Chương 3 thiết bị cô đặc

CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶCCác loại thiết bị cô đặc đun nóng bằng hơi được dùng phổ biến, gồm hai phần chính: a bộ phận đun sôi dung dịch phòng đốt trong đó bố trí bề mặt truyền nhiệt để đun

Chương 3

Cô đặc

3.4 CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

Các loại thiết bị cô đặc đun nóng bằng hơi được dùng phổ biến, gồm hai phần chính:

a) bộ phận đun sôi dung dịch (phòng đốt) trong đó bố trí bề mặt truyền

nhiệt để đun sôi dung dịch ;

b) 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 (khác với thiết bị chỉ có phòng đốt) Có thể cấu tạo thêm bộ phận phân ly hơi - lỏng ở trong phòng bốc hơi hoặc ở trên ống dẫn hơi thứ, để thu hồi các hạt dung dịch bị hơi thứ mang theo với yêu cầu Đơn giản, gọn, chắc, dễ chế tạo, sửa chữa, lắp ráp, các chi tiết phải quy chuẩn hoá, giá thành rẻ;

Yêu cầu kỹ thuật của thiết bị:

chế độ làm việc ổn định, ít bám cặn, dễ làm sạch, dễ điều chỉnh và kiểm

tra

Cường độ truyền nhiệt lớn( hệ số truyền nhiệt K lớn)

Phân loại thiết bị:

-theo sự bố trí bề mặt truyền nhiệt: nằm ngang, thẳng đứng,loại nghiêng;

-theo cấu tạo bề mặt truyền nhiệt: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm;

-theo chất tải nhiệt: đun nóng bằng dòng điện, bằng khói lò, bằng hơi

nước, bằng chất tải nhiệt đặc biệt;

Thiết bị cô đặc có ống tuần hòan ở tâm

Cấu tạo:

- Phần dưới của thiết bị là phòng đốt, có các ống

truyền nhiệt và ống tuần hoàn tương đối lớn

- Dung dịch ở trong ống còn hơi đốt đi vào khoảng

trống phía ngoài ống

3.3 CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

Nguyên tắc làm việc:

Dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn

hợp hơi - lỏng có khối lượng riêng giảm đi và bị

đẩy từ dưới lên trên miệng ống

Trong ống tuần hoàn, thể tích dung dịch theo một

đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với ống

truyền nhiệt do đó lượng hơi tạo ra trong ống ít

hơn,vì vậy khối lượng riêng của hỗn hợp hơi - lỏng

ở đây lớn hơn trong ống truyền nhiệt, sẽ bị đẩy

xuống dưới

ưu điểm cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa

và làm sạch,

nhược điểm tốc độ tuần hoàn bị giảm vì

ống tuần hoàn cũng bị đun nóng

Thiết bị cô đặc có ống tuần hòan ở tâm

3.3 CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

Kết quả là trong thiết bị có chuyển động tuần hoàn

tự nhiên từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ

trên xuống trong ống tuần hoàn

Tốc độ tuần hoàn càng lớn thì hệ số cấp nhiệt phía

dung dịch càng tăng và quá trình đóng cặn trên bề

mặt truyền nhiệt cũng giảm

- Tốc độ tuần hoàn thường không quá 1,5 m/s

Khi năng suất thiết bị lớn có thể thay ống tuần hoàn

bằng vài ống có đường kính nhỏ hơn

Phía trên phòng đốt là phòng bốc hơi trong đó có bộ

phận tách bọt dùng để tách các giọt lỏng do hơi thứ

mang theo

Thiết bị cô đặc phòng đốt treo

Cấu tạo:

- Phòng đốt đặt ở giữa thiết bị, khoảng trống vành

khăn ở giữa phòng đốt và vỏ đóng vai trò ống

tuần hoàn, hơi đốt đi vào phòng theo ống

- Phòng đốt có thể được lấy ra ngoài khi cần sửa

chữa hoặc làm sạch

-Tốc độ tuần hoàn tốt hơn vì vỏ ngoài không bị đốt

nóng

Nhược điểm:

- Cấu tạo phức tạp

- Kích thước lớn do có khoảng trống hình vành

khăn

3.3 CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài kiểu đứng

3.3 CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

Cấu tạo - Nguyên tắc làm việc:

- Dung dịch đi vào phòng đốt được đun sôi tạo thành

hỗn hợp lỏng đi qua ống vào phòng bốc hơi

- Hơi thứ được tách ra đi lên phía trên, dung dịch

còn lại đi về phòng đốt theo ống tuần hoàn

- Các ống truyền nhiệt có thể làm dài (đến 7m) nên

cường độ tuần hoàn lớn, do đó cường độ bốc hơi lớn

- Đôi khi ghép một vài phòng đốt vào một buồng bốc

hơi để làm việc thay thế khi cần làm sạch và sửa

chữa để đảm bảo quá trình làm việc liên tục

Cấu tạo - Nguyên tắc làm việc:

- Phòng đốt là thiết bị truyền nhiệt

ống chữ U

- Dung dịch ở nhánh dưới của ống

truyền nhiệt chuyển động từ trái qua

phải,còn ở nhánh trên từ phải qua

trái

- Phòng đốt được đặt trên một chiếc

xe nhỏ và dễ dàng tách khỏi phòng

bốc hơi để làm sạch và sửa chữa

Ưu điểm

- Cường độ tuần hoàn của dung dịch

lớn hơn loại ống tuần hoàn ở giữa

và phòng đốt treo

- Dễ dàng tháo phòng đốt để sửa

chữa và làm sạch

Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài nằm ngang

3.3 CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức

3.3 CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

Cấu tạo - Nguyên tắc làm việc:

- Dung dịch dưa vào phòng đốt bằng bơm tuần

hoàn

- Dung dịch đặc đi ra ở phần dưới của phòng bốc

hơi, còn phần chính chảy về ống do bơm tuần hoàn

hút và trộn lẫn với dung dịch đầu đi vào phòng đốt

- Tốc độ của dung dịch ttrong ống truyền nhiệt bằng

1,5 đến 3,5 m/s, do đó hệ số cấp nhiệt lớn hơn trong

tuần hoàn tự nhiên tới 3 đến 4 lần

- Có thể làm việc được ở điều kiện hiệu số nhiệt độ

có ích nhỏ (3 - 50C) vì cường độ tuần hoàn không

phụ thuộc vào hiệu số nhiệt độ mà phụ thuộc vào

năng suất của bơm

Ưu điểm

- Tránh được hiện tượng bám cặn trên bề mặt

truyền nhiệt

-Có thể cô đặc những dung dịch có độ nhớt lớn

mà tuần hoàn tự nhiên khó thực hiện

Nhược điểm

- Tốn năng lượng để bơm

- Thường ứng dụng khi cường độ bay hơi lớn

- Tuần hoàn cưỡng bức có thể thực hiện ở

những thiết bị khác nhau(phòng đốt ngoài,

phòng đốt treo)

Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức

3.3 CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

Cấu tạo - Nguyên tắc làm việc:

-Dung dịch chuyển động dọc theo bề

mặt truyền nhiệt ở dạng màng mỏng từ

dưới lên trên

- Phòng đốt là một thiết bị truyền nhiệt

ống chùm dài 6  9 m, hơi đốt đi vào

phía ngoài ống, dung dịch vào ở đáy

thiết bị

- Khi sôi, hơi thứ chiếm hầu hết tiết diện

của ống đi từ dưới lên với tốc dộ rất lớn

(~20 m/s) kéo theo màng chất lỏng ở bề

mặt ống cùng đi lên, khi màng chất lỏng

đi từ dưới lên tiếp tục bay hơi

- Nồng độ dung dịch tăng lên dần đến

miệng ống là đạt nồng độ cần thiết

Thiết bị cô đặc loại màng

3.3 CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

Ưu điểm

- Thiết bị cô đặc loại màng có hệ số

truyền nhiệt lớn khi có mức chất lỏng

thích hợp Nếu mức chất lỏng cao quá,

hệ số truyền nhiệt sẽ giảm vì tốc độ

chất lỏng giảm, ngược lại nếu mức

chất lỏng quá thấp bề mặt truyền nhiệt

của ống ở phía trên sẽ bị khô (vì dung

dịch bốc hơi hết), mức chất lỏng thích

hợp xác định bằng thực nghiệm

- Áp suất thuỷ tĩnh nhỏ, do đó tổn thất

thuỷ tĩnh ít

Nhược điểm

- Khó làm sạch vì ống dài

- Khó điều chỉnh khi áp suất hơi đốt và

mực dung dịch thay đổi

- Không thích hợp đối với dung dịch

nhớt và dung dịch kết tinh

Thiết bị cô đặc loại màng

3.3 CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

Thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng

3.3 CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

Cấu tạo - Nguyên tắc làm việc:

- Phòng đốt

- Phía trên phòng đốt là phòng sôi cao

gần 3 mét

- Phần trên phòng sôi đặt những tấm

ngăn hình tròn đồng tâm tạo thành những

khe hình vành khăn, từ phòng sôi hỗn

hợp hơi - lỏng đi lên phòng bốc hơi

-Hơi thứ đi lên phía trên ra ngoài

- Dung dịch còn lại đi xuống phòng đốt

qua ống tuần hoàn; phần kết tinh lắng

xuống đáy

- Phòng đốt chỉ có nhiệm vụ đun nóng

dung dịch, ở đây dung dịch chưa sôi vì áp

suất thuỷ tĩnh lớn

- Khi đi vào các tấm ngăn, áp suất thuỷ

tĩnh giảm đi, dung dịch sẽ sôi Tác dụng

của các tấm ngăn này làm cho quá trình

sôi ổn định, không cản trở sự tuần hoàn

Ưu điểm

- Loại thiết bị này có tốc độ tuần

hoàn lớn (đến 3 m/s)

- Vì dung dịch không sôi trong ống

truyền nhiệt nên ít bị bám cặn,

thích hợp với các dung dịch đậm

đặc, kết tinh và dung dịch có độ

nhớt lớn

Thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng

3.3 CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

Thiết bị cô đặc loại rôto

3.3 CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

Cấu tạo - Nguyên tắc làm việc:

- Dung dịch đầu đưa vào ở phần trên thiết bị,do

cánh quay, dưới tác dụng của lực ly tâm làm

văng chất lỏng ra thành thiết bị và chuyển động

thành màng mỏng với chế độ chuyển động xoáy

- Màng mỏng tiếp xúc với thiết bị được đun nóng

bởi bao hơi

- Hơi thứ bay ra được đưa lên phía trên rồi ra

ngoài

- Sản phẩm được tháo ra từ đáy thiết bị

Ưu điểm

-Cường độ truyền nhiệt lớn

- Dung dịch bị hơi thứ kéo theo nhỏ

- Dùng để cô đặc loại dung dịch dạng keo, đặc

sệt

Nhược điểm

- Chế tạovà gia công phức tạp

- Giá thành cao do cần bộ phận chuyển động

ứng dụng bơm nhiệt trong quá trình cô đặc

3.3 CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

- Khi không sử dụng được phương thức

cô đặc nhiều nồi (cô đặc những chất dễ

phân huỷ ở nhiệt độ cao) - > sử dụng hơi

thứ bằng cách nén hơi thứ đến áp suất

hơi đốt để đun nóng dung dịch là kinh tế

nhất

- Để nén hơi thứ người ta dùng máy nén

(máy nén pittông, tuyếc bin hoặc tuye

(bơm nhiệt)

- Bơm nhiệt kiểu tuye cấu tạo đơn giản, rẻ

và nó được dùng phổ biến

Nguyên tắc làm việc:

- Hơi có áp suất cao Po (hơi làm việc) đi vào

tuye và giãn

- Đồng thời hơi thứ có áp suất P’ bị hút vào

tuye

- Từ tuye hỗn hợp hơi đi ra với áp suất P1

Phương trình cân bằng nhiệt giống như khi cô đặc một nồi

Nếu coi một đơn vị hơi làm việc hút được m kg hơi thứ thì lượng hơi đi vào đun nóng thiết bị sẽ là

D(1 + m ) kg, lượng hơi thứ còn lại không được sử dụng là: (W-mD) kg

ứng dụng bơm nhiệt trong quá trình cô đặc

3.3 CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

 m  i GđCđtđ GcCctc Wi DC  m  Qc Qtt

Thay

c đ

đ đ c

c

             



C i

m

Q C

i m

Q t

t C

G C

i m

C i W

























1 1

1

'

so sánh với trường hợp cô đặc một nồi:

lượng hơi đốt giảm đi (1+m) lần





Q C

i

Q t

t C

G C

i

Ct i W

















ứng dụng bơm nhiệt trong quá trình cô đặc

3.3 CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

Hệ số hút

3 2 1

1







i

i m

 1 = 0,92 0,98 hệ số vận tốc của hơi vào tuye (vận tốc thực tế của hơi

nhỏ hơn lý thuyết

 2 = 0,85 0,90 hệ số tính tổn thất va đập và ma sát của hơi ở trong

 1 = 0,92 0,98 là hệ số vận tốc của hơi khi ra khỏi tuye

 i hiệu số hàm nhiệt khi giãn đoạn nhiệt của hơi làm việc (hơi

thổi) từ áp suất Po dến P’; (i = io - i’ )

 i’ hiệu số hàm nhiệt khi nén đoạn nhiệt hơi thứ từ áp suất của

hơi thứ đến áp suất p1 (i’ = i1 -I’)

+ i’ càng tăng thì m giảm

+ i’ phụ thuộc vào tổn thất nhiệt độ 

+ Tổn thất càng tăng thì i’ càng tăng

+ Thường ứng dụng bơm nhiệt khi tổn thất nhiệt độ không quá 10 12ºC