Bài viết Cô đặc là gì ? Cấu tạo, nguyên tắc quản lý và vận hành của một số ít thiết bị cô đặc trích trong chương 4 sách Một số quy trình và thiết bị trong công nghệ tiên tiến dược phẩm – giáo trình giảng dạy dược sĩ ĐH bộ môn Công Nghiệp Dược trường Đại học Dược Thành Phố Hà Nội .
Mục tiêu học tập
1. Trình bày được bản chất quá trình bốc hơi, sự thay đổi tính chất dung dịch khi cô đặc, nguyên tắc cấp nhiệt khi cô đặc.
2. Trình bày được nguyên tắc, ưu điểm yếu kém cô đặc một quá trình và nhiều tiến trình, ứng dụng bơm nhiệt trong cô đặc .
3. Trình bày được cấu trúc, nguyên tắc quản lý và vận hành, ưu điểm yếu kém và ứng dụng một số ít thiết bị cô đặc .
1. Khái niệm
Cô đặc là quy trình làm bay hơi hoặc bốc hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi, với mục tiêu làm tăng nồng độ chất tan, tách chất rắn hòa tan hoặc tịch thu dung môi .
Cô đặc thường được thực thi ở nhiệt độ sôi dưới mọi áp suất ( áp suất chân không, áp suất thường hoặc áp suất dương ), trong mạng lưới hệ thống một hoặc nhiều thiết bị cô đặc ( nồi cô ). Quá trình hoàn toàn có thể gián đoạn hay liên tục. Hơi bay ra trong quy trình cô đặc gọi là hơi thứ, thường có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hóa hơi lớn, hoàn toàn có thể dùng làm hơi đốt trong những nồi cô khác. Nếu hơi thứ được sử dụng ngoài mạng lưới hệ thống cô đặc thì gọi là hơi phụ .
Cô đặc chân không vận dụng cho những dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dung dịch dễ bị phân hủy bởi nhiệt, ngoài những còn làm tăng hiệu số nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sôi của dung dịch ( gọi là hiệu số nhiệt độ hữu dụng ). Mặt khác, cô đặc chân không thì nhiệt độ sôi của dung dịch thấp nên hoàn toàn có thể tận dụng hơi thứ hoặc nhiệt thừa của những quy trình sản xuất khác cho quy trình cô đặc .
Cô đặc ở áp suất dương ( cao hơn áp suất khí quyển ) thường dùng cho những dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao để sử dụng hơi thứ cho cô đặc hoặc cho những quy trình đun nóng khác. Ví dụ trong một hệ thống thiết bị cô đặc nhiều nồi thì nồi tiên phong thao tác ở áp suất dương, những nồi sau thao tác ở áp suất chân không .
Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng, nên tuy là chiêu thức đơn thuần nhưng không kinh tế tài chính .
2. Bản chất vật lý của quá trình bốc hơi
Bay hơi là quy trình một chất chuyển từ thể lỏng sang thể khí ( hóa hơi ), xảy ra ở mặt thoáng của chất lỏng ở nhiệt độ bất kể. Bốc hơi là quy trình hóa hơi ỏ nhiệt độ sôi, xảy ra cả trên mặt thoáng và trong lòng chất lỏng. Pha hơi trong quy trình bay hơi ngoài hơi dung môi còn có cả những khí khác ( ví dụ không khí ), còn pha hơi trong quy trình bốc hơi thường chỉ có hơi dung môi .
Quá trình bay hơi theo thuyết động học phân tử được lý giải như sau : những phân tử của chất lỏng nằm gần mặt thoáng có hoạt động nhiệt, ở thời gian nào đó vận tốc hoạt động của phân tử vượt quá vận tốc số lượng giới hạn, phân tử sẽ thoát khỏi mặt phẳng chất lỏng trở thành trạng thái tự do ( hơi ). Khi bay hơi, những phân tử cần khắc phục lực link ở trạng thái lỏng và trở lực của áp suất ở thiên nhiên và môi trường xung quanh. Khi đó, phân tử bay hơi cần phải thu thêm nhiệt. Lượng nhiệt tiêu tốn để làm chất lỏng bay hơi ở nhiệt độ đã cho gọi là ẩn nhiệt bay hơi. Khi tăng nhiệt độ chất lỏng, ẩn nhiệt bay hơi giảm, ở nhiệt độ tới hạn ( điểm tới hạn ), ẩn nhiệt bay hơi bằng 0. Lượng nhiệt tiêu tốn để làm chất lỏng hoá thành hơi ở nhiệt độ sôi gọi là ẩn nhiệt hoá hơi .
Đặc điểm của quy trình sôi là sự tạo thành bọt hơi. Khi sôi chất lỏng bốc hơi, không những ở trên mặt thoáng của chất lỏng mà đa phần là ở những bọt hơi được tạo thành trong lòng chất lỏng. Trong quy trình bốc hơi, những bọt hơi tăng dần kích cỡ và nổi dần lên mặt thoáng, đồng thời những bọt khác lại được tạo thành, tác dụng là hơi được chuyển liên tục từ bên trong lớp chất lỏng lên phía trên mặt thoáng .
Các bọt hơi được tạo thành do trong chất lỏng có một số ít khí hoà tan, khi đun nóng những khí thoát ra tạo thành nhiều bọt, từ những bọt này chất lỏng sẽ bay hơi. Hiện tượng này thường có ở quy trình tiến độ đầu của quy trình sôi .
Mặt khác, những bọt hơi cũng được tạo thành ngay trên mặt phẳng đun nóng, nơi mà chất lỏng có nhiệt độ cao nhất, và nó chỉ Open trên từng điểm riêng không liên quan gì đến nhau, những chỗ nhám hoặc đóng cặn của mặt phẳng đun nóng, được gọi là những tâm tạo bọt. Bề mặt rất nhẵn và không có điểm khuyết tật sẽ không tạo được bọt hơi, chất lỏng khi đó sẽ trở nên quá nhiệt và quy trình sôi bị chậm lại .
Điều kiện để tạo thành bọt hơi là áp suất hơi trong bọt phải bằng áp suất của chất lỏng ở xung quanh, ở điều kiện này chất lỏng sẽ bay hơi mạnh, dù nhiệt lượng cung cấp từ ngoài vào cho chất lỏng tương đối lớn nhưng nhiệt độ của nó cũng không tăng. 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 p1 của hơi bên trong bọt phải bằng áp suất p0 của chất lỏng bên ngoài cộng thêm áp suất p’ để thắng trỏ lực do sức căng bề mặt giữa hơi và lỏng. Nghĩa là p1 = p0+ p’.
p ’ = 2 σ / ρ
( σ : sức căng mặt phẳng ; ρ : nửa đường kính của bọt )
Vì áp suất p là hàm số của nhiệt độ t nên muốn áp suất trong bọt bằng p1 chất lỏng cần phải quá nhiệt một đại lượng Δt = t1 – t0 (t0 là nhiệt độ sôi ứng với p0, t1 là nhiệt độ quá nhiệt).
3. Một số tính chất của dung dịch liên quan đến quá trình cô đặc
3.1. Nhiệt hoà tan
Khi hoà tan một chất rắn vào một dung môi, có hai quy trình xảy ra ;
– Do tương tác giữa những thành phần của dung môi và những thành phần chất tan mà mạng lưới tinh thể của chất tan bị tàn phá. Đây là quy trình thu nhiệt của dung môi, nên nhiệt độ của dung môi bị lạnh đi .
– Tạo thành mối link giữa những phân tử chất tan vối những phân tử dung môi, gọi là quy trình solvat hóa ( nếu dung môi là nước thì gọi là hydrat hóa ). Quá trình này toả nhiệt .
Nhiệt hoà tan là tổng của 2 lượng nhiệt này. Trị số nhiệt hoà tan của một chất hoàn toàn có thể dương ( toả nhiệt ) hoặc âm ( thu nhiệt ), nhờ vào vào đặc thù của chất tan và dung môi. Các chất dễ tạo thành quy trình solvat hóa thì nhiệt hoà tan dương, còn những chất không tạo thành solvat thì nhiệt hoà tan âm. Khi giám sát cân đối nhiệt của quy trình cô đặc, cần biết nhiệt hòa tan để thêm nhiệt vào hoặc bớt nhiệt đi .
3.2. Nhiệt độ sôi của dung dịch
Nhiệt độ sôi của dung dịch là thông số kỹ thuật quan trọng khi giám sát và phong cách thiết kế thiết bị cô đặc, vì từ nhiệt độ sôi của dung dịch ta sẽ chọn được chất tải nhiệt để đốt nóng cũng như những chính sách thao tác của thiết bị. Hiệu số nhiệt độ giữa chất tải nhiệt và dung dịch sôi là một trong những yếu tố xác lập mặt phẳng truyền nhiệt của thiết bị .
Nhiệt độ sôi của dung dịch phụ thuộc vào vào thực chất của dung môi và chất tan, đặc biệt quan trọng là nồng độ của chất tan. Khi nồng độ tăng thì nhiệt độ sôi của dung dịch cũng tăng. Điều này được lý giải theo định luật Raoult –
( Ps-P ) / Ps = n / N
Trong đó : Ps : áp suất hơi bão hoà của dung môi nguyên chất .
P. : áp suất hơi bão hoà của dung môi trên mặt phẳng dung dịch .
n : số mol của chất tan .
N : số mol của dung môi .
Từ biểu thức trên ta thấy n / N > 0, do đó Ps > P. Nghĩa là áp suất hơi bão hoà của dung môi nguyên chất luôn lớn hơn áp suất hơi bão hoà của dung môi trên mặt phẳng dung dịch ở cùng nhiệt độ. Như vậy, ở cùng một áp suất, nhiệt độ sôi của dung dịch luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất. Cũng từ biểu thức này ta thấy khi tăng nồng độ n của chất tan thì áp suất P. sẽ giảm. Hiệu số Ps – P = ΔP gọi là độ giảm áp suất của dung môi trên mặt phẳng dung dịch .
Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ t và áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất Ps và của dung dịch P. bộc lộ trên hình 1. Hiệu số giữa nhiệt độ sôi của dung dịch t và nhiệt độ sôi của dung môi ts ở cùng một áp suất là Δ ’
Δ ’ = t-ts
Δ ’ là độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch so với dung môi nguyên chất. Trong cô đặc Δ ’ được gọi là tổn thất nhiệt độ do nồng độ .
Δ ’ là một thông số kỹ thuật vật lý của dung dịch và phụ thuộc vào vào nồng độ chất tan, nồng độ càng tăng thì Δ ’ càng tăng. Δ ’ còn phụ thuộc vào vào thực chất của chất tan và của dung môi, đồng thời còn nhờ vào vào áp suất. Ví dụ, ở áp suất thường nước sôi ở 100 ° c, dung dịch đường 60 % sôi ở 103 ° c ( Δ ’ = 3 °C ), dung dịch NaOH 50 % sôi ở 142 °C ( Δ ’ = 42 °C ) .
Trị sô của Δ ’ được xác lập bằng thực nghiệm. Đồ thị hình 2 cho giá trị Δ ’ của một số ít chất ở áp suất thường .
Khi tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ ở áp suất bất kể, người ta sử dụng quy tắc Babo : “ Độ giảm tương đối của áp suất hơi bão hòa của dung môi trên mặt phẳng dung dịch ở nồng độ đã cho là một đại lượng không đổi và không nhờ vào vào nhiệt độ sôi ”, nghĩa là :
Ps — P P
— — — = const. Do đó — = const
Ps Ps
Từ biểu thức này, nếu biết nhiệt độ sôi của dung dịch đã cho ứng vối áp suất nào đó thì hoàn toàn có thể xác lập được nhiệt độ sôi ở áp suất khác .
Ví dụ, tính nhiệt độ sôi của dung dịch ở áp suất 0,75 at, biết rằng ở áp suất thường ( 1 at ) dung dịch sôi ở 110 °C ?
ở nhiệt độ 110 °C, tra bảng có áp suất hơi nước bão hòa Ps = 1,46 at, do đó :
P. / Ps = 1/1, 46 = 0,685
Ở P = 0,75 at thì dung dịch có nhiệt độ sôi tương ứng vối nhiệt độ tại Ps của hơi bão hòa :
0,75 / Ps = 0,685 → Ps = 0,75 / 0,685 = 1,095 st
Từ đó, xác lập được nhiệt độ sôi của dung dịch ở áp suất 0,75 at bằng nhiệt độ sôi của nước ở áp suất 1,095 at là 102 °C .
Ở áp suất 0,75 at nhiệt độ sôi của nước là 91,2 °C .
Vậy : Δ ’ = 102 – 91,2 = 10,8 °C .
Quy tắc Babo chỉ ứng dụng cho dung dịch loãng, so với dung dịch đặc phải thêm thông số hiệu chỉnh. Trị sô của hệ sô hiệu chỉnh khi sôi ở áp suất thấp cho trong bảng 4.1 .
Bảng 4.1. Bảng thông số hiệu chỉnh Δt
| Hệ số hiệu chỉnh Δt (°C) | Tỷ số P/Ps | ||||||
| 0,9 | 0,8 | 0,7 | 0,6 | 0,5 | 0,4 | 0,3 | |
| Áp suất trên dunq dịch sôi, mmHq | |||||||
| 0,9 | 100 | 200 | 400 | 450 | 500 | 550 | 650 |
| 1,8 | – | 50 | 200 | 350 | 450 | 500 | 550 |
| 2,6 | – | – | 100 | 275 | 300 | 350 | 400 |
| 3,6 | – | – | – | 150 | 200 | 250 | 300 |
Nhiệt độ sôi của dung dịch cũng phụ thuộc vào độ sâu. Trên mặt thoáng, nhiệt độ sôi thấp nhất, càng xuống sâu nhiệt độ sôi càng tăng. Ví dụ đun sôi nước trong ống đứng ở áp suất thường, trên miệng ông sôi ở 100°C, ở sâu 4 m sôi ở 108,7°C. Nguyên nhân là do áp suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng. Hiệu số giữa nhiệt độ sôi ở độ sâu có áp suất thủy tĩnh t(p+Δp) và nhiệt độ sôi trên mặt thoáng tp gọi là tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh. Nếu chất rắn khi hoà tan toả nhiệt thì hệ số hiệu chỉnh lấy dấu (+), nếu thu nhiệt lấy dấu (-).
Ta có: t(p+Δp) – tp = Δ”
Trong đo lường và thống kê, áp suất thuỷ tĩnh Δp được lấy trị số trung bình :
Δp = p’gh [ N / mét vuông ] ( * )
Trong đó : p ’ là khôi lượng riêng của dung dịch ở trạng thái bọt ( kg / m3 ), gần đúng hoàn toàn có thể lấy p ’ = 0,5 p, p là khối lượng riêng của dung dịch ( kg / m3 ) ; g là tần suất trọng trường ( m / s2 ) ; h là độ sâu kể từ mặt thoáng đến giữa ống truyền nhiệt trong thiết bị cô đặc ( m ) .
Công thức ( * ) chỉ gần đúng so với số liệu thực nghiệm vì áp suất thuỷ tĩnh của dung dịch sôi phụ thuộc vào khối lượng riêng, độ sâu và vận tốc tuần hoàn của dung dịch. Ngoài ra, nó cũng nhờ vào vào cấu trúc thiết bị, chính sách nhiệt độ …
Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh cũng như tổn thất nhiệt độ do nồng độ làm giảm hiệu số nhiệt độ giữa chất tải nhiệt và nhiệt độ sôi của dung dịch, làm tăng mặt phẳng truyền nhiệt của thiết bị. Nhưng trong trường hợp tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh, lượng nhiệt phân phối để làm quá nhiệt dung dịch không bị mất vì khi đi lên mặt thoáng thì áp suất thủy tĩnh giảm, nó sẽ phân phối cho môi trường tự nhiên xung quanh ( dung dịch ) phần nhiệt quá nhiệt .
3.3. Sự thay đổi tính chất của dung dịch khi cô đặc
Khi dung dịch bay hơi, nồng độ chất tang tăng lên. Do đó, tinh chất của dung dịch sẽ đổi khác. Sự đổi khác này ảnh hưởng tác động đến việc thống kê giám sát, cấu trúc, quản lý và vận hành của thiết bị cô đặc. Sự biến hóa đặc thù dung dịch theo thời hạn cô đặc và nồng độ của dung dịch ở áp suất không đổi được bộc lộ trên hình 4.3 .
Chú thích :
l : Miền chưa bão hòa
II : Miền bão hòa
xđ. Nồng độ đầu
xc. Nồng đố cuối của dung dịch
λ. Hệ số dẫn nhiệt .
α2. Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch
C. Nhiệt dung riêng .
Δ ’. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ .
v. Độ nhớt dung dịch .
p. Khối lượng riêng của dung dịch .
Hình 4.3 a bộc lộ sự đổi khác của nồng độ dung dịch theo thời hạn từ xđ đến xc, lúc đầu tăng nhanh sau chậm dần. Đồ thị 4.3 b biểu lộ sự đổi khác của những đại lượng vật lý đặc trưng cho dung dịch như : λ, C, α2, p, v, Δ ’ .
Trong quy trình cô đặc, nồng độ dung dịch tăng sẽ kéo theo sự tăng của độ nhớt v, khối lượng riêng p, tổn thất nhiệt độ do nồng độ Δ ’ và cũng kéo theo sự giảm của thông số dẫn nhiệt Δ, nhiệt dung riêng C, thông số cấp nhiệt phía dung dịch α2. Đồng thời khi tăng nồng độ thì điều kiện kèm theo để tạo thành cặn bám trên mặt phẳng truyền nhiệt sẽ tăng, dẫn đến làm giảm năng lực truyền nhiệt của thiết bị ( thông số truyền nhiệt K giảm ) .
Khi cô đặc những dung dịch kết tinh, đến thời hạn t0 nào đó dung dịch sẽ bão hoà, nếu liên tục cho bốc hơi dung môi thì chất tan sẽ tách ra ỏ dạng rắn ( kết tinh ), nồng độ dung dịch không biến hóa, càng về sau lượng tinh thể càng tăng. Nồng độ bão hoà nhờ vào nhiệt độ sôi của dung dịch, khi nhiệt độ sôi tăng thì nồng độ bão hoà tăng, số lượng giới hạn đổi khác biểu lộ ở khu gạch chéo trên hình 3 a .
Ở miền quá bão hoà II, đường nồng độ có hai nhánh, nhánh trên là nồng độ tính theo hàng loạt khối lượng chất tan, còn nhánh dưới là nồng độ của nước cái. Độ nhớt v của dung dịch ở miền quá bão hoà cũng có hai nhánh ( hình 3 b ), nhánh trên là độ nhớt của huyền phù, còn nhánh dưới là độ nhớt của nước cái .
Đối vối những dung dịch không kết tinh hoặc có chất không kết tinh thì không có miền II. Đối với những dung dịch có miền II, người ta thường ứng dụng cô đặc chân không .
4. Nguyên tắc cấp nhiệt khi cô đặc
Một chất lỏng bất kể ở trong bình chứa đều chỉ hoàn toàn có thể đun nóng đến nhiệt độ bão hoà. Nếu ta liên tục cấp nhiệt thì chất lỏng khởi đầu sôi. Trong quy trình sôi nhiệt độ chất lỏng không đổi, lượng nhiệt phân phối thêm chỉ để làm bốc hơi chất lỏng .
Đặc tính và cường độ của quy trình sôi nhờ vào vào hiệu sô ” nhiệt độ At giữa mặt phẳng đun nóng và chất lỏng sôi :
Δt = tT – ts
Trong đó tT là nhiệt độ mặt phẳng đun nóng tiếp xúc với chất lỏng sôi ; ts là nhiệt độ của chất lỏng sôi .
Hình 4.4 biểu lộ đường cong biến thiên thông số cấp nhiệt ts theo chênh lệch nhiệt độ Δt của nước ở áp suất thường. Quá trình sôi hoàn toàn có thể chia làm 4 vùng khác nhau :
– Vùng đối lưu tự do : Khi Δt nhỏ, 1 số ít ít bọt hơi Open trên mặt phẳng đun nóng tại những tâm tạo bọt, nhưng quy trình đối lưu tự do chiếm lợi thế. Các thiết bị cô đặc không thao tác ở vùng này .
– Vùng sôi sủi bọt : Nếu tăng Δt lên thì số tâm tạo bọt tăng lên, những bọt hơi càng nhiều và càng tách nhanh ra khỏi mặt phẳng đun nóng, chất lỏng bị sủi bọt nhiều hơn và quy trình sôi mãnh liệt hơn. Chính những bọt này làm tăng tốc độ hoạt động của chất lỏng, chất lỏng trộn lẫn mạnh, do đó thông số cấp nhiệt cũng tăng nhanh. Chế độ sôi lúc này là sôi sủi bọt. Thực tế, những thiết bị cô đặc đều thao tác ở vùng này .
– Vùng chuyển tiếp : ở vùng này, những bọt hơi Open quá nhanh, một phần mặt phẳng truyền nhiệt bị bao trùm bởi một màng hơi cách nhiệt, làm giảm bất thần thông số cấp nhiệt. Trị số của Δt tương ứng với điểm chuyển từ chính sách sôi sủi bọt sang chính sách sôi màng gọi là trị số tới hạn .
– Vùng sôi màng : Nếu liên tục tăng hiệu số nhiệt độ lên nữa, những bọt hơi kết dính với nhau tạo thành màng hơi kín trên mặt phẳng đun nóng. Hệ số cấp nhiệt ở vùng này giảm mạnh. Chế độ sôi trong điều kiện kèm theo này gọi là sôi màng .
5. Các phương pháp cô đặc
Quá trình cô đặc hoàn toàn có thể được thực thi theo chính sách gián đoạn hoặc liên tục, một quá trình hay nhiều tiến trình và ở những áp suất khác nhau .
Cô đặc gián đoạn là cho dung dịch vào thiết bị một lần rồi cô đặc đến nồng độ nhu yếu, hoặc cho vào liên tục trong quy trình bốc hơi đế giữ mức dung dịch không đổi cho đến khi nồng độ dung dịch trong thiết bị đạt nhu yếu thì lấy ra một lần, sau đó lại cho dung dịch mới vào thiết bị để cô. Cô đặc liên tục là khi dung dịch và hơi đốt được cho vào liên tục, loại sản phẩm cũng được lấy ra liên tục .
Quá trình cô đặc hoàn toàn có thể được thực thi ở những áp suất khác nhau tuỳ theo nhu yếu kỹ thuật. Khi thao tác ở áp suất thường ( áp suất khí quyển ), hoàn toàn có thể dùng thiết bị hở. Khi thao tác ở những áp suất khác, phải dùng thiết bị kín .
Cô đặc chân không có nhiều ưu điểm : khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch cũng giảm, nên hiệu nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch tăng, do đó hoàn toàn có thể giảm được mặt phẳng truyền nhiệt. Cô đặc chân không hoàn toàn có thể dùng hơi đốt ở áp suất thấp, do đó rất có lợi khi dùng hơi thải của những quy trình sản xuất khác. Cô đặc chân không được sử dụng cho những dung dịch dễ bị phân huỷ ở nhiệt độ cao, hoặc cho những dung dịch mà ở nhiệt độ sôi cao ( với áp suất thường ) thì hoàn toàn có thể bị sinh ra những phản ứng phụ bất lợi ( oxy hoá, nhựa hoá, đường hoá … ). Mặt khác, do nhiệt độ sôi của dung dịch thấp nên tốn thất nhiệt ra môi trường tự nhiên xung quanh sẽ nhỏ hơn so với khi cô đặc ở áp suất thường .
5.1. Cô đặc một giai đoạn
Cô đặc một giai đoạn, còn gọi cô đặc đơn giản hay cô đặc một nồi không dùng hơi thứ làm chất tải nhiệt để đun nóng.
Hình 4.5 là cân đối vật tư và nguồn năng lượng của hai bên thành thiết bị bốc hơi ( một bên là hơi đốt và bên kia là dung dịch cô đặc ) .
Mục đích của bốc hơi thường để cô đặc một dung dịch bắt đầu F có nồng độ đầu bF đến nồng độ cuốiI bC. Lượng dung môi cần bốc hơi D sẽ là :
D = F ( 1 – bF / bC ) ( 1 )
Phương trình trên chỉ ra rằng dung dịch cuối càng đậm đặc, nghĩa là nồng độ dung dịch càng lớn, tỉ lệ bF / bc càng nhỏ và lượng dung môi phải bốc hơi càng lớn .
Thông số tương quan thứ 2 là lượng hơi đốt Vs thiết yếu để làm bốc hơi lượng dung môi D. Vs được tính từ công thức :
Vs. Hơi nước ( hơi đốt, kg / giờ )
bF. Nồng độ chất rắn của dung dịch khởi đầu ( % )
hs. Enthalpy của hơi nước ( kJ / kg )
ts. Nhiệt độ hơi nước ngưng tụ ( °C )
F. Dung dịch khởi đầu ( kg / giờ ) .
hF. Enthalpy của dung dịch khởi đầu ( kJ / kg )
tF. Nhiệt độ dung dịch bắt đầu ( °C )
C. Dung dịch đặc đi ra khỏi thiết bị ( kg / giờ )
( ts-Δt ). Nhiệt độ nước ngưng ( °C )
hD. Enthalpy của dung môi bốc hơi ( kJ / kg )
tC. Nhiệt độ dung dịch đặc ( °C )
Cs. Nhiệt dung riêng của hơi nước ngưng tụ
D. Lượng dung môi bốc hơi ( kg / giờ )
hC. Enthalpy của dung dịch đặc ( kJ / kg )
hC. Nồng độ chất rắn của dung dịch đặc ( % )
Có thể minh họa việc đo lường và thống kê bằng ví dụ sau :
Tính lượng nước bốc hơi (hơi thứ) và hơi nước (hơi đốt) tiêu hao để cô đặc 20000 kg dung dịch chứa lượng chất tan có nồng độ bF = 0,12% đến nồng độ bc =1,2% trong thiết bị cô đặc ở áp suất thường. Áp suất hơi đốt là 3,5 at. Dung dịch ban đầu có nhiệt độ tF = 95°c hoặc 20°c. Bỏ qua sự giảm nhiệt độ khi hơi nước ngưng tụ (Δts) và tổn thất nhiệt Qt.
Theo phương trình ( 1 ) lượng nước bốc hơi là :
D = 20000 (1-(0,12/1,2))= 18000 kg
Khi dung dịch ban đầu đi vào thiết bị được đun nóng đến 95°C, từ phương trình (2) tính được lượng hơi đốt như sau (các giá trị enthalpy ỏ nhiệt độ và áp suất nhất định được tra từ bảng tính sẵn):
Vs= (18000(2675 – 418,7) + 20000(418,7 – 397,8))/(2730-4,187×138)=19000 kg
Tương ứng với lượng hơi tiêu tốn riêng là :
ds = 19000/18000 = 1,06 kg hơi đốt/kg hơi thứ.
trái lại, nếu dung dịch khởi đầu có nhiệt độ 20 °C, lượng hơi đốt tiêu tốn là :
Vs = (18000(2675 – 418,7) + 20 000(418,7 – 83,7))/(2730-4,187×138)=22000 kg
Và lượng hơi tiêu tốn riêng là :
ds = 22000/18000 = 1,22 kg hơi đốt/kg hơi thứ.
Ví dụ này cho thấy hoàn toàn có thể tiết kiệm chi phí hơi đốt bằng cách đun nóng trước dung dịch cần bốc hơi. Trong cô đặc một tiến trình, hoàn toàn có thể tiết kiệm chi phí nguồn năng lượng bằng cách dùng hơi thứ để đun nóng trước dung dịch khởi đầu. Hình 4.6 là sơ đồ mạng lưới hệ thống cô đặc có sử dụng một phần hơi thứ để đun nóng. Những mạng lưới hệ thống này thường được dùng ở quy mô nhỏ hoặc khi dung dịch cần hạn chế tiếp xúc với nhiệt độ cao trong thời hạn dài. Việc sử dụng hơi thứ để đun nóng hoàn toàn có thể tiết kiệm chi phí nguồn năng lượng đến khoảng chừng 13 %. Để tận dụng tối đa nguồn năng lượng hơi thứ, hoàn toàn có thể vận dụng mạng lưới hệ thống cô đặc nhiều nồi hoặc thiết bị bơm nhiệt .
5.2. Cô đặc nhiều giai đoạn
Để tiết kiệm chi phí được lượng hơi đốt tiêu tốn cho quy trình cô đặc, người ta triển khai quy trình cô đặc trong hệ thống thiết bị gồm 1 số ít nồi cô mắc tiếp nối đuôi nhau nhau, nên còn gọi là cô đặc nhiều nồi. Trong đó hơi thứ của nồi cô này được sử dụng làm hơi đốt cho nồi cô khác. Nguyên tắc cô đặc nhiều quy trình tiến độ hoàn toàn có thể tóm tắt như sau :
Nồi cô thứ nhất, dung dịch được đun bằng hơi đốt ( hơi mới ), hơi thứ của nồi này vào đun nồi thứ hai. Hơi thứ của nồi thứ hai được dùng làm hơi đốt cho nồi thứ ba … Hơi thứ của nồi sau cuối được đưa vào thiết bị ngưng tụ. Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi dung môi được bốc hơi một phần, nồng độ của dung dịch tăng dần lên .
Điều kiện thiết yếu để truyền nhiệt trong những nồi là phải có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói cách khác phải có chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong mỗi nồi, nghĩa là áp suất thao tác trong những nồi phải giảm dần vì hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau. Thông thường thì nồi đầu sẽ thao tác ỏ áp suất dương, còn nồi cuối thì thao tác ở áp suất chân không .
Cô đặc nhiều quy trình tiến độ có hiệu suất cao kinh tế tài chính cao về mặt sử dụng hơi đốt so với cô đặc một nồi. Vì cô đặc nhiều tiến trình sử dụng nhiều lần một nhiệt lượng do hơi đốt phân phối cho nồi tiên phong, nên tiết kiệm ngân sách và chi phí được hơi đốt. Nếu giả thiết rằng cứ 1 kg hơi đốt đưa vào đun nóng thì làm bốc hơi 1 kg hơi thứ. Khi cô đặc hai nồi, 1 kg hơi đốt vào nồi đầu sẽ làm bốc hơi 1 kg hơi thứ trong nồi đầu, 1 kg hơi thứ này đưa sang nồi thứ hai cũng làm bay hơi được 1 kg hơi thứ nữa. Lượng hơi đốt tính cho 1 kg hơi thứ là 1/2 = 0,5 kg. Như vậy là cứ một kg hơi đốt đưa vào nồi đầu sẽ làm bốc hơi được số kg hơi thứ tương tự với số nồi trong mạng lưới hệ thống. Nói cách khác, lượng hơi đốt để làm bốc hơi 1 kg hơi thứ tỉ lệ nghịch với sô nồi cô. Hình 4.7 biểu lộ nguyên tắc này dưới dạng đồ thị .
Khi số nồi cô trong hệ thông tăng lên thì tiết kiệm chi phí nguồn năng lượng hơi đốt, nhưng tổn thất nhiệt tăng và hiệu số nhiệt độ có ích giảm đi rất nhanh, nên những nồi cô cần mặt phẳng đun nóng lớn hơn. Hơn nữa, ngân sách thiết bị cũng tăng lên. Do đó trên thực tiễn, tối đa không quá 6 nồi cô, thường dùng 2 đến 4 nồi cô .
Cô đặc nhiều tiến trình hoàn toàn có thể quản lý và vận hành liên tục theo những chính sách xuôi chiều, ngược chiều hoặc song song .
5.2.1. Cô đặc xuôi chiều
Hệ thống cô đặc xuôi chiều là mạng lưới hệ thống mà chiều hoạt động của hơi đốt và hơi thứ cùng chiều với chiều hoạt động của dung dịch ( hình 4.8 ). Dung dịch được bơm vào nồi I ( là nồi có áp suất cao nhất ), rồi chuyển tuần tự sang nôi II và nồi III nhờ chênh lệch áp suất trong những nồi. Hơi đốt đi vào phòng đốt nồi I để đun nóng dung dịch, hơi thứ của nồi I đi vào phòng đốt nồi II hơi thứ của nồi II đi vào phòng đốt nồi III và hơi thứ của nồi III đi vào thiết bị ngưng tụ .
Vì hơi thứ của nồi trước được dùng làm hơi đốt cho nồi sau nên nhiệt độ sôi của dung dịch nồi sau phải thấp hơn nhiệt độ của hơi thứ đi ra từ nồi trước. Vì vậy, áp suất trong những nồi phải giảm dần từ nồi đầu đến nồi cuối .
Nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nồi sau nên dung dịch đi vào mỗi nồi ( trừ nồi I ) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, tác dụng là dung dịch sẽ được làm nguội đi đến nhiệt độ sôi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một lượng dung môi gọi là quá trình tự bốc hơi. Khi dung dịch vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi, thì hoàn toàn có thể tiết kiệm chi phí hơi đốt bằng cách dùng hơi phụ hoặc nước ngưng để đun nóng sơ bộ dung dịch đầu trước khi vào nồi cô tiên phong .
Hệ thống cô đặc xuôi chiều được dùng phổ cập nhất trong trong thực tiễn. Loại này có ưu điểm là chỉ cần bơm dung dịch và nồi thứ I, sau đó dung dịch tự chuyển dời từ nồi trước sang nồi sau nhờ chênh lệch áp suất giữa những nồi. Ngoài ra, dịch đậm đặc lấy ra ỏ nồi cuối có nhiệt độ thấp nên tổn thất nhiệt ra môi trường tự nhiên xung quanh nhỏ .
Nhược điểm của mạng lưới hệ thống cô đặc xuôi chiều là nhiệt độ của dung dịch ở những nồi sau thấp dần, nhưng nồng độ của dung dịch lại tăng dần, làm cho độ nhớt của dung dịch tăng nhanh. Kết quả là thông số truyền nhiệt sẽ giảm từ nồi đầu đến nồi cuối. Hệ thống cũng không thích hợp khi phải cô đặc dung dịch có độ nhớt cao và nhu yếu nồng độ cuối lớn .
5.2.2. Cô đặc ngược chiều
Hệ thống này có chiều hoạt động của hơi đốt và hơi thứ ngược với chiều hoạt động của dung dịch ( hình 4.9 ). Hơi đốt đi vào nồi I, hơi thứ của nồi I đi vào nồi II, rồi từ nồi II sang nồi III giống như trong cô đặc xuôi chiều. Ngược lại, dung dịch bắt đầu đi vào nồi III và loại sản phẩm ra khỏi nồi I. Trong hệ thông này, vì áp suất nồi trước lớn hơn nồi sau nên dung dịch không tự chảy từ nồi nọ sang nồi kia mà phải dùng bơm để luân chuyển .
Như vậy, dung dịch đậm đặc nhất sẽ đi vào nồi đầu, ở đây nhiệt độ là lớn nhất, do đó độ nhớt sẽ không bị tăng nhiều. Kết quả là thông số truyền nhiệt trong những nồi hầu hết không giảm đi. Ngoài ra, lượng nước bốc hơi ở nồi cuối nhỏ hơn so với cô đặc xuôi chiều, nên lượng nước làm lạnh trong thiết bị ngưng tụ cần ít hơn. Nhược điểm của mạng lưới hệ thống ngược chiều là ở mỗi nồi cô đều cần phải dùng bơm để vận chuyên dung dịch .
Hệ thống ngược chiều được dùng để cô đặc dung dịch khi lấy ra có độ nhớt lớn và có nồng độ cao, vì dung dịch đậm đặc được lấy ra ở nồi đầu có nhiệt độ cao nên dễ lấy mẫu sản phẩm hơn so vối cô đặc xuôi chiều .
5.2.3. Cô đặc song song
Hệ thống cô đặc song song được diễn đạt ở hình 4.10. Dung dịch khởi đầu đông thời đi vào những nồi. Sản phẩm cũng đồng thời lấy ra ở mỗi nồi. Cô đặc song song chỉ dùng khi nhu yếu nồng độ của dung dịch không cao lắm hoặc khi dung dịch cô đặc có kết tinh, vì dung dịch kết tinh dễ làm tắc ông khi chuyển dời từ nồi này sang nồi khác .
5.3. Ứng dụng bơm nhiệt trong cô đặc
Trong mạng lưới hệ thống cô đặc nhiều nồi, tiêu tốn hơi đốt càng giảm khi số nồi tăng, nhưng tăng số nồi thì phải tăng hiệu số nhiệt độ chung bằng cách tăng áp suất hơi đốt. Nêu không, hiệu số nhiệt độ có ích của môi nồi sẽ giảm, làm tăng mặt phẳng đun nóng của mạng lưới hệ thống. Ngoài ra, trong công nghiệp có nhiều trường hợp không được cho phép ta cô đặc nhiều nồi được, ví dụ khi cô đặc những chất dễ phân hủy ở nhiệt độ cao, hoặc dung dịch có tổn thất nhiệt độ lớn và hơi đốt chỉ cung ứng được ở nhiệt độ thấp .
Trong trường hợp đó, ta sử dụng hơi thứ bằng cách nén hơi thứ đến áp suất hơi đốt để đun nóng dung dịch trong chính thiết bị cô đặc đó là kinh tế tài chính nhất. Để nén hơi thứ người ta dùng máy nén ( kiểu piston, turbin hoặc phun tia ), chúng được gọi là bơm nhiệt. Bơm nhiệt kiểu phun tia ( bơm tuye ) cấu trúc đơn thuần, rẻ và được dùng phổ cập hơn cả .
Hình 4.11 là sơ đồ thiết bị cô đặc có bơm nhiệt. Hơi đốt có áp suất cao đi vào vòi bơm và co và giãn thành tia phun có vận tóc lớn ở miệng vòi, làm giảm áp suất trong đầu bơm và hút hơi thứ vào. Ở điều kiện kèm theo thích hợp, 1 kg hơi đốt hoàn toàn có thể hút thêm 1 kg hơi thứ. Hỗn hợp hơi nànayfduc dẫn vào phòng đốt để đun nóng dung dịch .
6. Thiết bị cô đặc
Thiết bị cô đặc cần có những nhu yếu sau :
– Cấu tạo đơn thuần, gọn, chắc, dễ sản xuất, sửa chữa thay thế, lắp ráp .
– Chế độ thao tác không thay đổi, ít bám cặn, dễ làm sạch, dễ kiểm soát và điều chỉnh và kiểm tra .
– Hệ số truyền nhiệt lớn để làm giảm lượng hơi đốt tiêu tốn .
– Đáp ứng được những nhu yếu đặc biệt quan trọng của dung dịch cần cô như độ nhớt cao, năng lực tạo bọt lớn, năng lực kết tinh, tính ăn mòn sắt kẽm kim loại …
Trong công nghiệp, những thiết bị cô đặc đun nóng bằng hơi nước được dùng thông dụng, loại này gồm có ba phần chính :
– Bộ phận đun sôi dung dịch ( phòng đốt ) trong đó bộ phận truyền nhiệt là chùm ong gồm nhiều ống nhỏ, trong đó hơi nước ngưng tụ ỏ bên ngoài ( hoặc bên trong ) những ông, còn dung dịch hoạt động bên trong ( hoặc bên ngoài ) những ống .
– Bộ phận bốc hơi ( phòng bốc hơi ) là một phòng trống, ở đây hơi thứ được tách khỏi hỗn hợp lỏng – hơi của dung dịch sôi. Do đó, phòng bốc hơi cần có khoảng trống rộng để tách hơi ra khỏi hỗn hợp .
– Bộ phận phân ly lỏng – hơi : tùy theo mức độ thiết yếu, có thê cấu trúc thêm bộ phận phân ly lỏng – hơi trong phòng bốc hơi hoặc trong ống dẫn hơi thứ để tịch thu những hạt dung dịch bị hơi thứ mang theo .
a. Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn ở tâm, chính sách tuần hoàn tự nhiên ; b. Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài dạng đứng, chính sách tuần hoàn tự nhiên hoặc cưỡng bức ; c. Thiết bị cô đặc loại có phòng đốt ngoài nằm nghiêng, chính sách tuần hoàn tự nhiên hoặc cưỡng bức ; d. Thiết bị cô đặc loại có phòng đốt ngoài nằm ngang, hơi đốt đi trong ống truyền nhiệt ; e. Thiết bị cô đặc dạng đứng, chất lỏng chảy từ dưới lên ; f. Thiết bị cô đặc dạng đứng, chất lỏng chảy từ trên xuống ; g. Thiết bị cô đặc loại rotor ; h Thiết bị cô đặc loại rotor có mặt phẳng truyền nhiệt hình nón ; i. Thiết bị cô đặc không có bộ phận đun nóng, dùng bọc hơi dung dịch đã được đun nóng trước bằng cách giảm áp suất. F. Dung dịch đầu, C. Dung dịch đậm đặc ; D Hơi thứ .
Đặc điểm và số lượng dung dịch cần cô đặc trong một đơn vị chức năng thời hạn là những thông số kỹ thuật quyết định hành động việc lựa chọn một thiết bị cô đặc. Các dung dịch bền với nhiệt, ít tạo cặn bám và không ăn mòn hoàn toàn có thể được cô trong những thiết bị đơn thuần và rẻ tiền. Các dung dịch chứa hoạt chất nhạy cảm với nhiệt cần những thiết bị cô dưới áp suất giảm và thường đắt tiền hơn. Những nhu yếu phong phú của dung dịch cần cô đặc đã dẫn đến sự Open của nhiều loại thiết bị có cấu trúc và nguyên tắc quản lý và vận hành khác nhau ( hình 4.12 ). Dưới đây là một số ít thiết bị cô đặc thường dùng trong công nghiệp Dược .
6.1. Thiết bị cô đặc kiểu tuần hoàn tự nhiên
Thiết bị cô đặc tuần hoàn cơ bản gồm có hai phần chính : Phần dưới của thiết bị là phòng đốt, trong đó có những ống truyền nhiệt nhỏ, chiều dài đến 5 m, xếp đồng tâm và một ông tuần hoàn lớn đặt ở giữa những ông truyền nhiệt. Phần trên của thiết bị, phía trên phòng đốt là phòng bốc hơi. Trong phòng bốc hơi có bộ phận tách chất lỏng, để tránh những giọt nhỏ dung dịch bị cuốn đi theo hơi thứ .
Tại phòng đốt, dung dịch ở trong những ống truyền nhiệt còn hơi đốt đi vào khoảng chừng trông phía ngoài ống. Sau khi nhận nhiệt của hơi đốt qua mặt phẳng truyền nhiệt, dung dịch ở trong ống truyền nhiệt sẽ sôi, tạo thành hỗn hợp lỏng – hơi có khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên miệng ống truyền nhiệt. Còn trong ông tuần hoàn, vì ống có đường kính lớn hơn nên dung dịch ít bị đun nóng hơn, do đó lượng hơi ở đây tạo ra ít hơn và khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng – hơi cũng lớn hơn so với ở trong ống truyền nhiệt nên dung dịch sẽ tự động hóa được đẩy xuống dưới. Kết quả là trong thiết bị dung dịch có vòng hoạt động tuần hoàn tự nhiên, từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên xuống trong ống tuần hoàn. Dung dịch cứ tuần hoàn như vậy cho đến khi đạt tới nồng độ nhu yếu thì được lấy ra ở phía dưới .
Vận tốc tuần hoàn càng lớn, thông số cấp nhiệt phía dung dịch càng tảng và quy trình đóng cặn trên mặt phẳng truyền nhiệt cũng giảm. Vận tốc tuần hoàn của thiết bị loại này thường không quá 1,5 m / giây .
Ở phòng bốc hơi, hơi bốc lên đập vào bộ phận tách bọt, những giọt lỏng còn lẫn trong hơi sẽ bị cản lại và quay trở về phòng đốt .
Thiết bị tuần hoàn có ống tuần hoàn ở tâm có ưu điểm là cấu trúc đơn thuần, dễ sửa chữa thay thế, dễ làm sạch, nhưng có điểm yếu kém là tốc độ tuần hoàn thấp vì ống tuần hoàn cũng bị đun nóng, không dùng được với dung dịch có kết tinh .
6.2. Thiết bị cô đặc kiểu tuần hoàn cưỡng bức
Trong thiết bị cô đặc tuần hoàn tự nhiên, khi hiệu số nhiệt độ có ích nhỏ, dòng hoạt động của dung dịch sẽ dừng lại. Tốc độ tuần hoàn cũng ảnh hưởng tác động bởi độ nhớt của dung dịch, vì dung dịch nhớt truyền nhiệt kém. Khi đó, phải dùng bơm để tạo dòng tuần hoàn cưỡng bức .
Các thiết bị này thường là loại có phòng đốt ngoài hoặc loại có ống tuần hoàn ngoài, có lắp thêm bơm ở ống tuần hoàn để tạo ra lực đẩy cho dung dịch hoạt động. Như vậy, tuần hoàn của dung dịch là tuần hoàn cưỡng bức. Dung dịch đầu được hút vào phòng đốt bằng bơm tuần hoàn, loại sản phẩm được lấy ra ở phía dưới của phòng bốc hơi, còn phần chính chảy vào ông tuần hoàn do bơm tuần hoàn hút và được trộn lẫn với dung dịch đầu đi vào phòng đốt .
Thiết bị có ưu điểm là vận tốc tuần hoàn lớn, thông số cấp nhiệt lớn hơn tuần hoàn tự nhiên từ 3 đến 4 lần, do đó hoàn toàn có thể thao tác được khi hiệu số nhiệt độ có ích nhỏ ( 3 đến 5 °C ) vì cường độ tuần hoàn không nhờ vào vào hiệu số nhiệt độ mà phụ thuộc vào vào hiệu suất của bơm. Thiết bị dùng được cho những dung dịch có độ nhớt lớn hoặc dung dịch có kết tinh. Tốc độ tuần hoàn lớn còn hạn chế được hiện tượng kỳ lạ bám cặn trên mặt phẳng truyền nhiệt .
6.3. Thiết bị cô đặc loại màng
Yêu cầu về những điều kiện kèm theo cô đặc nhằm mục đích bảo vệ những nguyên vật liệu nhạy cảm với nhiệt đã dẫn đến việc tăng trưởng những thiết bị cô đặc loại màng mỏng mảnh. So với thiết bị cô tuần hoàn, thiết bị cô màng mỏng mảnh được đặc trưng bởi thời hạn tiếp xúc nhiệt của dung dịch rất ngắn ( khoảng chừng một phút ) .
Trong thiết bị cô đặc loại màng, chất lỏng hoạt động dọc theo mặt phẳng truyền nhiệt của ông ở dạng màng mỏng dính. Quá trình tạo hơi hầu hết từ màng chất lỏng này. Theo độ cao của ống truyền nhiệt, khi màng chất lỏng đi từ trên xuống, nồng độ của dung dịch tăng dần, đến phòng bốc hơi thì đạt được nồng độ thiết yếu .
Đối với cô đặc loại màng, chiều cao ống truyền nhiệt và bề dày lốp màng chất lỏng trong ống truyền nhiệt là những thông số kỹ thuật quan trọng tác động ảnh hưởng đến thông số truyền nhiệt và mức độ đậm đặc sản phẩm. Thiết bị kiểu này được dùng thông dụng để cô đặc dịch lên men và dịch chiết dược liệu .
6.4. Thiết bị cô đặc loại rotor
Trong thiết bị cô đặc loại màng, bề dày của lóp màng dung dịch tạo thành phụ thuộc vào vào nhiều yếu tố : đặc thù dung dịch, vận tốc chảy, nhiệt độ … Do vậy những thiết bị đó không thích hợp với dung dịch có độ nhớt cao. Để cổ đặc dung dịch không bền nhiệt nhưng có độ nhớt cao, hoàn toàn có thể dùng thiết bị có rotor để kiểm soát và điều chỉnh bề dày lớp màng. Thân thiết bị có áo hơi đóng vai trò là mặt phẳng truyền nhiệt. Rotor là một trục thẳng đứng, trên có gắn những thanh gạt. Dung dịch đầu được đưa vào ở phần trên thiết bị như trong cô đặc loại màng rồi được gạt thành lớp mỏng dính ( 0,75 đến 4 mm ) lên mặt phẳng truyền nhiệt nhờ những thanh gạt gắn trên rotor. Thiết bị cô đặc loại này hoàn toàn có thể hoạt động giải trí dưới chân không và nhiệt độ thấp, được dùng phổ cập trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm để cô những dung dịch có độ nhớt cao như dung dịch gelatin, dung dịch đường, dịch hoa quả và dịch chiết dược liệu, mẫu sản phẩm thu được hoàn toàn có thể chất từ dạng đậm đặc đến dạng bột khô .
6.5. Thiết bị cô ly tâm
Dung dịch được dẫn vào tâm của một rotor được làm nóng bằng hơi nước. Rotor quay với tốc độ 400 – 1600 vòng / phút. Dung dịch được văng lên phía trên nhờ lực ly tâm, tạo thành lớp mỏng mảnh bên trong thành rotor. Bề dày của lớp màng khoảng chừng 0,1 mm nên vận tốc bốc hơi rất nhanh. Thời gian tiếp xúc với nhiệt của dung dịch chỉ khoảng chừng dưới 1 giây. Thiết bị dùng thích hợp với dung dịch chứa thành phần nhạy cảm với nhiệt .
Máy cô quay được dùng thông dụng trong phòng thí nghiệm để cô đặc dung dịch. Chuyển động quay của bình cất giúp phân bổ dung dịch thành lớp mỏng mảnh lên mặt trong của bình, làm tăng đáng kể mặt phẳng truyền nhiệt cũng như mặt phẳng bốc hơi. Chuyển động quay còn có công dụng phá vỡ những bọt hơi tạo thành. Nhiệt độ bể nước, độ sâu của bình cất chìm trong bể nước, mức chân không và vận tốc quay là những thông số kỹ thuật hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh vận tốc bốc hơi .
7. Phân hơi thứ cấp
Trong quy trình bốc hơi dung dịch, hơi thứ ( hơi nước nếu dung môi là nước ) tạo thành khi tách khỏi mặt phẳng dung dịch, luôn kéo theo một lượng nhất định những hạt lỏng dung dịch. Độ sạch của hơi thứ phụ thuộc vào và lượng những hạt lỏng này .
Nếu thải hơi thứ vào thiên nhiên và môi trường thì môi trường tự nhiên sẽ bị ô nhiễm, còn nếu lại sử dụng hơi thứ đó để làm hơi đốt cho cấp cô đặc sau, thì dung dịch sẽ ngọt ngào và làm bẩn mặt phẳng ống, làm giảm năng lực truyền nhiệt. Hơn nữa, nếu kéo theo nhiều dung dịch theo hơi thứ sẽ gây tổn thất dung dịch. Do vậy, trách nhiệm của phân ly là tách những hạt lỏng dung dịch ra khỏi hơi thứ và cho những hạt lỏng này quay trở lại dung dịch. Bộ phận để làm sạch hơi thứ gọi là bộ phân ly .
Để phân ly hơi thứ, hoàn toàn có thể vận dụng những nguyên tắc sau :
– Sử dụng lực trọng trường : nhờ lực trọng trường, những hạt lỏng to nặng sẽ rơi xuống và tách khỏi dòng hơi .
– Sử dụng lực dính ướt của chất lỏng : khi những hạt lỏng chạm vào mặt phẳng vách rắn, lực dính ướt sẽ dính hạt lỏng trên mặt phẳng và chảy xuống dưới .
– Dùng lực ly tâm : khi cho dòng hơi thứ quay tròn, do công dụng của lực ly tâm, những hạt lỏng bị văng ra khỏi tâm, chạm vào tấm vách rồi chảy xuống dưới .
Để quy trình phân ly đạt hiệu suất cao cao, độ cao của khoảng trống phân ly ( khoảng trống chứa hơi thứ trên mặt phẳng dung dịch ) phải đủ lớn, nhất là với những dung dịch tạo bọt. Đôi với dung dịch dễ tạo bọt, hoàn toàn có thể phải dùng thêm chất chông tạo bọt và phải vô hiệu bọt khỏi dung dịch .
Câu hỏi lượng giá
1. Nguyên tắc cấp nhiệt khi cô đặc : ảnh hưởng tác động của # t đến đặc tính và cường độ sôi của chất lỏng ?
2. Các ưu điểm giải pháp cô đặc chân không ?
3. Các yêu cầu và cấu tạo chính của thiết bị cô đặc?
4. Nguyên tắc, ưu điểm yếu kém chung của chiêu thức cô đặc nhiều quy trình tiến độ ?
5. Cô đặc xuôi chiều, ngược chiều, song song : sơ đồ mạng lưới hệ thống, nguyên tắc quản lý và vận hành, ưu điểm yếu kém ?
6. Cấu tạo, nguyên tắc quản lý và vận hành, ưu điểm yếu kém những thiết bị cô đặc ?
Source: https://dichvusuachua24h.com
Category : Gia Dụng