Bài giảng kỹ thuật thực phẩm 2 chương 3 ths trần văn hùng

9/18/2014

BỐC HƠI
(evaporation)

Trần Văn Hùng

ÁP SUẤT HƠI BÃO HOÀ
Áp suất p, ở đó chất lỏng hoặc chất rắn cân bằng với hơi
của nó ở nhiệt độ xác định. Khi ASHBH bằng áp suất khí
quyển thì chất lỏng sôi. Nhiệt độ lúc đó là nhiệt độ sôi của
chất lỏng. Trong sự thăng hoa, ASHBH là áp suất ở đó
chất rắn cân bằng với hơi của nó. Nếu áp suất của hơi
chưa tới giá trị ASHBH thì hơi gọi là hơi khô, các phân tử
chất lỏng tiếp tục bay hơi. ASHBH là hàm đồng biến của
nhiệt độ. Vd. nước có p = 17,5 mmHg ở 20 oC; p = 760
mmHg (1 atm) ở 100 oC; p = 2 atm ở 120 oC; p = 4 atm ở
143 oC.

1


9/18/2014

ĐIỂM SÔI
Nhiệt độ bay hơi hay điểm bay hơi hay điểm sôi
của một chất lỏng là nhiệt độ mà khi đạt tới ngưỡng đó
thì chất chuyển trạng thái từ lỏng sang khí.
Khi nói tới như nhiệt độ của thay đổi ngược lại (tức là
từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng), nó được coi là
nhiệt độ ngưng tụ hay điểm ngưng tụ.

NHIỆT LƯỢNG BAY HƠI
Nhiệt lượng bay hơi hay nhiệt bay hơi của một hợp
chất hóa học được định nghĩa là nhiệt lượng cần thiết
để cung cấp cho một đơn vị đo về lượng chất đó (như
đơn vị đo khối lượng hay số phân tử như mol) để nó
chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí, tại nhiệt
độ bay hơi.
Nhiệt lượng bay hơi cũng đúng bằng nhiệt lượng tỏa
ra bởi một đơn vị đo lượng vật chất khi nó chuyển từ
trạng thái khí sang lỏng, tại nhiệt độ ngưng tụ.
Trong hệ thống đo lường quốc tế, đơn vị đo của nhiệt
lượng bay hơi là Joule trên kilôgam, J·kg-1 hay J/kg,
hoặc Joule trên mol.

2


9/18/2014

Evaporator
 Equipment used in evaporation, the process of boiling a
liquid in order to reduce its volume
 Need
•Reduces transportation cost
•Storage costs
• Prepare for the next Unit operation – drying,
crystallisation etc.
• Reduces deteriorative chemical reactions
• Better microbiological stability

• Recovery of solvent

Evaporator
 Driving force:
Temperature difference in between steam chest
temperature and product temperature.
 Result :
Volatile solvent is removed from the feed.
Solution (volatile solvent + non volatile solute)

Concentrate (Higher solute Conc.)

3


9/18/2014

Examples
 Concentration of milk to produce condensed milk
 Concentration of juices
 Concentration of NaOH, NaCl from aqueous solutions to
produce salt.
 Ether recovery from fat extraction

Basic Parts of an Evaporator






Heat-exchanger
Vacuum
Vapour separator
Condenser

4


9/18/2014

Evaporator

Vaccum for non
condensable
Coolant In

Vapor out

Coolant out
Condensor unit
Vapor
Separator
Feed in
Steam in (Saturated
vapor)
Heat Exchanger
Condensate out
(Saturated Liquid)

Product out

MỤC ĐÍCH & PHẠM VI ÁP DỤNG

5


9/18/2014

I. MỤC ĐÍCH
-

Làm tăng nồng độ chất tan
Tách chất rắn hoà tan ở dạng tinh thể (kết tinh)
Thu dung môi ở dạng nguyên chất
Tiết kiệm năng lượng
QUÁ TRÌNH BỐC HƠI (CÔ ĐẶC) TIẾN HÀNH Ở ÁP SUẤT?

- Cô đặc ở áp suất chân không (âm)
- Cô đặc ở áp suất dư (dương)
- Cô đặc ở áp suất thường (áp suất khí quyển)
1 atmosphere = 760 mmHg = 29.92 inHg = 14.7 lb/in2 = 101.3 KPa

II. PHẠM VI ÁP DỤNG





Sản xuất

Sản xuất
Sản xuất
Sản xuất

đường
kẹo
sữa
chè

6


9/18/2014

Sư õa tư ơi

Léïc

40-45oC
Cặn

Câïakn âéá

Gia nâiệt

Đéàná âéá

Thanh tìïø
ná
Siìé

đư ờ
ná

Mầm tinâ
tâek

To = 1370C
t = 4s

Cô đặc

To = 65-70oC
P = 20-30KPa

Là
m náïéäi
Kết tinâ

T10 = 300C
T20 = 15-18oC

Bắ bì
véâtìïø
ná

Câiết ìéùt

Nắp

Gâép nắp

Qui trình sữa cơ đặc

To=55-80oC
P= 10-25MPa

To = 10oC

Dán nâãn

Bảé ëïản

Sản pâakm

Sư õa náïóên
ỉiệï

Câïakn âéùa

Tâanâ tìïø
ná

Cô đặc

Qui trình sản xuất sữa bột

Đéàná âéùa

Sấó

Xư û ỉóù
Bắ bì

Bắ áéùi

Sư õa béät
náïóên kem

7


9/18/2014

Dư ùa đéùná
âéäp

Nư ớc tâải

Pâân loại

Dư ùa

Rư ûa

Cắt gọt

Đéùná hộp

Héäp

Nước

Lỏi, vụn

Dòcâ ìỉ

Ép

Tìái nhỏ
Xư û ỉóù

Phối trộn

Ép

Bã

Cặn

Léïc
Bà
i kâs

Cặn

Bã
Ló tâm
Tâanâ trùng
Bao bì

Réùt bắ bì

Bảé éân

Tâï âéài câất tâơm

Cô đặc

Pâéái tìéän

Là
m ỉạnâ

Nư ớc dư ùa céâđặc

Sản xuất bột cam

8


9/18/2014

Nư ớc

Đư ờ
ná

Mạcâ nâa

Câïakn bòsóìïp

Nấï

Là
m náïéäi nâanâ
Câất mà
ï
Pâéái tìéän
Tinâ dầï
bạc âà

Đònâ âìnâ

Pâếpâakm

Là
m náïéäi

Giấó áéùi

Bắ áéùi

Bắ nâư ïa

Đéùná tïùi

Tâïø
ná

Đéùná tâïøná

Sản xuất kẹo bạc hà
Kẹé bạc âà

Trà

Trà hòa tan
Nghiền

Nước

Trích ly

Bã

Lọc

Bã

Phối trộn

Sấy tầng sơi

Cơ đặc
Phối chế

Đóng gói

Sấy phun

Làm ẩm

9


9/18/2014

Xư û ỉóùsơ
béä

Msa

Nấï
đư ờná R2

Bã
Nư ớc tâakm tâấï

Ép,tácâ
bã

Sư õa véâi

Gia véâi sơ
béä

Sấó

Tìợtinâ câân
kâéâná

Câư ùa và
é
cócỉén

Nấï
đư ờná R1

Đéùná bắ

Béác âơi

Sản pâakm

Xéâná CO2
ỉần 1

Sư õa véâi

Léïc ỉần 1

Xéâná CO2
ỉần 2

tâan âéạt tsnâ

Kâs SO2

Nấï
đư ờ

ná R3

Tìợtinâ câân
kâéâná
Ló tâm
R3

Sản xuất đường mía

Tìắ đéki
ién

Gia nâiệt
ỉần II

Kâs CO2

Ló tâm
R2

Ló tâm
R1

Gia nâiệt
ỉần I

Kâs CO2

Tìợtinâ câân
kâéâná

Đư ờ
ná B

Léïc

Cacbénat
âéùa

Sấó

Gia véâi

Ló tâm

Céâđặc

Xéâná SO2
ỉần 1

Héài dïná

Béài tinâ

Béài tinâ

Céâđặc

Ló tâm

Nấï
đư ờná B

Ló tâm

Léïc ỉần 2

Mật
B

Mật A

Nư ớc

Xéâná SO2
ỉần 2

Béài tinâ

Léïc
kiekm tìa

Nấï
đư ờ
ná A

Đư ờná C câư a sấó

Mật ìó

Céâđặc

NƯỚC MÍA HỖN HỢP

Bèc h¬i

Läc

MËt chÌ kh« (55 - 600 Bx)

C©n

X«ng SO2 mËt chÌ
(pH = 5,8 - 6,2)

Gia nhiƯt lÇn thø I (55 - 600C)
SO2
Ca(OH)2

X«ng SO2 (pH = 3,0  4,00C)
Trung hòa (pH = 3,0  4,00C)

MËt chÌ tinh

Gia nhiƯt II (t = 100 - 1040C)

NÊu ®­êng

L¾ng  N­íc bïn  Läc ch©n kh«ng  Bïn läc
N­íc mÝa trong

Gia nhiƯt III (115 - 1200C)

N­íc läc trong

Sản xuất đường mía

10


9/18/2014

11


9/18/2014

12


9/18/2014

13


9/18/2014

III. ĐẶC TÍNH CỦA CHẤT LỎNG
-

Sự cô đặc (Concentration)

Sự tạo bọt (Foaming)
Tính nhạy cảm với nhiệt độ (Temperature Sensitivity)
Sự hình thành muối(Salting)
Sự hình thành cặn (Scaling)
Sự bám bẩn (Fouling)
Sự ăn mòn (Corrosion)
Chất lượng sản phẩm (Product Quality)
Và một vài thuộc tính khác: mối nguy về phóng xạ, đặc tính
làm sạch, nhiệt độ dung dịch…

14


9/18/2014

ĐỐI LƯU CỦA DUNG DICH
Dung dịch
Gia nhiệt
Dung dịch đạt trạng thái sôi
Nước từ thể lỏng chuyển
sang thể khí → tạo bọt

Thể tích dung dịch nở ra
do bị gia nhiệt

Tỷ trọng dung dịch trong ống gia nhiệt thấp hơn
dung dịch trên ống gia nhiệt chưa bị gia nhiệt
ĐỐI LƯU

15

9/18/2014

IV. TRUYỀN NHIỆT TRONG HỆ THỐNG BỐC HƠI

16


9/18/2014

IV.1 Dẫn nhiệt (Heat Conduction).
Dẫn nhiệt là quá trình truyền nhiệt từ phần tử này đến
phần tử khác của vật chất khi chúng tiếp xúc trực tiếp
với nhau.
a. Định luật Fourier :

dt
.dF .dT , ( J )
dn
dt
Q   .F , (W )
dn

dQ  

dQ.dn 
J .m
W
 2 0  0


 dF .dt.dT  m .s. C m. C

   

b. Dẫn nhiệt ổn định qua tường phẳng một lớp và nhiều lớp

Q


(t1  t 2).F , (W )


Q

t1  t 2.F  , (W )
i n

i


i 1

i

17


9/18/2014

c. Dẫn nhiệt ổn định qua tường ống với một lớp và nhiệt lớp

Q

2. .L(t1  t 2 )
r
1
.2,3. log 2

r1

Q

2. .L(t1  t 2 )
r
1
.2,3. log i 1

ri
i 1 i
i n

IV.2 Đối lưu (Heat Convection).
Quá trình vận chuyển nhiệt lượng do các phần tử chất
lỏng, khí có nhiệt độ khác nhau(khối lượng riêng khác
nhau) đổi chỗ cho nhau.
a. Định luật Newton

dQ   (tT  t ).dF .dT , ( J )

Q   (tT  t ).F


  W 
Q
0
2 
(
t

t
).
F
 T
  C.m 

   

18


9/18/2014

IV.3 Trao đổi nhiệt phức tạp
a. Truyền nhiệt đẳng nhiệt
Xảy ra trong trường hợp nhiệt độ của hai lưu thể đều không thay đổi
theo cả vị trí và thời gian. Ví dụ trong trường hợp cô đặc
b. Truyền nhiệt biến nhiệt
- Truyền nhiệt biến nhiệt ổn định:
Là trường hợp hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu thể biến đổi theo vị trí

nhưng không biến đổi theo thời gian. Xảy ra trong trường hợp trao
đổi nhiệt liên tục
- Truyền nhiệt biến nhiệt không ổn định:
Là trường hợp hiệu nhiệt độ giữa hai lưu thể có biến đổi theo thời
gian và không gian. Xảy ra trong trường hợp trao đổi nhiệt gián
đoạn

a1.Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng
- Nhiệt truyền từ lưu thể nóng đến bề mặt tường (cấp nhiệt).
- Nhiệt dẫn qua tường (dẫn nhiệt)
- Nhiệt truyền từ mặt tường đến lưu thể nguội (cấp nhiệt).

Q

(t1 - t2).F
1 
1
(  
)
1   2
1

K

1 
1
 
)
1   2
1

K
, (W/m 2 .0 C)
n
i
1
1
(  
)
1 i 1 i  2
(

Q   W 

2 0
 t.F   m . C 

K   

19


9/18/2014

a.2 Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường ống

Q

K

1

1
1
r2 1

 (2,3 lg .)
1.r1  2.r 2
r1 

.2 .L(t1  t 2)

1
1
1
r2 1

 (2,3 lg .)
1.r1  2.r 2
r1 

Q   W 
 0 
 2 .L.t   m. C 

K t   

V. THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT

- Thiết bị gia nhiệt
- Thiết bị ngưng tụ

20


9/18/2014

V.1 Thiết bị gia nhiệt
- Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm
- Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm

HỆ THỐNG BỐC HƠI

21


9/18/2014

I.PHƯƠNG ÁN BỐC HƠI
 Bốc hơi một nồi
 Bốc hơi nhiều nồi (hiệu)

22


9/18/2014

23


9/18/2014

24


9/18/2014

E1

Phương án bốc hơi
áp suất cao 3 nồi

E2

E3

I

II

III

2,2 2,5
kg/cm2

1,6 1,8
kg/cm2

1,2 1,3
kg/cm2

P=33,5kg/cm2

(ata)

Hơi thứ nồi cuối lớn
Nhiệt độ trong các nồi cao

Phương án bốc hơi 3 nồi
có nồi cô
E1

E2

E3

E4

I

II

III

CK

2,4
kg/cm2

1,78
kg/cm2

1 1,1

kg/cm2

850C

P=2,9kg/cm2
(ata)

Mật vào

Mật ra

25