Quá trình Cô đặc

TỔNG QUAN VỀ  QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

I – Những khái niệm cơ bản

Quá trình bay hơi thường dùng để :

        – làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dịch (làm đậm đặc);

– tách những chất hòa tan ở dạng rắn ( kết tinh ) ;
– tách dung môi ở dạng nguyên chất ( nước cất ) ;
– lấy nhiệt từ thiên nhiên và môi trường lạnh khi đổi khác trạng thái của tác nhân làm lạnh …
Từ thể lỏng chuyển thành hơi hoàn toàn có thể có hai trạng thái : bay hơi hoặc sôi. Khi bay hơi nhiệt độ của dung dịch thấp hơn nhiệt độ sôi, áp suất của dung môi trên mặt dung dịch lớn hơn áp suất riêng phần của nó ở khoảng trống trên mặt thoáng của dung dịch, nhưng nhỏ hơn áp suất chung. Trạng thái bay hơi hoàn toàn có thể xảy ra ở những nhiệt độ khác nhau và nhiệt độ càng tăng khi vận tốc bay hơi càng lớn, còn sự bốc hơi ở trạng thái sôi xảy ra ở cả trong dung dịch ( tạo thành bọt ) khi áp suất hơi của dung môi bằng áp suất chung trên mặt thoáng, trạng thái sôi chỉ có ở nhiệt độ xác lập ứng với áp suất chung và nồng độ của dung dịch đã cho .
Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm thường làm đậm đặc dung dịch nhờ đun sôi gọi là quy trình cô đặc, đặc thù của quy trình cô đặc là dung môi được tách khỏi dung dịch ở dạng hơi, còn dung chất hòa tan trong dung dịch không bay hơi, do đó nồng độ của dung dịch sẽ tăng dần lên, khác với quy trình chưng cất, trong quy trình chưng cất những cấu tử trong hỗn hợp cùng bay hơi chỉ khác nhau về nồng độ trong hỗn hợp .
Hơi của dung môi được tách ra trong quy trình cô đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ ở nhiệt độ cao hoàn toàn có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ đung nóng một thiết bị ngoài mạng lưới hệ thống cô đặc thì ta gọi hơi đó là hơi phụ. Truyền nhiệt trong quy trình cô dặc hoàn toàn có thể trực tiếp hoặc gián tiếp, khi truyền nhiệt trực tiếp thường dùng khói lò cho tiếp xúc với dung dịch, còn truyền nhiệt gián tiếp thường dùng hơi nước bão hòa để đốt nóng .

1.Bản chất vật lý của quá trình bốc hơi.

Qúa trình bốc hơi theo thuyết động học phân tử lý giải như sau : Các phân tử của chất lỏng nằm gần mặt thoáng có hoạt động vì nhiệt, ở thời gian nào đó vận tốc hoạt động của phân tử vượt quá vận tốc số lượng giới hạn 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 thía lỏng và trở lực của áp suất bên ngoài khi đó phân tử bay hơi cần phải thu nhiệt bên ngoài, lượng nhiệt lấy đi trong quy trình bay hơi ở nhiệt độ xác lập của một đơn vị chức năng 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 .

2.Một số tính chất của dung dịnh.

a ) Nhiệt hòa tan : khi hòa tan chất rắn vào một dung môi nào đó thì một mặt dung môi sẽ lạnh đi vì khi hòa tan chất rắn cần thu nhiệt để phá vỡ mạng lưới tinh thể ( nhiệt nóng chảy ), mặt khác chất hòa tan sẽ có công dụng hóa học với dung môi tạo thành solvat ( khi hòa tan trong nước gọi là hyđrát ) khi đó sẽ tỏa nhiệt .
b ) Nhiệt độ sôi của dung dịch : nhiệt độ sôi của dung dịch có đặc thù quan trọng khi đo lường và thống kê và phong cách thiết kế thiết bị cô đặc vì từ nhiệt độ sôi của dung dịch ta sẽ chọn 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 là một trong những yếu tố xác lập mặt phẳng truyền nhiệt của thiết bị .
c ) Sự biến hóa đặc thù của dung dịch khi cô đặc : Khi dung dịch bay hơi nồng độ chất hòa tan sẽ tăng, do đó đặc thù của dung dịch sẽ biến hóa, nó hoàn toàn có thể ảnh hưởng tác động đến quy trình giám sát, cấu trúc và quản lý và vận hành của thiết bị cô đặc. Tính chất của dung dịch đổi khác theo thời hạn cô đặc và nồng độ của dung dịch ở áp suất không đổi biểu lộ bằng đồ thị hình 9-4. Trên hình ( 9-4 a ) bộc lộ nồng độ đổi khác theo thời hạn từ xđ đến xc, lúc đầu tăng nhanh sau chậm dần .

Hình 9-4. Sự thay đổi tính chất của dung dịch theo thời gian:

I – miền chưa bão hòa ; II – miền bão hòa .

3. Các phương pháp cô đặc.

        Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị một nồi hoặc nhiều nồi làm việc gián đọan hoặc liên tục. Khi cô đặc gián đoạn: dung dịch cho vào thiết bị một lần  rồi cô đặc đến nồng yêu cầu, hoặc cho vào liên tục trong quá trình bốc hơi để giữ mức dung dịch không đổi đến khi nồng độ dung dịch trong thiết bị đã đạt yêu cầu sẽ láy ra một lần sau đó lại cho dung dịch mới để cô.

Khi cô đặc liên tục trong mạng lưới hệ thống một nồi hoặc nhiều nồi dung dịch và hơi đốt cho vào liên tục, loại sản phẩm cũng được lấy ra liên tục. Quá trình cô đặc hoàn toàn có thể triển khai ở những áp suất khác nhau tùy theo nhu yếu kỹ thuật, khi thao tác ở áp suất thường ( áp suất khí quyển ) thì hoàn toàn có thể dùng thiết bị hở ; còn thao tác ở những áp suất khác thì dùng thiết bị kín cô đặc trong chân không ( áp suất thấp ) vì có ưu điểm là : khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch cũng giảm, do đó hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch tăng, nghĩa là 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, điều đó rất có lợi khi ta dùng hơi thải của những quy trình sản xuất khác .
Cô đặc chân không cho phép ta cô đặc những dung dịch ở nhiệt độ sôi cao ( ở áp suất thường ) hoàn toàn có thể sinh ra những phản ứng phụ không thiết yếu ( oxy hóa, nhựa hóa, đường hóa … ). Mặt khác do nhiệt độ sôi của dung dịch thấp thì tổn thất nhiệt ra thiên nhiên và môi trường chung quanh sẽ nhỏ hơn khi cô đặc ở áp suất thường .

Thiết bị cô đặc chân không đa tác nhân JIMEI sản xuất

4 – Cô đặc nhiều nồi

Cô đặc nhiều nồi là quy trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó nó có ý nghĩa kinh tế tài chính caovề sử dụng nhiệt .
Ngưyên tắc cô đặc nhiều nồi hoàn toàn có thể tóm tắt như sau :
Nồi thứ nhất dung dịch được đun bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi này đưa vào đun nồi thứ hai, hơi thứ nồi thứ hai được đưa vào đun nồi thứ ba, … hơi thứ ở nồi sau cuối đi vào thiết bị ngưng tụ ( xem hình 9-8 ). Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi đều bốc hơi một phần, nồng độ 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 là chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong những 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 thao tác ở áp suất dư còn nồi cuối thao tác ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển ( chân không ) .
Cô đặc nhiều nồi có hiệu suất cao kinh tế tài chính cao về sử dụng hơi đốt so với một nồi, vì nếu ta giả thiết rằng cứ 1 kg hơi đưa vào đốt nóng thì được 1 kg hơi thứ, như vậy 1 kg hơi đốt đưa vào nồi đầu sẽ làm bốc hơi số kg hơi thứ tương tự với số nồi trong mạng lưới hệ thống cô đặc nhiều nồi, hay nói cách khác là lượng hơi đốt dùng để làm bốc 1 kg hơi thứ tỷ suất nghịch với số nồi. Ví dụ khi cô đặc hai nồi : 1 kg hơi đốt vào nồi đầu làm bốc hơi 1 kg hơi thứ trong nồi đầu, 1 kg hơi thứ này đưa vào đốt nóng nồi sau cũng bốc hơi 1 kg hơi thứ nữa, như vậy so với hai nồi ta được 2 kg hơi thứ và lượng hơi đốt tính theo 1 kg hơi thứ la kg .
Sơ đồ mạng lưới hệ thống cô đặc nhiều nồi .
Hệ thống cô đặc nhiều nồi thao tác xuôi chiều, ngược chiều và song song ..

 Trên hình 9-8 là sơ đồ cô đặc nhiều nồi xuôi chiều

        Dung dịch đi vào nồi 1 tiếp tục chuyển sang nồi 2 nồi 3 nhờ chênh lệch áp suất trong các nồi. Còn hơi đốt đi vào phòng đốt của nồi 1 để đốt nóng dung dịch ở nồi 1, hơi thứ của nồi 1 đi vào phòng đốt của nồi 2, hơi thứ nồi 2 đi vào phòng đốt  nồi 3 và hơi thứ nồi 3 đi vào thiết bị ngưng tụ 4.

Hệ thống cô đặc xuôi chiều thường được dùng thông dụng hơn cả, loại này có ưu điểm là dung dịch tự chuyển dời từ nồi trước sang nồi sau nhờ chênh lệch áp suất giữa những nồi, nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nồi sau do đó dung dịch đi vào mỗi nồi ( trừ nồi đầu ) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, hiệu quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi, lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi. Nhưng khi dung dịch đi vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi do đó cần phải tốn thêm một lượng hơi đốt để đun nóng dung dịch, vì thế khi cô đặc xuôi chiều dung dịch trước khi vào nồi đầu thường được đun nóng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước ngưng tụ .
Khuyết điểm của 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, hiệu quả thông số truyền nhiệt sẽ giảm đi từ nồi đầu đến nồi cuối .
..

Source: https://mindovermetal.org
Category: Ứng dụng hay