کانتینیوس چیست؟

کانتینیوس یا تغلیظ کننده چیست؟

تغلیظ کننده کانتینیوس یکی از دستگاه های پر کاربرد در صنایع مختلفی همچون: غذایی، دارویی، شیمیایی و غیره میباشد که با توجه به اهمیت آن، تلاش کردیم که در یک مقاله به شرح آن بپردازیم. ما در ابتدای این مقاله سعی خواهیم کرد که اجزای تغلیظ کننده کانتینیوس را تشریح کرده و سپس نحوه ی محاسبات آن را بیان کنیم. در قسمت پایانی مقاله هم به کاربردهای اواپراتور در صنایع مختلف و انواع آن شاره ای خواهیم داشت.
تبخیر فرآیندی است که بوسیله مبادله گرما از طریق بخار یا جوشاندن، یک مایع را از یک جامد جدا می کنند. هدف از تبخیر، تغلیظ محلول حاوی یک حل شونده غیر فرار (یعنی جامدات) و یک حلال (یعنی مایع)، که معمولا آب است، میباشد. تبخیر قسمتی از حلال باعث شده که سیالی با غلظت و ویسکوزیته بالاتر تولید شود. از اواپراتور ها در صنایع مختلف غذایی، شیمیایی، ساخت کاغذ و صنایع دارویی به طور مرتب برای تولید سیالاتی با درجه غلظت بالاتر استفاده می کنند.
فرآیند تغلیظ سازی با سایر فرآیندها همچون : آبزدایی و خشک کردن تفاوت دارد. چرا که در فرآیند تغلیظ سازی، غلظت یک سیال را افزایش می دهند. فرآیند انجام شده توسط تغلیظ کننده کانتینیوس می تواند در مراحل ابتدایی تولید محصولات خشک به کار گرفته شود، به شرط آنکه تغلیظ سازی مایعات تحت یک فرآیند خشک سازی از قبیل اسپری خشک باشد. با ترکیب فرآیند تغلیظ سازی و اسپری خشک، می توان محصولات پودری، مانند پودر شیر را تولید نمود. ترکیب این دو فرآیند از لحاظ اقتصادی بسیار پرطرفدار است، چرا که تبخیر با راندمان بالا نسبت به خشک کردن و سایر روش های از بین بردن آب، به طور قابل توجهی ارزان تر است. تغلیظ سازی توسط تبخیر همچنین باعث افزایش غلظت مواد سُلب نسبت به سایر روش های تغلیظ سازی می شود.
یک استثنا برای تبخیر مایعات دارای مواد معدنی بالا است که در اینجا بخار کندانس شده به عنوان محصول است و شورآب تغلیض شده آن در طی فرآیند تغلیظ سازی دفع می شود.

اجزای تغلیظ کننده کانتینیوس

تمامی دستگاه های تغلیظ کننده کانتینیوس از دو بخش تشکیل شده است: بخش گرما ( محفظه بخار نامیده می شود) و بخش جداسازی بخار/مایع. این قسمت ها را میتوان در یک بدنه قرار داد یا اینکه بخش گرما را در قسمت بیرونی بدنه و جدا از قسمت جدا سازی بخار/مایع قرار داد.
تغلیظ کننده کانتینیوس ممکن است که از یک یا چند اثر تشکیل شده باشد که ممکن است یک اثر به جای چند اثر دیگر در همان دمای جوش کار کند.
اما اثر در اینجا به چه معنی می باشد؟ در صنایع گوناگون ممکن است تغلیظ کننده کانتینیوس از یک یا چند بدنه تشکیل شده باشد که به هر یک از این بدنه ها در اصطلاح اثر یا افکت می گویند. در عکس زیر شما یک تغلیظ کننده کانتینیوس تک اثره را مشاهده می نمایید که فقط از یک بدنه تشکیل شده است.

در اواپراتور چند اثره، بخار حاصله از بدنه اول ، بدنه دوم را در نقطه جوش پایینتر گرم می کند. اثر یا بدنه اول به طور مستقیم با بخار گرم می شود و بدنه یا اثر دوم به طور مرتب با دمای جوش یا فشارِ نزولی گرم می شود. بدنه تغلیظ کننده کانتینیوس طوری ساخته می شود که معمولا برای فرآیند تحت خلا مورد استفاده قرار بگیرد. دلیل آن هم پایین آوردن دمای جوش میباشد(به عنوان مثال ۸۵ درجه سانتی گراد).
اما چگونه با کاهش فشار می توان دمای یک سیال را کاهش داد؟ هنگامی که فشار بخار یک مایع با فشار جو برابر شود مایع شروع به جوشیدن می کند. پس برای اینکه بتوان این مایع را دماهای پاینتر بجوش آورد باید فشار سطح آن را کاهش داد. در فرآیند تغلیض سازی از اواپراتور تحت خلا استفاده می کنند که فشار سطح سیال را به حداقل می رساند و در نتیجه سیال مورد نظر در دمای بسیار پایین تر شروع به جوشیدن می کند. در صنایع مختلف برای کاهش آب مواد غذایی از این روش استفاده می کنند.
در این میان، از انژکتورهای بخار یا پمپ های خلاء مکانیکی برای ایجاد خلا و کاهش فشار استفاده می کنند. بسته به نوع و کمترین نقطه جوش تغلیظ کننده کانتینیوس، از یک یا چند پمپ استفاده می کنند. از جمله ویژگی های سیستم های خلاء، حذف گازهای غیر کندانسی است که در گازهای خوراکِ ورودی حل شده اند یا از طریق جداره های اواپراتور، وارد آن شده اند ، میباشد. اغلب سیستم های تغلیظ کننده کانتینیوس به طور مستقیم یا غیر مستقیم یک کندانسور سرد کننده آب را با خود دارند تا بخارهای خروجی را به آخرین اثر یا بدنه اواپراتور کندانس کنند. این کار باعث افزایش خلا می شود. اواپراتور هایی که دارای سیستم متراکم سازی بخار هستند به کندانسور خارجی نیاز ندارند. زیرا بخارهای تولید شده به صورت کامل به بخش حرارتی اواپراتور کندانس می شوند.

محاسبه موازنه جرم تغلیظ کننده کانتینیوس تک اثره

اواپراتور ها به طور کلی بر اساس میزان تبخیر آنها مورد ارزشیابی قرار می گیرند (میزان آب تبخیر شده در یک ساعت(به عنوان مثال: کیوگرم/ساعت، تن/ساعت)). موازنه جرم تغلیظ کننده کانتینیوس تک بدنه در شکل زیر آمده است که (MF) در اینجا جرم جریان خوراک ورودی، (MP) محصولات، (Mv) بخار(بخار ورودی)، ( MS) بخار (بخار خروجی) و (MC) رسوب یا تغلیظ شده می باشد.

تغلیظ کننده کانتینیوس چند اثره

اگر بخار آب حاصل از بدنه یا اثر اول یک تغلیظ کننده کانتینیوس چند اثره به دیگ بخار بدنه یا اثر دوم که دارای نقطه جوش پایینتر است وارد شود، گرمای نهان بخار آب می تواند مورد استفاده مجدد قرار گیرد. کاهش فشار بخار اثر دوم نسبت به اثر اول، نقطه جوش اثر دوم را کاهش می دهد. به این چینش صورت گرفته برای استفاده مجدد گرمای نهان بخار آب ، تبخیر چند اثره گفته می شود.
شکل زیر موازنه جرم تغلیظ کننده کانتینیوس چند اثره را نشان می دهد.بخار حاصله از بدنه یا اثر اول(MV1) ، منبع حرارتی برای بدنه یا اثر دوم می شود(MS2). این امکان وجود دارد. چرا که دمای جوش اثر دوم تا ۶۸ درجه سانتی گراد کاهش یافته است(در فشار ۲۹ کیلو پاسکال) که کمتر از دمای اشباع اثر اول (۸۲ درجه سانتی گراد در ۵۱٫۸ کیلو پاسکال) است. گرمای نهان حاصله از اثر دوم (MV2)، منبع حرارت اثر سوم می شود که دمای جوش آن تا ۵۷ درجه سانتی گراد (فشار ۱۷٫۵ کیلو پاسکال) کاهش یافته است.

کاربرد تغلیظ کننده کانتینیوس در صنعت

تغلیظ کننده کانتینیوس برای فرآیندهایی که دارای ظرافت خاص هستند یا برای حاصل شدن نتایج مختلف در صنایع گوناگون، مورد استفاده قرار می گیرند. از تغلیظ کننده کانتینیوس در خط تولید صنایع غذایی برای تغلیظ سازی و ساخت کنستانتره و همچنین جهت افزایش عمر مفید مواد غذایی،کاهش حجم و وزن، کاهش هزینه های ذخیره سازی، کاهش هزینه های حمل و نقل و همچنین افزایش کیفیت محصولات، مورد استفاده قرار می گیرند.
کنسانتره یا تغلیظ سازی مواد غذایی به عنوان نمونه آب میوه، یک راه اقتصادی و به صرفه برای جلوگیری از فاسد شدن میوه ها در طی دوره های برداشت میوه می باشد. تلغیظ سازی آب گوجه فرنگی و تولید رب و همچنین آبمیوه از جمله راهکار های مناسب برای افزایش عمر و ماندگاری آن ها می باشد. زیرا میوه ها و گوجه فرنگی ، محصولاتی هستند که در یک فصل برداشت می شوند و ماندگاری آنها بالا نمی باشد. همچنین به کمک تغلیظ کننده کانتینیوس می توان آب موجود در آنها نیز کاهش داد که آب خود به عنوان یک عامل در جهت فعالیت های میکروبی عمل می کند. که در صورت تغلیظ سازی، فعالیت میکروب ها بسیار کم شده و از طرف دیگر ، محصول نهایی دارای تازگی و ماندگاری بیشتری خواهد بود.
در صنایع شیمیایی و تولید کاغذ از تغلیظ کننده کانتینیوس برای بازیابی مواد شیمیایی با ارزش، مواد شیمیایی غیر فرار و غیره است. به عنوان مثال، برای بخار کردن آب موجود در خمیر کاغذ از تغلیظ سازی استفاده می کنند که باعث می شود یک جسم بدون آب باقی بماند. همچنین می توان مواد شیمیایی تغلیظ شده را برای استفاده مجدد در خط تولید مورد استفاده قرار داد.
در صنعت داروسازی از تغلیظ کننده کانتینیوس برای تولید یک محصول با غلظت بالا استفاده می کنند که میتوان آن را خشک نمود و محصولات پودری تولید نمود.

تغلیظ سازی در صنایع غذایی

سه نوع رایج تغلیظ کننده کانتینیوس مورد استفاده در صنایع غذایی به شرح زیر می باشد:

تغلیظ کننده کانتینیوس با لوله های عمودی طویل

تغلیظ کننده کانتینیوس با سیرکولاسیون(گردش) اجباری

تغلیظ کننده کانتینیوس صفحه ای

در تغلیظ کننده کانتینیوس با لوله های عمودی، مایع درون لوله ها با جریان طبیعی در حال گردش است. بخار آب از طریق یک کمربند بخار وارد پوسته می شود و در این میان، دسته ی لوله ها طوری تعبیه شده اند که بخار آب، مایع چگالیده و گازهای غیر قابل چگالش، آزادانه به سمت پایین حرکت می کنند. این نوع تغلیظ کننده ها برای انتقال مایعات کف ساز و کف دار فوق العاده مناسب هستند. همچنین سرعت خروج بخار در تغلیظ کننده های دارای لوله های طویل بیشتر از نوع کوتاه آن می باشد.
در تغلیظ کننده کانتینیوس با سیرکولاسیون یا گردش اجباری، از یک پمپ سانتریفیوژ برای انتقال مجدد مایع از طریق یک مبدل حرارتی کمک می گیرند که در مبدل حرارتی، مایع توسط بخار حرارت می بیند. از این تغلیظ کننده برای موادی که دارای ویسکوزیته بالا هستند به عنوان مثال تولید آب انبه یا در خط تولید رب گوجه فرنگی استفاده می شود. در خط تولید رب گوجه فرنگی، آب گوجه تصفیه شده توسط صافی توربو به مخزن آب گوجه فرنگی منتقل شده و سپس برای تغلیظ سازی به این دستگاه هدایت می شوند.
عملکرد تغلیظ کننده کانتینیوس صفحه ای نیز همانند تغلیظ کننده کانتینیوس با لوله های عمودی طویل می باشد با این تفاوت که این تغلیظ کننده ها جمع و جور هستند و می توان آنها را درون ساختمان نیز نصب کرد و همچنین فرآیند تمیز سازی آنها آسان تر می باشد.

تغلیظ کننده کانتینیوس در خط تولید رب گوجه فرنگی

یکی از کاربردهای مهم اواپراتور، استفاده از آن برای غلیظ کردن رب گوجه فرنگی می باشد.در فرآیند تولید رب، آب گوجه ها در مخزنی به نام مخزن آب گوجه نگهداری می شوند و سپس انها را برای غلیظ کردن و کاهش آب موجود، حرارت می دهند. این کار توسط دستگاه تغلیظ کننده کانتینیوس صورت می پذیرد. این گرما توسط مبدل حرارتی به اواپراتور منتقل می شود تا از حرارت مستقیم رب، جلوگیری به عمل آید. در واقع دستگاه تغلیظ کننده جزو بخش های پایانی فرآیند تولید رب می باشد.