä sinh. Taát caû caùc thieát bò boác hôi phaûi baûo ñaûm veä sinh. Haàu heát thieát bò seõ ñöôïc röûa baèng nöôùc, sau ñoù laø vôùi dung dòch kieàm hoaëc acid ,sau cuøng ta seõ röûa vôùi nöôùc.ví duï trong saûn xuaát söõa vaø thòt ,thieát bò boác hôi phaûi hoaøn toaøn saïch caùc keát tuûa hay veát baån tích tuï laïi. Haàu heát caùc thieáùt bò boác hôi laøm saïch ñöôïc cheá taïo bôûi theùp khoâng gæ 304 hay 316. Tính choáng aên moøn laø moät ñieàu caàn chuù yù khi löïa choïn vaät lieäu vì haàu heát caùc thieát bò hoùa chaát laøm vieäc trong moâi tröôøng aên moøn. Vì vaäy choïn vaät lieäu beàn ñoái moâi tröôøng aên moøn khoâng nhöõng ñeå ñaûm baûo tuoåi thoï maùy maø coøn ñaûm baûo ñoä tinh khieát cho saûn phaåm. Theùp khoâng gæ phuø hôïp cho giai ñoaïn ñaàu cuûa quaù trình boác hôi, coøn caùc giai ñoaïn sau ñoù ta phaûi söû duïng caùc vaät lieäu coù tính choáng aên moøn cao hôn. Söï aên moøn cuõng laø moät vaán ñeà caàn ñöôïc xem xeùt khi ta choïn vaät lieäu ñeäm. Ñaây laø moät vaán ñeà quan troïng ñoái vôùi thieát bò boác hôi daïng baûn moûng vôùi nhöõng ñeäm bít coù tính ñaøn hoài.nhieàu dung dòch nhö ñöôïc clo hoùa vaø hoïp chaát thôm seõ phaù huûy choã ñeäm, hay caùc dung dòch khaùc chöùa acid nitric coù trong caùc chaát laøm saïch.vì vaäy neân loaøi tröø acid nitric khoûi caùc chaát laøm saïch.  Caùc loaïi vaät lieäu ñieån hình duøng trong moät soá thieát bò boác hôi Saûn phaåm Vaät lieäu cheá taïo Saûn phaåm söõa vaø thöïc phaåm Nöôùc eùp traùi caây Ñöôøng Saûn phaåm chöùa noàng ñoä muoái cao Soña kieàm (<40%) Xuùt ñaäm ñaëc Acid HCl Theùp khoâng gæ 304/316 Theùp khoâng gæ 316 Theùp carbon 304/ 316 Titan, theùp hôïp kim, theùp khoâng gæ keùp Theùp carbon khöû öùng suaát Nickel Graphite hay cao su phuû theùp carbon 3-Caùc thaønh phaàn cuûa thieát bò boác hôi Nhöõng thaønh phaàn chính cuûa thieát bò boác hôi goàm thieát bò nung sô boä, thaân thieát bò boác hôi vaø thieát bò taùch loûng/hôi. Caùc thieát bò phuï goàm thieát bò ngöng tuï, heä thoáng chaân khoâng, maùy bôm, oáng daãn vaø heä thoáng ñieàu khieån quaù trình. Thieát bò nung sô boä laø thieát bò truyeàn nhieät kieåu voû oáng hoaëc laø thieát bò truyeàn nhieät daïng baûn. 3.1.Thaân thieát bò boác hôi Trong cheá bieán thöïc phaåm ngöôøi ta chuû yeáu söû duïng 2 loaïi thaân thieát bò boác hôi ôû thieát bò boác hôi daïng oáng ñöùng(long-tube vertical evaporator) vaø thieát bò boác hôi daïng baûn. 3.1.1.Thieát bò boác hôi daïng oáng ñöùng Thieát bò boác hôi daïng oáng ñöùng goàm nhöõng oáng daøi, thöôøng coù chieàu ñöôøng kính 50 mm vaø daøi 6-12 m cho quaù trình 1 laàn hoaëc coù chieàu daøi töø 4-7 m cho quaù trình tuaàn hoaøn. Caùc oáng ñöùng (50-500) ñöôïc gaén thaønh 1 chuøm oáng (ñöôïc duøng trong thieát bò voû aùo hôi nöôùc) taïo ñöôïc 1 dieän tích truyeàn nhieät lôùn khoaûng 100-200 m2. Caùc loaïi oáng daãn thöôøng laøm töø theùp khoâng ræ (304 hoaëc 316), toát nhaát laø ñaùnh boùng laøm saïch ñeå ñaûm baûo tieâu chuaån veä sinh. Caùc oáng daãn ñöôïc noái baèng caùc