Luận án Nghiên cứu một số thông số kỹ thuật của thiết bị cô đặc mật ong kiểu chân không dạng ống phối hợp công nghệ siêu âm

i cùng có được giá trị tối 
ưu tổng hợp làm cơ sở để hoàn thiện quy trình công nghệ và thiết kế cải tiến hệ 
thống thiết bị. 
Sau khi xác định được mô hình hồi qui của các hàm thành phần Yj (j =1p), 
với p là số hàm thành phần) theo phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu 
tố, tiến hành giải tối ưu tổng quát theo phương pháp của EC.Harrington gồm các 
bước sau (Harrington, 1975; Deming, 1991): 
a. Đồng nhất hoá các hàm Yj 
Các hàm thành phần Yj có các thứ nguyên khác nhau và chúng có thể là 
hàm cực đại hay cực tiểu (theo mục đích nghiên cứu). Do đó phải đồng nhất các 
hàm Yj chuyển chúng sang dạng đặc trưng gọi là hàm mong muốn thành phần dj 
= f(Yj) không có thứ nguyên theo công thức sau (Harrington, 1975): 
 )exp(exp jj Yd (3.19) 
k
YY
YY
'
jmin(max)j0
jmin(max)j
 jY (3.20) 
Yj min(max)- giá trị xấu nhất trong số các giá trị thực nghiệm của hàm Yj khi 
dj = 0,37, trong đó Yj min ứng với hàm cực đại và Yj max ứng với hàm cực tiểu. 
Yj0- giá trị tốt nhất hay mong muốn của hàm các hàm thành phần Yj. 
50 
k- hệ số ưu tiên cho những hàm (hay chỉ tiêu) quan trọng, k = 3  5. Khi 
chọn k có giá trị lớn thì giá trị của các yếu tố vào càng về gần với giá trị cực trị 
của các hàm đó. 
Khi các hàm Yj bị chặn một phía Yj Yj min đồ thị hàm 
mong muốn thành phần dj = f(Yj) được biểu diễn trên đồ thị hình 3.3. 
Hình 3.3. Đồ thị hàm mong muốn thành phần dj khi Yj bị chặn một phía 
b. Lập hàm mong muốn tổng quát 
Sau khi đã có hàm thành phần dj tương ứng với Yj ta lập hàm mong muốn 
tổng quát D dưới dạng tích theo công thức sau (Harrington,1975; Deming, 1991; 
Pan & cs., 2009; Pal & Gauri, 2018): 
p
p
j
j 1
D Π d
 (3.21) 
Như vậy, dựa vào số liệu thí nghiệm của các hàm thành phần Yj ta xác định 
được giá trị “hàm mong muốn” thành phần dj và giá trị “hàm mong muốn” tổng 
quát D cho từng thí nghiệm của ma trận. Lúc này hàm D được coi như một hàm 
hồi qui nào đó, việc xác định mô hình toán, kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số 
hồi quy, kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán hàm D được xác định tương tự 
như xác định cho các hàm thành phần Yj. 
Ta thấy rằng các hàm Yj có thể có cực trị ngược nhau trong khoảng nghiên 
cứu của các yếu tố xi. Sau khi đồng nhất hoá các hàm dj theo công thức (3.19) thì 
tất cả các hàm dj đều là những hàm có giá trị cực đại và bị chặn một phía dj < 1. 
Từ đó ta suy ra hàm D tính theo công thức (3.21) cũng là hàm có giá trị cực đại 
và bị chặn trên bởi 1 (D<1). 
Sau khi xác định được mô hình toán của hàm D, tiến hành giải tối ưu tương 
tự như tìm cực trị đối với các hàm thành phần Yj. Kết quả giải tối ưu tổng quát 
d 
0,80 
0,63 
0,37 
0,20 
0 
0 -1 -2 1 2 Yj’ 
Yj0 Yjmin 
Yj (max) 
51 
xác định được giá trị tối ưu chung của các yếu tố vào cho tất cả các thông số ra. 
Thay giá trị tối ưu này vào các hàm thành phần Yj, ta xác định được giá trị tối ưu 
tổng quát chung cho tất cả các thông số vào xi. 
3.5.4. Phương pháp xác định một số thông số của quá trình cô đặc 
Để xác định một số thông số của quá trình cô đặc, các kết quả đo được lặp 
lại 3 lần và lấy giá trị trung bình. 
3.5.4.1. Phương pháp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cô đặc 
a. Phương pháp xác định nhiệt độ cô đặc 
Để xác định nhiệt độ cô đặc chúng tôi sử dụng thiết bị đo nhiệt độ điện tử 
hiện số mã hiệu CH402 (Trung Quốc), khoảng đo 0oC÷130oC, sai số ± 0,5oC 
(hình 3.4). Đầu đo được xuyên vào dung dịch và tiếp xúc trực tiếp với nguồn 
nhiệt, giá trị đo được hiển thị trên màn hình của thiết bị. 
Hình 3.4. Thiết bị đo nhiệt độ CH402 
Nồng độ chất rắn hòa tan (độ ẩm) của mật ong được xác định bằng thiết bị 
đo Brix kế hiện số (hãng ATAGO, Nhật Bản), khoảng đo 0÷93%, sai số ±0,1%. 
Hình 3.5. Thiết bị đo Brix kế 
52 
b. Xác định áp suất trong buồng cô đặc 
Để đo áp suất trong buồng cô đặc chúng tôi đã sử dụng đồng hồ đo áp suất 
chân không KKGAUGES, (hình 3.6) với thang đo 0÷-760 mmHg, độ chính xác ± 
1%. Đồng hồ được lắp đặt ngay trên buồng cô đặc và kết quả đo được hiển thị 
trên bề mặt đồng hồ. 
Hình 3.6. Đồng hồ đo áp suất 
c. Phương pháp xác định thời gian phát sóng siêu âm 
Thời gian phát sóng siêu âm là khoảng thời gian được thực hiện bằng rơle 
thời gian (OMRON DH485-S(H5CN) cung cấp nguồn điện cho thiết bị phát sóng 
siêu âm. 
Hình 3.7. Đồng hồ đo thời gian 
3.5.4.2. Phương pháp xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của thiết bị cô đặc 
a. Phương pháp xác định điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc Q (điểm) 
Điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc Q được xác định bằng phương 
pháp đánh giá chất lượng cảm quan theo TCVN 12401:2018 (BKTTCQG, 2018). 
53 
Các thành viên trong hội đồng đánh giá cảm quan của mật ong sau khi cô 
đặc thông qua các chỉ tiêu chất lượng với tổng hệ số trọng lượng bằng 4. Hệ số 
quan trọng được phân phối trong bảng 3.1 và cơ sở phân cấp chất lượng sản 
phẩm thực phẩm dựa trên điểm chung có trọng lượng trong bảng 3.2. 
Bảng 3.1. Danh mục các chỉ tiêu cảm quan và hệ số quan trọng tương ứng 
của mật ong 
Chỉ tiêu 
Hệ số quan trọng 
% Trên tổng bằng 4 
Màu sắc 20 0,8 
Mùi 20 0,8 
Vị 20 0,8 
Trang thái 40 1.6 
Bảng 3.2. Bảng mô tả nội dung đánh giá 6 bậc 
Bậc đánh 
giá 
Điểm chưa có 
trọng lượng 
Cơ sở đánh giá 
1 5 
Trong chỉ tiêu đang xét, sản phẩm có tính tốt đặc trưng và 
rõ rệt cho chỉ tiêu đó, sản phẩm không có sai lỗi và khuyết 
tật nào. 
2 4 
Sản phẩm có khuyết tật nhỏ hoặc sai lỗi nhỏ hoặc cả hai 
nhưng không làm giảm giá trị cảm quan của sản phẩm đó 
3 3 
Sản phẩm có khuyết tật hoặc sai lỗi hoặc cả hai. Số lượng 
và mức độ của khuyết tật, sai lỗi đó làm giảm giá trị cảm 
quan của sản phẩm, nhưng sản phẩm vẫn dạt theo tiêu 
chuẩn. 
4 2 
Sản phẩm có khuyết tật hoặc sai lỗi hoặc cả hai. Số lượng 
và mức độ của khuyết tật, sai lỗi làm cho sản phẩm không 
đạt mức chất lượng quy định trong tiêu chuẩn, nhưng còn 
khả năng bán được. 
5 1 
Sản phẩm có khuyết tật và sai lỗi ở mức độ trầm trọng 
không đạt mục đích sử dụng chính của sản phẩm đó. Song 
sản phẩm vẫn chưa bị coi là hỏng. Sản phẩm đó không thể 
bán được, nhưng sau khi tái chế thích hợp vẫn có thể sử 
dụng được. 
6 0 
Sản phẩm có khuyết tật và sai lỗi ở mức độ rất trầm trọng, 
sản phẩm bị coi là hỏng và không sử dụng được nữa. 
54 
Chất lượng sản phẩm được tính là điểm trung bình của từng chỉ tiêu nhân 
với hệ số trọng lượng của nó. Điểm tổng hợp chất lượng của sản phẩm có giá trị 
từ 0  20 theo 6 mức chất lượng TCVN 3215-79 dùng hệ điểm 20 xây dựng trên 
một thang điểm thống nhất 6 mức, 5 điểm (05). Điểm 0 ứng với sản phẩm hỏng, 
điểm 15 ứng với mức khuyết tật giảm dần, điểm 5 coi như sản phẩm có chất 
lượng tốt nhất (bảng 3.2). 
Bảng 3.3. Cơ sở phân cấp chất lượng sản phẩm thực phẩm dựa trên điểm 
chung có trọng lượng 
Cấp chất lượng 
Điểm cảm 
quan 
Yêu cầu về điểm trung bình 
chưa có trọng lượng đối với 
các chỉ tiêu 
Loại tốt 18,6  20 
Các chỉ tiêu quan trọng nhất 
lớn hơn hoặc bằng 4,8 
Loại khá 15,2  18,5 
Các chỉ tiêu quan trọng nhất 
lớn hơn hoặc bằng 3,8 
Loại trung bình 11,2  15,1 
Mỗi chỉ tiêu lớn hơn hoặc 
bằng 2,8 
Loại kém (không đạt mức chất lượng 
qui định trong tiêu chuẩn nhưng còn 
khả năng bán được) 
7,2 11,1 
Mỗi chỉ tiêu lớn hơn hoặc 
bằng 1,8 
Loại rất kém (không có khả năng bán 
được nhưng sau khi tái chế thích hợp 
còn sử dụng được) 
4 7,1 
Mỗi chỉ tiêu lớn hơn hoặc 
bằng 1,0 
Loại hỏng (không còn sử dụng được) 0, 0  3,9 - 
Để đảm bảo tính chính xác của phép thử chúng tôi đã chọn hội đồng gồm 7 
thành viên có khả năng đánh giá chất lượng cảm quan theo quy định ở bảng 3.3 
là các chuyên viên của Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Sư phạm 
Kỹ thuật Vĩnh Long. Các mẫu trước khi đánh giá được mã hoá theo bảng số ngẫu 
nhiên (phụ lục 7), mỗi mẫu có một mã số riêng. 
* Chỉ tiêu phân tích cảm quan gồm: 
Xác định màu sắc, trạng thái. 
Xoay nhẹ mẫu để quan sát, màu sắc, bọt, hạt lơ lững, cặn, kết tinh, hoặc các 
vật thể lạ nhỏ. 
Quan sát kích thước bọt khí, kích thước hạt kết tinh, cặn lơ lửng, chiều dày 
lớp kết tinh 
Quan sát độ trong màu sắc. 
55 
Ghi nhận và cho điểm. 
Xác định mùi vị: 
Rót mật ong vào chén để thử mùi; đưa nhẹ chén từ xa đến gần mũi. Ngửi, 
ghi nhận và cho điểm về mùi. 
Lấy thìa múc 1 ít đưa lên lưỡi để sơ bộ nhận xét về vị. Chẹp miệng và nuốt 
1 ít ghi nhập cho điểm. 
Điểm quy định sản phẩm mật ong theo tiêu chuẩn Việt Nam trong bảng 3.4. 
Bảng 3.4. Bảng điểm qui định sản phẩm mật ong theo tiêu chuẩn Việt Nam 
Chỉ 
tiêu 
Điểm chưa có 
trọng lượng 
Yêu cầu 
Màu 
sắc 
5 Có màu vàng chanh đặc trưng của sản phẩm mật ong hoa vải 
4 Có màu vàng chanh kém đặc trưng của sản phẩm. 
3 Có màu vàng nhạt 
2 Sản phẩm hơi sẫm màu 
1 Sản phẩm sẫm màu nhìn ít hấp dẫn 
0 Sản phẩm có màu pha đen, màu của sản phẩm bị hỏng. 
Mùi 
5 Có mùi thơm đặc trưng của hoa vải. 
4 Có mùi thơm kém đặc trưng của hoa vải 
3 Có mùi thơm nhẹ. 
2 Có mùi thoảng thơm của mật ong hoa vải 
1 không có mùi thơm. 
0 Có mùi lạ, mùi lên men 
Vị 
5 Có vị ngọt nhẹ hài hòa đặc trưng, tinh khiết của mật ong hoa vải 
4 Có vị ngọt nhẹ hài hòa đặc trưng kém tinh khiết 
3 Có vị ngọt nhẹ kém đặc trưng, không hoàn toàn tinh khiết 
2 Có vị nhạt, ít hài hòa 
1 K hông có vị của mật ong 
0 Có vị lạ . 
Trạng 
thái 
5 
Lỏng-sánh, trong suốt đặc trưng của mật ong hoa vải, không 
có kết tinh, không có bọt lơ lững 
4 
Lỏng-sánh, kém trong suốt đặc trưng của mật ong hoa vải, 
không có kết tinh tuy nhiên có một vài bọt nhỏ lơ lững 
3 
Lỏng- kém sánh, kém trong, có một vài kết tinh nhỏ, có 1 ít 
bọt nhỏ lơ lững 
2 
Lỏng, hơi sánh, kém trong, có 1 ít kết tinh, có bọt, vẫn đục 
lơ lững 
1 
Lỏng-quánh, hơi đục, có nhiều kết tinh, có bọt to, vẫn đục 
lơ lững 
0 Quánh, đục, có nhiều kết tinh. 
56 
b. Phương pháp xác định thời gian kết tinh trở lại 
Hình 3.8 xác định thời điểm bắt đầu kết tinh trở lại của mật ong trong quá 
trình tồn trữ thông qua việc quan sát mầm tinh thể được hình thành nhờ kính hiển 
vi (Optika của Ý) với độ phóng đại 100X. 
Cho một lượng nhỏ mẫu mật ong trên lam cố định của giá đỡ mẫu. Thời 
gian kết tinh trở lại là khoảng thời gian bắt đầu xuất hiện các mầm tinh thể kết 
tinh trong mật ong (Hình 3.8). 
Hình 3.8. Mầm tinh thể kết tinh 
c. Phương pháp xác định thời gian cô đặc 
Thời gian cô đặc là khoảng thời gian thực hiện một mẻ cô đặc được tính từ 
thời điểm khi bắt đầu cô đặc cho đến khi dung dịch cô đặc đạt độ ẩm 18% bằng 
cách sử dụng đồng hồ điện tử đo thời gian thông dụng. 
d. Phương pháp xác định chi phí điện năng riêng 
Để xác định chi phí điện năng riêng trong mỗi lần thí nghiệm, chúng tôi 
dùng thiết bị đo điện năng tiêu thụ mã hiệu EMIC- 3PHASE do Việt Nam sản 
xuất (hình 3.9). Đây là loại thiết bị đo hiện số, có độ chính xác 0,1kWh, được sử 
dụng phổ biến để xác định mức tiêu thụ điện năng trong quá trình thí nghiệm. 
57 
Hình 3.9. Đồng hồ điện năng 
Chi phí điện năng riêng Nr được xác định bằng tỷ số giữa điện năng tiêu thụ 
với lượng nước cần bốc hơi của mẻ cô đặc và được tính theo công thức: 
ct
r
N
N
W
 , kWh/kgH2O (3.22) 
Trong đó: 
Nct- điện năng tiêu thụ trên công tơ cho 01 mẻ cô đặc, kWh; 
W- lượng nước cần bốc hơi trong 01 mẻ cô đặc, kgH2O. 
e. Xác định thành phần hoá học của mật ong 
Thành phần hoá học của mật ong trước và sau khi cô đặc được xác định tại 
Trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ sinh học – Viện Công nghệ Sinh 
học và Công nghệ thực phẩm, Đại học Bách khoa Hà Nội. 
Các chỉ tiêu phân tích bao gồm: Hàm lượng nước, đường glucoza fructoza, 
Sucrose được xác định theo phương pháp phân tích AOAC 977.20, hàm lượng 
HMF được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 5270:2008 trên máy đo sắc ký lỏng 
hiệu năng cao (HPLC), mã hiệu BF-6D-19 (hình 3.10). Hoạt lực diastase được 
xác định theo tiêu chuẩn TCVN 5268:2008, hàm lượng chất rắn không tan trong 
58 
nước được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 5264:1990, vi sinh vật tổng số được 
xác định theo tiêu chuẩn TCVN 5375-1991. 
Hình 3.10. Máy đo sắc ký lỏng HPLC mã số BF-6D-19 
3.5.5. Phương pháp xử lý số liệu nghiên cứu 
Số liệu thí nghiệm được xử lý trên phần mềm Excel và Irristat 4.0. Đây là 
phần mềm có chức năng phân tích thí nghiệm, quản lý, phân tích thống kê cơ 
bản, phân tích phương sai hồi qui và các số liệu trong các kết quả thực nghiệm. 
Mô phỏng và giải bài toán tối ưu bằng phần mềm Matlab. 
59 
PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
4.1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT ẨM 
TRONG BỘ PHẬN CÔ ĐẶC 
Quá trình trao đổi nhiệt trong bộ phận cô đặc là quá trình trao đổi nhiệt đối 
lưu có sự biến đổi pha, trong đó quá trình biến đổi lỏng thành hơi gọi là quá trình 
trao đổi nhiệt khi sôi và quá trình biến đổi hơi thành lỏng gọi là quá trình trao đổi 
nhiệt khi ngưng. Đây là quá trình trao đổi nhiệt phức tạp giữa môi trường mang 
nhiệt, môi trường thu nhiệt và vách ngăn giữa chúng. Tuy nhiên có thể mô phỏng 
quy luật biến đổi các thông số trong quá trình cô đặc bằng các hàm toán học dựa 
trên các định lý về trao đổi nhiệt hai môi trường mang nhiệt và thu nhiệt. Thông 
qua các hàm toán học biểu diễn các mối quan hệ của các thông số vật lý trong 
quá trình cô đặc, ta có thể xác định một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc 
nhằm định hướng cho việc thiết kế thiết bị cô đặc. 
4.1.1. Mô hình kết cấu bộ phận cô đặc 
Theo sơ đồ nguyên lý cấu tạo của thiết bị cô đặc đã được thiết kế, để đơn 
giản trong tính toán thiết kế, bộ phận cô đặc được chia thành 3 buồng chính: 
buồng nạp liệu, buồng cấp nhiệt và buồng hỗn hợp lỏng-hơi (hình 4.1). 
Buồng nạp liệu có chiều cao hnL, có nhiệm vụ cấp, tháo liệu và cũng là nơi 
trung chuyển tuần hoàn dung dịch mật. Buồng nạp liệu được chia thành 2 phần: 
phần đáy có dạng hình nón cụt, đáy nhỏ dnc, đáy lớn Ddn, phía ngoài có lắp 9 đầu 
phát sóng siêu âm để phá kết tinh dung dịch mật. Phần trên có dạng hình trụ có 
cùng đường kính với đáy lớn nón cụt Ddn. 
Buồng cấp nhiệt dạng ống hình trụ có chiều cao hdn, có đường kính Ddn. 
Bên trong buồng có 6 ống đun sôi dung dịch mật có đường kính ds và một ống 
tuần hoàn dung dịch mật ở tâm có đường kính d th. Buồng đun sôi được ngăn 
cách bởi hai mặt bích. Bao quanh các ống này là nước nóng được gia nhiệt bằng 
điện trở. 
Buồng hỗn hợp lỏng-hơi có dạng hình trụ, chiều cao HLh, đường kính DLh 
(nhỏ hơn đường kính buồng gia nhiệt) là nơi phát triển kích thước hạt bọt nhờ 
nhận thêm hơi nước trong dung dịch mật. Phần trên buồng sôi có lắp vành dẫn 
chất lỏng có chiều cao hvd, đó là tổ hợp của các ống hình trụ đồng tâm có đường 
60 
kính dvd nhỏ dần nhằm tạo ra các khe hẹp hình vành khăn, phá vỡ hạt bọt để giải 
phóng hơi nước và khí trong các hạt bọt đồng thời cũng tạo ra nhiều lớp màng 
mỏng để tăng diện tích bề mặt bốc hơi và tăng tốc độ chuyển động của dung dịch 
mật trong các khe hẹp theo hướng từ dưới lên trên nhằm tăng động lực của quá 
trình thoát hơi nước trong dung dịch mật. Bên trong buồng chứa bọt có ống tuần 
hoàn dung dịch mật kéo dài từ buồng gia nhiệt đến hết chiều cao vành dẫn chất 
lỏng. Theo chiều cao, buồng hỗn hợp lỏng-hơi được chia thành 3 buồng: hpt là 
chiều cao buồng phát triển kích thước hạt bọt, hvd là chiều cao buồng phá vỡ bọt là 
nơi có lắp vành dẫn chất lỏng và hht là chiều cao buồng phân ly hơi thứ ở trên vành 
dẫn chất lỏng là nơi tiếp nhận hơi thứ và phân ly dung dịch mật. 
Hình 4.1. Mô hình kết cấu bộ phận cô đặc mật ong CĐ-1 
61 
Dòng dung dịch mật trong ống đun sôi chuyển động từ dưới lên trên nhờ áp 
lực hút của bơm chân không. Khi đó nhiệt độ dung dịch mật ở vùng tâm ống 
nhiệt độ giảm xuống còn lớp dung dịch mật tiếp xúc với vách ống được nung 
nóng tăng lên rất nhanh tạo nên sự quá nhiệt. Kết quả là tạo ra lớp bọt hơi có độ 
dày nhất định bám xung quanh thành ống. Kích thước hạt bọt tăng dần do nhận 
thêm hơi nước. Entanpi trung bình của lớp bọt tăng lên dọc theo vách ngăn theo 
hướng dòng chảy từ dưới lên do nhận thêm nhiệt. Khi kích thước hạt bọt đủ lớn 
sẽ tách ly khỏi bề mặt trong của ống đun sôi và đi lên trên ống đun sôi vào buồng 
phát triển kích thước hạt bọt, tiếp tục đi vào khe hẹp của vành dẫn chất lỏng. Tại 
đây, các bọt hơi bị vỡ do kích thước hạt bọt lớn hơn nhiều kích thước của khe 
hẹp, do đó hỗn hợp lỏng-hơi theo khe hẹp của vành dẫn chất lỏng đi vào buồng 
phân ly hơi thứ (hình 4.1). 
Đồng thời do sức hút của chân không, dung dịch mật bám theo vành trong của 
các khe hẹp vành khăn đi vào buồng phân ly. Lượng dung dịch mật này có khối 
lượng riêng lớn hơn nhiều so với hỗn hợp lỏng - hơi nên dưới tác dụng của trọng 
lượng bản thân sẽ được thu vào ống tuần hoàn, dung dịch mật chuyển động xuống 
dưới về buồng cấp liệu và lại được đẩy vào ống đun sôi thành vòng tuần hoàn. Hơi 
thứ tiếp tục đi vào bộ phận phân ly hơi thứ, để thu hồi phần dung dịch mật nhỏ kéo 
theo hơi thứ, sau đó qua dàn lạnh được ngưng tụ thành dạng lỏng và được định kỳ 
tháo ra, còn không khí và các khí không ngưng được thải ra môi trường. 
4.1.2. Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình toán quá trình trao đổi nhiệt trong 
bộ phận cô đặc 
Để xây dựng mô hình toán quá trình trao đổi nhiệt ẩm trong bộ phận cô đặc, 
Luận án này kế thừa một số kết quả nghiên cứu về lý thuyết của các tác giả 
Schellart (2011), Bakier (2007), Heldman & cs. (2019), Лебедев (1972), Михеев 
& Михеева (1977), Đặng Quốc Phú & cs. (2006), Bùi Hải & Trần Thế sơn 
(2015), Bùi Hải & cs. (2001) để xây dựng mô hình toán nhằm định hướng ban 
đầu cho việc thiết kế. 
4.1.2.1. Cơ sở vật lý của quá trình cô đặc 
Theo thuyết động học phân tử quá trình cô đặc được giải thích như sau: các 
phân tử chất lỏng nằm gần mặt thoáng có chuyển động vì nhiệt, ở thời điểm nào 
đó tốc độ chuyển động của phân tử vượt qua tốc độ giới hạn sẽ thoát khỏi bề mặt 
62 
chất lỏng trở thành trạng thái tự do (hơi). Khi bay hơi các phần tử cần khắc phục 
lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực của áp suất bên ngoài, khi đó phân tử bay 
hơi cần phải thu nhiệt ở ngoài, lượng nhiệt lấy đi trong quá trình bay hơi ở nhiệt độ 
xác định của một đơn vị khối lượng chất lỏng gọi là ẩn nhiệt bay hơi. Khi nhiệt độ 
tăng, ẩn nhiệt bay hơi giảm, ở nhiệt độ tới hạn ẩn nhiệt bay hơi bằng không. 
Khi sôi chất lỏng bốc hơi không chỉ ở trên mặt thoáng của chất lỏng mà 
phần chủ yếu là các bọt hơi được tạo thành trong chất lỏng. Các bọt hơi là những 
tâm tạo thành hơi, trong quá trình bốc hơi các bọt hơi tăng dần kích thước và nhờ 
lực đẩy Acsimet nó bị đẩy lên mặt thoáng, đồng thời các bọt khác lại được tạo 
thành, kết quả là hơi được chuyển liên tục từ bên trong lớp chất lỏng lên mặt 
thoáng. 
Các bọt hơi tạo thành trong chất lỏng có một số khí hoà tan, khi đun nóng 
các khí thoát ra tạo thành nhiều bọt, từ các bọt này chất lỏng sẽ bay hơi. Hiện 
tượng này thường có ở giai đoạn đầu của quá trình sôi. Điều kiện để tạo thành 
bọt hơi là áp suất hơi trong bọt phải bằng áp suất chất lỏng ở xung quanh, ở điều 
kiện này chất lỏng sẽ bay hơi mạnh mặc dù nhiệt lượng cung cấp từ ngoài vào 
cho chất lỏng tương đối lớn nhưng nhiệt độ của nó tăng rất chậm. Đôi khi chất 
lỏng sôi ở trạng thái quá nhiệt (hiện tượng này xảy ra ở giai đoạn đầu của quá 
trình sôi) do chất lỏng không chứa khí hoà tan, khi đó áp suất hơi bên trong bọt 
pb phải bằng áp suất pl của chất lỏng bên ngoài cộng thêm áp suất p’ để thắng trở 
lực do sức căng bề mặt giữa hơi và lỏng, áp suất này là '
2
p

(σ- sức căng bề 
mặt; ρ- bán kính của bọt), nghĩa là: pb = pl + p’. Vì p = f(to) nên muốn áp suất hơi 
trong bọt bằng pb, chất lỏng phải quá nhiệt một đại lượng w fst t t với tfs- 
nhiệt độ sôi ứng với áp suất ps, tw- nhiệt độ vách truyền nhiệt (Nguyễn Bin, 
2011). 
4.1.2.2. Cân bằng vật liệu 
Giả thiết: G là lượng dung dịch vận chuyển vào bộ phận cô đặc (kg), b1 là 
nồng độ dung dịch ban đầu (%), b2 là nồng độ dung dịch sau khi cô đặc (%), W 
là lượng nước bốc hơi. 
Lượng chất khô có trong dung dịch trước và sau khi cô đặc là không đổi, vì 
vậy phương trình cân bằng khối lượng (Лебедев, 1972; Bùi Hải &