Các thiết bị cô đặc dùng trong công nghệ thực phẩm

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨM 2
Chủ đề:

CÁC THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DÙNG TRONG CÔNG
NGHỆ THỰC PHẨM

TPHCM, THÁNG 11 NĂM 2020


NHĨM SINH VIÊN THỰC HIỆN (Nhóm 9)

2


MỤC LỤC
Lời nói đầu...........................................................4
I.

Thiết bị cơ đặc dùng trong cơng nghệ thực

phẩm.........................................................5
I. 1. Cấu tạo thiết bị cô đặc............................5
I. 2. Phân loại thiết bị cô đặc..........................5
I. 3. Yêu cầu đối với thiết bị cô đặc.................5
II.
Một số thiết bị cô đặc dùng trong công nghệ
thực phẩm.................................................6

II. 1. Thiết bị cô đặc có ống tuần hồn trung tâm
II. 2.

.............................................................6
Thiết bị cơ đặc buồng đốt ngồi kiểu đứng

II. 3.

.............................................................8
Thiết bị cơ đặc buồng đốt ngồi nằm ngang

II. 4.
II. 5.

.............................................................9
Thiết bị cơ đặc ống tuần hồn cưỡng bức11
Thiết bị cơ đặc loại màng.....................13

Tài liệu tham khảo..............................................16

3


Lời nói đầu

T

ruyền nhiệt là lĩnh vực đóng vai trị quan trọng, khơng thể thiếu
trong hầu hết các q trình hố học, thực phẩm, sinh học, mơi
trường…Trong đó q trình cơ đặc và làm lạnh là hai q trình

có vai trị đặc biệt quan trọng.
Thực hiện q trình cơ đặc có nhiều phương pháp và sử dụng nhiều
thiết bị khác nhau để tăng năng suất, tiết kiệm thời gian, chi phí và đạt hiệu
quả kinh tế cao nhất.
Trong cơng nghệ chế biến thực phẩm phải sử dụng một năng lượng
lớn cho một số công nghệ: cô đặc, chưng cât, sấy,...nguồn năng lượng ngày
càng khan hiếm. Do đó phải tìm các phương pháp tối ưu để tiết kiện năng
lượng trong chế biến thực phẩm là vấn đề cấp thiết mà thật tế đặt ra.
Vì thế, trong bài tiểu luận này chúng em sẽ đưa ra một số thiết bị cô
đặc, sẽ làm rõ: cấu tạo, ưu, nhược điểm của các thiết bị này trong sản xuất
để chọn các thiết bị ứng dụng trong các quá trình sản xuất một cách hợp lý,
tiết kiệm nhưng vẫn đáp ứng yêu cầu của nhà sản xuất.

4


I.

Thiết bị cô đặc dùng trong công nghệ thực
phẩm
I. 1. Cấu tạo thiết bị cô đặc
Các loại thiết bị cô đặc đun nóng bằng hơi được dùng

phổ biến, gồm hai phần chính:
- Bộ phận đun sơi dung dịch (phịng đốt) trong đó bố trí
bề mặt truyền nhiệt để đun sơi dung dịch ;
- Bộ phận bốc hơi (phòng bốc hơi ) là một phòng trống,
ở đây hơi thứ được tách khỏi hỗn hợp lỏng – hơi của
dung dịch sôi (khác với thiết bị chỉ có phịng đốt).

Có thể cấu tạo thêm bộ phận phân ly hơi – lỏng ở trong
phòng bốc hơi hoặc ở trên ống dẫn hơi thứ, để thu hồi các
hạt dung dịch bị hơi thứ mang theo với yêu cầu đơn giản,
gọn, chắc, dễ chế tạo, sửa chữa, lắp ráp, các chi tiết phải
quy chuẩn hoá, giá thành rẻ.
I. 2. Phân loại thiết bị cô đặc
- Theo sự bố trí bề mặt truyền nhiệt: nằm ngang, thẳng
đứng, loại nghiêng.
- Theo cấu tạo bề mặt truyền nhiệt: vỏ bọc ngoài, ống
xoắn, ống chùm.
- Theo chất tải nhiệt: đun nóng bằng dịng điện, bằng
khói lị, bằng hơi nước, bằng chất tải nhiệt đặc biệt.
- Theo tính chất tuần hồn của dung dịch: tuần hoàn tự

-

nhiên, tuần hoàn cưỡng bức.
I. 3. Yêu cầu đối với thiết bị cô đặc
Chế độ làm việc ổn định
Ít bám cặn
Dễ làm sạch
Dễ điều chỉnh và kiểm tra
Cường độ truyền nhiệt lớn (hệ số truyền nhiệt K lớn)

5


II.

Một số thiết bị cô đặc dùng trong công nghệ

thực phẩm
II. 1. Thiết bị cơ đặc có ống tuần hồn trung

tâm
a) Cấu tạo

Hình 1. Thiết bị cơ đặc ống tuần hoàn trung tâm
1. Buồng bốc 2. Buồng đốt 3. Ống truyền nhiệt
4. Ống tuần hoàn trung tâm 5. Bộ phận tách giọt
Thiết bị cơ đặc có ống tuần hồn trung tâm gồm phần
trên là buồng bốc (1), phần dưới của thiết bị là buồng đốt
(2) có cấu tạo tương tự như thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm.
Trong buồng đốt gồm các ống truyền nhiệt(3) và ống
tuần hoàn trung tâm (4) có đường kính lớn hơn từ 7 – 10 lần
ống truyền nhiệt.
6


Trong buồng bốc có bộ phận tách giọt (5) với tác dụng
tách các giọt chất lỏng cuốn theo.
b) Nguyên lý hoạt động
Dung dịch được đưa vào đáy buồng bốc rồi chảy trong
các ống truyền nhiệt và ống trung tâm.
Hơi đốt được đưa vào buồng đốt đi ở khoảng giữa các ống
và vỏ, do đó dung dịch được đun sơi tạo thành hỗn hợp lỏng
– hơi trong ống truyền nhiệt làm khối lượng riêng của dung
dịch sẽ giảm đi và chuyển động từ dưới lên miệng ống. Cịn
trong ống tuần hồn thể tích dung dịch theo một đơn vị bề
mặt truyền nhiệt lớn hơn so với ống truyền nhiệt do đó chất
lỏng sẽ di chuyển từ trên xuống dưới rồi đi vào ống truyền

nhiệt lên trên và trở lại ống tuần hồn. Chuyển động liên
tục tạo nên dịng tuần hồn tự nhiên.
Tại bề mặt thống của dung dịch ở phịng bốc hơi thứ
tách ra khỏi dung dịch bay lên qua bộ phận tách giọt sang
thiết bị ngưng tụ baromet. Bộ phận tách giọt có tác dụng
giữ lại những giọt chất lỏng do hơi thứ cuốn theo và chảy
trở về đáy phòng bốc, cịn dung dịch có nồng độ tăng dần
tới nồng độ yêu cầu được lấy ra một phần ở đáy thiết bị làm
sản phẩm, đồng thời liền tục bổ xung thêm một lượng dung
dịch mới vào thiết bị (trong trường hợp thiết bị làm việc liên
tục). Cịn với q trình làm việc gián đoạn thì dung dịch
được đưa vào thiết bị gián đoạn, và sản phẩm cũng được lấy
ra gián đoạn. Tốc độ tuần hồn càng lớn thì hệ số cấp nhiệt
phía dung dịch càng tăng và q trình đóng cặn trên bề mặt

7


cũng giảm. Tốc độ tuần hồn loại này thường khơng quá 1,5
m/s.
c) Ưu điểm – Nhược điểm
Ưu điểm
Cấu tạo đơn giản dễ sửa chữa và làm sạch

Nhược điểm
Năng suất thấp, và tốc độ tuần hồn giảm vì ống tuần
hồn cũng bị đốt nóng.
II. 2. Thiết bị cơ đặc buồng đốt ngoài kiểu đứng
a) Cấu tạo

8


Hình 2. Thiết bị cơ đặc buồng đốt ngồi kiểu đứng
1. Buồng đốt 2. Buồng bốc 3. Ống dẫn
4. Bộ phận tách giọt 5. Ống tuần hồn ngồi
Thiết bị cơ đặc có buồng đốt ngồi kiểu đứng gồm
phịng đốt (1) và phòng bốc (2).
Phòng đốt là thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, nhưng
các ống truyền nhiệt có thể dài tới 7m.
Trong phịng bốc có bộ phận tách giọt (4) và nối giữa
hai phịng đốt và phịng đốt có ống dẫn (3) và ống tuần
hoàn (5).
b) Nguyên lý hoạt động
Dung dịch được đưa vào phòng đốt liên tục và đi trong
các ống truyền nhiệt.
Hơi đốt được đi vào trong phòng đốt và đi ở khoảng
giữa ống truyền nhiệt với vỏ thiết bị để đun sôi dung dịch.
Dung dịch tạo thành hỗn hợp hơi – lỏng đi qua ống dẫn
nhiệt vào phòng bốc hơi, ở đây hơi thứ tách ra đi lên phía
trên, cịn dung dịch đi theo ống tuần hồn trộn lẫn với dung
dịch mới đi vào phòng đốt.
Khi nồng độ dung dịch đạt yêu cầu được trích một
phần ra ở đáy phòng bốc làm sản phẩm, đồng thời liên tục
bổ sung dung dịch mới vào thiết bị.
c) Ưu điểm – Nhược điểm
Ưu điểm
- Năng suất sao
9

- Do chiều dài ống truyền nhiệt lớn (tới 7m) và ống tuần
hồn khơng bị đốt nóng nên cường độ tuần hoàn lớn
và cường độ bốc hơi cao.
Nhược điểm
Cồng kềnh, tốn nhiều vật liệu chế tạo
II. 3. Thiết bị cô đặc buồng đốt ngồi nằm ngang
a) Cấu tạo
5

3

4

6
Hình 3. Thiết bị cơ đặc buồng đốt ngồi nằm ngang
1. Buồng đốt 2. Buồng bốc 3. Bộ phận tách giọt 4. Ống
nhập liệu
5. Ống ra hơi thứ 6. Ống tháo sản phầm
Thiết bị cơ đặc có buồng đốt ngồi nằm ngang gồm
phịng đốt (1) là thiết bị truyền nhiệt ống chữ U và phịng
bốc (2), trong phịng bốc có bộ phận tách giọt.
10


b) Nguyên lý hoạt động
Dung dịch được đưa vào thiết bị và đi vào ống truyền
nhiệt chữ U từ trái sang phải ở nhánh dưới lên nhánh trên
rồi lại chảy về buồng bốc ở trạng thái sôi.
Dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên qua bộ phận

tách giọt và ra ngồi, cịn nồng độ dung dịch tăng dần tới
nồng độ yêu cầu, sau đó tháo phần dung dịch ra làm sản
phẩm và tiếp tục cho dung dịch mới vào thực hiện một mẻ
mới.
c) Ưu điểm – Nhược điểm
Ưu điểm
- Cường độ tuần hoàn của dung dịch lớn hơn loại ống
tuần hồn trung tâm.
- Dễ dàng tháo phịng đốt để sửa chữa và làm sạch.
Nhược điểm
Cồng kềnh, cấu tạo phức tạp, làm việc gián đoạn, năng
suất thấp.
II. 4. Thiết bị cơ đặc ống tuần hồn cưỡng bức
a) Cấu tạo

11


Hình 4. Thiết bị cơ đặc ống tuần hồn cưỡng bức
1. Buồng bốc 2. Buồng đốt 3. Ống truyền nhiệt
4. Bơm 5. Ống tuần hoàn ngoài 6. Bộ phận tách giọt

Thiết bị gồm buồng bốc (1) và trong buồng bốc có bộ
phận tách giọt, phía dưới buồng đốt (2), trong buồng đốt có
các ống truyền nhiệt (3), bên ngồi thiết bị có ống tuần
hồn ngồi (5), và bơm tuần hồn (4).
b) Nguyên lý hoạt động
Dung dịch được bơm đưa vào phòng đốt liên tục và đi
trong các ống trao đổi nhiệt từ dưới lên phòng bốc.

12


Hơi đốt được đưa vào phòng đốt ở khoảng giữa các ống
truyền nhiệt với vỏ thiết bị. Dung dịch được đun sôi trong
ống truyền nhiệt với cường độ sôi cao và đi lên phịng bốc.
Tại bề mặt thống dung dịch ở phịng bốc, dung mơi
tách ra bay lên và đi qua bộ phận tách giọt rồi sang thiết bị
ngưng tụ baromet.
Dung dịch trở lên đậm đặc hơn trở về ống tuần hoàn
ngoài trộn lẫn với dung dịch đầu tiếp tục được bơm đưa vào
phòng đốt. Khi dung dịch đạt nồng độ u cầu thì ta ln
ln lấy một phần dung dịch ra ở đáy phòng bốc ra làm sản
phẩm.
Tốc độ dung dịch trong ống truyền nhiệt khoảng từ 1,5
đến 3,5 m/s do đó hệ số cấp nhiệt lớn hơn tuần hồn tự
nhiên từ 3 đến 4 lần và có thể làm việc trong điều kiện nhiệt
độ hữu ích nhỏ từ 3 đến 5°C vì cường độ tuần hồn chỉ phụ
thuộc vào năng suất của bơm.
c) Ưu điểm – Nhược điểm
Ưu điểm
- Tránh được hiện tượng bám cặn trên bề mặt truyền
nhiệt.
- Có thể cơ đặc những dung dịch có độ nhớt lớn mà tuần
hồn tự nhiên khó thực hiện.
Nhược điểm
- Tốn năng lượng để cung cấp cho bơm.
- Thường ứng dụng khi cường độ bay hơi lớn.
- Tuần hoàn cưỡng bức có thể thực hiện ở những thiết bị
khác nhau (phịng đốt ngồi, phịng đốt treo).

13


II. 5. Thiết bị cơ đặc loại màng
a) Cấu tạo

Hình 5. Thiết bị cô đặc loại màng
1. Buồng bốc 2. Buồng đốt 3. Ống truyền nhiệt
2. Van xả khí 5. Ống tuần hồn ngồi
Thiết bị cơ đặc loại màng có cấu tạo tuơng tự thiết bị
cô đặc cưỡng bức, nhưng với các ống trao đổi nhiệt cao từ 6
đến 9 mét.
b) Nguyên lý hoạt động
Dung dịch được đưa từ đáy buồng đốt vào trong các
ống trao đổi nhiệt với mức chất lỏng chiếm khoảng 1/4 đến
1/5 chiều cao của ống truyền nhiệt.
14


Hơi đốt đi vào buồng đốt ở khoảng giữa các ống truyền
nhiệt với vỏ thiết bị. Dung dịch được đun sôi với cường độ
lớn và hơi thứ tách ra ngay trên bề mặt thoáng của dung
dịch ở trong ống truyền nhiệt. Hơi chiếm hầu hết tiết diện
của ống truyền nhiệt và chuyển động từ dưới lên với vận tốc
rất lớn (khoảng 20m/s) kéo theo màng chất lỏng ở bề mặt
ống cùng đi lên.
Màng chất lỏng đi từ dưới lên tiếp tục bay hơi làm nồng
độ dung dịch tăng lên dần đến miệng ống là đạt nồng độ
cần thiết. Hơi thứ đi lên đỉnh tháp qua bộ phận tách giọt
sang thiết bị ngưng tụ baromet.

Dung dịch chảy xuống ống tuần hoàn ngoài và một
phần được lấy ra làm sản phẩm, một phần về trộn lẫn với
dung dịch đầu tiếp tục đi vào buồng đốt, hoặc có thể tháo
hồn tồn dung dịch đậm đặc làm sản phẩm khi chênh lệch
giữa nồng độ đầu và cuối yêu cầu không quá lớn.
Thiết bị này có hệ số truyền nhiệt lớn khi mức chất
lỏng thích hợp, nếu mức chất lỏng quá cao thì hệ số truyền
nhiệt giảm vì tốc độ chất lỏng giảm, ngược lại nếu mức chất
lỏng q thấp thì phía trên sẽ bị khơ, khi đó q trình cấp
nhiệt ở phía trong ống nghĩa là quá trình cấp nhiệt từ thành
ống tới hơi chứ khơng phải lỏng. Do đó, hiệu quả truyền
nhiệt giảm đi nhanh chóng.
c) Ưu điểm – Nhược điểm
Ưu điểm
- Khi làm việc do vận tốc của màng lỏng lớn nên có hệ sổ trao đổi
nhiệt cao.
15


- Tránh được hiện tượng bám cặn trên bề mặt truyền nhiệt.
- Thiết bị đơn giản, gọn, dễ sữa chữa và lắp ráp.
- Áp suất thuỷ tĩnh nhỏ, do đó tổn thất thủy tĩnh ít.
Nhược điểm
- Cần tốn năng lượng để bơm, thường sử dụng khi có độ bay hơi lớn.
- Khó làm sạch vì ống dài, khó điều chỉnh khi áp suất hơi đốt và mức
dung dịch thay đổi, khơng thích hợp đối với dung dịch nhớt và dung
dịch kết tinh.
- Khó điều chỉnh khi áp suất hơi đốt và mực dung dịch thay đổi.
- Khơng thích hợp đối với dung dịch nhớt và dung dịch kết tinh.

16


Tài liệu tham khảo
- Giáo trình Kỹ thuật thực phẩm 2 (Đại học Cơng nghiệp
thực phẩm TPHCM)
- Phạm Xn Tồn , Quá trình thiết bị và truyền nhiệt,
tập 5 (nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2005)
Link tham khảo:
- />chvn/idoc_vn_cau_tao_thiet_bi_co_dac_5842.pdf?
rand=817672
- />
17