Mục lục:
I.Giới thiệu
II. Sự truyền nhiệt trong thiết bị bốc hơi :
1. Tính chất vật lý 2
2. Hệ số truyền nhiệt: 3
3. Sự tích bẩn trong dàn bay hơi 4
4. Sự truyền nhiệt trong thiết bị bốc hơi kiểu chảy màng 4
4.1.Thiết bị bốc hơi màng rơi 4
4.2 Thiết bị bốc hơi màng treo 7
5.Thiết bị cô đặc nước ép trái cây màng rơi 8
III. Các hệ thống thiết bị bốc hơi:
1. Hệ thống một thiết bị cô chân không có tháp ngưng hơi thứ: 9
2. Hệ thống bốc hơi nhiều thiết bị 11
2.1 Hệ thống ba thiết bị bốc hơi dòng cùng chiều 12
2.2 Hệ thống ba thiết bị bốc hơi dòng ngược chiều 13
2.3 hệ thống nhiều thiết bị bốc hơi làm việc song song 14
2.4 Hệ thống thiết bị bốc hơi dòng cùng chiều có thêm thiết 15
bị bốc hơi bổ sung
IV. Tính thiết kế các hệ thống bốc hơi: 16
1. Hệ thống một thiết bị bốc hơi
2. Hệ thống bốc hơi liên tục 19
V.Các thiết bị bốc hơi; 24
1. Thiết bị bốc hơi thẳng đứng, buồng đốt trong, tuần hồn tựï nhiên 26
2. Thiết bị bốc hơi có buồng đốt ngồi 30
VI. Chất lượng thực phẩm: 30
VII. Thiết bị bốc hơi trong thực phẩm 32
1. Cân bằng vật chất và cân bằng 32
2. Thiết bị tính tốn thời gian lưu dài 33
3. Thiết bị bốc hơi có thời gian lưu ngắn 34
VIII. Thiết bị bốc hơi tiết kiệm năng lượng 38
1. Thiết bị bay hơi liên tục 40

Sự bay hơi được sử dụng như là 1 quá trình tiền cô đặc cho phân lập sữa và cà phê hòa tan,
trước khi sấy. Hiệu suất của sự bay hơi nước thì cao hơn ( 90% ) so với quá trình sấy (60% ).
Kĩ thuật thiết kế dàn bay hơi là dựa trên hiệu quả của sự truyền nhiệt từ môi trường sang sản
phẩm lỏng, hiệu quả của sự tách hơi nước và sử dụng nguồn năng lượng. Các dữ liệu kĩ thuật
được cung cấp bởi nhà sản xuất các thiết bị bay hơi.
Trong ứng dụng thực phẩm, sự bốc hơi can duy trì chất lượng của sản phẩm, và thiết bị bay
hơi phải phù hợp với điều kiện vệ sinh và quy trình sản xuất. Dàn bay hơi cũng được sử dụng
cho chất thải, giữ lại sản phẩm phụ hữu ích và giảm dòng chất thải ra môi trường.
II. SỰ TRUYỀN NHIỆT TRONG THIẾT BỊ BỐC HƠI
Một lượng lớn năng lượng nhiệt phải được truyền từ môi trường làm nóng xuyên qua lớp
kim loại của thiết bị tới dung dich lỏng. Nhu cầu nhệt được quyết định bởi vật liệu và cân bằng
năng lượng quanh mỗi thiết bị bay hơi và trên tồn bộ hệ thống. Sự truyền nhiệt giữa bề mặt kim
loai và dung dịch là công đoạn quan trọng nhất trong sự bay hơi. Do đó điện trở nhiệt của lớp
ngăn và môi trường làm nóng được cân nhắc là nhỏ hơn. Sự truyền nhiệt trên bề mặt liên quan
trưc tiếp tới tính chất vật lý và mô hình dòng chảy của dung dịch.
1.Tính chất vật lý:
Tính chất vật lý chất lỏng có tầm quan trọng trực tiếp tới sự bốc hơi, đó là độ nhớt, độ dẫn
nhiệt, độ đặc, nhiệt dung riêng, sức căng bề mặt và sự tăng điểm sôi. Dữ liệu về độ nhớt và độ
dẫn điện trong các tài liệu thực phẩm được viết bởi Saravacos và Maroulis ( 2001 ). Tầm quan
trọng của tính chất vật lý tới sự bay hơi được viết bởi Chen (1993 ).
Sức căng bề mặt của nước là 73 dyn/cm hay 73mJ/m
2
(25
o
C) và nó giảm đáng kể khi thành
phần hữu cơ có mặt trong dung dịch. Sức căng bề mặt của dung dịch lỏng thực phẩm thường
thấp hơn (cỡ 30 dyn/c), tùy thuộc vào thành phần chất hoạt động bề mặt hiện hữu.
Sự tăng điểm sôi (BPE) gây ra bởi sự tương tác lẫn nhau và đó là điều không mong muốn
trong quá trình bốc hơi. Vì vậy nó đòi hỏi nhiệt độ cao hơn của môi trường nhiệt để tác động tới
cùng một điều kiện phát động. Nó đặc biệt cao trong dung dịch cô đặc muối ăn và kiềm.

Tổng nhiệt trở của hệ thống cấp nhiệt được tính:
1/U=1/h
s
+x/∆ +1/h
i
+FR (7.3)
Với h
s
và h
i
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 ngồi và trong.
Phần cấp nhiệt được tính tốn 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 h
s
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 (h
i
) 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 thốt, chi phí bảo dưỡng và sụt giảm sản

trình.
Γ
min
= 0.008 (
η
s
σ
3
)
1/5
Trong đó :
Γ
: là độ nhớt ( mPa.s)
s : khối lượng riêng của nước
σ
: sức căng bề mặt của chất lỏng ( dyn/cm)
Bảng 1: Một số giá trị đặc trưng của hệ số truyền nhiệt
Dạng thiết bị bốc hơi Thực phẩm dạng lỏng U, W/m
2
K
Màng rơi, dạng ống Nước ép trái cây 12-65
o
Brix 2000-600
Màng rơi, dạng bản mỏng Sữa 10-30% TS 2500-1500
Màng treo dạng ống Sữa 10-35% TS 2000-1200
Đối lưu cưỡng bức Xi-rô đường 15-65
o
Brix 2500-1500
Màng khuấy Bột rau trái 1500-700
(Số liệu được lấy từ Saravacos và Maroulis (2001))

C chảy với lưu lượng nhỏ nhất thì hệ số Reynolds sẽ là
Re = 4 x 0.08/0.356 = 900 , dòng chảy tầng
Hệ số truyền nhiệt cao hơn ( h ) thu được trong chế độ chảy rối khi Re > 2100. Phương trình
thực nghiệm dưới đây có thể được sử dụng để đánh giá hệ số truyền nhiệt của màng nước trong
chế độ chảy rối.
h = 9150
Γ
1/3
Hệ số truyền nhiệt của chất lỏng khi chảy rối đối với loại màng rơi đươc tính bởi phương
trình thực nghiệm chung :
h = 0.01 (
ϕ
.Re.Pr)
1/3
Trong đó :
ϕ
= (
λ
3
ρ
2
g/
η
2
)
Re = 4
Γ
/
η
- -

= 0.67 W/m K,
ρ
= 972 kg/m
3
và g = 9.81 m/s
2

Suy ra
ϕ
= [(0.67)
3
x (972)
2
x 9.81 ]/(0.000356)
2
= 21.8 x 10
12

Và
ϕ
1/3
= 28000
Pr = (4100 x 0.000356)/ 0.67 = 2.2 và Pr
1/3
=1.3
h = 0.01 x (21.8 x 10
12
x 2.2 x 5618 )
1/3
= 6440 W/m

K (bề mặt sạch).
Phương trình đơn giản đối với màng nước (7.6) lợi tức hệ số truyền nhiệt dưới đây, cho
Γ
=
0.5 kg/m.s : h
i
= 9 150 x 0.5
1/3
= 7264 W/m
2
K. Phương trình (7.6) đã tính quá cao hệ số truyền
nhiệt của nước sôi.Phương trình thực nghiệm tổng quát cũng tính giá trị hệ số truyền nhiệt cao
hơn so với giá trị thực nghiệm, nhưng nó có ích để đánh giá gần đúng các dung dịch khác. Dự
đốn hệ số truyền nhiệt tỉ lệ nghịch với độ nhớt mũ 2/3 (
2/3
) .h
i
∞ 1/η
2/3
Hệ số truyền nhiệt tính tốn được của bề mặt bốc hơi (h
i
) từ U phụ thuộc nhiều vào hệ số
truyền nhiệt của hơi (h
s
) và lực cản tích lũy điều mà khó dự đốn chính xác. Vì lý do này, hệ số
truyền nhiệt thí nghiệm tổng cộng dễ nhận ra trong thực hành.
4.2.Thiết bị bốc hơi treo.
Thiết bị bốc hơi treo được tìm thấy trong các ứng dụng ít hơn so với thiết bị dạng màng. Bởi
vì thời gian lưu trú của nó dài hơn, nhiệt độ của quá trình và độ chênh lệch áp suất cũng cao
hơn. Điều đó đòi hỏi tiêu tốn nhiều năng lượng hơn và có thể làm nguy hại đến chất lượng của

bị bốc hơi màng treo công nghiệp có hiệu suất truyền nhiệt tổng quát (U) giảm từ 1500 W/m
2
K (
ở dưới 15
o
Brix ) đến gần 1000 W/m
2
K ( trên 60
o
Brix) trong ống cô đặc. Vận tốc màng chất
lỏng tại đáy và đỉnh ống cô đặc tương ướng là 1.27 và 1.97 m/s. Vận tốc tương ướng của dòng
hơi cao hơn rất nhiều (48.4 và 59 m/s).
Bởi vậy đối với màng rơi, sức căng bề mặt đóng vai trò quan trọng trong cấu tạo màng.
Dạng thực phẩm có sức căng bề mặt nhỏ hơn nước sẽ bao phủ bề mặt truyền nhiệt làm hiệu quả
hơn nhiều so với nước tinh khiết, với hệ số truyền nhiệt cao hơn.
5. Thiết bị cô đặc nước ép trái cây bằng màng rơi.
Dàn bốc hơi màng rơi được sử dụng rộng rãi tập trung ở nước ép trái cây và số liệu thực
nghiệm của hệ số truyền nhiệt được sử dụng để thiết kế và ước lượng của những bộ phận công
nghiệp. Thành phần cấu tạo khác nhau của táo và nho được sử dụng trong đại lượng đo thí
nghiệm, sử dụng thiết bị bốc hơi thử nghiệm tại xưởng thí nghiệm nông nghiệp ở New York,
Cornell University, Geneva, New York ( Saravacos et al .,1970). Thiết bị bốc hơi đó có có một
lớp áo hơi dọc ống, đường kính 50 mm và dài 3.3 m, với bề mặt truyền nhiệt 0.46 m
2
. Số liệu
quá trình bốc hơi đạt được có nhiệt độ sôi và chế độ chảy khác nhau.
Hình 2 cho thấy hệ số truyền nhiệt tổng quát (U) của nước ép trái cây đã được làm trong
tăng từ 1300 đến 2000 W/m
2
K, và nhiệt độ sôi cũng tăng 20 đến 100
o

o
Brix, trong khi đó dịch nước không lọc có giá trị giữa 1480 và 740 W/m
2
K trong khoảng từ 10
đến 60
o
Brix ( Saravacos et al.,1970). Depectinization ( bỏ qua xử lý những pectin keo tụ bằng
thủy phân bằng enzyme và lọc ) thường được dùng trong sản xuất ra nước táo cô đặc.
III-CÁC HỆ THỐNG THIẾT BỊ BỐC HƠI:
1 Hệ thống một thiết bị cô chân không có tháp ngưng hơi thứ
Hệ thống cô loại này được thể hiện ở hình 3 , nó gồm có thiết bị cô chân không, thiết bị
ngưng tụ hơi thứ dạng tháp có ống thủy lực bơm chân không. Thiết bị cô chân không gồm có hai
phần: phần đáy gọi là buồng đốt, nó là thiết bị trao đổi nhiệt giữa hơi hơi đốt là hơi nước nóng
từ nồi hơi hoặc từ thiết bị cô áp suất dư với dung dịch dang cô. Thiết bị trao đổi nhiệt trong
trường hợp này thường là loại ống chùm có vỏ bọc hoặc nối hai vỏ( năng suất thấp). phần trên là
không gian bọt và phân ly hơi thứ khỏi dung dịch đang bốc hơi.
Do hơi thứ có nhiệt độ thấp (vì áp suất chân không) nên không sử dụng thành nguồn nhiệt
mà phải đem ngưng tụ thành thể lỏng trong tháp ngưng tụ trực tiếp nhằm tránh tiêu tốn điện
năng cho bơm chân không. Bơm chân không chỉ phải hút không khí không ngưng, chủ yếu là
không khí lẫn trong dung dịch hoặc chui vào hệ thống qua các mối ghép hở.
- -
9
Thiết bị bốc hơi
Hình 3. Sơ đồ hệ thống cô chân không :
1- thiết bị cô chân không ;2- tháp ngưng tụ hơi thứ; 3- bơm chân không ;nl-nguyên liệu là
dung dịch có nông độ thấp ;sp- sản phẩm là dung dịch có nồng độ cao; hd- hơi đốt ; nn- nước
ngưng; ht- hơi thứ;n- nước mát; K- khí không ngưng.
Chiều cao ống thủy lực dưới tháp ngưng tùy thuộc áp suất chân không trong hệ thống.
Cô chân không được áp rất rộng rãi trong công nghiệp hóa chất, đặc biệt là trong công
nghiệp chê biến các sản phẩm thực phẩm, dược phẩm và y học. Do nhiệt bốc hơi thấp nên không

Nhờ cách đấu nhiều thiết bị bốc hơi liên tiếp như vậy mà ta đã tiết kiệm được năng lượng một
cách đáng kể. Để làm bay hơi 1 kg hơi nước từ dung dịch với hệ thống hai thiết bị thì chỉ cần
0,57 kg hơi đốt sạch; với ba thiết bị là 0,4 kg; bốn thiết bị là 0,3 kg; năm thiết bị là 0,27 kg.
Sau đây là một số hệ thống bốc hơi nhiều thiết bị
- -
11
Thiết bị bốc hơi
2.1 Hệ thống ba thiết bị bốc hơi dòng cùng chiều
Đây là hệ thống bốc hơi được sử dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm, sinh học và hố
chất, xem hình 5. Nguyên tắc làm việc của hệ thống này là chuyển động của dòng hơi đốt và
dung dịch cần cô (dung dịch bốc hơi nhằm nâng cao nồng độ) là dòng cùng chiều.
Hình 5. Sơ đồ hệ thống ba thiết ba thiết bị bốc hơi dòng cùng chiều:
1- bồn chứa dung dịch ban đầu; 2- thùng chứa cao; 3- thiết bị đo lưu lượng; 2’- bơm; 4-
bơm; 5- thiết bị gia nhiệt; 6,7,8- thiết bị bốc hơi thứ nhất, thứ hai, thứ ba; 9- thiết bị ngưng tự có
ống thuỷ lực; 10- thiết bị phân ly lỏng khỏi khí không ngưng; 11- thùng chứa sản phẩm; 12- các
ống xả nước ngưng; 13- ống thủy lực; 14- ống xả khí không ngưng cho buồng đốt có áp suất
thấp hơn áp suất khí quyển; 15- bơm tháo sản phẩm; h.d- hơi đốt sạch; n.n- nước ngưng; k- khí
không ngưng.
Dung dịch ban đầu chứa ở bồn số 1 rồi được bơm 2’ bơm lên thùng cao vị 2, có ống chảy
trào về bồn 1. Thùng cao vị có tác dụng ổn định áp lực dòng chảy. Nếu trở lực của thiết bị gia
nhiệt 5 không lớn thì không cần bơm 4. Trước khi chảy vào thiết bị bốc hơi 6 thì dung dịch đã
được làm nóng bằng hơi thứ của chính thiết bị số 6; mức độ nâng nhiệt tuỳ thuộc vào lương hơi
thứ và thiết bị gia nhiệt. Hơi đốt sạch được cấp vào buồng đốt thiết bị số 6. Hơi thứ của thiết bị
số 6 được chia được chia thành 2 phần, một phần làm hơi đốt cho thiết bị gia nhiệt, phần còn lại
- -
12
Thiết bị bốc hơi
làm hơi đốt cho thiết bị bốc hơi thứ hai là số 7. Dung dịch đã được cô ở thiết bị số 6 sẽ tự chảy
sang thiết bị số 7 rồi số 8 nhờ chênh lệch áp suất. Hơi thứ của thiết bị số 7 là hơi đốt của thiết bị
số 8. Hơi thứ của thiết bị số 8 được đưa sang ngưng tụ tại thiết bị số 9. Aùp suất của hơi thứ

Đặc điểm chính của hệ thống này là dung dịch ban đầu được cấp cho tất cả các thiết bị, hơi
đốt sạch được cấp cho thiết bị thứ nhất, hơi thứ của thiết bị đầu là hơi đốt cảu thiết bị tiếp theo.
Hơi thứ của thiết bị cuối cùng được ngưng tự hồn tồn trong thiết bị ngưng tụ có ống thủy lực.
Khi nào nồng độ dung dịch trong từng thiết bị đạt giá trị theo yêu cầu thì được tháo vào thùng
sản phẩm (xem hình 7). Hệ thống này được dùng để cô đặc các dung dịch có độ nhớt rất cao và
kết tinh, chúng rất khó chảy thậm chí tác làm tắc ống dẫn nếu cho chảy chuyển từ thiết bị trước
sang thiết bị sau.
Hình 7. Sơ đồ hệ thống ba thiết bị bốc hơi làm việc song song:
1,2,3- các thiết bị bốc hơi; d- dung dịch ban đầu; h.d- hơi đốt; ht
1
- hơi thứ của thiết bị thứ
nhất cũng đồng thời là hơi thứ của thiết bị thứ hai; ht
2
- hơi thứ của thiết bị thư hai đồng thời là
hơi đốt của thiết bị thứ ba; ht
3
hơi thứ của thiết bị cuối cùng; sp- thùng chứa sản phẩm; n- nước;
n.n- nước ngưng; k- không khí ngưng
2.4 Hệ thống bốc hơi dòng cùng chiều có thêm thiết bị bốc hơi bổ sung
Hệ thống này được áp dụng khi nhiệt độ của hơi thứ trong thiết bị cuối đã quá thấp mà dung
dịch vẫn chưa đạt nồng độ mong muốn. Khi ấy, ta lắp thêm thiết bị bốc hơi sử dụng hơi đốt có
nhiệt độ cao (hơi đốt sạch) để cô tiếp dung dịch đến nồng độ mong muốn. Thiết bị lắp thêm gọi
là thiết bị bổ sung. Hơi thứ của thiết bị cuối và của thiết bị bổ sung đều đượv ngưng tụ trong
tháp ngưng, sản phẩm lấy ra ở thiết bị bổ sung, xem hình 8
- -
14
Thiết bị bốc hơi
Hình 8. Hệ thống bốc hơi dòng cùng chiều có thiết bị bổ sung:
1,2,3, bs- các thiết bị bốc hơi; h.d- hơi đốt sạch; d- dung dịch ban đầu; n- nước; n.n- nước
ngưng; NT- tháp ngưng tụ hơi thứ; K- không khí ngưng; sp- thùng chứa sản phẩm

c
(III-2)
trong đó : G
đ
, G
v
- khối lượng dung dịch đầu , cuối quá trình bốc hơi ;
W- khối lượng hơi thứ ;
x
đ
,x
c
- 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 :
- -
15
Thiết bị bốc hơi
W = G
đ
.( 1 – ) (III-3)
Chia 2 vế của phương trình trên cho G
đ
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.i
hđ
+ G
đ
.C

Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình bốc hơi là Q :
Q = D (i
ht
- i
nn
) = G
c
.C
c
.t
c
- G
đ
.C
đ
.t
đ
+ W.i
ht
+ Q
T
(III-7)
Trong đó : C
đ
, C
c
– nhiệt dung riêng của dung dịch vào, ra khỏi thiết bị ;
t
đ
, t

.C
c
= G
c
.( C
n
- m.x
c
) = ( G
đ
– W ).( C
n
– m. )
hay :
G
c
.C
c
= G
c
.( C
n
- m.x
c
) – W.C
n
= G
đ
.C
đ

(III-11)
trong đó : τ
1
– là thời gian cần để làm nóng dung dịch từ nhiệt độ đầu đến nhiệt độ bắt đầu sôi ;
τ
2
- 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 τ
1
và τ
2
được tính như sau :

1
1
1 1 1 1
.
ln
. . .
d d hd hd
hd s
G C t t
Q
K F t t K F t
τ
−
= =
− V
(III-12)
trong đó : Q

.F.( t
hd
– t ).dτ
hay
.
( . ( ) ( . . ) )
ht d d
ht
d
i C t
dQ V d x d c t i d
x
ρ ρ ρ
−
= + −
2
2
0
1
( )
Q
hd
dQ
F K t t
τ
=
−
∫
trong đó : K
2

.C
đ
.( t
c
– t
sl
) + W.( i
ht
- C
n
.t
c
) + Q
T
(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 = i
ht
.dW + W.d(c.t.ρ ) - C
đ
.t
đ
. ρ
đ
.dV (III-15)
trong đó : ρ
đ
– khối lượng riêng của dung dịch mới nạp (nồng độ đầu của dung dịch ) ;

đ
.dV - V.dρ (III-19)
Thay các giá trị dV, dW vào phương trình tính dQ ra thu được :
- -
17
Thiết bị bốc hơi
.
( ( ) ( ) )
ht t d
ht
d
i C t
dQ d x d ct i d
x
ρ ρ ρ
−
= + −
(III-20)
Ứng với thời điểm dung dịch ban đầu bắt đầu sôi ta dễ dàng tính được Q từ phương trình trên.
1 1 1 1
.
( ( . ) ( . . . ) ( ))
ht d d
s d s s ht s
d
i C t
Q V x x c t C t i
x
ρ ρ ρ ρ ρ ρ
−

).
Khối lượng dung dịch ban đầu nạp vào thiết bị là G
đ
được tính như sau :
Q
đ
= ρ
đ
.V (III-23)
Từ lúc bắt đầu đốt nóng đến lúc dung dịch bắt đầu sôi thì khối lượng dung dịch không thay đổi :
Q
đ
= Q
sl
= ρ
sl
.V (III-24)
Trong đó : G
sl
– khối lượng dung dịch lúc bắt đầu sôi ;
ρ
sl
– khối lượng riêng dung dịch lúc bắt đầu sôi.
Đối với dung dịch nước gần giống nhau, ta có thể lấy C
sl
= C
đ
. Ngồi ra nếu nhiệt độ đầu và nhiệt độ lúc
bắt đầu sôi gần nhau thì ρ
sl

3
…..W
n
là lượng nước bốc hơi và G
1
, G
2
, G
3
….G
n
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).
G
đ
= G
1
+ W
1
(25)
G
đ
.x
đ
= G
1
.x
1
Trong đó : G

1
– W
2
) (27)
Với thiết bị bốc hơi thứ n ( cuối cùng ) sẽ là:
x
n
= (G
đ
x
đ
)/(G
đ
– W
1
– W
2
…..- W
n
) (28)
Chia cả tử số và mẫu số cho G
đ
ta có phương trình sau:

1
1
d
n
n
i

– W
n
– W
n-1
; ……G
1
= G
c
G
c
là khối lượng sản phẩm với nồng độ x
1

1
1
1
. .
; ;....
d d d d d
n n i
n
d n d n n
d i
i
G G x G x
x x x
G W G W W
G W
−
−

20
Thiết bị bốc hơi
Phương pháp đơn giản
Hình 10. Hệ thống bốc hơi liên tục:
i-1; i- là thiết bị thứ i-1; và thứ 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 tồn hệ thống bốc hơi. Chẳng hạn ta có hệ thống bốc hơi như
hình 9 thì quá trình tính tốn 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:
W
i
= D
i
= W
i-1
– E
i-1
(32)
Trong đó :
D
i
, W
i
– là hơi đốt, hơi thứ của thiết bị bốc hơi thứ i
E
i
– 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

n
=W
n-1
– E
n-1
= D
1
– E
1
– E
2
- …..- E
n-2
– E
n-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:

1 1 2 2 1
1
( 1) ( 1) ( 2) ... 2
n
i n n
i
W W nD n n E n E E E
− −
=
= = − − − − − − − − −
∑
(34)

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
.0,01621T
2
/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 thống. Nhiệt độ bốc hơi ở bề mặt thấp hơn nhiệt độ của lớp dưới khoảng 3-5
o
C.

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 ∆t
c
.
Đối với hệ thống một thiết bị bốc hơi thì ∆t
c
được tính như sau:
∆t
c
= t
h.d
– t
ht
(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:
∆t
c
= t
h.d1
–t
N
(40)
Trong đó t
h.d1
– nhiệt độ hơi đốt của thiết bị thứ nhất;
t
N
- nhiệt độ hơi đang nhưng tụ trong tháp ngưng tụ lắp sau thiết bị bốc hơi cuối cùng.

Thiết bị bốc hơi
Các giá trị của ∆t
1
, ∆t
2
…∆t
n
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 ∆t
1
, ∆t
2
…∆t
n
được tính như sau:
∆t
1
= t
h.d1
– t
1
Mà t
1
= t
ht1

+ ∆
1.2
+ ∆
2.2
∆
t 2
= t
ht1
- t
ht2
- ∆
1.2
- ∆
2.2
- ∆
3.1
Tương tự đối với thiết bị thứ i ta có:
∆t
i
= t
ht(i-1)
– t
hti
- ∆
1.i
-∆
2.i
-∆
3(i-1).
Với thiết bị thứ n( sau cùng) ta có:

- ∆
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

t t t
n
∆
∆ = ∆ = = ∆ =
Với đẳng thức 45 ta dễ dàng tính được các giá trị ∆t1,∆t2…∆tn. Chẳng hạn với thiết bị thứ I
ta có:
- -
23
Thiết bị bốc hơi
2
1 2
1
...
n
n
Q
Q Q
K K K
= = =
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

nhằm tránh hiện tượng bọt đi theo hơi thứ ra khỏi thiết bị. Bọt đi theo hơi thứ không những làm
tổn hại chất ta cần thu được ở dung dịch, mà còn làm bẩn hơi thứ trong trường hợp dùng hơi thứ
như một chất tải nhiệt cho quá trình bay hơi nào đó. Hiển nhiên ta có thể hạn chế quá trình tạo
bọt của một số dung dịch nào đó bằng cách thêm vào dung dịch chất chống tạo bọt (chẳng hạn
như dầu thực vật,v.v…).
Bọt và chất lỏng đi theo hơi thứ sẽ làm bẩn bề mặt truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ, làm
bẩn nước ngưng trong thiết bị ngưng tụ trực tiếp.
Nếu dung dịch bám bẩn bề mặt trao đổi nhiệt trong thiết bị bốc hơi sẽ làm giảm chất lượng
sản phẩm, hiệu suất truyền nhiệt giảm, sinh ra đốt nóng cục bộ làm hỏng thiết bị. Biện pháp
tránh bám bẩn bề mặt trao đổi nhiệt là tăng cường đối lưu dung dịch. Muốn có đối lưu ta phải
kết cấu thiết bị bốc hơi cho phù hợp.
Thiết bị bay hơi nói chung đều có các bộ phận chính như: khoang đốt, khoang chứa dung
dịch, khoang hơi à bộ phận trích các hạt lỏng khỏi hơi thứ.
Khoang đốt chính là thiết bị trao đổi nhiệt qua bề mặt. Nhiệt được truyền từ chất tải nhiệt
qua bề mặt truyền nhiệt sang cho dung dịch đang sôi. Tùy loại thiết bị mà khoang đốt có thể là
thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, ống xoắn ruột gà,v.v…
Khoang chứa dung dịch đang sôi gồm không gian chứa dịch ở khoang đốt và không gian
chứa dịch phía trên khoang đốt. Khoang chứa dịch có liên quan đến hiệu suất quá trình sôi, sự
đối lưu dung dịch và sự tạo bọt. Nếu dung dịch tạo bọt nhiều thì khoang chứa dung dịch nên nhỏ
lại. Khoang hơi là không gian phía trên bề mặt của dung dịch. Mục đích của không gian này là
nhằm tách hơi thứ ra khỏi dung dịch đang sôi một cách liên tục và ổn định. Khoang hơi càng
phải lớn nếu dung dịch tạo bọt nhiều, đồng thời phải đảm bảo cho vận tốc hơi thứ nhỏ để nó
không cuốn theo các hạt dung dịch có kích thước lớn.
Bộ phận tách các hạt lỏng thường lắp ở đỉnh thiết bị bốc hơi ở vị trí trước của ra của hơi thứ.
Nhiệm vụ của nó là tách kiệt các hạt lỏng rồi trả về khoang dung dịch. Nguyên lý tách các hạt
lỏng là dựa vào trọng lực, lực quán tính hoặc lực ly tâm của chính các hạt lỏng. Từ nguyên lý
tách hạt lỏng ta kết cấu bộ phận này cho phù hợp, càn gọn và có hiệu suất cao càng tốt.
Ngồi các bộ phận chính như trên, thiết bị bốc hơi còn có các cửa cho dung dịch vào, tháo sản
phẩm ra; cửa cho hơi đốt vào và của nước ngưng ra; cửa cho hơi thứ đi thiết bị ngưng tụ; cửa
quan sát, cửa lấy mẫu; cửa lắp đồng hồ áp lực; cửa lắp nhiệt kế; cửa vệ sinh và sửa chữa v.v…