HỆ THỐNG CÔ ĐẶC
bị
2.3. Cân bằng nhiệt, cân bằng vật chất cho hệ
2.1. Khái niệm chung 2.2. Các phương pháp cô đặc – Quá trình và thiết
2.4. Tính số nồi thích hợp trong hệ thống cô đặc
thống cô đặc một nồi và nhiều nồi
nhiều nồi
Khái niệm chung
nồng độ chất tan trong dung dịch
• Quá trình cô đặc làm giảm thể tích sản phẩm, tăng giá trị dinh dưỡng, tăng thời gian bảo quản, giảm chi phí bao bì và vận chuyển
• Cô đặc là quá trình tách dung môi, làm tăng
• Bản chất vật lý của quá trình bay hơi P1 = P0 + P’ (P’ là áp suất thắng sức căng bề mặt)
Bay hơi trên bề mặt
Bay hơi trong lòng chất lỏng (Sôi)
P1 P0
p
P= g(t)
Pa= f(t)
Pa
P
(Pa-P)/Pa=n/N Pa: Áp suất hơi bão hòa của dung môi P : Áp suất hơi bão hòa của dung môi trên bề mặt dung dịch N: nồng độ mol của dung môi n: nồng độ mol của chất hòa tan.
t
t
ta
• Nhiệt độ sôi của dung dịch phụ thuộc vào nồng độ chất hòa tan và tính chất của dung dịch.
Sự thay đổi tính chất vật lý của dung dịch khi cô đặc
C
x
x: Nồng độ dung dịch C: Nhiệt dung riêng : Khối lượng riêng : Độ nhớt : Hệ số dẫn nhiệt : Hệ số tỏa nhiệt
Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm
Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm
trong ống tuần hoàn
• - Dễ bị bám cặn trên bề mặt truyền nhiệt
• Ưu điểm • Có cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa làm sạch • Có khả năng đảo trộn dung dịch • Nhược điểm • Tốc độ tuần hoàn giảm vì dòng đối luu ngược
Thiết bị cô đặc phòng đốt treo
Thiết bị cô đặc phòng đốt treo
• Nhược điểm Kích thước thiết bị lớn, cấu tạo phức tạp Vệ sinh khó
• Ưu điểm Có khả năng đảo trộn dung dịch, tốc độ tuần hoàn tốt
Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài kiểu đứng
Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài kiểu đứng
Có khả năng tăng cường độ tuần hoàn và bốc hơi
Giảm nguy cơ bị bám cặn bề mặt truyền nhiệt Dễ dàng tháo rời buồng đốt để sửa chữa, vệ sinh.
Kích thước thiết bị cồng kềnh
• Ưu điểm tốt. • Nhược điểm
Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài kiểu nằm ngang
Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài nằm ngang
Có khả năng tăng cường độ tuần hoàn và bốc hơi
Dễ dàng tháo rời buồng đốt để sửa chữa, vệ sinh. Kích thước thiết bị gọn hơn loại thẳng đứng
Tốc độ tuần hoàn và bốc hơi kém hơn loại
• Ưu điểm tốt kiểu buồng treo • Nhược điểm thẳng đứng
Thiết bị cô đặc tuần hoàn cƣỡng bức
Thiết bị cô đặc tuần hoàn cƣỡng bức
• Ưu điểm • Có tốc độ tuần hoàn, 1,5-3,5 m/s, lớn hơn tuần
• Tránh đươc bám cặn trên bề mặt ống truyền
nhiệt
hoàn tự nhiên từ 2-3 lần
• Nhược điểm • - Tốn năng lượng do bơm
Thiết bị cô đặc kiểu màng
Thiết bị cô đặc kiểu màng
hệ số truyền nhiệt lớn
• Ưu điểm • Có tốc độ tốc độ trong ống truyền nhiệt rất lớn,
• Ap suất thủy tĩnh nhỏ, tổn thất thủy tĩnh nhỏ • Nhưuợc điểm • Khó vận hành • ống truyền nhiệt dài, 6-9m, nên khó làm sạch • Không thích hợp với dung dich kết tinh
Thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng
Thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng
Ưu điểm • Có tốc độ tuần hoàn lớn, hệ số truyền nhiệt lớn • Dung dịch không sôi trong buồng đốt nên ít bị bám cặn, cháy, thích hợp với dung dịch đậm đặc, kết tinh và có độ nhớt lớn.
Nhược điểm • Thiết bị cồng kềnh và có trở lực lớn
CÁC PHƢƠNG PHÁP CÔ ĐẶC
chiều
• Hệ thống cô đặc môt nồi làm viêc liên tục • Hệ thống cô đặc môt nồi làm việc theo mẻ • Hệ thống cô đặc nhiều nồi làm việc xuôi chiều • Hệ thống cô đặc nhiều nồi làm việc ngược
Hệ thống một thiết bị cô chân không làm việc liên tục
Hệ thống một thiết bị cô chân không làm việc liên tục
định
- Làm việc ở nhiệt độ tương đối thấp • Nhược điểm - Chỉ phù hợp với những dung môi dễ bay hơi hoặc yêu cầu cô đặc nồng độ không cao.
• Ưu điểm - Năng suất lớn, dễ vận hành, chất lượng ổn
- Lãng phí nhiệt hơi thứ
Hệ thống một thiết bị cô chân không làm việc theo mẻ
và sau cô đặc
- Làm việc ở nhiệt độ tương đối thấp • Nhược điểm - Năng suất thấp - Lãng phí nhiệt hơi thứ
• Ưu điểm - Cho phép tạo chênh lệch lớn về nồng độ trước
Hệ thống ba thiết bị cô đặc dòng cùng chiều
• Sơ đồ và nguyên lý hoạt động
Hệ thống ba thiết bị bốc hơi dòng cùng chiều
• Ưu điểm • Tiết kiệm năng lượng: 2 nồi (0.57kg/kg), 3 nồi (0,4kg/kg), 4 nồi (0,3kg/kg), 5 nồi (0,27kg/kg) • Dịch cô đặc tự chảy từ nồi truước sang nồi sau nhờ
chênh lệch áp suất mà không cần bơm.
• Nhược điểm • Độ nhớt của dịch cô ở các nồi sau tăng mạnh do nồng
độ tăng mà nhiệt độ giảm.
• Cường độ truyền nhiệt giảm dần qua các nồi.
Hệ thống ba thiết bị cô đặc dòng ngƣuợc chiều
Sơ đồ và nguyên lý hoạt động
Hệ thống ba thiết bị cô đặc dòng ngƣuợc chiều
nhau và ở mức cao.
• Nhược điểm • - Tốn năng lượng bơm vận chuyển dịch cô • Lượng nước bay hơi ở nồi cuối lớn nên tốn chi
• Ưu điểm • Tiết kiệm năng lượng • Cường độ truyền nhiệt ở các nồi gần nhưư
phí đầu tư cho thiết bị ngưng tụ
Cân bằng vật chất và nhiệt cho hệ thống cô đặc một nồi
• Phư¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt:
Hệ thống một thiết bi cô chân không
nhiệt:
• Phương trình cân bằng •
• Nhiệt cô đặc Qc thường bỏ qua
Cân bằng vật chất và nhiệt hệ thống cô đặc liên tục nhiều nồi
Hệ thống cô đặc liên tục nhiều nồi
• 3.5.1. Cân bằng vật chất
• Nồi 1 •
• Nồi 2
• Nồi n
Hệ thống cô đặc liên tục nhiều nồi
Nồng độ chất tan trong từng nồi Nồi 1 Nåi 2 Nåi i Nåi n
;
Khối lượng nước bốc hơi trong từng thiết bị Giả thiết 1kg hơi đốt lµm bay hơi 1kg hơi thứ • Thiết bị 1: W1 = D1 • Thiết bị 2: W2 = D1 - E1 • Thiết bị 3: W3 = D1 - E1 -E2 = D2 - E2 • Thiết bị n: Wn = D1 - E1 - E2 -…- En-1
Hệ thống cô đặc liên tục nhiều nồi
Nhiệt lượng mang vào = Nhiệt lượng mang ra Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5 + Q6
Nhiêt vào - Hơi đốt vào: Q1 = Di - Dung dịch vào: Q2 = GdCdtd Nhiêt ra - Hơi dư ra: Q3 = E1i1+ E2i2+…+En-1in-1+Wnin - Nước ngưng ra: Q4 = D1C1+D2C2+…+DnCn - Dung dịch cuối ra: Q5 = GcCctc - Tổn thất ra môi trường: Q6
Hệ thống cô đặc liên tục nhiều nồi
• Chọn số nồi thích hợp trên cơ sở chi phí
Số nồi thích hợp: 2-4
- Lượng hơi đốt: CD 1 nồi: 1,1kg/kg 2 nồi: 0,57 kg/kg 5 nồi: 0,27kg/kg - Diện tích TĐN: AB Diện tích TĐN trong HT 1 nồi Bằng diện tích TĐN của 1 nồi trong HT nhiều nồi
chung (MN) cực tiểu
Tính thiết kế hệ thống một thiết bị cô chân không
• Cô đặc theo mẻ. • Thời gian cô một mẻ: • Thời gian đun sôi: •
• Thời gian bốc hơi:
Tính thiết kế hệ thống một thiết bị cô chân không
• Tính tích phân bằng phưương pháp đồ thị
Q
