báo cáo thực hành quá trình và thiết bị

BÀI 1: CÔ ĐẶC
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Khái niệm chung
 Định nghĩa cô đặc

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của dung dịch bằng cách tách một
phần dung môi ở nhiệt độ sôi, dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên gọi
là hơi thứ.
 Mục đích của quá trình cô đặc
 Làm tăng nồng độ của chất hoà tan trong dung dịch.
 Tách chất rắn hoà tan ở dạng rắn (kết tinh).
 Tách dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước).
 Các phương pháp cô đặc
 Cô đặc ở áp suất khí quyển: là phương pháp đơn giản nhưng không
kinh tế.
 Cô đặc ở áp suất chân không: dung cho các dung dịch có nhiệt độ sôi
cao, dung dịch dễ bị phân huỷ vì nhiệt…
 Cô đặc ở áp suất dư: dung cho các dung dịch không phân huỷ ở
nhiệt độ cao, sử dụng hơi thứ cho các quá trình khác.
2. Cân bằng vật liệu trong hệ thống cô đặc 1 nồi
• Bảo toàn khối lượng.
Gđ = Gc + W
•

Bảo toàn chất khô.
Gđ.xđ = Gc.xc
Trong đó
Gđ : khối lượng nguyên liệu, [kg];[kg/s]

Gc : khối lượng sản phẩm, [kg]; [kg/s]
W : lượng hơi thứ, [kg]; [kg/s]

xđ : nồng độ % chất khô trong nguyên liệu, [ phần khối lượng]
xc : nồng độ % chất khô trong sản phẩm, [phần khối lượng]
Theo định luật bảo toàn vật chất.
1


Lượng hơi thứ.

•

W = Gđ (1- )
Nồng độ sản phẩm cuối.

•

3. Cân bằng nhiệt lượng

Theo định luật bảo toàn nhiệt

Trong đó:
Q1 = Gđ.cđ.tđ : nhiệt do dung dịch mang vào
Q2 = D.i: nhiệt do hơi đốt mang vào
Q3 = Gc.cc.tc: nhiệt do dung dịch sau cô đặc mang ra
Q4 = W.i’: nhiệt do hơi thứ mang ra
Q5 = D.cn.tn: nhiệt do nước ngưng mang ra
Q6 = Qcđ: nhiệt do quá trình cô đặc
Q7 = Qmt : nhiệt tổn thất ra môi trường
→ Gđ.cđ.tđ + D.i = Gc.cc.tc + W.i’ + D.cn.tn + Qcđ + Qmt
Với:
tđ

tc
tn
cđ
cc
cn
i

nhiệt độ nguyên liệu, [độ]
nhiệt độ sản phẩm, [độ].
nhiệt độ nước ngưng, [độ]
nhiệt dung riêng nguyên liệu, [J/kg.độ]
nhiệt dung riêng sản phẩm, [J/kg.độ]
nhiệt dung riêng nước ngưng, [J/kg.độ]
hàm nhiệt trong hơi đốt, [J/kg]
2


i’ hàm nhiệt trong hơi thứ, [J/kg]
Qcđ tổn thất nhiệt cô đặc, [J]; Qcđ=0.01.∆q.Gc
∆q tổn thất nhiệt cô đặc riêng, [J/kg]
Qmt tổn thất nhiệt ra môi trường, [J].
• Lượng hơi đốt tiêu tốn.

Trong quá trình tính toán nhiệt có thể xem cc cđ
Tính bề mặt truyền nhiệt
Theo phương trình truyền nhiệt
Q = K.F.τ.∆thi= D.(i – cntn)
Trong đó:
Q: lượng nhiệt truyền, [J].
K: hệ số truyền nhiệt, [W/m2.độ].

F: diện tích bề mặt truyền nhiệt, [m2]
τ: thời gian cô đặc, [s].
∆thi: hiệu số nhiệt hữu ích, [độ].
• Bề mặt truyền nhiệt
•

4. Thiết bị thí nghiệm:

Dung dịch được cô đặc theo từng mẻ, nhập liệu một lần từ thùng chứa
dung dịch đầu. dung dịch sôi trong buồng bốc hơi do nhiệt truyền từ nước
nóng bên vỏ ngòi. Hơi thứ bốc hơi do nhiệt truyền từ nước nóng bên vỏ
ngoài. Hơi thứ bốc lên từ dung dịch sôi được dẫn qua thiết bị ngưng tụ ống
xoắn để ngưng tụ thu hồi và định lượng. Một bơm chân không loại vòng
nước được sử dụng để tạo chân không cho hệ thống.
Hệ thống đặc hai vỏ có thiết bị chính sau:
• Nồi cô dặc hai vỏ có cánh khuấy
• Máy khuấy trộn
• Thiết bị ngưng tụ ống xoắn
• Bình chứa nước ngưng
• Bơm chân không loại vòng nước
• Áp kế đo độ chân không
• Nhiệt kế điện tử
• Hệ thống điện
• Xô nhựa chứa dung dịch đầu
• Nồi cô đặc hai vỏ
Nồi chứa dung dịch dường có dường kính D = 250mm
3


Cao H = 500mm, bề dày δ = 5mm

Nồi được chế tạo bằng thép không gỉ AISI304
•

Thiết bị ngưng tụ ống xoắn
Ống xoắn có đường kính φ16 được quấn thành các vòng xoắn có
đường kính D = 150mm. Ống xoắn được gia công bằng thép không gỉ
AISIS304.

•

Bơm chân không
Hệ thống sử dụng bơm chân không loại vòng nước 1HP

5. Sơ đồ thiết bị

•
•
•
•
•
•
•

Các bước tiến hành thí nghiệm
Bước 1: Rửa nguội thiết bị
Kiểm tra các van: van 6 mở, các van còn lại đóng
Mở công tắc tổng
Chuẩn bị 20 lít nước sạch trong xô nhựa
Hút chân không khi kim áp kế chỉ 0,8at thì tắt bơm
Mở van 1 hút hết nước sạch vào trong nồi

Mở cồn tắc khuấy trọn trong thời gian 5 phút
4


•
•

Mở van 4 xả nước trong nồi ra ngoài
Tắt máy khuấy trộn

5


Bước 2: Rửa nóng thiết bị
•
•
•
•
•
•

Kiểm tra các van: van mở, các van còn lại đóng
Mở công tắc tổng
Chuẩn bị 20 lít nước sạch trong xô nhựa
Hút chân không khi kim áp kế chỉ 0,8at thì tắt cơm
Mở van 1 hút hết nước sạch vào trong nồi
Kiểm tra mực nước trong vỏ áo bằng cách mở van 5 xem nước tràn ống

kiểm tra chưa, nếu chưa tràn thì châm nước them vào phễu
• Mở công tắc điện trở (chú ý phải kiểm tra mực nước trong vỏ áo an toàn

mới được mở điện trở)
• Mở công tắc khuấy trộn
• Khi nhiệt độ nước trong nồi đạt 60°C thì mở van 4 xả nước trong nồi ra
ngoài
• Tắt máy khuấy trộn.
Bước 3: Pha dung dịch cô đặc
•

Pha 5 lít dung dịch cô đặc (15%)
Bước 4: Cô đặc dung dịch

•
•
•

Kiểm tra các van: van 6 mở, các van còn lại đóng
Mở công tắc tổng
Hút chân không bằng cách mở bơm chân không và mở van 10 khi kim áp
kế chỉ 0,6 – 0,8at thì tắt bơm chú ý không được để bơm chân không chạy
liên tục. Khi máy rú lớn thì phải tắt bơm chân không bằng cách khoá van

•
•
•
•

10 và tắt bơm
Mở van 1 hút hết 5 lít dung dịch vào trong nồi
Mở van 9 cấp nước qua ống xoắn
Mở công tắc khuấy trộn (5 phút khuấy 1 lần, mỗi lần khuấy 30s)

Kể từ dung dịch trong nồi sôi (62°C) thì cứ 10 phút lấy mẫu dung dịch
trong nồi đo Bx, lấy nước ngưng tụ ra đo thể tích. Cách lấy mẫu là: mở van
2 trong thời gian 1s sau đó đóng van 2 lại, và mở van 3 lấy mẫu. Cách lấy
nước ngưng tụ: đóng van 6, mở van 7, van 8, lấy nước ngưng xong thao tác
các van ngược lại trở về trạng thái ban đầu. Chú ý trong lúc lấy nước

ngưng tụ không được hút chân không.
• Khi dung dịch trong nồi đạt 65Bx trở lên thì dừng quá trình cô đặc
6


•
•
•

Mở van 1 để thông áp khí trời
Mở van 4 xả dung dịch sau khi cô đặc trong nồi ra ngoài để cân khối lượng
Tắt máy khuấy trộn
Bước 5: Vệ sinh thiết bị

•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Kiểm tra các van: van 6 mở, các van còn lại đóng
Mở công tắc tổng
Chuẩn bị 20 lít nước sạch trong xô nhựa
Hút chân không khi kim áp ké chỉ 0,8at thì tắt bơm
Mở van 1 hút hết nước sạch vào trong nồi
Mở công tắc khuấy trộn trong thời gian 5 phút
Mở van 4 xả nước trong nồi ra
Tắt máy khuấy trộn
Tắt công tắc tổng
Kết quả:
Bảng số liệu từ phòng thí nghiệm.
Thời gian
τ(phút)

Nồng độ dung dịch
đường(Bx)

Lượng nước ngưng tụ
thu được V(m)

0
10
20
30
40
50
60
70
80

6. Trình tự tính toán:
• Tính nồng độ phần khối lượng của dung dịch đường nhập liệu

Sau khi pha dung dịch đường nhập liệu ta tiến hành đo nồng độ dung dịch
đườngbằng chiết quang kế cầm tay, ta được chỉ số Bx của dung dịch đường
nhập liệu là Bxđầu từ đó suy ra nồng độ phần khối lượng của dung dịch
đường nhập liệu là xđ.

7


Ví dụ dung dịch đường 15Bx thì xđ = 0,15 (phần khối lượng).
•

Tính khối lượng dung dịch đường nhập liệu
Ta tiến hành đo thể tích dung dịch đường nhập liệu: Vđ=
Tra khối lượng riêng của dung dịch đường nhập liệu ở nhiệt độ T 0 =

28°C, ta được ρ = (kg/m3). Vậy khối lượng nhập liệu là:
Gđ = Vđ.ρđ (kg)
• Tính lượng nước ngưng thực tế
W* = Vngưng .ρngưng (kg)
Trong đó:
Vngưng: Tổng thể tích nưỡ ngưng thu được trong quá trình thí nghiệm
(giá trị cuối trong bảng số liệu từ phòng thí nghiệm).
ρngưng: khối lượng riêng của nước ngưng (kg/m3).
(nước ngưng tra bảng ở nhiệt độ t = 30°C).
• Tính phần trăm sai số:
• Tính phần trăm sai số của nồng độ dung dịch sau cô đặc:
xc nồng độ chất khô trong sản phẩm sau cô đặc theo lý thuyết,

[phần khối lượng].
x*c nồng độ chất khô trong sản phẩm sau cô đặc theo thực tế đo
bằng chiết quang, [phần khối lượng].
• Tính phần trăm sai số của lượng nước ngưng thu được trong quá trình cô
đặc:
.

7. Đồ thị

7.4.3. Đánh giá sai số
≥ 5%: sai số đáng kể
%SSW ≥ 10%: sai số đáng kể

8


II.

TÍNH TOÁN
 Số liệu thực nghiệm
Bảng 1.1 Số liệu thí nghiệm
Thời
gian t
(phút)
0
10
20
30
40
50

60
70

Nồng
độ
đường
(Brix)
21
27
33
38
41
47
50
59

Lượng
nước
ngưng V
(mL)
0
1150
1285
400
290
120
100
100

Nhiệt

độ
nước
vào
30
30
30
30
30
30
30
30

Nhiệt
độ
nước
ra
36
36
36
36
36
36
36
36

Nhiệt
độ vỏ
ngoài

Nhiệt độ

dd

Nhiệt
độ hơi
thứ

80
80
80
80
80
80
80
80

63
63
63
63
63
63
63
63

5
5
5
5
5
5

5
5

Thể tích dung dịch đường nhập liệu = 5 (lít)
Thể tích dung dịch đường thu được sau quá trình thí nghiệm = 700 (ml)
=0.7(lít) với nồng độ 59Bx.
 Xử lí số liệu

Nồng độ phần khối lượng của dung dịch đường nhập liệu :
Tại t=0, nồng độ là 21Bx vậy x=0,21 (phần khối lượng)
Nồng độ phần khối lượng của dung dịch đường thu được:
Nồng độ dịch đường thu được sau quá trình thí nghiệm 59Bx=> xc= 0,59
(phần khối lượng)
1. Khối lượng dung dịch đường nhập liệu:

Trong đó:
-

Thể tích dung dịch đường nhập liệu (m3)
9


-

Khối lượng riêng của dung dịch đường nhập liệu ở 21Bx (kg/m3)
(được tra theo Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1-bảng I.87-trang65)

2. Khối lượng dung dịch đường thu được:

Trong đó:

- Thể tích dung dịch đường thu được (m3)
Khối lượng riêng của dung dịch đường thu được ở 59Bx (kg/m3)
3. Lượng nước ngưng thực tế:

Trong đó :
Tổng thể tích nước ngưng thu được trong suốt quá trình thí nghiệm(m3)
-

Khối lượng riêng nước ngưng tra ở 300C (kg/m3)
(được tra theo Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1)

4. Tính cân bằng vật chất và các đại lượng chưa biết:
- Ta có:

xđ = 0,21 (phần khối lượng)
Gđ = 5,439 (kg)
Gc = 0,8988 (kg)
-

Tính xc và W:
Áp dụng định luật bảo toàn vật chất:
+ Bảo toàn khối lượng: Gđ = Gc + W

 W= Gđ - Gc=5,439-0,8988= 4,5402 (kg)

+ Bảo toàn chất khô: Gđ.xđ = Gc.xc

10

 xc= Gđ.xđ / Gc=5,439. 0,21/0,8988=1,27 (phần khối lượng)
5. Tính năng lượng và các đại lượng chưa biết:

Tính cân bằng nhiệt cho thiết bị ngưng tụ và xác định lưu lượng nước sử
dụng trong giải nhiệt ngưng tụ.
•

Nhiệt ngưng tụ (j/kg)
r = Cn.tn= 4200.30=126000 (j/kg)
Với:

•

Cn là nhiệt dung riêng của nước ngưng ở 30°C = 4200 j/kg.độ
tn là nhiệt độ nước ngưng tụ ở 30°C
Lượng nhiệt ngưng tụ Qnt= W.r
Trong đó :

•

W lương hơi nước ngưng tụ (kg)
r Nhiệt ngưng tụ (j/kg)
Lưu lượng nước Gn
Xác định lưu lượng nước sử dụng trong giải nhiệt ngưng tụ. Theo định luật
bảo toàn nhiệt :
Ta có: Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5 + Q5 + Q7
Do:

Q6 + Q7 = 10 % (Q1+Q2)

⇒ Gđ.Cđ .tđ + Gn.Cn.tn = Gc.Cc.tc + W.i’+ Gn.Cn.tv + 0.1(Gđ.Cđ.tđ +
Gn.Cn.tn)
=>
Với :
-

tv=630C Là nhiệt độ tại vách thiết bị (cho gần bằng nhiệt độ sôi dung dịch

-

đang cô đặc)
tn=800C Là nhiệt độ nước nóng ở vỏ áo ( nhiệt độ cài đặt)
Cc, Cđ= 4189 j/kg.độ Là nhiệt dung riêng của sản phẩm và nguyên liệu ở
63°C .
11


-

Nhiệt dung riêng của hơi thứ
nhiệt độ hơi thứ

Bảng1.2 kết quả tính cân bằng nhiệt cho thiết bị ngưng tụ

STT

W (kg)

Nhiệt
ngưng tụ r

(j/kg)

1
2
3
4
5
6

1,150
1,285
0,400
0,290
0,120
0,100

126000
126000
126000
126000
126000
126000

Nhiệt độ
hơi thứ
tht(0C)

Lượng nhiệt
ngưng tụ Qnt

Nhiệt độ
nước vào
tv(oC)

Nhiệt
độ nước
ra tr(0C)

Lưu lượng
nước Gn

5
5
5
5
5
5

144900
161910
50400
36540
15120
12600

30
30
30
30
30

30

36
36
36
36
36
36

272,611
271,861
276,783
277,395
278,341
278,452

6. Tính cân bằng nhiệt cho thiết bị cô đặc và xác định lượng nhiệt mà

nguồn nóng cung cấp.
• Q1 = Gđ.Cđ.tđ: nhiệt do dung dịch mang vào.
• Q2 = Gn.Cn.tn : nhiệt do nước nóng cung cấp.
• Q3 = Gc.Cc.tc: nhiệt lượng do dung dịch đường mang ra.
• Q4 = W.i’: nhiệt do hơi thứ mang ra.
• Q5 = Gn.Cn.tv: nhiệt còn lại sau khi làm nóng dung dịch đường.
• Q6 +Q7 = Qcđ + Qmt = 10 % (Q1+Q2): nhiệt do quá trình cô đặc + nhiệt tổn
thất ra môi trường.

12

Bảng 1.3 kết quả tính cân bằng nhiệt thiết bị cô đặc

STT

Q1 (j)

Q2 (j)

Q3 (J)

Q4 (j)

Q5 (J)

Q(6+7) (j)

1

1435390

9159730

237199

24178,75

7213287

1059512

2

1435390

9134530

237199

27,017,125

7193442

1056992

3

1435390

9299909

237199

8410

7323678

1073529,9

4

1435390

9320472

237199

6097,25

7339872

1075586,2

5

1435390

9352258

237199

2523

7364903

1078764,8

6

1435390

9355987

237199

2102,5

7367840

1079137,7

 Vẽ đồ thị :
1. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa chỉ số Bx với thời gian cô đặc.

2. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lượng nước ngưng thu được và thời gian

cô đặc.

TỔNG KẾT
13


 Tính sai số giữa lý thuyết và thực nghiệm
1. Sai số nồng độ cuối của quá trình:

=
Trong đó:
-

xc Nồng độ % chất khô trong sản phẩm sau cô đặc theo lý thuyết (phần

-

khối lượng).
xc* Nồng độ % chất khô trong sản phẩm cô đặc theo thực tế đo bằng Bx kế,
(phần khối lượng).
Giải thích kết quả sai số: Sai số là đáng kể
+ Vì thời gian có hạn nên cô đặc nước đường chưa tới mức giới hạn được.
+ Trong quá trình cô đặc lấy mẫu để thử độ Bx hơi nhiều nên làm mất sản

phẩm.
+ Trong quá trình rót ra ca để cân nên bị hao hụt một ít.
+ Dụng cụ bị hư.
Sai số lượng nước ngưng thu được trong quá trình cô đặc:

=
Giải thích kết quả sai số: Sai số là đáng kể nhưng vẫn nhỏ hơn so với nồng
độ cuối.
+

1.
+
+
2.

Sai số thời gian do quá trình thao tác.
Nhận xét
Đồ thị:
Đồ thị biểu diễn Bx-τ là một đường thẳng.
Chỉ số Bx tăng dần theo thời gian.
Kết quả thí nghiệm : có sai số.

14


 Nguyên nhân:
 Thiết bị cô đặc gián đoạn một nồi sử dụng trong thí nghiệm cô đặc, giúp

chúng ta thực hành và hiểu về quy trình cũng như các cách vận hành của
thiết bị cô đặc. Quá trình làm tăng nồng độ của dung dịch bằng cách tách
một phần dung môi ở nhiệt độ sôi trong môi trường chân không nên nhiệt
độ sôi của dung dịch đường giảm, làm giảm sự hao phí nhiệt năng và giúp
cho sản phẩm không bị biến tính khi ở nhiệt độ cao. Trong quá trình thực
hành thí nghiệm sẽ không tránh khỏi sự sai xót về thông số, nhiệt độ, thời









gian.
Các thao tác kỹ thuật trong quá trình thí nghiệm còn vụng về.
Dụng cụ thiết bị thí nghiệm còn nhiều hạn chế.
Sai số làm tròn lớn.
Cân đong dung dịch đường chưa chính xác.
Thông số thiết bị không ổn định.
Thời gian không đồng đều.
Cách khắc phục:
Kiểm tra thiết bị trước và sau khi làm thí nghiệm. Báo ngay cho bộ phận






sửa chữa nếu có phát hiện hư hỏng.
Cần nắm vững kiến thức trước khi thực hành thí nghiệm.
Vệ sinh và khởi động thiết bị để nhiệt độ và áp suất ổn định.
Thao tác vận hành nhanh, pha dung dịch phải chuẩn.
Tính toán cẩn thận và chính xác.

Trả lời câu hỏi chuẩn bị:
1. Mục tiêu bài thí nghiệm là gì?

Trả lời:
•

Trình bày được cấu tạo, nguyên lí làm việc và ưu nhược điểm thiết bi cô

đặc gián đoạn một nồi, hoạt động trong điều kiện chân không.
• Vận hành được hệ thống cô đặc.
• Tính toán được cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng và các đại lượng
đặc trưng cho quá trình cô đặc.
2. Cô đặc là gì?

15


Trả lời: Là quá trình làm tăng nồng độ của dung dịch bằng cách tách một

phần dung môi ở nhiệt độ sôi, dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên gọi
là hơi thứ.
3. Mục đích của quá trình cô đặc là gì?

Trả lời:
Làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dịch.
Tách chất rắn hòa tan ở dạng rắn (kết tinh).
Tách dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước)
4. Các bước chuẩn bị tiến hành thí nghiệm?
•
•
•

Trả lời:
•
•

Tìm hiểu hệ thống thiết bị, các van và tác dụng của nó.
Tìm hiểu thiết bị đo nhiệt độ, các vị trí đo và cách điều chỉnh công tắc để

đo nhiệt độ.
• Tìm hiểu các thiết bị đo nồng độ chất khô (Brix kế).
• Xác định các đại lượng cần đo.
• Chuẩn bị dung dịch đường đem đi cô đặc.
• Chuẩn bị bảng số liệu thí nghiệm.
5. Các phương pháp đo nồng độ của dung dịch đường?
Trả lời: Có 2 phương pháp:
•

Phương pháp 1: sử dụng Brix kế theo nguyên tắc khúc xạ quang học (nồng

Bx =

∑ KL
∑ KL

chatkhohoatan

dd
độ càng lớn góc khúc xạ càng lớn).
• Phương pháp 2: dùng phù kế (tỷ trọng kế) theo nguyên tắc nồng độ càng cao

thì lực đẩy càng mạnh.
6. Nêu các bước tiến hành thí nghiệm?
Trả lời
Chạy nước nóng
Cô đặc dung dịch
Vệ sinh thiết bị
7. Mô tả cấu tạo hệ thống thiết bị cô đặc dùng trong thí nghiệm?
•
•
•

16


Trả lời: hệ thống cô đặc gồm các thiết bị chính sau:

• Máy khuấy trộn.
• Thiết bị ngưng tụ ống xoắn.
• Bình chứa nước ngưng.

• Bơm chân không loại vòng nước.
• Áp kế đo độ chân không.
• Nhiệt kế điện tử.
• Hệ thống điện.
• Xô nhựa chứa dung dịch đầu.
8. Nêu các dạng thiết bị cô đặc khác nhau?

Trả lời:
• Dạng thiết bị cô đặc một nồi
• Dạng thiết bị cô đặc nhiều nồi
• Dạng thiết bị cô đặc liên tục
• Dạng thiết bị cô đặc gián đoạn.
• Dạng thiết bị cô đặc ở áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất khác.
9. Các thông số cần đo trong bài?

Trả lời:
•
•

Thời gian (phút)
Nồng độ dung dịch đường (Bx)
17


• Lượng nước ngưng thu được Vngưng (ml)
• Nhiệt độ (0C).
10. Viết cân bằng nhiệt lượng cho quá trình cô đặc?

Trả lời: phương trình cân bằng nhiệt lượng trong quá trình cô đặc:

∑Q

v

= ∑ Qr

Gđ.cđ.tđ+D.i = Gc.cc.tc+W.i’+D.cn.tn+Qcd+Qmt
Trong đó
tđ: nhiệt độ nguyên liệu. [độ].
tc: nhiệt độ sản phẩm, [độ].
tn: nhiệt độ nước ngưng, [độ].
cđ: nhiệt dung riêng nguyên liệu, [J/kg.độ].
cc: nhiệt dung riêng sản phẩm, [J/kg.độ].
cn: nhiệt dung riêng nước ngưng, [J/kg.độ].
i: hàm nhiệt trong hơi đốt, [J/kg].
i’: hàm nhiệt trong hơi thứ, [J/kg].
Qcđ: tổn thất nhiệt cô đặc, [J].
Qmt: tổn thất nhiệt ra môi trường, [J].
D: lượng hơi đốt tiêu tốn
11. Viết cân bằng vật chất cho quá trình cô đặc?
Trả lời;

Trong đó:
khối lượng nguyên liệu [kg]
khối lượng sản phẩm [kg]
nồng độ % chất khô trong nguyên liệu [ phần khối lượng]
nồng độ % chất khô trong sản phẩm [phần khối lượng]

18

BÀI 2: SẤY ĐỐI LƯU
I.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Khái niệm chung

Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng nhiệt, nhiệt được
cung cấp cho vật liệu nhờ dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt, bức xạ nhiệt…
Sấy đối lưu là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cấp nhiệt cho
ẩm bay hơi. Trong đó, cả hai quá trình truyền nhiệt và truyền ẩm đều được thực
hiện bằng phương pháp đối lưu.
Đặc trưng của quá trình sấy
Quá trình sấy diễn ra rất phức tạp, đặc trưng cho tính không thuận nghịch
và không ổn định. Nó diễn ra đồng thời 4 quá trình: truyền nhiệt cho vật liệu,
dẫn ẩm trong long vật liệu, chuyển pha và tách ẩm vào môi trường xung quanh.
Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền
và bảo quản được tốt.
1.1. Tĩnh lực học quá trình sấy
1.1.1. Các thông số hỗn hợp không khí ẩm
1.1.2. Độ ẩm
1.1.3. Hòa trộn hai hỗn hợp không khí ẩm

Trong quá trình sấy vì nhiều lí do mà ta cần phải hòa trộn hai
hay nhiều hỗn hợp không khí ẩm, mục đích là làm giảm nhiệt
độ tác nhân, trộn thêm hơi nóng, tăng lưu lượng…
Phương pháp hòa trộn dựa trên đồ thị.
19

Giả sử trộn hỗn hợp 2 loại không khí
+ Không khí 1 có trạng thái A trên giản đồ Ramdzim
+ Không khí 2 có trạng thái B trên giản đồ Ramdzim
Khi trộn A với B được hỗn hợp mới có trạng thái M

Trong đó: GA, GB: Lượng không khí khô (kg, kg/s) ở trạng thái
A và B
dA, dB: độ ẩm tuyệt đối của không khí tại A và B
(g/kgkkk)
Tính được dM, HM => điểm M trên giảm đồ Ramdzim và tra
được các thông số còn lại khác.

Biểu diễn theo sơ đồ thiết bị

Không khí ở trạng thái M

Không khí ở trạng thái A
Không khí ở trạng thái B

Buồng hòa trộn

Biểu diễn trên giảm đồ Ramdzim
20


HB

HM

B

M

HA
A

dA

dB

1.1.4. Cân bằng vật chất trong thiết bị sấy
1.1.4.1. Tính độ ẩm của vật liệu

Trong kỹ thuật sấy có 2 khái niệm về độ ẩm vật liệu:
x: Độ ẩm vật liệu trên căn bản vật liệu ướt (kgẩm/kgvlư).
X: Độ ẩm vật liệu trên căn bản vật liệu khô (kgẩm/kgvlk).
(%kgẩm/kgvlư)
(%kgẩm/kgvlk)
Độ ẩm x và X có thể chuyển đổi qua lại
1.1.4.2. Các phương trình cân bằng vật chất:

-

Lượng vật liệu khô tuyệt đối:

-

Lượng vật liệu trước khi sấy:

-

Lượng vật liệu sau khi sấy:

-

Lượng ẩm cần tách trong quá trình sấy:
W = L1 – L2 (kg hay kg/s)

Hay W
21


-

Lượng không khí khô cần trong quá trình sấy:
G = (kg, kg/s)
Lượng không khí ẩm cần làm bay hơi 1kg ẩm:
g = (kgkkk/kgẩm)
Trong đó:
x1, x2 độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy tính theo vật
liệu ướt.
d0 = d1: độ ẩm tác nhân ban đầu và sau khi đun nóng (không
có tách ẩm cũng như tăng ẩm trong quá trình đun nóng)
d2: độ ẩm tác nhân ra (sau khi mang hơi ẩm từ vật liệu sấy ra
khỏi buồng sấy)

1.1.5. Cân bằng năng lượng

Nhiệt lượng cần thiết làm bay hơi 1 kg ẩm trong quá trình sấy theo lý
thuyết:

HB = HC

B

H = Const

1
C
2

0
A

d1

d2

1.1.6. Các phương thức sấy
1.1.6.1. Sấy có bổ sung nhiệt trong buồng sấy

22


Để đơn giản bỏ qua phần nhiệt C.tvld - ∑q

B1
B2
B3

C

A

d1

d2

Trường hợp 1: Đường cong A-B1-C: Sấy không có bổ sung nhiệt
trong phòng sấy, chỉ có bộ phận đốt nóng. Nhiệt độ không khí vào
buồng sấy rất cao tB1.
Trường hợp 2: Đường cong A-B2-C: Sấy có bộ phận đốt nóng và
có bổ sung nhiệt trong phòng sấy.
-

Bộ phận đốt nóng thì đưa nhiệt độ từ A đến B 2, và entanpi từ

-

HAđến HB2
Bộ phận nhiệt bổ sung trong buồng sấy thì không làm nhiệt độ
của không khí nóng hơn nhiệt độ do bộ phận đốt nóng đưa vào
nhưng làm cho entanpi tăng từ HB2 đến HC

Trường hợp 3: Đường cong A-B3-C: Sấy có bộ phận đốt nóng và
có bổ sung nhiệt trong phòng sấy nhưng nhiệt độ sấy giữ không đổi
= tC
-

Bộ phận đốt nóng thì đưa nhiệt độ từ A đến B3, và entanpi từ HA
đến HB3

23


-

Bộ phận nhiệt bổ sung trong buồng sấy thì duy trì nhiệt độ do
bộ phận đốt nóng đưa vào = t C và làm cho entanpi tăng từ H B3
đến HC

Trường hợp 4: Đường cong A-C: Sấy không có bộ phận đốt nóng,
chỉ có bổ sung nhiệt trong buồng sấy entanpi tăng từ H A đến HC,
nhiệt độ sấy nhỏ nhất trong quá trình sấy nhiệt độ ra lớn nhất cũng
chỉ bằng tC
Nhận xét: trong các trường hợp sấy nếu tốc độ bay hơi và lượng
ẩm bay ra vẫn như nhau thì chọn nhiệt độ sấy nhỏ tốt cho quá trình
sấy nông sản.
Quá trình sấy tốt cho nông sản thực phẩm theo thứ tự ưu tiên
trường hợp 4-3-2-1. Tuy nhiên điều khiển quá trình thì khó theo
thứ

tự

khó

nhất

là

trường

hợp

4-3-2-1.

1.1.6.2. Sấy có đốt nóng giữa chừng
1.1.6.3. Sấy hồi lưu một phần khí thải
t1

C3

C2

C1

t2
t0

B3

B2

B1

A

B1

B

tB1
C

M

A

24
d1

d2


Không khí tại A được đun nóng lên B 1 và được sấy xuống C xả
ra một phần còn một phần hồi lưu trở lại trộn với A được trạng

-

thái M và qua caloriphe lên đến nhiệt độ sấy tB1 rồi lại về C.
Nhận xét:
Phương pháp này có thể điều chỉnh được độ ẩm của không khí

-

và tiết kiệm được năng lượng, giữ được nhiệt độ tháp.
Một số máy sấy có hồi lưu khí thải một phầnn hưng có bộ điều
chỉnh nhiệt độ theo nhiệt độ cài đặt trước và không cài lại nhiệt
độ thì nhiệt độ sấy không đổi cho dù có hay không có hồi lưu. Ở
đây ta muốn nói rằng khi sấy, ta nâng nhiệt độ lên t B sấy xuống
C hồi lưu lần 1 trộn với không khí ở A được trạng thái M. Từ M

lúc đó ta không cần nâng lên nhiệt độ cao như ban đầu (t B) nữa
mà hạ nhiệt độ cài đặt xuống tB1 thì độ ẩm tuyệt đối cũng tăng
từ d1 đến d2 và vẫn thực hiện được quá trình sấy. Đường cong

-

sấy bây giờ là A-M-B1-C
Các quá trình sấy hồi lưu đều tiết kiệm được năng lượng trong
cùng một khoảng thời gian. Tuy nhiên thời gian sấy dài hơn khi
không hồi lưu vì độ ẩm tương đối tăng.

1.2. Động học quá trình sấy
1.2.1. Các định nghĩa

Tốc độ sấy: Là lượng ẩm bay hơi trên 1m2 vật liệu sấy trong một đơn
vị thời gian.
Thời gian sấy: Là thời gian bắt đầu đun nóng vật liệu đến khi vật liệu
đạt độ ẩm cần thiết (độ ẩm bảo quản, hoặc độ ẩm nào đó)
1.2.2. Các giai đoạn sấy

Người ta chia các quá trình sấy ra làm các giai đoạn:
Giai đoạn tăng tốc: Giai đoạn đun nóng vật liệu nhiệt độ vật liệu tăng
lượng ẩm bay hơi chậm.

25