Đang tải... (xem toàn văn)
Cô đặc là phương pháp thường được dùng để làm tăng nồng độ một cấu tử nào đó trong DD hai hay nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của DD lỏng rắn hay DD lỏng lỏng mà có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao thì thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi. Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó) ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đun nóng) hay bằng phương pháp làm lạnh kết tinh. PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC Có nhiều cách phân loại khác nhau nhưng tổng quát lại cách phân loại theo đặc điểm cấu tạo sau đây là dễ dàng và tiêu biểu nhất: Các TBCĐ được chia làm 6 loại thuộc ba nhóm chủ yếu như sau: Nhóm 1: DD được đối lưu tự nhiên (hay tuần hoàn tự nhiên) Loại I: có buồng đốt trong (đồng trục với buồng bốc); có thể có ống tuần hoàn trong hay ống tuần hoàn ngoài. Loại II: có buồng đốt ngoài (không đồng trục với buồng bốc) Nhóm 2: DD đối lưu cưỡng bức (tức tuần hoàn cưỡng bức) Loại III: có buồng đốt trong, có ống tuần hoàn ngoài; Loại IV: có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài; Nhóm 3: DD chảy thành màng mỏng Loại V: màng DD chảy ngược lên; có thể có buồng đốt trong hay ngoài; Loại VI: màng DD chảy xuôi; có thể có buồng đốt trong hay ngoài.
THIẾT BỊ CƠ ĐẶC MỞ ĐẦU Cơ đặc phương pháp thường dùng để làm tăng nồng độ cấu tử DD hai hay nhiều cấu tử Q trình đặc DD lỏng - rắn hay DD lỏng - lỏng mà có chênh lệch nhiệt độ sơi cao thường tiến hành cách tách phần dung mơi Tùy theo tính chất cấu tử khó bay (hay khơng bay q trình đó) ta tách phần dung môi (cấu tử dễ bay hơn) phương pháp nhiệt độ (đun nóng) hay phương pháp làm lạnh kết tinh Trong phương pháp nhiệt, tác dụng nhiệt (do đun nóng), dung mơi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái áp suất riêng phần áp suất bên ngồi tác dụng lên mặt thống DD (tức DD sơi) Để cô đặc DD không chịu nhiệt độ cao (như DD đường) đòi hỏi phải đặc nhiệt độ đủ thấp ứng với áp suất cân mặt thống thấp, hay thường chân khơng (p < ata) Đó phương pháp đặc chân không Trong phương pháp lạnh, hạ thấp nhiệt độ đến mức độ u cầu cấu tử tách dạng tinh thể đơn chất tinh khiết - thường kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan (trước xảy kết tinh ơtecti) Tùy theo tính chất cấu tử - kết tinh dung mơi, điều kiện áp suất bên ngồi tác dụng lên DD mà q trình kết tinh xảy nhiệt độ cao hay thấp có phải dùng đến máy lạnh (như kết tinh nước để cô đặc nước ép giàu sinh tố ) MỞ ĐẦU • Cơ đặc phương pháp nhiệt q trình ngược q trình hòa tan: q trình hòa tan thu nhiệt q trình đặc tỏa nhiệt (phải tải nhiệt chất tải nhiệt thích hợp), ngược lại q trình hòa tan tỏa nhiệt q trình đặc q trình thu nhiệt (tức phải cấp thêm nhiệt) Nhiệt DD tỏa (hay thu vào) q trình đặc gọi nhiệt đặc • Tùy theo loại DD, nhiệt đặc âm (tỏa nhiệt DD ), dương (thu nhiệt DD NaOH, KOH, ) hay không (như DD đường) • Thường chất dễ tạo solvat hòa tan tỏa nhiệt, đặc thu nhiệt (như NaOH, KOH, ) chất khơng tạo solvat NH4NO3, NaNO3 hòa tan thu nhiệt, đặc tỏa nhiệt • Nhiệt đặc tính theo đơn vị khối lượng chất tan xem chất tan khơng tổn thất q trình đặc MỞ ĐẦU Hình 5.1: Nhiệt hòa tan tích phân (tồn phần) số chất MỞ ĐẦU • Sự có mặt cấu tử tan (chất rắn hay chất lỏng khó bay hơi) DD làm giảm áp suất cân mặt thoáng DD so với dung mơi tinh khiết Theo định luật Raoult độ giảm áp suất dung mơi mặt thống DD tỉ lệ thuận với nồng độ chất tan DD: p''dm p''dd N ct p''dm N dm P”dm p”dd : áp suất bão hòa dung môi tinh khiết DD tương ứng Nct, Ndm- số mol chất tan số mol dung môi kg DD VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘ SÔI CỦA CHẤT LỎNG Đối với chất lỏng đơn chất hay hợp chất tinh khiết dung mơi thường áp dụng phương pháp tính trực tiếp: phương pháp dựa cơng thức tính nhiệt độ sơi hay áp suất bão hòa đơn chất (như công thức Clapeyron, công thức Antoine, công thức Frost - Kalkwarf) VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘ SƠI CỦA CHẤT LỎNG Cơng thức Clapeyron L np''dm A ( p''dm - mmH g) B tsdm 273 (5.4) vớ i A, B làcá c hằ ng sốđặ c trưng củ a từ ng hó a chấ t (tra sổtay hó a lý ) B H / R Z ; H - cal/mol - nhieä t hó a Z Pr/ T r ; Pr p''/ pcr ; T r (t 273)/(tcr 273) pcr , tcr - aù p suấ t vànhiệ t độtớ i hạn + Công thức Antoine C (với p''m < 1500 mmHg) VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘ SƠI CỦA CHẤT LỎNG Cơng thức Antoine C (với p”m< 1500 mmHg) L np''dm A B C (tdm 273) ; p''dm mmHg) Các số A, B, C tra theo sổ tay hóa lý : theo Robert C.Reid Với khoảng áp suất thấp 10 < p’’ < 1500 (mmHg) nên dùng công thức Frost A A Kalkwarf D R : ln p''dm p''dm B A CL nT D T T Các số A, B, C, D tính theo cơng thức Harlacher E A Braun W G VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘ SƠI CỦA CHẤT LỎNG Phương pháp nội suy: sở phương pháp dựa vào kết có áp suất - nhiệt độ định (từ số liệu tra cứu hay thực nghiệm) Phương pháp áp dụng cho dung môi tinh khiết hay DD (hệ lỏng - lỏng, lỏng - rắn) oCông thức Bratii Em A oPhương pháp Duhring oPhương pháp Babơ VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘ SƠI CỦA CHẤT LỎNG Phương pháp nội suy: 5.2 HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI 1- Tổn thất nhiệt độ r=i”D-C.θ - có lạnh nước ngưng Δth.i – Chênh lệch nhiệt độ hữu ích th.i T tsdd T � ΔT = T-tc ΔΣ= Σ Δi= Δi’+ Δi”+ Δi’” Tc – nhiệt độ ngưng tụ cỉa thứ thiết bị ngưng tụ Δi’” = – 1,5 oC: tổn thất nhiệt độ đường ống dẫn thứ Δi’=tsdd(po)-tsdm(po) – tổn thất nhiệt độ nồng độ Δi’” = tsdm(po+ ΔP) – tsdd(po) – tổn thất nhiệt độ cột thủy tĩnh dung dịch sôi Δp – áp suất thủy tĩnh gây dung dịch độ sâu trung bình cột chất lỏng 5.2 HỆ THỐNG CƠ ĐẶC MỘT NỒI 1- Tổn thất nhiệt độ 5.2 HỆ THỐNG CƠ ĐẶC MỘT NỒI 2- Tính cân vật chất lượng 5.2 HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI 2- Tính cân vật chất lượng 5.2 HỆ THỐNG CƠ ĐẶC MỘT NỒI 2- Tính cân vật chất lượng 5.2 HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI 2- Tính cân vật chất lượng 5.2 HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI 2- Tính cân vật chất lượng 5.2 HỆ THỐNG CƠ ĐẶC MỘT NỒI 2- Tính cân vật chất lượng 5.3 HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NHIỀU NỒI Hệ nhiều nồi xi chiều thích hợp để đặc DD mà chất tan dễ biến tính nhiệt độ cao hệ xi chiều nồi đầu có p t cao nồi sau nên sản phẩm hình thành nồi có nhiệt độ thấp 5.3 HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NHIỀU NỒI Hệ nhiều nồi ngược chiều thích hợp đặc DD vơ khơng biến tính nhiệt độ khoảng nhiệt độ làm việc Dùng bơm để vận chuyển từ nồi sau đến nồi trước 5.3 HỆ THỐNG CƠ ĐẶC NHIỀU NỒI 1- Tính cân vật chất lượng 5.3 HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NHIỀU NỒI 1- Tính cân vật chất lượng + Sự phâ n phố i Wi : đểđả m bả o việ c dù ng n bộhơi thứcủ a nồ i trướ c đố t cho nồ i sau, thườ ng ngườ i ta phả i dù ng cá ch lựa chọn p suấ t vàlưu lượng thứở từ ng nồ i thích hợp cho: D (5.28) mi i 1,2 1,25 Wi Tứ c đả m bả o: W W1 W n m 1,2 1,25 W2 W3 Wn (5.29) Thườ ng thườ ng đố i vớ i hệcôđặ c nhiề u nồ i ngườ i ta thườ ng chọn chếđộhoạt độ ng vàcấ u tạo theo điề u kiệ n tố i ưu sau đâ y: th.i = const (chênh lệch nhiệt độ hữu ích nồi nhau) th.i = const (chê nh lệ ch nhiệ t độhữ u ích ởcá c nồ i bằ ng nhau) F i const (diệ n tích BM TN cá c nồ i bằ ng nhau) F i (tổ ng diệ n tích truyề n nhiệ t làtố i thiể u) Ví dụ: 5.3 HỆ THỐNG CƠ ĐẶC NHIỀU NỒI 1- Tính cân vật chất lượng Ví dụ: Hệhai nồ i: W1 1,25W2 W W1 W2 2,25W2 Nồ i cuố i: W2 W / 2,25 Hệba nồ i: W2 1,25W3 W1 1,25W2 1,252W3 W Wi 3,8125W3 Noà i cuố i: W3 W / 3,8125 Hệbố n nồ i: W3 1,25W4 W2 1,25W3 1,252W4 W1 1,25W2 1,253W4 W (1 1,25 1,252 1,253 )W4 5,7656W4 Vaä y: Nồ i cuố i : W4 W 5,7656 5.3 HỆ THỐNG CƠ ĐẶC NHIỀU NỒI 1- Tính cân vật chất lượng Sau xác định áp suất làm việc pi nồi áp suất đốt nồi đầu pD ta tiến hành tính chênh lệch nhiệt độ hữu ích nồi Δt i Nếu Δti nồi chênh lệch khơng nhiều (< 5%) chấp nhận, khơng phải chỉnh lại áp suất nồi (xem hình 5.12a: Sơ đồ bước tính hệ đặc nhiều nồi) Cường độ bốc riêng WFi, kg thứ/m2.h Cường độ bốc riêng WFi lượng thứ sinh tính cho m2 bề mặt truyền nhiệt trong TBCĐ WFi phụ thuộc vào nhiều yếu tố hoạt động thiết bị tính chất DD (áp suất làm việc p i, độ sâu mức chất lỏng h, nhiệt độ sôi tsdm,tsdd, cường độ cấp nhiệt riêng qF , tính chất nhiệt lý DD dung môi, nồng độ DD ) Ta xem xét khả tính tốn gần cường độ bốc riêng loại buồng đốt ống đứng, tuần hoàn trong, đối lưu tự nhiên: 5.3 HỆ THỐNG CƠ ĐẶC NHIỀU NỒI 1- Tính cân vật chất lượng ... dung loại thiết bị màng chảy xuôi 5.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 5.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 5.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 5.1 PHÂN... đường kính từ 0,3 mm trở lên 5.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC e) Buồng bốc (buồng bốc) 5.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO THIẾT BỊ CƠ ĐẶC Dã y đườ ng kính chuẩ n buồ ng bố c ( Db... DD đặc sệt, có độ nhớt cao, giảm bám cặn hay kết tinh phần bề mặt truyền nhiệt Có loại dùng cánh khuấy đặt trung tâm buồng đốt để tuần hoàn DD 5.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC