bài giảng các thiết bị nhiệt

91

CHƯƠNG 7 : CÁC THIẾT BỊ NHIỆT

1. THIẾT BỊ ðUN NÓNG -CHẦN - HẤP - LÀM HÉO :
1.1. Khái niệm:
1.1.1. Công dụng và phạm vi ứng dụng:
1. Công dụng:
Quá trình ñun nóng, chần, hấp, làm héo ñược sử dụng trong công nghiệp thực
phẩm có thể với mục ñích sau:
- Mục ñích chuẩn bị:
+ ðun nóng xirô trước khi cô ñặc ñể tăng cường quá trình bốc hơi .
+ ðun nóng sản phẩm trước khi vào hộp ghép nắp.
+ Chần các loại quả ñể dễ bóc vỏ.
- Tạo ñiều kiện cho các quá trình phản ứng, quá trình sinh học, lý học, thực hiện
thuận lợi
- Mục ñích khai thác:
+ Làm tăng khả năng thủy phân tinh bột cao.
+ Làm tăng khả năng trích ly
+ Làm tăng hiệu suất ép
- Mục ñích chế biến:
+ Làm chín sản phẩm, tăng giá trị dinh dưỡng và khả năng hấp thụ.
+ Làm bay hơi những thành phần gây mùi, vị lạ, có mục ñích tẩy mùi,
- Mục ñích bảo quản.
- Mục ñích hoàn thiện sản phẩm.
2. Phạm vi ứng dụng: Khá phổ biến.
- Trong công nghiệp sản xuất ñồ hộp rau quả.
- Trong công nghiệp sản xuất ñường.
- Trong công nghiệp chế biến cây nhiệt ñới.
- Trong công nghiệp lạnh ñông, sấy rau quả.
- Trong công nghiệp lên men.

- Trong công nghiệp sản xuất dầu, tinh dầu
1.1.2. Phân loại:
Các thiết bị ñun nóng, chần, hấp và làm héo có thể phân loại theo các cách sau:
92


1. Theo phương thức làm việc:
- Thiết bị làm việc gián ñoạn.
- Thiết bị làm việc liên tục.
2. Theo phương thức ñun nóng
- Thiết bị ñun nóng gián tiếp.
- Thiết bị ñun nóng kết hợp.
3. Theo áp suất làm việc:
- Thiết bị làm việc ở áp suất thường
- Thiết bị làm việc ở áp suất chân không.
4. Theo cấu tạo thiết bị:
- Thiết bị truyền nhiệt hai vỏ.
- Thiết bị dạng khung bản, dạng ống chùm, ống bọc ống
- Thiết bị kiểu thùng quay, kiểu băng tải, kiểu trục xoắn
1.2. Thiết bị ñun nóng:
1.2.1. Thiết bị ñun nóng hai vỏ làm việc gián ñoạn:
ðây là loại thiết bị làm việc ở áp suất thường.Thường dùng ñể ñun nóng nước,
các loại dung dịch dùng ñể chần (dung dịch muối, dung dịch axit nitric ), các dung
dịch ñể rót vào hộp (dung dịch ñường, nước pha ), trong sản xuất bia chất tải nhiệt
là hơi nước bão hòa, truyền nhiệt gián tiếp.
* Phân loại:
- Thiết bị hở có hoặc không có cánh khuấy
- Thiết bị kín có hoặc không có cánh khuấy
* Ưu ñiểm của thiết bị:
- Cấu tạo ñơn giản, vận hành dễ dàng.

- Sử dụng ñược cho nhiều loại sản phẩm.
* Nhược ñiểm:
- Áp suất hơi thấp, sự phân bố nhiệt không ñều.
- Bề mặt truyền nhiệt không lớn, nên thời gian ñun lâu .
- Làm việc gián ñoạn.
*Cấu tạo và nguyên tắc làm việc:

93



. Hình 7.1: Thiết bị ñun nóng hai vỏ không có cánh khuấy
a) Sơ ñồ nguyên tắc thiết bị ñun nóng 2 vỏ
b) cấu tạo bình ngưng tụ
- Cấu tạo:
Hình 7.1a Hình 7.1b
1. Phòng hơi 1 Cốc.
2. Van xả khí không ngưng 2.Phao
3. Sản phẩm 3. Thân bình ngưng
4. bề mặt trao ñổi nhiệt 4.Van thoát
5. Bình ngưng .
Thiết bị có vỏ bên trong tiếp xúc với thực phẩm nên ñược chế tạo bằng thép
không rỉ, hoặc thép có lớp men chống ăn mòn, còn vỏ ngoài ñược làm bằng thép hay
gang, và thường ñược bọc ngoài một lớp cách nhiệt.
- Nguyên tắc làm việc:
Hơi nước theo van vào phòng hơi (1) truyền nhiệt cho sản phẩm qua bề mặt
trao ñổi nhiệt (4), khí không ngưng ñược xả ñịnh kỳ theo van (2), còn nước ngưng
ñược tháo qua van xả nước ngưng hoặc qua bình ngưng 5.
Bình ngưng tụ (5) làm việc như sau: Khi thân (3) (hình 7.1b) tập trung ñược
một lượng nước ngưng nào ñó thì phao 2 nối liền với van thoát 4 ñược nâng lên theo

hướng vào cốc 1 và các lỗ thoát mở ra ñể tháo nước ngưng. Khi tháo ñược một phần
nước ngưng ra ngoài thì phao sẽ hạ xuống và ñậy kín lỗ tháo nhưng không cho hơi
thoát ra khỏi ống tháo.
94

ðể tăng cường khả năng truyền nhiệt và ñun nóng ñều, có thể sử dụng thiết bị
ñun nóng 2 vỏ có cánh khuấy như hình 7.2, các dạng cánh khuấy có cấu tạo khác nhau
phụ thuộc loại sản phẩm cần ñun nóng trong thiết bị












Hình 7.2: Nồi nấu hai vỏ có cánh khuấy .

Với cấu tạo và nguyên tắc làm
việc tương tự, trong nhà máy bia người
ta dùng nồi ñun hoa houblon ñể ñun sôi
dung dịch ñường với hoa houblon nhằm
trích ly chất của hoa (hình 7.3).
Thiết bị có thân hình trụ, ñáy lồi
hoặc lõm. Nắp dạng hình bán cầu có
gắn ống thoát hơi và cửa quan sát.

Hình 7.3. Nồi ñun hoa
1.Áo hơi 2. van tháo dịch
3. cánh khuấy 4. Hộp giảm tốc
5. Ống thoát hơi 6. Cửa quan sát
7. Áp kế hơi 8. Ống dẫn dịch vào nồi
9. Ống dẫn hơi 10. Hơi ngưng




95

1.2.2. Thiết bị ñun nóng hai vỏ làm việc liên tục (ở áp suất thường) .
Thường sử dụng ñể ñun nóng các dung dịch có ñộ nhớt lớn. ðây là loại thiết bị
làm việc liên tục, có năng suất lớn.
1. Cấu tạo : (hình 7.4)
1. Vỏ bên trong 6. Khoang không
2. Vỏ bên ngoài. 7. Cửa nguyên liệu vào
3. Nắp thiết bị 8. Cửa sản phẩm ra
4. Trụ rỗng 9. Van cấp hơi
5. Cánh xoắn 10. Van tháo nước ngưng.

Hình 7.4. Thiết bị ñun nóng 2 vỏ làm việc liên tục
2. Nguyên tắc làm việc:
Thiết bị có cấu tạo dạng hình trụ nằm, gồm hai vỏ (1) và (2) hệ nắp (3) có thể
tháo mở ñược. Hơi ñược cấp vào qua van (9) vào khoảng không (6) và trụ rỗng (4) ñể
ñun nóng, nước ngưng ñược tháo qua van tháo nước ngưng (10). Dung dịch ñi vào cửa
nạp (7) nhờ cánh xoắn (5) chuyển dần vào trong thiết bị, sau khi ñun nóng sản phẩm
ñược tháo ra theo cửa (8)
1.2.3. Thiết bị ñun nóng kiểu ống:

Mục ñích: ñể ñun nóng các loại nước quả và các loại rau quả ñã nghiền nhỏ.
Thiết bị làm việc liên tục.
a. Thiết bị ñun nóng kiểu ống chùm (Hình 7.5)
-Ưu ñiểm: Cơ cấu gọn, chắc chắn, bề mặt truyền nhiệt lớn
- Cấu tạo :
1. Cửa sản phẩm vào 6. Ống truyền nhiệt.
2. Cửa sản phẩm ra 7. Khoảng không
3. ðường hơi vào 8. Lớp bọc cách nhiệt
4. Van xả nước ngưng 9. Chân ñế
96

5. Xả khí không ngưng 10. Nắp thiết bị.

Hình 7.5. thiết bị ñun nóng kiểu ống chùm
- Nguyên tắc:
Sản phẩm vào cửa (1) ñược ñi dích dắc trong các ống (6) và sau khi ñun nóng
ñược ra cửa (2).
Hơi ñược cấp vào theo ñường ống (3) và phân bổ vào khoảng không (7) truyền
nhiệt cho các ống (6), nước ngưng ñược xả theo van (4), còn khí không ngưng xả ñịnh
kỳ theo van (5) .
Thiết bị ñược bọc cách nhiệt (8), và tựa trên giá ñỡ (9) .
Nắp thiết bị (10) có thể tháo lắp ñể vệ sinh ống khi cần.
Thường chiều dài ống L = 2m, Φ ống = 32/34mm, vận tốc v
sản phẩm
= 0,2 ÷
3m/s
Cách chia ngăn trong thiết bị ống chùm: Khi cần tăng tốc ñộ của chất tải nhiệt
ñể tăng hiệu quả truyền nhiệt, người ta chia thiết bị làm nhiều ngăn ( Hình 8.6)
b. Thiết bị ñun nóng kiểu ống bọc ống: (hình 7.7)
Ưu ñiểm: hệ số truyền nhiệt lớn vì có thể tạo ra tốc ñộ lớn ở cả hai chất tải nhiệt.

chế tạo ñơn giản.
Nhược ñiểm : Cồng kềnh.
Giá thành cao vì tốn nhiều kim loại.
Khó làm sạch khoảng không giữa hai ống
Cấu tạo :
1. Cửa sản phẩm vào 4. Cửa hơi vào
2. Cửa sản phẩm ra 5. Khoảng không
3. Ống truyền nhiệt 6. Xả nước ngưng .
1

3

5

8

7

6

2

9

4

10

1

3

5

8

7

6

2

9

4

10

97





Hình 7.7. Thiết bị ñun nóng kiểu ống bọc ống
* Nguyên tắc làm việc:
ðây là loại thiết bị làm việc liên tục, hơi và sản phẩm ñi ngược chiều. Sản phẩm
ñược bơm vào cửa (1) ñi trong ống truyền nhiệt (3), sau khi ñun nóng ñược ra cửa (2)
Hơi ñược vào theo ống (4) và ñược phân bổ vào khoảng không (5) bọc quanh
các ống truyền nhiệt (5). Nước ngưng ñược xả theo van xả nước ngưng (6).

1.3. Thiết bị chần - hấp:
1.3.1. Thiết bị chần - hấp trục xoắn:
1. Cấu tạo: (Hình 7.8).
1. Cửa nguyên liệu vào 4. ðường ống cấp hơi
2. Cửa nguyên liệu ra 5. ðường ống cấp nước, dung dịch
3. Trục xoắn rỗng 6. Bộ phận truyền ñộng.
2. Nguyên tắc làm việc:
Nguyên liệu cần chần vào phểu nhận (1) nhờ trục xoắn (3) chuyển dần ñến cửa
tháo (2). Trục xoắn (3) rỗng và có ñục lỗ, chuyển ñộng nhờ hệ truyền ñộng (6). Nước
hoặc dung dịch chần ñược cấp vào theo ñường ống (5). Hơi cấp vào theo ñường ống
(4) vào trục xoắn (3) thoát qua các lỗ trên trục và ñun nóng trực tiếp dung dịch chần.
Thiết bị làm việc liên tục, ở áp suất thường.


1

2

3

4

5

6

1

98




Hình 7.8. Thiết bị chần hấp kiểu trục xoắn
1.3.2. Thiết bị chần băng tải:
- Cấu tạo:
1. Cửa nguyên liệu vào 5. Vòi nước rửa
2. Băng tải 6. Cửa nguyên liệu ra
3. Thùng chần 7. ðường nước cấp
4. Ống hơi 8. ðường nước xả.
.
Hình 7.9. Thiết bị chần băng tải
- Nguyên tắc làm việc:
Nguyên liệu vào cửa nạp (1) và ñược vận chuyển trên băng tải (2) trong thùng
chần (3) có chứa nước nóng hoặc dung dịch chần nóng. Băng tải (2) ñược cấu tạo bằng
dây xích truyền ñộng trên có gắn các lá kim loại ghép có gờ ngang ñể giữ sản phẩm,
hoặc lưới sắt hay gàu chứa vật liệu.
1

2

3

4

5

6

3

6

2

4

5

1

7

8

99

Thùng chần (1) làm bằng kim loại và có nắp mở ñược khi cần thiết. Dung dịch
hoặc nước chần ñược ñun nóng nhờ các ống phun hơi (4) ñặt ở giữa hai nhánh băng
tải.
Vật liệu sau khi chần có thể ñược làm nguội hoặc rửa sạch nhờ hệ thống vòi rửa

(5). Sản phẩm sau khi chần ñược ra ở máng (6), thường máng có ñộ nghiêng 40
0
.
Nước vào thiết bị theo ñường cấp (7), khi cần mở xả nước hoặc dung dịch khỏi
thiết bị theo ñường (8).
1.3.3. Thiết bị chần kiểu thùng quay:
Dùng ñể chần các loại nguyên liệu có kích thước nhỏ và thời gian chần tương
ñối lâu như : ðậu côve
1. Cấu tạo : Hình 7.10
1. Thùng quay 4. Trục quay phụ
2. Lá kim loại 5. Thùng chần
3. Bánh xe ñỡ 6. Ống phun hơi.

Hình 7.10. Thiết bị chần kiểu thùng quay
2. Nguyên tắc làm việc:
Vật liệu ñược vào thùng quay (1) làm bằng thép lá, trên bề mặt có ñục lỗ

φ = 3 ÷ 4mm, bên trong thùng có gắn các lá kim loại (2) theo hình xoắn ốc từ ñầu ñến
cuối thùng ñể chuyển vật liệu từ ñầu ñến cuối thiết bị, thùng quay ñược ñặt trên các
bánh xe ñỡ (3) và quay ñược nhờ các trục quay phụ (4). Thùng quay ñược ñặt trong
thùng chần (5) bọc ngoài, chứa nước hoặc dung dịch chần và ñược ñun nóng nhờ hệ
thống ống phun hơi (6) ñặt phía dưới.
1.3.4. Thiết bị hấp băng tải:
1. Cấu tạo: Hình 7.11 : Sơ ñồ máy hấp băng tải dùng ñể hấp chè .
1. Bộ phận gạt chè 6. Buồng làm lạnh
1

3

5

3

6

3

4

2

100

2. Hệ thống ống hơi 7. Băng chuyền làm nguội
3. Buồng hấp 8. Máng chứa chè
4. Ống thoát hơi 9. Giá ñỡ
5. Ống thổi không khí lạnh 10. Băng chuyền hấp chè


Hình 7.11. Sơ ñồ máy hấp nguyên liệu chè
2. Nguyên tắc làm việc:
Vật liệu nhờ bộ phận gạt (1) ñể phân bố ñều ở băng chuyền hấp chè (10) ñược
ñặt trong buồng hấp (3). Hơi nước ñược phun vào phòng qua hệ thống ống phun hơi
(2) và hơi ẩm ñược thoát ra ống (4) .
Sau khi ra khỏi phòng hấp chè ñược rơi xuống băng chuyền (7) ñi vào phòng
làm nguội (6), tại ñây không khí lạnh ñược thổi vào qua hệ thống ống (5) nhờ quạt ly
tâm, sau ñó vào máng chứa (8).
Thường vận tốc băng chuyền 2m/ phút, thời gian hấp khoảng 2 phút.
1.4. Thiết bị làm héo:
1.4.1. Khái niệm:

- Công ñoạn làm héo ñược sử dụng trong sản xuất chè ñen, chè xanh, trước khi
qua các công ñoạn tiếp (vò, sấy, lên men )
- Thiết bị làm việc liên tục, sử dụng không khí nóng ñể làm héo chè nguyên
liệu.
+ Ở sản xuất chè ñen, làm héo nhằm mục ñích giảm hàm lượng ẩm trong
nguyên liệu từ 75 - 80% xuống còn 60 ÷ 65% ñể chè trở nên mềm, tạo ñiều kiện cho
101

quá trình vò, lên men tiếp theo. Công ñoạn này sử dụng không khí nóng 42 ÷ 47
0
C. với
ñộ ẩm 20 ÷ 30%, thời gian làm héo 1 ÷ 4 giờ.
+ Ở sản xuất chè xanh, làm héo nhằm mục ñích diệt men vốn có trong nguyên
liệu nhằm ñình chỉ quá trình oxy hoá các chất nhất là tanin, giữ cho sản phẩm có màu
xanh và vị chát ñặc trưng. Công ñoạn này sử dụng không khí nóng 170 ÷ 190
0
C, thời
gian diệt men 3 ÷ 6 phút.
1.4.2. Cấu tạo và nguyên tắc làm việc:
1. Cấu tạo: (Hình 7.12) Thiết bị diệt men:
1. Máng chứa nguyên liệu 6. Quạt không khí nóng
2. Băng tải nâng 7. Ống thoát hơi ẩm
3. Bộ phận gạt ñều 8. Máng hứng sản phẩm.
4. Băng chuyền diệt men 9. Buồng diệt men
5. Băng chuyền làm nguội. 10. Buồng làm nguội.
Thiết bị áp dụng trong nhà máy sản xuất chè xanh .

Hình 7.12. Thiết bị diệt men Axian- Lominatgie
2. Nguyên tắc làm việc:
Nguyên liệu ñược ñưa vào máng chứa (4) nhờ băng tải nâng (2) có gắn bộ phận
gạt ñều (3) ñưa nguyên liệu vào thiết bị.
ðầu tiên nguyên liệu vào buồng diệt men (9) cấu tạo chính gồm có bốn băng
chuyền (4). Tại buồng (9) không khí nóng ñược thổi qua các lớp nguyên liệu nhờ quạt


Lò t
ạo không khí nóng

Máy di
ệt men

102

(6) hút không khí nóng từ lò tạo không khí nóng. Sau ñó hơi ẩm ñược thoát ra theo hệ
thống ống thoát (7) và ñược thu hồi về lò tạo không khí nóng. Sau khi diệt men,
nguyên liệu ñến khu vực làm nguội (10) gồm ba băng chuyền (5) và rơi vào máng
hứng sản phẩm (8).
3. Ưu ñiểm:

- Dây chuyền sản xuất gọn, thuận lợi cho việc cơ khí hoá, tự ñộng hoá.
- Sản phẩm có chất lượng cao, tỷ lệ phế phẩm ít.
- Chi phí nhân công, nhiên liệu, ñiện giảm 2,5 ÷ 3 lần.
1.4.3. Thiết bị làm béo chè:
Thiết bị làm việc dạng liên tục, sử dụng cho sản xuất chè ñen ( hình 7.13)

.
Hình 7.13. Thiết bị làm héo chè kiểu Marơñalâysvili
Thiết bị là một hòm kim loại kín, bên trong có 5 băng chuyền phẳng theo
phương nằm ngang ñặt trong 5 tầng. Các tầng ñều ñược bọc trong lưới bằng ñồng thau
ñể chè héo khỏi bay, băng chuyền chỉ làm việc mặt trên.
Vật liệu ñi từ băng chuyền trên cùng chuyển dần xuống các băng chuyền tiếp
theo và ra khỏi thiết bị.
Không khí nóng ñược dẫn vào từ tầng 1 qua ống dẫn khí nóng, có ñục lỗ ñặt ở
khoảng giữa vòng ñai truyền của băng chuyền 1, chui qua các lớp nguyên liệu, sau ñó
nhờ tấm hướng mà không khí nóng theo ñường ống dẫn dồn xuống ống dẫn không khí
nóng của tầng 2, và tiếp tục không khí nóng lần lượt luồn qua mặt trên của 5 tầng băng
chuyền trước khi ñược dẫn thải ra khỏi máy.
Ngoài ra, thiết bị còn có các cửa ñiều chỉnh ñể mở bổ sung không khí nóng,
lạnh vào dưới các tầng băng chuyền khi cần thiết.

103

Hỗn hợp không khí nóng là không khí nóng ñược ñun nóng trong caloriphe trộn
với không khí hút từ bề ngoài vào ở phòng hỗn hợp cho có ñộ ẩm và nhiệt ñộ theo yêu
cầu.
2. THIẾT BỊ CÔ ðẶC (bốc hơi) .
2.1. Khái niệm:
2.1.1. ðịnh nghĩa:
" Quá trình cô ñặc là quá trình hoá hơi dung dịch ñể lấy chất rắn bị hoà tan còn

lại trong dung dịch ở nồng ñộ cao hơn " .
- Dung dịch là hỗn hợp giữa dung môi và chất rắn bị hòa tan trong dung môi.
Dung môi thường gặp là nước.
- Trong quá trình cô ñặc, hơi của dung môi tạo ra gọi là hơi thứ cấp.
Quá trình hoá hơi dung môi có thể là quá trình bay hơi trên bề mặt dung dịch
(tốc ñộ tạo hơi của quá trình này chậm), hoặc là quá trình sôi (bốc hơi) xảy ra trong
toàn bộ dung dịch (tốc ñộ tạo hơi của quá trình lớn). Trong công nghiệp thường gặp
quá trình bốc hơi.
Quá trình bốc hơi có thể xảy ra ở ñiều kiện áp suất thường, áp suất dư hoặc
chân không.
2.1.2. Mục ñích và phạm vi sử dụng:
1. Mục ñích:
Cô ñặc nhằm mục ñích chuẩn bị, hoặc hoàn thiện sản phẩm, hoặc nhằm mục
ñích chế biến hoặc mục ñích tăng thời gian bảo quản cho sản phẩm.
2. Phạm vi sử dụng:
- Trong sản xuất ñường, mì chính .
- Trong sản xuất ñồ hộp rau quả: như cô ñặc cà chua, purê
- Trong công nghiệp chế biến sữa.
2.1.3. Phân loại thiết bị:
1. Theo nguyên lý làm việc:
- Thiết bị làm việc gián ñoạn.
- Thiết bị làm việc liên tục.
Thiết bị làm việc gián ñoạn ñược dùng cho loại có công suất nhỏ hoặc với dung
dịch ñặc có ñộ nhớt cao mà không thể dùng bơm ñể lấy dung dịch ra, hoặc trong
trường hợp khi cần bốc hơi toàn bộ dung môi. Nhược ñiểm là tổn thất nhiệt lớn.
Thiết bị làm việc liên tục thường gồm nhiều cấp (nhiều nồi), ñược sử dụng với
thiết bị có công suất lớn . Ưu ñiểm tổn thất nhiệt nhỏ.
104

2. Theo áp suất của dung dịch bên trong thiết bị:

- Thiết bị làm việc ở áp suất dư
- Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển
- Thiết bị làm việc ở ñiều kiện chân không.
Thường sử dụng thiết bị cô ñặc làm việc ở chân không trong các trường hợp
sau:
+ Nếu ở áp suất khí quyển (P
kq
) mà nhiệt ñộ sôi của dung dịch lớn làm phân
huỷ và thay ñổi chất lượng (màu sắc, mùi vị ) của sản phẩm. Ví dụ: ðường, sữa, dịch
rau quả
+ Nếu ở P
kq
mà nhiệt ñộ sôi của dung dịch lớn dẫn ñến ñòi hỏi nhiệt ñộ của hơi
ñốt lớn. Ví dụ: dung dịch KCl
+ Với thiết bị nhiều tầng, các cấp sau hoặc cuối cùng thường phải ở ñiều kiện
chân không.
3. Theo phương pháp cấp nhiệt:
- Thiết bị dùng hơi nước
- Thiết bị dùng nước nóng, dầu nóng
- Thiết bị dùng ñiện
- Thiết bị dùng khói của phản ứng cháy nhiên liệu (loại cũ)
4. Theo cấu tạo thiết bị:
- Thiết bị giàn ống ñứng.
- Thiết bị có giàn ống nằm ngang, nằm nghiêng
- Thiết bị có buồng ñốt treo
- Thiết bị ống chùm, dạng hai vỏ, dạng ruột gà
5. Theo sự chuyển ñộng của dung dịch trong thiết bị:
- Thiết bị cô ñặc dung dịch tuần hoàn tự nhiên
- Thiết bị cô ñặc dung dịch tuần hoàn cưỡng bức
- Thiết bị cô ñặc kiểu màng chất lỏng.

2.1.4. Yêu cầu về thiết bị cô ñặc:
1. Cấu tạo chung:
Về cấu tạo thiết bị cô ñặc có nhiều loại, nhưng nhìn chung các thiết bị ñều có 3
bộ phận chính sau:
- Bộ phận nhận nhiệt
- Không gian ñể phân ly.
105

- Bộ phận phân ly: Nhằm ñể tách các giọt dung dịch còn lại trong hơi.
2. Yêu cầu:
Thiết bị cô ñặc cần ñảm bảo các yêu cầu sau ñây:
- Thích ứng ñược với tính chất ñặc biệt của dung dịch như : ñộ nhớt, tính dễ bị
trào, tính ăn mòn kim loại
- Khả năng truyền nhiệt lớn, phân bố nhiệt ñều.
- Tách ly hơi thứ cấp tốt, bảo ñảm hơi thứ cấp sạch ñể có thể cho ngưng tụ
(không bám bẩn bề mặt ngưng), hoặc dùng cho cấp cô ñặc tiếp theo.
- Bảo ñảm tách các khí không ngừng con lại sau khi ngưng tụ hơi ñốt.
- Dễ dàng làm sạch bề mặt bên trong các ống.
2.2. Thiết bị cô ñặc ñốt nóng bằng hơi nước:
ðây là loại thiết bị thông dụng, trong ñó ống vỏ lớn hình trụ có thể ñặt ñứng,
nghiêng hoặc nằm ngang, thông dụng nhất là kiểu ống vỏ hình trụ ñứng, vì dễ lắp ñặt
và chiếm ít diện tích.
Tuỳ theo chuyển ñộng của dung dịch trong thiết bị, ta phân thành ba loại sau:
- Thiết bị dung dịch tuần hoàn tự nhiên
- Thiết bị dung dịch tuần hoàn cưỡng bức
- Thiết bị màng mỏng chất lỏng: dung dịch không tuần hoàn.
2.2.1. Thiết bị cô ñặc dung dịch tuần hoàn tự nhiên:
1. Khái niệm:
* Lực tạo ra sự chuyển ñộng tuần hoàn tự nhiên của dung dịch trong thiết bị gây
nên là do ñộ chênh khối lượng riêng của dung dịch ñưa vào (chưa ñốt nóng) và của

dung dịch ñược ñốt nóng (hỗn hợp hơi và lỏng), từ ñó tạo nên ñộ chênh áp suất ∆P.
∆P = H ( ρ
l
- ρ ) = Σ ∆P
ms
+ Σ ∆P
cb

+
ρ.
2
2
ω

Trong ñó:
∆P : ðộ chênh áp suất .
H : Chiều cao cột chất lỏng .
ρ
l
: Khối lượng riêng của dung dịch ñưa vào.
ρ : Khối lượng riêng của hổn hợp hơi và dung dịch,
∆P
ms
: Tổn thất áp suất do ma sát.
∆P
cb
: Tổn thất áp suất cục bộ.
ω : Tốc ñộ của dung dịch tuần hoàn.
106

* Bội số tuần hoàn K : K =
W
G

Trong ñó:
G : Khối lượng dung dịch tuần hoàn , (kg/ s)
W : Lượng hơi thứ cấp tạo thành, (kg/ s)
Với : G = 0,785 nd
2
ω ρ, (kg/ s)
Trong ñó :
n : Số ống
d : ðường kính trong của ống , (m)
ω : Tốc ñộ tuần hoàn ; (m/s)
ρ : Khối lượng riêng của dung dịch, (kg/m
3
)
ρ = ρ
r
- b + ς
n
(1 - b)
ρ
r
: Khối lượng riêng của chất rắn hòa tan.
ρ
l
: Khối lượng riêng của dung môi.
B : Nồng ñộ dung dịch.
Thường trong các thiết bị thì K = 20 ÷ 30 .

* Phân loại :
Tùy theo vị trí giàn ống mà ta có:
- Thiết bị với giàn ống ñứng.
- Thiết bị với giàn ống nằm ngang .
- Thiết bị với giàn ống nằm nghiêng.
2. Thiết bị:
a. Thiết bị cô ñặc tuần hoàn tự nhiên giàn ống ñứng:
(Hình 8.13) : Thiết bị có ống xuống ñưa dung dịch vào là một hoặc vài ống có
ñường lớn và ñặt giữa giàn ống truyền nhiệt.
(Hình 8.14, hình 8.15) : Thiết bị có ống xuống ñưa dung dịch vào ñặt ở ngoài
giàn ống.
* Cấu tạo: (Hình 8.13, 8.14,8.15)
1. Giàn ống truyền nhiệt 6. ðường sản phẩm ra
2. Không gian phân ly 7. ðường cấp hơi ñốt
3. Ống xuống ñưa dung dịch 8. ðường tháo nước ngưng
4. Bộ phân ly 9. ðường hơi thứ ra
107

5. ðường dung dịch vào . 10. Xả khí không ngưng

* Nguyên tắc hoạt ñộng:
Dung dịch ñưa vào thiết bị theo cửa (5) rồi theo ống xuống (3) chảy xuống
dưới, vì ống có ñường kính lớn nên ít bị ñốt nóng hơn (Hình 8.13), hoặc nếu ñặt ở
ngoài (hình 8.14, hình 8.15) thì hoàn toàn không bị ñốt nóng nên dung dịch có khối
lượng riêng lớn, sau ñó dung dịch ñi vào các ống nhỏ của giàn ống truyền nhiệt (1),
nhận nhiệt tạo ra hơi bão hòa ẩm (hỗn hợp lỏng và hơi) nên có khối lượng riêng nhỏ và
chuyển ñộng lên phía trên. Sau ñó hơi thoát qua không gian phân ly (2) và qua bộ phân
ly (4) thoát ra theo ñường ống (9).
Dung dịch lẫn trong hơi bị cản lại và quay về giàn ống, dung dịch cứ tuần hoàn
như vậy ñến khi ñạt nồng ñộ yêu cầu ñược tháo ra ở cửa dưới (6).

Hơi ñốt ñược cấp vào và theo ñường ống (7), sau khi truyền nhiệt, nước ngưng
tụ ñược tháo qua ñường ống (8), còn khí không ngưng ñược xả ñịnh kỳ theo ñường
ống (10) .
Thiết bị có ống xuống ñặt ở ngoài thì tạo lực tuần hoàn lớn hơn. Thực tế cho
thấy loại này khi hiệu nhiệt ñộ giữa hơi ñốt và dung dịch ∆t = 20
0
C và chiều dài ống
truyền nhiệt l = 5m thì tốc ñộ tuần hoàn của dung dịch ñạt tới ω = 2 ÷ 3 m/s.
b. Thiết bị cô ñặc tuần hoàn tự nhiên với 2 giàn ống ñứng:
Hình 7.13:

Hình 7.14
Hình 7.15:
108

- Thiết bị này thường dùng ñể cô ñặc dung dịch dễ kết tinh hoặc sủi bọt.
- Ưu ñiểm: Có thể tháo rời và vệ sinh sửa chữa một trong hai giàn ống, còn giàn
ống kia vẫn hoạt ñộng bình thường.
* Cấu tạo: Hình 7.16


I. Thân thiết bị.
II. Giàn ống truyền nhiệt (hai giàn)
Thiết bị có cùng chung không gian phân ly và bộ phân ly
1. Ống nối 6. ðường tháo nước ngưng .
2. Bộ phân ly 7. ðường hơi thử
3. Bộ phân tách tinh thể 8. ðường dung dịch vào
4. Ống xuống 9. ðường sản phẩm ra .
5. Van hơi .
c. Thiết bị cô ñặc tuần hoàn tự nhiên có giàn ống ñứng ñặt thấp hơn so với

miệng ra của hơi :
Thiết bị này thường dùng ñể cô ñặc dung dịch dễ kết tinh:
* Cấu tạo: (Hình 7.17)
Hình
7.16:Thi
ết bị cô ñặc tuần ho
àn t
ự nhi
ên v
ới 2 gi
àn
ống ñứng


109

1. Giàn ống truyền nhiệt 6. ðường hơi thứ ra
2. Không gian phân ly 7. ðường dung dịch vào
3. Ống xuống 8. ðường sản phẩm ra .
4. Lá chắn 9. ðường cấp hơi
5. Bộ ổn ñịnh dòng 10. ðường tháo nước ngưng.



* Nguyên lý hoạt ñộng:
Vì giàn ống truyền nhiệt ñặt thấp, nên áp suất P trong giàn ống (1) lớn hơn áp
suất tại miệng ra ρ
s
ở bộ phân ly (2), nên dung dịch ñược quá nhiệt (có nhiệt ñộ lớn
hơn nhiệt ñộ sôi ứng ρ

s
) và chưa sôi. Do ñó tại bề mặt giàn ống không xảy ra kết tinh
(làm giảm quá trình truyền nhiệt) .
Quá trình tự sôi xảy ra tại miệng ống ra ở không gian phân ly và kết tinh cũng
xảy ra. Các tinh thể rơi xuống và lấy ra tại mặt sàn dưới và ñưa ñến bộ phận tách tinh
thể riêng.
ðể thiết bị làm việc ổn ñịnh, ở miệng ống ra của hơi ñặt thêm bộ phận ổn ñịnh
dòng (5) là cụm ống trơn.

Hình 7.17: Thiết bị cô ñặc tuần hoàn tự nhiên có giàn ống ñứng
ñặt thấp hơn so với miệng ra của hơi
110

d. Thiết bị cô ñặc tuần hoàn tự nhiên có dàn ống nằm ngang :
* Cấu tạo: (Hình 7.18):

1. Thân thiết bị 6. ðường hơi thứ ra
2. Giàn ống truyền nhiệt 7. ðường cấp hơi ñốt
3. Bộ phận kết tinh 8. ðường tháo nước ngưng
4. ðường dung dịch vào 9. ðường tháo không khí ngưng
5. ðến bộ phận tách tinh thể 10. ðường sản phẩm ra.
Hình
* Nguyên lý hoạt ñộng:
Sự tuần hoàn dung dịch ñược nhờ ñộ chênh áp suất của dung dịch ở ñầu vào và
ñầu ra của giàn ống.
- Ưu ñiểm: Vì giàn ống hình chữ U ñược ñặt trong phòng có bánh xe nên dễ dàng
tách giàn ống khỏi thiết bị ñể sửa chữa hoặc vệ sinh.
- Nhược ñiểm: Do ñộ chênh áp suất nhỏ nên tốc ñộ tuần hoàn nhỏ và hệ số
truyền nhiệt kém .
e. Thiết bị cô ñặc tuần hoàn tự nhiên có giàn ống nằm nghiêng:

1

1

2

3

4

5

5
Hình 7.18
111

Thường sử dụng cho các dung dịch dễ kết tinh.
* Cấu tạo: (Hình 7.19)


1. Bộ phân ly 6. ðáy có lỗ
2. Giàn ống truyền nhiệt 7. ðường cấp hơi hoặc nước rửa thiết bị
3. Bộ kết tinh 8. ðường dung dịch ra
4. Van xả 9. Xả khí không ngưng
5. Van hơi 10. ðường dung dịch vào.
- Ưu ñiểm: Chiếm ít không gian và vệ sinh thiết bị dễ
- Nhược ñiểm: Lắp ráp thiết bị phức tạp.
2.2.2. Thiết bị cô ñặc dung dịch tuần hoàn cưỡng bức;
1. Khái niệm:
- Thiết bị ñược sử dụng khi cô ñặc các loại dung dịch có ñộ nhớt lớn mà tuần

hoàn tự nhiên khó thực hiện .
Hơi thứ cấp
1

Hình 7.19

9

5

8

7

6

10

3

4

112

- Thiết bị làm việc ñược khi ñiều kiện hiệu số nhiệt ñộ có ích nhỏ (hiệu nhiệt ñộ
giữa hơi ñốt và dung dịch) : 3 ÷ 5
0
C, và lúc này cường ñộ tuần hoàn chỉ phụ thuộc vào
bơm.
- ðể tạo ra lực ñẩy dung dịch chuyển ñộng thường sử dụng bơm ly tâm hoặc

hướng trục .
- Thường chọn tốc ñộ của dung dịch trong ống từ 1,5 ÷ 3,5 m/s, nếu chọn

ω > 3,5m/s sẽ tiêu tốn ñiện năng cho bơm mà công suất thiết bị không tăng nhiều.
Với dung dịch có kết tinh nên chọn ω > 2,5m/s, lúc này quá trình sôi chỉ xảy ra
một phần nhỏ ở ñầu ra cửa giàn ống nên kết tinh không xảy ra bên trong ống.
- Thiết bị có hệ số cấp nhiệt lớn hơn so với tuần hoàn tự nhiên gấp 3 ÷ 4 lần và
hầu như không có hiện tượng bám cận trên bề mặt truyền nhiệt.
2. Thiết bị:
* Cấu tạo:Hình 7.20

1. Giàn ống truyền nhiệt
2. Không gian phân ly
3. Ống xuống
4. Bộ phân ly
5. Bơm ly tâm
6. ðường cấp hơi
7. ðường dung dịch vào
8 ðường hơi thứ ra
9. ðường xả nước ngưng
10. ðường dung dịch ra .







* Cấu tạo: Hình 7.21
1. Giàn ống truyền nhiệt

Hình 7.20

113

2. Không gian phân ly
3. Bơm
4. Bộ phận tách bọt.
5. Ống tuần hoàn
6. ðường cấp hơi
7. ðường tháo nước ngưng
8. ðường dung dịch vào
9. ðường sản phẩm ra
10. ðường hơi thứ ra.
11. Bộ phận phân ly.






2.2.3. Thiết bị cô ñặc kiểu màng chất lỏng:
1. Khái niệm:
- Trong thiết bị, quá trình bay hơi tiến hành trên các màng dung dịch mỏng, và
dung dịch ñi qua giàn ống một lần mà không có sự tuần hoàn, thiết bị làm việc liên
tục.
- ðược sử dụng trong công nghiệp ñường và sản xuất mật tinh bột cũng thích
hợp ñối với các dung dịch có bột hoặc các loại dung dịch rất nhạy với nhiệt ñộ cao.
- Ưu ñiểm: Do tạo ñược tốc ñộ lớn nên hệ số truyền nhiệt cao .
- Nhược ñiểm:
+ Vì chiều dài ống truyền nhiệt lớn (6-9m), ñường kính nhỏ (50mm) nên khó vệ

sinh ống, và ống dễ bị dãn nở nhiều.
+ Nhà sản xuất cần chiều cao lớn.
+ Không thích hợp ñối với dung dịch có ñộ nhớt lớn và dung dịch dễ kết tinh.
2. Thiết bị:
Hình 7.21

114


a. Thiết bị cô ñặc kiểu màng, dung dịch ñi từ dưới lên:
* Cấu tạo: Hình 7.22
1. Giàn ống truyền nhiệt 5. ðường cấp hơi ñốt
2. Không gian phân ly 6. ðường tháo nước ngưng
3. Bộ phận phân ly 7. ðường dung dịch vào
4. ðường dung dịch ra 8. ðường hơi thứ ra
* Nguyên tắc làm việc:
Dung dịch chỉ chiếm khoảng 1/4 ñến 1/5 chiều dài của ống (1). Tại ñây khi
dung dịch sôi tạo nên các bọt hơi và các bọt hơi này kéo theo chất lỏng tạo nên màng
mỏng chất lỏng quanh trong ống với tốc ñộ lớn ( ≈ 20m/s), quá trình tạo hơi chủ yếu từ
màng chất lỏng này. Hổn hợp hơi và lỏng vào không gian phân ly (2) và hơi thứ cấp
ñược tách ra, dung dịch còn lại với nồng ñộ cao ñược lấy ra theo cửa (4)
Hiệu quả thiết bị phụ thuộc vào mức nạp ñầy dung dịch trong ống. Nếu nhiều
dung dịch xảy ra sôi không mãnh liệt, dẫn ñến tốc ñộ dòng nhỏ và năng suất thiết bị
nhỏ.
Hình 7.23

Hình 7.22

115

Nếu quá ít dung dịch, xảy ra sự sôi mãnh liệt và phần trên của ống là toàn bộ
hơi nên không thu ñược dung dịch ñặc.
b. Thiết bị cô ñặc kiểu màng, dung dịch ñi từ trên xuống.
* Cấu tạo: (Hình7.23)
1. Giàn ống truyền nhiệt 5. ðường cấp hơi ñốt
2. Không gian phân ly 6. ðường tháo nước ngưng
3. Bộ phận phân ly 7. ðường dung dịch vào
4. ðường dung dịch ra 8. ðường hơi thứ ra
9. Xả khí không ngưng
2.2.4. Phân ly hơi thứ cấp:
Hơi thứ cấp khi tạo thành luôn theo một lượng nhất ñịnh các hạt chất lỏng dung
dịch, nhiệm vụ của sự phân ly ở ñây là phải tách các hạt chất lỏng dung dịch ra khỏi
hơi thứ cấp và cho quay về dung dịch.
1. Mục ñích của phân ly hơi thứ cấp:
1. Làm sạch hơi thứ cấp: Nhằm ñảm bảo vấn ñề môi trường nếu thải hơi thứ cấp
trực tiếp ra ngoài, còn nếu sử dụng ñể làm hơi ñốt cho cấp sau thì sẽ không bám bẩn bề
mặt ống truyền nhiệt làm giảm khả năng truyền nhiệt.
2. Thu hồi nhằm giảm tổn thất của dung dịch cô ñặc.
2.3.2. Phương pháp phân ly:
Bộ phận làm sạch hơi thứ cấp gọi là bộ phân ly
Người ta sử dụng các phương pháp vật lý sau ñể phân ly.
1. Phương pháp sử dụng lực trọng trường: Nhờ lực trọng trường mà các hạt chất
lỏng to sẽ rơi xuống.
2. Phương pháp sử dụng lực dính ướt: Khi các hạt chất lỏng chạm vào bề mặt
vách rắn, lực dính ướt sẽ làm dính các hạt chất lỏng trên bề mặt và chảy xuống.
3. Phương pháp dùng lực ly tâm: Hướng dòng hơi thứ cấp quay tròn, nhờ lực li
tâm các hạt chất lỏng bị văng ra ngoài và chạm vào vách rắn và chảy xuống.
Nhiều trường hợp ba phương pháp trên ñược sử dụng kết hợp ở những mức ñộ
khác nhau trong bộ phân ly.
3. THIẾT BỊ RÁN VÀ CHIÊN:

3.1. Khái niệm:
Rán và chiên là khâu quan trọng ñối với quá trình chế biến một số mặt hàng ñồ
hộp và thức ăn sẵn từ thịt cá, mì ăn liền