Tiểu luận Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều cho nước mía

Người Ấn Độ khám phá ra cách tạo tinh thể đường khoảng vào triều đại Gupta năm 350, trong cuộc cách mạng nông nghiệp hồi giáo, các công ty Ả rập đã thực hiện kỹ thuật sản xuất đường của

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay sự phát triển của công nghệ thực phẩm ngày càng mạnh Nhu cầu sử dụng các loại hợp chất tinh khiết và có nồng độ theo ý muốn là không thể thiếu Vì vậy truyền nhiệt ngày càng chứng tỏ là lĩnh vực đóng vai trò quan trọng, không thể thiếu trong hầu hết các quá trình thực phẩm Trong đó quá trình cô đặc có vai trò đặc biệt quan trọng Ví

dụ như quá trình cô đặc đường để tạo độ ngọt thích hợp Với tốc độ phát triển khoa học công nghệ nhanh chóng như hiện nay, cô đặc càng tỏ ra là quá trình không thể thiếu trong ngành công nghệ thực phẩm

Nắm bắt được những nhu cầu cần thiết trong quá trình chế biến thực phẩm cũng như kiến thức của một số môn học khác có liên quan: truyền nhiệt, truyền khối Đề tài tính toán thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều sẽ góp một phần nhỏ để giúp các sinh viên ngành công nghệ thực phẩm hình dung một cách rõ ràng và chi tiết hơn về các thiết bị sử dụng trong lĩnh vực thực phẩm

Trong đồ án này, nhóm em có nhiệm vụ thiết kế hệ thống cô đặc nước mía với năng suất đầu vào của thiết bị là 1000kg/mẻ nước mía

Đây cũng là những bước đi đầu tiên để thực hiện một công việc hết sức mới mẽ nên có thể có rất nhiều sai sót Nhưng sự xem xét và đánh giá khách quan của các thầy cô sẽ là nguồn động viên và khích lệ đối với chúng em, để những lần thiết kế sau được thực hiện tốt đẹp hơn, hoàn thiện hơn Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Th.s Lê Nguyễn Tường Vi và các thầy cô khoa Sinh học ứng dụng trường Đại học Tây Đô đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình thiết kế

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

DANH SÁCH BẢNG

QUY ƯỚC KÝ HIỆU

Để đơn giản trong việc chú thích tài liệu, quy ước ký hiệu như sau:

- [1 – x] – Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất, tập 1 Nhà xuất bản

- [5 – x] – Các quá trình và thiết bị trong Công nghệ hóa chất và thực phẩm, tập 5 –

Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt, chịu trách nhiệm xuất bản PGS.TS Tô Đăng Hải.Với: x: số trang

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGUYÊN LIỆU

I SƠ LƯỢC CHUNG VỀ NGUYÊN LIỆU

1.1 Giới thiệu

Mía là tên gọi chung của một số loài trong chi Mía (Saccharum), bên cạnh các loài lau, lách Chúng là các loại cỏ sống lâu năm, thuộc tông Andropogoneae của họ Hòa thảo (Poaceae), bản địa khu vực nhiệt đới và ôn đới ấm của Cựu thế giới Chúng có thân to mập, chia đốt, chứa nhiều đường, cao từ 2-6 m Tất cả các dạng mía đường được trồng ngày nay đều là các dạng lai ghép nội chi phức tạp Chúng được trồng để thu hoạch nhằm sản xuất đường

Một số loài mía

• Saccharum barberi: Mía

• Saccharum bengalense: Mía Bengal

• Saccharum edule : Mía

• Saccharum officinarum: Mía (loài này có được trồng tại Việt Nam)

• Saccharum sinense: Mía lau

Cây mía bao gồm các bộ phận (hay các tổ chức) chính là: rễ, thân, lá, hoa và hạt Mỗi

bộ phận của cây mía đều có những chức năng riêng Đối với sản xuất, chế biến, thân mía là đối tượng chủ yếu, là sản phẩm thu hoạch

Hình 5 Hình thái cây mía

Đường là một hợp chất ở dạng tinh thể, có thể ăn được Các loại đường chính là sucrose, lactose, và fructose Vị giác của con người xem vị của nó là ngọt Đường là một loại thức

ăn cơ bản chứa carbonhydrate lấy từ đường mía hoặc củ cải đường, nhưng nó cũng có trong trái cây, mật ong và trong nhiều nguồn khác nhau Con người sử dụng đường đã khá lâu, ban đầu con người khai thác mía để lấy chất ngọt Người Ấn Độ khám phá ra cách tạo tinh thể đường khoảng vào triều đại Gupta năm 350, trong cuộc cách mạng nông nghiệp hồi giáo, các công ty Ả rập đã thực hiện kỹ thuật sản xuất đường của Ấn Độ và

sau đó điều chỉnh và biến nó thành một ngành công nghiệp lớn Ả rập đã thành lập nhà máy đường và đồn điền lớn nhất đầu tiên Việc sử dụng đường và sản xuất đường đã trờ nên phổ biến trên khắp thế giới bắt đầu từ Châu Á sang Châu Phi, Châu Âu và dần đến Châu Mỹ Người ta sử dụng đường như một gia vị tạo mùi cho thức ăn khi chế biến như kẹo, mứt, các món tráng miệng và nhiều ứng dụng khác nữa Ở nước ta việc sản xuất đường đã diễn ra khá lâu, ngành công nghiệp đường đã phát triển không ngừng từ việc tăng diện tích trồng mía đến việc tăng các nhà máy sản xuất đường, nhưng việc sản xuất đường vẫn ở qui mô nhỏ và thiết bị chưa tiên tiến nên việc cải tiến sản xuất và nâng cao,

mở rộng nhà máy, đổi mới dây chuyền thiết bị công nghiệp, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cần thiết Trong đó, cải tiến thiết bị cô đặc là khá quan trọng Ngày nay một nhà máy sản xuất đường cỡ lớn khoảng 1500 tấn một ngày cần một nguồn nhân lực thường xuyên khoảng 150 người để sản xuất liên tục 24 giờ

1.2 Đặc điểm sinh trưởng

1.2.1 Nhiệt độ

Mía là loại cây nhiệt đới nên đòi hỏi điều kiện độ ẩm rất cao Nhiệt độ bình quân thích hợp cho sự sinh trưởng của cây mía là 15-26 C Giống mía nhiệt đới sinh trưởng chậm⁰khi nhiệt độ dưới 21 C và ngừng sinh trưởng khi nhiệt độ 13 C và dưới 5 C thì cây sẽ⁰ ⁰ ⁰chết Những giống mía á nhiệt đới tuy chịu rét tốt hơn nhưng nhiệt độ thích hợp cũng giống như mía nhiệt đới

Thời kì nảy mầm mía cần nhiệt độ trên 15 C tốt nhất là từ 26-33 C Mía nảy mầm kém ở⁰ ⁰nhiệt độ dưới 15 C và trên 40 C Từ 28-35 C là nhiệt độ thích hợp cho mía vươn cao Sự⁰ ⁰ ⁰dao động biên độ nhiệt giữa ngày và đêm liên quan tới tỉ lệ đường trong mía Giới hạn nhiệt độ thích hợp cho thời kì mía chin từ 15-20 C Vì vậy tỉ lệ đường trong mía thường⁰đạt ở mức cao nhất cho các vùng có khí hậu lục địa và vùng cao

1.2.2 Ánh sáng

Mía là cây nhạy cảm với ánh sáng và đòi hỏi cao về ánh sáng Thiếu ánh sáng, mía phát triển không tốt, hàm lượng đường thấp Mía cần thời gian tối thiểu là 1200 giờ tốt nhất là trên 2000 giờ Quang hợp của cây mía tỉ lệ thuận với cường độ và độ dài chiếu sáng Thiếu ánh sáng cây hút phân kém do đó phân đạm, lân, kali chỉ hiệu quả khi ánh sáng đầy

đủ Vì vậy ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới mía vươn cao mạnh nhất khi bắt đầu vào mùa

hè có độ dài ngày tăng lên Chính vì vậy, nó là nhân tố quan trọng quyết định năng suất

và sản lượng mía

1.2.3 Độ ẩm

Mía là cây cần nhiều nước nhưng lại sợ úng nước Mía có thể phát triển tốt ở những vùng

có lượng mưa từ 1500mm/năm Giai đoạn sinh trưởng mía yêu cầu lượng mưa từ 170mm/tháng Khi chín cần khô ráo, mía thu hoạch sau một thời gian khô ráo khoảng 2 tháng sẽ cho tỉ lệ đường cao Bởi vậy các nước nằm trong vùng khô hạn nhưng vẫn trồng

100-mía tốt còn những nơi mưa nhiều và phân bố đều trong năm thì việc trồng 100-mía không hiệu quả.

Gió bão làm cây đổ dẫn đến làm giảm năng suất, giảm phẩm chất của cây Chính vì vậy gió cũng là dấu hiệu quan trọng trong công tác dự báo lên kế hoạch và chế biến làm sao tốn ít chi phí mà giá trị sản xuất cũng như phẩm chất của mía nguyên liệu vẫn cao

1.2.4 Độ cao

Độ cao có liên quan đến cường độ chiếu sáng cũng như mức chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm, do đó ảnh hưởng đến khả năng tích tụ đường trong mía, điều đó ảnh hưởng đến hoạt động của các khâu trong quy trình chế biến Giới hạn về độ cao cho cây mía sinh trưởng và phát triển ở vùng xích đạo là 1600m, ở vùng nhiệt đới là 700-800 m

1.2.5 Đất trồng

Mía là loại cây công nghiệp khoẻ, dễ tính, không kén đất, vậy có thể trồng mía trên nhiều loại đất khác nhau, từ 70% sét đến 70% cát Đất thích hợp nhất cho mía là những loại đất xốp, tầng canh tác sâu, có độ phì cao, giữ ẩm tốt và dễ thoát nước Có thể trồng mía có kết quả trên cả những nơi đất sét rất nặng cũng như trên đất than bùn, đất hoàn toàn cát, đất chua mặn, đất đồi, khô hạn ít màu mỡ Yêu cầu tối thiểu với đất trồng là có độ sâu, độ thoáng nhất định, độ pH không vượt quá giới hạn từ 4-9, độ pH thích hợp là 5,5-7,5 Độ dốc địa hình không vượt quá 15(C, đất không ngập úng thường xuyên Những vùng đất đai bằng phẳng cơ giới vận tải tương đối thuận lợi đều có thể bố trí trồng mía Ngoài ra người ta có thể canh tác mía ở cả những vùng gò đồi có độ dốc không lớn lắm ở vùng trung du miền núi Tuy nhiên ở những vùng địa bàn này cần bố trí các rãnh mía theo các đường đồng mức để tránh sói mòn đất Ngành trồng mía chỉ có thể cho hiệu quả kinh tế cao khi hình thành những vùng chuyên canh có quy mô lớn

Cho đến thế kỷ 19 nghề mía đường Việt Nam xem như một nghề phụ bên cạnh nghề trồng lúa Trồng mía trên đất sỏi, đất bãi không trồng lúa được, ép che thủ công, trâu bò kéo, công suất ép 1 - 1,5 tấn mía ngày, ép mía nấu đường vào vụ Đông Xuân ở miền Bắc

và Nam bộ; xuân hè ở miền Trung Mỗi vụ ép khoảng 100 ngày Mỗi lò che chỉ cần 3 - 4

ha mía (năng suất 35 - 45 tấn/ha), tương đương với diện tích đất trồng mía của mười hộ nông dân trong thôn, làng Phổ biến là sản xuất tư liệu có đường ăn vào trung thu, ngày tết Ở miền Trung có một phần xuất bán cho thương buôn nước ngoài ở cửa Hội An.

Cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20, bắt đầu cơ khí hóa nghề chế biến đường, ngoài che thủ công cơ khí, đã xây dựng một vài nhà máy đường 350 – 500 TMN Với công suất 500 TMN, năng suất mía khoảng 50 tấn/ha, cần vùng mía có diện tích rộng 1.500 ha mía thu hoạch, kể cả 1/3 diện tích đất luân canh là 2.000 ha

Nhà máy đường lớn dần từ 1.000 - 4.000 TMN thì vùng mía càng lớn:

- Vùng có tiềm năng mía đường tốt: Duyên hải Nam Trung bộ, Gia Lai, Miền Đông Nam bộ

- Vùng tiềm năng trung bình: Thanh Hóa, Kon Tum, Đắk Lắk, phía Bắc Đồng bằng sông Cửu Long

- Vùng tiềm năng kém: Trung du Bắc bộ, Duyên hải Bắc Trung bộ, phía Nam Đồng bằng sông Cửu Long

1.4 Giá trị kinh tế

Mía là nguồn nguyên liệu liệu chính của ngành công nghiệp chế biến đường Đường mía hiện chiếm trên 60% tổng sản lượng đường thô của toàn thế giới Mía là loại cây có nhiều chất dưỡng chất như đạm, canxi, khoáng, sắt, nhiều nhất là đường, giúp con người thanh nhiệt, giải khát, xóa tan mệt mỏi, trợ giúp tiêu hóa và cung cấp năng lượng cho cơ bắp hoạt động Đường giữ một vai trò rất quan trọng trong khầu phần ăn hàng ngày của con người, là nhu cầu không thể thiếu trong đời sống xã hộị

So sánh với một số cây công nghiệp khác, cây mía là cây trồng có nhiều ưu điểm:

- Xét về mặt công nghiệp: Mía là cây đa dụng, ngoài sản phẩm chính là đường, cây mía còn là nguyên liệu hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp của nhiều ngành công nghiệp nghiệp như rượu, giấy, ván ép, dược phẩm, điện từ bã mía; thức ăn chăn nuôi, phân bón từ lá, ngọn mía, bùn lọc và tro lò; rỉ đường được dùng làm nguyên liệu trong công nghiệp để sản xuất nhiên liệu sinh học, rượu, dung môi aceton, butanol, nấm men, axit citric, lactic, aconitic và glycerin, … Các sản phẩm phụ của mía đường nếu được khai thác triệt để, giá trị còn có thể gấp 3 - 4 lần chính phẩm (đường)

Bã mía chiếm 25 - 30% trọng lượng mía đem ép Trong bã mía chứa trung bình 49% là nước, 48% là xơ (trong đó chứa 45 - 55% cellulose), 2.5% là chất hòa tan (đường) Bã mía có thể dùng làm nguyên liệu đốt lò, hoặc làm bột giấy, ép thành viên bán dùng trong kiến trúc, cao hơn là làm ra Furfural là nguyên liệu cho ngành sợi tổng hợp Trong tương lai khi mà rừng ngày càng giảm nguồn nguyên liệu làm bột giấy, làm sợi từ cây rừng giảm đi thì mía là nguyên liệu quan trọng để thay thế

Mật rỉ chiếm 3 - 5% trọng lượng đem ép Thành phần mật rỉ trung bình chứa 20% nước, đường saccharose 35%, đường khử 20%, tro 15%, protein 5%, sáp 1%, bột 4% trọng lượng riêng Từ mật rỉ cho lên men chưng cất rượu rum, sản xuất men các loại Một tấn

mật rỉ cho một tấn men khô hoặc các loại axit axetic, hoặc có thể sản xuất được 300 lít tinh dầu và 3800 lít rượu.

Bùn lọc chiếm 1.5 - 3% trọng lượng mía đem ép Đây là sản phẩm cặn bã còn lại sau khi chế biến đường Trong bùn lọc chứa 0.5% nitơ, 3% protein thô và một lượng lớn chất hữu

cơ Từ bùn lọc có thể rút ra sáp mía để sản xuất nhựa xêrin làm sơn, xi đánh giầy, v.v… Sau khi lấy áp bùn lọc dùng làm phân bón rất tốt

- Xét về mặt sinh học:

+ Khả năng sinh khối lớn: Nhờ đặc điểm có chỉ số diện tích lá lớn (gấp 5-7 lần so với diện tích đất) và khả năng lợi dụng cao ánh sáng mặt trời (tối đa tới 6 - 7% trong khi các cây trồng khác chỉ đạt 1 - 2%), trong vòng 10 - 12 tháng, một hecta mía có thể cho năng suất hàng trăm tấn mía cây và một khối lượng lớn lá xanh, gốc, rễ để lại trong đất

+ Khả năng tái sinh mạnh: Mía là cây có khả năng để gốc được nhiều năm, tức là một lần trồng thu hoạch được nhiều vụ Sau mỗi lần thu hoạch, ruộng mía được xử lý, chăm sóc, các mầm gốc lại tiếp tục tái sinh, phát triển Năng suất mía cây ở vụ gốc đầu nhiều khi cao hơn cả vụ mía tơ Ruộng mía để được nhiều vụ gốc, giá trị kinh tế càng cao (giảm được chi phí sản xuất)

+ Khả năng thích ứng rộng: Cây mía có thể trồng trên nhiều vùng sinh thái khác nhau (khí hậu, đất đai, khô hạn hoặc úng ngập, ), chống chịu tốt với các điều kiện khắc nghiệt của tự nhiên và môi trường, dễ thích nghi với các trình độ sản xuất từ thô sơ đến hiện đại

II THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA MÍA

Bảng 1 Thành phần hóa học của mía

Anbumin 0.5 – 0.6

Chất không đường chưa xác định 3.0 – 5.0

(Nguồn: Công nghệ đường mía – Nguyễn Ngộ)

III TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ HÓA HỌC CỦA ĐƯỜNG MÍA

3.1 Tính chất vật lý của đường mía

Thành phần chủ yếu của dung dịch đường mía là : nước chiếm tỷ lệ nhiều nhất (70 – 85%), saccharose (10 – 15 %)

Saccharose là thành phần quan trọng nhất, là sản phẩm cuối cùng của quá trình sản xuất đường Có công thức phân tử C12H22O11 cấu tạo từ hai loại đường đơn là glucose và fructose M = 342 (đvC) Có một số tính chất vật lý :

- Tồn tại dạng tinh thể, trong suốt, không màu

- Tỷ trọng 1,5879 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 186 – 188oC

- Độ hòa tan : tan tốt trong nước, độ hòa tan tăng khi nhiệt độ tăng Tuy nhiên dung dịch đường không tinh khiết độ hòa tan phụ thuộc vào những chất không đường (Vd: KCl, NaCl, …có mặt sẽ làm độ hòa tan tăng, vì vậy đường không bao giờ kết tinh hoàn toàn

mà tạo mật rỉ Ngược lại nếu có glucose, fructose,CaCl2, MgCl2 … làm giảm độ hòa tan)

- Độ ngọt: do gốc OH- tạo nên, nếu dung dịch chứa nhiều đường khử (glucose, fructose) thì sẽ ngọt hơn

3.2 Tính chất hóa học của đường mía

Dưới tác dụng xúc tác của axit, saccharose bị thủy phân thành glucose và fructose – quá trình chuyển hóa đường Tốc độ chuyển hóa phụ thuộc vào :

- pH và nhiệt độ của dung dịch: pH càng thấp, nhiệt độ càng cao thì tốc độ chuyển hóa đường tăng nhanh chóng

- Thời gian: thời gian càng lâu thì tạo thành đường chuyển hóa càng nhiều, vì vậy ảnh hưởng không tốt đến sản xuất đường và làm tổn thất đường, gây khó khăn cho quá trình kết tinh đường

Dưới tác dụng của kiềm: saccharose có tính chất như axit yếu:

- Trong môi trường kiềm ở nhiệt độ cao hoặc kiềm đậm đặc saccharose bị thủy phân thành aldehyde, axeton, axit hữu cơ và tạp chất có màu vàng nâu Môi trường có pH càng lớn thì saccharose bị phân hủy càng nhiều

- Dưới tác dụng của kim loại iềm thổ, dung dịch đường biến thành sacarat, gây ảnh hưởng xấu đến sản xuất, do làm tăng tổn thất đường và độ nhớt dung dịch

+ Dưới tác dụng của nhiệt độ >200oC saccharose mất nước tạo thành các chất caramen

có màu từ vàng tới nâu đen Phản ứng này làm tăng độ màu của dung dịch đường non, đường thành phẩm, màu này rất khó loại bỏ

IV BIẾN ĐỔI VẬT LÝ VÀ HÓA HỌC TRONG QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

4.1 Sự thay đổi pH và chuyển hoá đường Saccharose

4.1.1 Sự thay đổi pH

Nguyên nhân của sự giảm độ kiềm là do

- Sự phân hủy các amit

- Phân huỷ đường khử tạo ra các axit hữu cơ

- Sự tạo caramen của đường saccharose (tác dụng rất nhỏ)

Hiện tượng tăng pH rất ít thấy trong quá trình cô đặc Tuy nhiên, nếu thao tác xông SO2 hoặc thông CO2 không hợp lí, độ kiềm dung dịch tăng lên:

2KHCO3 = 2KCO3 + CO2 + H2O

2KHSO3 = K2SO3 + SO2 + H2O

4.1.2 Chuyển hoá đường saccharose

Dưới tác dụng của nhiệt độ, trong môi trường pH tăng cao hoặc giảm thấp đường saccharose bị chuyển hoá, làm giảm lượng đường saccharose và làm tăng lượng đường hoàn nguyên

4.2 Sự gia tăng màu sắc

Trong điều kiện nhiệt độ cao, đường saccharose bị caramen hoá làm tăng màu sắc dịch nước mía Lượng caramen này phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian truyền nhiệt và pH.Ngoài ra, đường khử cũng bị phân huỷ hay kết hợp với các hợp chất chứa nitơ tạo thành melanoidin làm tăng màu sắc nước mía

4.3 Độ tinh khiết tăng

Độ tinh khiết tăng trong quá trình cô đặc phụ thuộc vào phương pháp làm sạch Đối với phương pháp vôi độ tinh khiết tăng từ 0,7 – 1,0; đối với phương pháp sunfit hoá độ tinh khiết tăng từ 0,8 – 1,0; đối với phương pháp cacbonat hoá độ tinh kiết tăng 0,2 – 0,5

Độ tinh khiết tăng là do các nguyên nhân:

- Chất không đường bị phân hủy

- Sự tạo cặn trong thiết bị cô đặc

- Sự thay đổi góc quay riêng của chất không đường đặc biệt là đường khử

4.4 Sự tạo cặn

Sự tạo cặn xuất phát từ những nguyên nhân:

- Cùng với việc nồng độ đường tăng cao, nồng độ tạp chất cũng không ngừng tăng lên trong quá trình cô đặc Khi nồng độ tạp chất vượt quá độ bão hoà chúng sẽ lắng thành cặn

- Các oxit kim loại dạng keo như (oxit silic, oxit nhôm, oxit sắt) trong quá trình gia nhiệt tách dần ra khỏi dung dịch tạo thành cặn

- Muối canxi hoà tan kết hợp với muối hoà tan của kali và natri tạo thành muối cacbonat kết tủa

CH

2 - CONH

2 CH

2 - COOH + HOH + NH3

CHNH

2 – COOH CHNH

2 – COOH (Asparagin) (nước) (axit asparagin) (amoniac)

- Các muối sunfit có độ hoà tan thấp, dưới tác dụng của nhiệt độ sẽ tạo thành muối kết tủa.

Qua các kết quả nghiên cứu thành phần cặn, có thể rút ra một số quy luật chung như sau:

- Thành phần cặn trong nồi cô đặc chủ yếu là các chất không đường vô cơ và hữu cơ tồn tại ở dạng hợp chất

- Thành phần vô cơ chiếm chủ yếu >50% (so với chất khô)

- Cặn ở các hiệu khác nhau về thành phần và hàm lượng: Hiệu 1 chủ yếu là muối phosphat, hiệu cuối chủ yếu là muối sunfat

V YÊU CẦU CHẤT LƯỢNG SAU QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm có mùi vị đặc trưng được giữ nguyên màu sắc không bị biến đổi

Đạt nồng độ và độ tinh khiết theo yêu cầu, tránh xảy ra hiện tượng caramen hóa làm thay đổi thành phần hóa học

VI YÊU CẦU ĐỐI VỚI THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

6.1 Yêu cầu về mặt công nghệ

Bảo đảm chất lượng cao nhất của sản phẩm

Dung dịch không thay đổi tính chất hóa học, biến màu sản phẩm và không bị phân hủy ở nhiệt độ cao

Đảm bảo lượng sản phẩm bị tổn thất là ít nhất

6.2 Yêu cầu về mặt kết cấu

Thiết bị phải có năng suất cao

Cường độ truyền nhiệt lớn với thể tích thiết bị nhỏ nhất

Tốn ít kim loại trong việc chế tạo

Cấu tạo đơn giản giá thành rẻ làm việc ổn định và đáng tin cậy

Dễ làm sạch bề mặt truyền nhiệt, thuận tiện khi quan sát, lắp ráp thay thế và sữa chữa.Ngoài ra thiết bị cô đặc cũng phải thỏa mãn yêu cầu như đối với thiết bị trao đổi nhiệt, cụ thể hệ số truyền nhiệt lớn, tách khí không ngưng khỏi hơi đốt và bọt khỏi hơi thứ tốt, tháo nước ngưng liên tục và triệt để, bố trí bề mặt truyền nhiệt đảm bảo phân bố hơi đốt đi ra ngoài ống tốt, bảo đảm bù giãn nở nhiệt

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC

I QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

1.1 Định nghĩa

Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hoà tan trong dung dịch hai

hay nhiều cấu tử Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng – rắn hay lỏng – lỏng có chênh lệch nhiệt sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi (cấu tử

dể bay hơi hơn) Đó là các quá trình vật lý - hóa lý

1.2 Các phương pháp cô đặc

Phương pháp nhiệt: dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng.Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh

đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến thiết bị làm lạnh

1.3 Bản chất của sự cô đặc do nhiệt

Dựa theo thuyết động học phân tử: Để tạo thành hơi (trạng thái tự do) thì tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài

Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phần tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này

Bên cạnh đó, sự bay hơi chủ yếu do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc

1.4 Ứng dụng của cô đặc

Ứng dụng trong sản xuất hóa chất, thực phẩm, dược phẩm Mục đích để đạt được nồng

độ dung dịch theo yêu cầu, hoặc đưa dung dịch đến trạng thái quá bão hòa để kết tinh.Sản xuất thực phẩm: đường, mì chính, các dung dịch nước trái cây

Sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ …

II THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

2.1 Phân loại

Có nhiều cách phân loại khác nhau nhưng tổng quát lại cách phân loại theo đặc điểm cấu tạo có 6 loại được chia làm ba nhóm chủ yếu sau đây:

- Nhóm 1: Dung dịch đối lưu tự nhiên.

+ Loại 1: Có buồng đốt trong; có thể có ống tuần hoàn trong hay ống tuần hoàn ngoài.+ Loại 2: Có buồng đốt ngoài

- Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức)

+ Loại 3: Có buồng đốt trong, có ống tuần hoàn ngoài

+ Loại 4: Có buồng đốt ngoài, có ống tuần hoàn ngoài

- Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng.

+ Loại 5: Màng dung dịch chảy ngược lên, có thể có buồng đốt trong hay ngoài

+ Loại 6: Màng dung dịch chảy xuôi, có thể có buồng đốt trong hay ngoài

2.2 Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc