1 Chương 3 Cô đặc QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 2 3.4. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC Các loạithiếtbị cô đặc đun nóng bằng hơi được dùng phổ biến, gồm hai phần chính: a) bộ phận đun sôi dung dịch (phòng đốt) trong đóbố trí bề mặttruyền nhiệt để đun sôi dung dịch ; b) bộ phậnbốchơi (phòng bốchơi ) là một phòng trống, ởđây hơithứ đượctáchkhỏihỗnhợplỏng - hơicủa dung dịch sôi (khác vớithiếtbị chỉ có phòng đốt). Có thể cấutạo thêm bộ phậnphânlyhơi-lỏng ở trong phòng bốc hơihoặc ở trên ống dẫnhơithứ, để thu hồicáchạt dung dịch bị hơithứ mang theo vớiyêucầu Đơngiản, gọn, chắc, dễ chế tạo, sửachữa, lắp ráp, các chi tiếtphải quy chuẩn hoá, giá thành rẻ; Yêu cầukỹ thuậtcủathiếtbị: ch ếđộlàm việc ổn định, ít bám cặn, dễ làm sạch, dễđiềuchỉnh và kiểm tra. Cường độ truyền nhiệtlớn( hệ số truyền nhiệtK lớn). Phân loạithiếtbị: -theo sự bố trí bề mặttruyền nhiệt: nằm ngang, thẳng đứng,loại nghiêng; -theo cấutạobề mặttruyềnnhiệt: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm; -theo chấttảinhiệ t: đun nóng bằng dòng điện, bằng khói lò, bằng hơi nước, bằng chấttải nhiệt đặcbiệt; -theo tính chấttuần hoàn của dung dịch: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức . 2 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 3 Thiếtbị cô đặccóống tuần hòan ở tâm Cấutạo: -Phầndướicủathiếtbị là phòng đốt, có các ống truyền nhiệtvàống tuầnhoàntương đốilớn - Dung dịch ở trong ống còn hơi đốt đivàokhoảng trống phía ngoài ống. 3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC Nguyên tắclàmviệc: Dung dịch trong ống truyềnnhiệtsôitạo thành hỗn hợphơi-lỏng có khốilượng riêng giảm đivàbị đẩytừ dưới lên trên miệng ống Trong ống tuần hoàn, thể tích dung dịch theo một đơnvị bề mặttruyềnnhiệtlớnhơnso với ống truyền nhiệtdo đólượng hơitạoratrongống ít hơn,vì vậykhốilượng riêng củah ỗnhợphơi-lỏng ởđây lớnhơn trong ống truyền nhiệt, sẽ bịđẩy xuống dưới QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 4 ưu điểm cấutạo đơngiản, dễ sửachữa và làm sạch, nhược điểm tốc độ tuần hoàn bị giảmvì ống tuần hoàn cũng bịđun nóng. Thiếtbị cô đặccóống tuần hòan ở tâm 3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC Kếtquả là trong thiếtbị có chuyển động tuần hoàn tự nhiên từ dưới lên trong ống truyềnnhiệtvàtừ trên xuống trong ống tuầnhoàn Tốc độ tuần hoàn càng lớnthìhệ số cấp nhiệt phía dung dịch càng tăng và quá trình đóng cặntrênbề mặttruyềnnhiệtcũng giảm. -Tốc độ tuần hoàn thường không quá 1,5 m/s. Khi năng suấtthiếtbị lớncóthể thay ống tuần hoàn b ằng vài ống có đường kính nhỏ hơn Phía trên phòng đốt là phòng bốchơi trong đócóbộ phậntáchbọt dùng để tách các giọtlỏng do hơithứ mang theo. 3 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 5 Thiếtbị cô đặc phòng đốttreo Cấutạo: - Phòng đốt đặt ở giữathiếtbị, khoảng trống vành khăn ở giữa phòng đốtvàvỏđóng vai trò ống tuần hoàn, hơi đốt đi vào phòng theo ống - Phòng đốtcóthể đượclấy ra ngoài khi cầnsửa chữahoặclàmsạch -Tốc độ tuần hoàn tốthơnvìvỏ ngoài không bịđốt nóng Nhược điểm: -Cấutạoph ứctạp -Kíchthướclớn do có khoảng trống hình vành khăn. 3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 6 Thiếtbị cô đặc phòng đốt ngoài kiểu đứng 3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC Cấutạo - Nguyên tắclàmviệc: - Dung dịch đi vào phòng đốt được đun sôi tạo thành hỗnhợplỏng đi qua ống vào phòng bốchơi -Hơithứ đượctáchrađi lên phía trên, dung dịch còn lại đivề phòng đốt theo ống tuầnhoàn -Cácống truyền nhiệtcóthể làm dài (đến 7m) nên cường độ tuần hoàn lớn, do đócường độ bốchơilớn - Đôi khi ghép một vài phòng đốtvàomộtbuồ ng bốc hơi để làm việcthaythế khi cầnlàmsạch và sửa chữa để đảmbảo quá trình làm việc liên tục 4 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 7 Cấutạo - Nguyên tắclàmviệc: - Phòng đốtlàthiếtbị truyềnnhiệt ống chữ U - Dung dịch ở nhánh dướicủa ống truyền nhiệtchuyển động từ trái qua phải,còn ở nhánh trên từ phải qua trái - Phòng đốt được đặttrênmộtchiếc xe nhỏ và dễ dàng tách khỏi phòng bốchơi để làm sạch và sửachữa Ưu điểm -Cường độ tuần hoàn củ a dung dịch lớnhơnloại ống tuần hoàn ở giữa và phòng đốttreo -Dễ dàng tháo phòng đốt để sửa chữavàlàmsạch. Thiếtbị cô đặc phòng đốt ngoài nằm ngang 3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 8 Thiếtbị cô đặctuần hoàn cưỡng bức 3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC Cấutạo - Nguyên tắclàmviệc: - Dung dịch dưa vào phòng đốtbằng bơmtuần hoàn - Dung dịch đặc điraở phầndướicủa phòng bốc hơi, còn phần chính chảyvềống do bơmtuần hoàn hút và trộnlẫnvới dung dịch đầu đi vào phòng đốt -Tốc độ của dung dịch ttrong ống truyềnnhiệtbằng 1,5 đến 3,5 m/s, do đóhệ số cấp nhiệtlớnhơ n trong tuần hoàn tự nhiên tới3 đến4 lần -Cóthể làm việc được ởđiềukiệnhiệusố nhiệt độ có ích nhỏ (3 - 50C) vì cường độ tuần hoàn không phụ thuộcvàohiệusố nhiệt độ mà phụ thuộcvào năng suấtcủabơm. 5 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 9 Ưu điểm - Tránh đượchiệntượng bám cặntrênbề mặt truyền nhiệt -Có thể cô đặcnhững dung dịch có độ nhớtlớn mà tuần hoàn tự nhiên khó thựchiện. Nhược điểm -Tốnnăng lượng để bơm -Thường ứng dụng khi cường độ bay hơilớn. -Tuần hoàn cưỡng bứccóthể thựchiện ở những thiếtbị khác nhau(phòng đốt ngoài, phòng đốt treo). Thiếtbị cô đặctuần hoàn cưỡng bức 3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 10 Cấutạo - Nguyên tắclàmviệc: -Dung dịch chuyển động dọc theo bề mặttruyềnnhiệt ở dạng màng mỏng từ dưới lên trên - Phòng đốtlàmộtthiếtbị truyền nhiệt ống chùm dài 6 ÷ 9 m, hơi đốt đivào phía ngoài ống, dung dịch vào ởđáy thiếtbị - Khi sôi, hơithứ chiếmhầuhếttiếtdiện của ống đitừ dướilênvớitốcdộ rấtlớn (~20 m/s) kéo theo màng chấtlỏng ở bề mặt ống cùng đilên, khimàngchấtlỏng đitừ dướilêntiếptụcbay hơi -Nồng độ dung dịch tăng lên dần đến miệng ống là đạtnồng độ cầnthiết Thiếtbị cô đặcloạimàng 3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 6 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 11 Ưu điểm -Thiếtbị cô đặcloạimàngcóhệ số truyền nhiệtlớn khi có mứcchấtlỏng thích hợp. Nếumứcchấtlỏng cao quá, hệ số truyềnnhiệtsẽ giảmvìtốc độ chấtlỏng giảm, ngượclạinếumức chấtlỏng quá thấpbề mặttruyền nhiệt của ống ở phía trên sẽ bị khô (vì dung dị ch bốchơihết), mứcchấtlỏng thích hợpxácđịnh bằng thực nghiệm. -Ápsuấtthuỷ tĩnh nhỏ, do đótổnthất thuỷ tĩnh ít Nhược điểm - Khó làm sạch vì ống dài -Khóđiềuchỉnh khi áp suấthơi đốtvà mực dung dịch thay đổi - Không thích hợp đốivới dung dịch nhớt và dung dịch kếttinh Thiếtbị cô đặcloạ imàng 3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 12 Thiếtbị cô đặc có vành dẫnchấtlỏng 3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC Cấutạo - Nguyên tắclàmviệc: - Phòng đốt - Phía trên phòng đốt là phòng sôi cao gần3 mét -Phầntrênphòngsôiđặtnhững tấm ngănhìnhtrònđồng tâm tạo thành những khehìnhvànhkhăn, từ phòng sôi hỗn hợphơi-lỏng đi lên phòng bốchơi -Hơithứđi lên phía trên ra ngoài - Dung dịch còn lại đixuống phòng đốt qua ống tuần hoàn; phầnkếttinhlắng xuống đáy - Phòng đốtchỉ có nhiệmvụđun nóng dung dịch, ởđ ây dung dịch chưa sôi vì áp suấtthuỷ tĩnh lớn -Khiđivàocáctấmngăn, áp suấtthuỷ tĩnh giảm đi, dung dịch sẽ sôi. Tác dụng củacáctấmngăn này làm cho quá trình sôi ổn định, không cảntrở sự tuần hoàn ở khu vựcsôi. 7 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 13 Ưu điểm -Loạithiếtbị này có tốc độ tuần hoàn lớn(đến3 m/s) - Vì dung dịch không sôi trong ống truyền nhiệtnênítbị bám cặn, thích hợpvới các dung dịch đậm đặc, kết tinh và dung dịch có độ nhớtlớn Thiếtbị cô đặc có vành dẫnchấtlỏng 3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 14 Thiếtbị cô đặcloạirôto 3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC Cấutạo - Nguyên tắclàmviệc: - Dung dịch đầu đưavàoở phầntrênthiếtbị,do cánh quay, dướitácdụng củalựclytâmlàm văng chấtlỏng ra thành thiếtbị và chuyển động thành màng mỏng vớichếđộchuyển động xoáy - Màng mỏng tiếpxúcvớithiếtbị được đun nóng bởi bao hơi -Hơithứ bay ra được đưalênphíatrênrồira ngoài -Sảnphẩm được tháo ra từđáy thiếtbị Ư u điểm -Cường độ truyền nhiệtlớn - Dung dịch bị hơithứ kéo theo nhỏ - Dùng để cô đặcloại dung dịch dạng keo, đặc sệt. Nhược điểm -Chế tạovà gia công phứctạp - Giá thành cao do cầnbộ phậnchuyển động quay 8 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 15 ứng dụng bơm nhiệt trong quá trình cô đặc 3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC - Khi không sử dụng đượcphương thức cô đặc nhiềunồi(côđặcnhững chấtdễ phân huỷởnhiệt độ cao) - > sử dụng hơi thứ bằng cách nén hơithứđếnápsuất hơi đốt để đun nóng dung dịch là kinh tế nhất - Để nén hơithứ ngườitadùngmáynén (máy nén pittông, tuyếcbin hoặctuye (bơm nhiệt) -Bơm nhiệtkiểutuyecấutạo đơngiản, rẻ và nó đượcdùngphổ biến Nguyên tắclàmviệc: -HơicóápsuấtcaoPo (hơilàmviệc) đivào tuye và giãn - Đồng thờihơithứ có áp suấtP’bị hút vào tuye -Từ tuye hỗnhợphơi điravớiápsuấtP1 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 16 Phương trình cân bằng nhiệt giống như khi cô đặcmộtnồi Nếucoimột đơnvị hơilàmviệchútđượcm kg hơithứ thì lượng hơi đivàođun nóng thiếtbị sẽ là D(1 + m ) kg, lượng hơithứ còn lại không đượcsử dụng là: (W-mD) kg . ứng dụng bơm nhiệt trong quá trình cô đặc 3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC () ( ) ttccccđđđ QQmDCWitCGtCGimD + + + + + =++ 1'1 θ Thay cđđđccc WCttCGtCG −= Được ( ) ()( ) ( ) ()( )()( ) θθθ θ Cim Q Cim QttCG Cim CiW D mcđcđđ −+ + −+ + − + −+ − = 111 ' so sánh vớitrường hợpcôđặcmộtnồi: lượng hơi đốtgiảm đi(1+m) lần () ( ) θθθ C i Q C i QttCG C i CtiW D ccđcđđc − + − + − + − − = ' 9 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 17 ứng dụng bơm nhiệt trong quá trình cô đặc 3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC Hệ số hút 321 1 ' ϕϕϕϕϕ =− Δ Δ = i i m ϕ1 = 0,92 ÷0,98 hệ số vậntốccủahơivàotuye (vậntốcthựctế củahơi nhỏ hơnlýthuyết ϕ2 = 0,85 ÷0,90 hệ số tính tổnthấtvađậpvàma sátcủahơi ở trong phòng trộncủatuye. ϕ1 = 0,92 ÷0,98 là hệ số vậntốccủahơikhirakhỏituye. Δi hiệusố hàm nhiệt khi giãn đoạn nhiệtcủahơilàmviệ c(hơi thổi) từ áp suấtPo dếnP’; (Δi = io - i’ ) Δi’ hiệusố hàm nhiệt khi nén đoạn nhiệthơithứ từ áp suấtcủa hơithứđếnápsuất p1 (Δi’ = i1 -I’). + Δi’ càng tăng thì m giảm + Δi’ phụ thuộcvàotổnthất nhiệt độ ∑Δ + Tổnthất càng tăng thì Δi’ càng tăng + Thường ứng dụng bơmnhiệtkhitổnthất nhiệt độ không quá 10 ÷12ºC . kếttinh Thiếtbị cô đặcloạ imàng 3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 12 Thiếtbị cô đặc có vành dẫnchấtlỏng 3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC Cấutạo. dụng bơm nhiệt trong quá trình cô đặc 3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC - Khi không sử dụng đượcphương thức cô đặc nhiềunồi (cô ặcnhững chấtdễ phân huỷởnhiệt