Bài giảng quá trình và thiết bị chuyển khối hệ thống cô đặc

HỆ THỐNG CÔ ĐẶC 2.1 Khái niệm chung 2.2 Các phương pháp đặc – Q trình thiết bị 2.3 Cân nhiệt, cân vật chất cho hệ thống đặc nồi nhiều nồi 2.4 Tính số nồi thích hợp hệ thống đặc nhiều nồi Khái niệm chung • Cơ đặc q trình tách dung môi, làm tăng nồng độ chất tan dung dịch • Q trình đặc làm giảm thể tích sản phẩm, tăng giá trị dinh dưỡng, tăng thời gian bảo quản, giảm chi phí bao bì vận chuyển • Bản chất vật lý q trình bay P1 = P0 + P’ (P’ áp suất thắng sức căng bề mặt) Bay bề mặt Bay lịng chất lỏng (Sơi) P1 P0 • Nhiệt độ sôi dung dịch phụ thuộc vào nồng độ chất hịa tan tính chất dung dịch (Pa-P)/Pa=n/N p Pa= f(t) P= g(t) Pa: Áp suất bão hịa dung mơi P : Áp suất bão hịa dung mơi Pa bề mặt dung dịch N: nồng độ mol dung môi P n: nồng độ mol chất hòa tan ta t t Sự thay đổi tính chất vật lý dung dịch cô đặc x: Nồng độ dung dịch C: Nhiệt dung riêng : Khối lượng riêng : Độ nhớt : Hệ số dẫn nhiệt : Hệ số tỏa nhiệt   C  x   Thiết bị cô đặc có ống tuần hồn trung tâm Thiết bị đặc có ống tuần hồn trung tâm • • • • • Ưu điểm Có cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa làm Có khả đảo trộn dung dịch Nhược điểm Tốc độ tuần hồn giảm dịng đối luu ngược ống tuần hồn • - Dễ bị bám cặn bề mặt truyền nhiệt Thiết bị cô đặc phịng đốt treo Thiết bị đặc phịng đốt treo • Ưu điểm Có khả đảo trộn dung dịch, tốc độ tuần hồn tốt • Nhược điểm Kích thước thiết bị lớn, cấu tạo phức tạp Vệ sinh khó Thiết bị đặc có phịng đốt ngồi kiểu đứng Hệ thống thiết bị cô chân không làm việc theo mẻ • Ưu điểm - Cho phép tạo chênh lệch lớn nồng độ trước sau cô đặc - Làm việc nhiệt độ tương đối thấp • Nhược điểm - Năng suất thấp - Lãng phí nhiệt thứ Hệ thống ba thiết bị cô đặc dịng chiều • Sơ đồ ngun lý hoạt động Hệ thống ba thiết bị bốc dòng chiều • Ưu điểm • Tiết kiệm lượng: nồi (0.57kg/kg), nồi (0,4kg/kg), nồi (0,3kg/kg), nồi (0,27kg/kg) • Dịch đặc tự chảy từ nồi truước sang nồi sau nhờ chênh lệch áp suất mà không cần bơm • Nhược điểm • Độ nhớt dịch cô nồi sau tăng mạnh nồng độ tăng mà nhiệt độ giảm • Cường độ truyền nhiệt giảm dần qua nồi Hệ thống ba thiết bị đặc dịng ngƣuợc chiều Sơ đồ ngun lý hoạt động Hệ thống ba thiết bị cô đặc dịng ngƣuợc chiều • Ưu điểm • Tiết kiệm lượng • Cường độ truyền nhiệt nồi gần nhưư mức cao • Nhược điểm • - Tốn lượng bơm vận chuyển dịch • Lượng nước bay nồi cuối lớn nên tốn chi phí đầu tư cho thiết bị ngưng tụ Cân vật chất nhiệt cho hệ thống cô đặc mt ni ã Phơng trình cân vật chất: Gd  Gc  W G d xd  G c xc Hệ thống thiết bi chân khơng • Phương trình cân • nhiệt: D I  G d C d td  G cC ctc  W i  D C   Q c  Q t D G cC ctc  G d C d td  W i  Q t I  C • Nhiệt cô đặc Qc thường bỏ qua Cân vật chất nhiệt hệ thống cô đặc liên tục nhiều nồi Hệ thống cô đặc liên tục nhiều nồi • 3.5.1 Cân vật chất • Nồi • • Nồi G d  G1  W1 G d xd  G1x G1  G  W G d xd  G1x  G x • Nồi n G n 1  G n  W n G d xd  G nx n Hệ thống cô đặc liên tục nhiều nồi Nồng độ chất tan nồi Nồi G d xd G d xd x1   G1 G d  W1 Nåi G d xd x2  G d  W1  W Nåi i Nåi n xi  xn  Gd Gd G d xd  W1  W   W i G d xd  W1  W   W n Khối lượng nước bốc thiết bị ; Giả thiết 1kg đốt lµm bay 1kg 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 n W   W i  nD1   n  1E   n  E   E n 1 i 1 Hệ thống cô đặc liên tục nhiều nồi Nhiệt lượng mang vào = Nhiệt lượng mang Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5 + Q6 Nhiêt vào - Hơi đốt vào: Q1 = Di - Dung dịch vào: Q2 = GdCdtd Nhiêt - Hơi dư ra: Q3 = E1i1+ E2i2+…+En-1in-1+Wnin - Nước ngưng ra: Q4 = D1C1+D2C2+…+DnCn - Dung dịch cuối ra: Q5 = GcCctc - Tổn thất môi trường: Q6 Hệ thống đặc liên tục nhiều nồi • Chọn số nồi thích hợp sở chi phí chung (MN) cực tiểu - Lượng đốt: CD nồi: 1,1kg/kg nồi: 0,57 kg/kg nồi: 0,27kg/kg - Diện tích TĐN: AB Diện tích TĐN HT nồi Bằng diện tích TĐN nồi HT nhiều nồi Số nồi thích hợp: 2-4 Tính thiết kế hệ thống thiết bị chân khơng • Cơ đặc theo mẻ • Thời gian mẻ: • Thời gian đun sơi: • 1   1   Gd Cd thd  td Q1   ln K F  t1 K1F thd  tS1 • Thời gian bốc hơi: 2  F Q  dQ K (t hd  t ) Tính thiết kế hệ thống thiết bị cô chân không • Tính tích phân phưương pháp đồ thị K (t hd  t ) Q