Các thiết bị trong kĩ thuật hóa học

1 Thiết bị chia dòng a, Phân loại dòng khơng khí (sức gió): - Ngun tắc hoạt động: phương pháp dùng để phân loại hạt khô( độ ẩm 5÷6%), hạt có kích thức 3mm đến 10mm Độ lớn hạt phân loại điều chỉnh theo độ thổi mạnh dòng khơng khí b, Phân loại dòng: - Nguyên tắc hoạt động: + Đây phương pháp phân loại ướt để tách hạt hỗn hợp sở quan hệ khác hạt hỗn hợp trình chuyển động mơi trường chất lỏng + Các hạt có độ lớn khác tác động lực có đường chuyển động khác Lực tác động lực cản, lực trọng trường, lực ly tâm, lực quán tính,… + Ngày cơng nghệ kĩ thuật hóa học người ta thường dùng máy kiểu li tâm ướt Các hạt nặng rơi xuống phía hạt nhẹ theo dòng hướng lên tràn - Ứng dụng: phân loại hạt theo mục đích,… Thiết bị khấy trộn - Nguyên tắc hoạt động: + Thiết bị phản ứng khấy lí tưởng gián đoạn: Các chất phản ứng ban đầu đưa vào bình phản ứng khấy trộn nhiệt độ xác định, sau khoảng thời gian định lấy toàn chất phản ứng sản phẩm phản ứng Thành phần hỗn hợp phản ứng thay đổi theo thời gian, thời điểm định thành phần phản ứng thời điểm hỗn hợp phản ứng + Thiết bị phản ứng theo kiểu ống dòng: Dòng chất phản ứng chảy theo dòng chảy đặn dọc theo ống phản ứng, xem khơng có khuếch tán dọc theo dòng chảy khơng có khác vê tốc độ điểm dòng chảy Vật chất chảy thiết bị ống dòng theo dòng chảy đặn liên tục + Thiết bị phản ứng khuấy lí tưởng liên tục: Đây loại thiết bị chất phản ứng khuấy trộn tốt có thành phần toàn khối hỗn hợp phản ứng Dòng chất từ thiết bị có thành phần dòng chất bên thiết bị phản ứng - Ứng dụng: khuấy trộn dung dịch làm nóng chất lỏng cần thiết công nghiệp, nông nghiệp, y tế y học, nghiên cứu khoa học phòng thí nghiệm thí nghiệm trường đại học Thiết bị sấy: Q trình sấy khơ chất rắn trình tách chất lỏng liên kết bề mặt ống mao quản, mạng lưới tinh thể chất rắn a, Sấy khơ khơng khí nóng: Người ta cho chất rắn cần sấy khơ tiếp xúc với dòng khơng khí nóng chứa lượng nước so với giá trị bão hòa Một số thiết bị sấy khô kĩ thuật: - Hầm sấy: + Nguyên tắc hoạt động: Hệ thống quạt vận chuyển tác nhân phận gia nhiệt lắp bên ngồi hầm sấy Xe vật liệu sấy xe khô lấy ra, xe lại hầm đẩy dồn lên phía xe vật liệu ẩm bổ sung vào bố trí vào cuối hầm Như khơng khí tận dụng triệt để làm tăng hiệu sử dụng nhiệt + Ứng dụng: Do khả sấy lượng lớn nguyên liệu thời gian tương đối ngắn nên hầm sấy sử dụng rộng rãi - Băng sấy: + Nguyên tắc hoạt động: chất rắn cần làm khô đảo trộn chuyển từ băng sang băng khác, tiểu phân chất rắn cần làm khô tiếp xúc lặp lặp lại với khơng khí nóng + Ứng dụng: ứng dụng nhiều ngành thực phẩm, sản phẩm nông nghiệp, sấy rau củ quả, sấy nguyên liệu thuốc bắc, sấy loại sản phẩm thủy sản, thức ăn chăn ni, ngành hóa chất, vật liệu, máy ứng dụng tốt cho nguyên liệu dạng phiến, lát, cục, hạt… - Lò sấy tầng: + Ngun tắc hoạt động: có cấu tạo hình hộp hay buồng hình trụ, có lớp lưới để đỡ vật liệu phân phối dòng tác nhân sấy Khơng khí nóng thổi từ đáy buồng, thổi bung lớp vật liệu lên, làm vật liệu trạng thái lơ lửng +Ứng dụng: Áp dụng cho loại đậu, rau củ dạng mỏng hay dạng hạt, công nghệ sản xuất viên nang, dược phẩm - Trống sấy: + Nguyên tắc hoạt động: thích hơp với mẻ lớn Trống sấy ống dài chuyển động xung quanh trục + Ứng dụng: sản xuất khoai tây dạng mãnh (flake), ngũ cốc nấu sẵn, mật đường, xúp bột, pu rê trái sữa tách kem (whey) - Sấy dòng: + Nguyên tắc hoạt động: chất rắn cần làm khô kéo theo dòng khơng khí nóng sau chất rắn khơ người ta giảm tốc độ dòng khí dùng xiclon để tách tiểu phân chất rắn làm khơ khỏi dòng khơng khí + Ứng dụng: dùng sấy hạt có kích thước trung bình với lỗ độ lớn hạt hẹp - Sấy phun: + Nguyên tắc hoạt động: dung dịch huyền phù phun qua miệng quay dòng khơng khí nóng, nước bay chất rắn lại sấy khơ + Ứng dụng: để sản xuất bột giặt, tách nhũ tương PVC, b, Sấy khô phương pháp tiếp xúc: - Nguyên tắc hoạt động: trình gia nhiệt vật liệu sấy cách cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy bề mặt gia nhiệt chất rắn( vách phẳng, vách trụ, ) Chất tải nhiệt( nóng khói lò) chuyển động phía bên vách Phía vách tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy - Ứng dụng: Trong công nghiệp giấy dệt may sử dụng phổ biến phương pháp Trongcông nghiệp thực phẩm: công nghiệp đồ hộp, sấy rau quả, dược phẩm Thiết bị lọc - Nguyên tắc hoạt động: tách chất rắn khỏi môi trường khí lỏng nhờ vật liệu lọc - Ứng dung: phân tách huyền phù thành chất lỏng chất rắn riêng biệt Thiết bị tách ẩm: -Nguyên tắc hoạt động: Tách ẩm có nghĩa lấy nước khỏi khơng khí ẩm Tách ẩm q trình làm giảm độ ẩm tuyệt đối khơng khí ẩm Có nguyên lý tách ẩm thông dụng nhất: +Nguyên lý tách ẩm tận dụng tượng đọng sương bề mặt: Khi khơng khí ẩm tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ thấp nhiệt độ đọng sương không khí ẩm, nước khơng khí ẩm ngưng tụ bề mặt Hiện tương thường hay xảy dòng khơng khí qua dàn lạnh + Nguyên lý tách ẩm sử dụng chất hút ẩm: Khi khơng khí ẩm tiếp xúc với bề mặt chất hút ẩm, nước khơng khí ẩm hấp thụ vào chất hút ẩm Chất hút ẩm có dạng chất hút ẩm dạng lỏng chất hút ẩm dạng rắn - Ứng dụng: công nghế sấy, bảo quản hóa chất nơng sản Thiết bị tạo ẩm: - Ngun tắc hoạt động: Khơng khí hút qua lọc, sau làm dẫn qua đĩa lọc quay, ướt Ở hấp thụ độ ẩm cần thiết mà sau lần phát khơng khí phòng khơng có mưa - Ứng dụng: Sử dụng hệ thống phun sương nhà xưởng, nhà máy sản xuất,hệ thống phun sương cho nhà máy xử lý chất thải, dược phẩm,hệ thống phun sương chuồng trại, vườn cây,làm mát cho trang trại hay cơng viên,ngồi sử rộng cho trung tâm thương mại Thiết bị ngưng tụ: - Nguyên tắc hoạt động: + Trong thiết bị ngưng tụ trực tiếp ta phun nước vào hơi, tạo ẩn nhiệt đun nóng nước ngưng tụ lại + Ngưng tụ gián tiếp, hay gọi ngưng tụ bề mặt, nghĩa trình trao đổi nhiệt nước qua tường ngăn thiết bị trao đổi nhiệt Hơi ngưng tụ bề mặt trao đổi nhiệt - Ứng dụng: Làm mát nước thải trình phát điện đồng phát nhiệt, cải thiện hệ thống làm mát khơng khí trực tiếp Thiết bị hóa hơi: - Nguyên tắc hoạt động: Thiết bị sử dụng điện để gia nhiệt nước khơng khí từ cung cấp nguồn 10 + Thiết bị chưng cất tháp đệm: - Ứng dụng: Chưng cất ứng dụng ngành công nghiệp cồn dùng cho đồ uống từ lâu (cũng có giả thuyết từ khoảng kỷ thứ 14), giữ vị trí quan trọng công đoạn tinh chế, phân tách, thu hồi q trình sản xuất ngành cơng nghiệp tổng hợp hoá học hữu cơ, mà phải kể đến hố dầu 10 Thiết bị đặc: - Ngun tắc hoạt động: + Thiết bị đặc có ống tuần hoàn tâm: - Đầu tiên dung dịch cho vào ống truyền nhiệt ống tuần hồn qua van, sau mở van cho vào Phải để dung dịch phủ kín tồn ống mở van Nhằm tránh tượng cháy nổ Tại phòng đốt này, dung dịch ống truyền nhiệt từ đốt bên ngồi Trong ống truyền nhiệt dung dich sơi lên trở thành hỗn hợp hơi-lỏng Hỗn hợp nóng nên 13 khối lượng riêng giảm bị đẩy từ lên miệng ống Còn ống tuần hồn, thể tích dung dịch theo đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn ống truyền nhiệt lượng tạo hơn, dẫn đến khối lượng hỗn hợp hơi-lỏng lớn bị đẩy xuống Kết thiết bị có chuyển động tuần hoàn tự nhiên từ lên ống truyền nhiệt từ xuống ống tuần hoàn Phía phòng đốt phòng bốc Ở đây, thứ mang theo cấu tử Vì thế, có phận tách bọt nhằm thu hồi lại cấu tử Trong trình truyền nhiệt, dung dịch đặc qua cửa II , nước ngưng tụ qua cửa IV.Còn thứ sau loạicấu tử thoát qua cửa V 14 + Hệ thống cô đặc kiểu TUYE: Hơi có áp suất cao P0 vào tuye giãn Đồng thời thứ có áp suất P P’ hút vào tuye Từ tuye hỗn hợp với áp suất P1 vào thiết bị phân tách Lượng dó áp suất cao, nhiệt độ Cao vào thiết bị Còn lượng nhiệt độ thấp khơng sử dụng ngồi Hơi đốt ngoài, nguyên liệu bên ống tuyp, hai pha đối lưu Hơi thứ vào thiết bị phân tách, sản phẩm nước ngưng tụ cho qua cửa khác - Ứng dụng: Thiết bị ứng dụng rộng rãi ngành công nghệ thực phẩm +Thiết bị cô đặc loại màng sử dụng nhà máy đường, bột ngọt, bánh kẹo, bia rượu + Dùng để cô đặc nước cà chua, dứa… +fv Cô đặc sản phẩm sữa 11 Thiết bị chiết: - Nguyên tắc hoạt động: 15 + Ngược dòng sử dụng nhiều bậc chiết + Chiết liên tục: thực thiết bị riêng( thường chiết Soxhlet) 16 - Ứng dụng: tách chiết hóa phân tích, tách chiết caphein, tách chiết chất chống oxi hóa, tách chiết hỗn hợp hoa huplon sản xuất bia,… 12 Thiết bị hấp phụ: - Nguyên tắc hoạt động: + Thiết bị hấp thụ kiểu màng chất lỏng: Màng chất lỏng thiết bị hình tháp tạo thành cho chất lỏng chảy thành màng theo ống, tĩnh hay đĩa quay bố trí hợp lý tháp Chất lỏng theo màng chuyển động từ xuống khí từ lên trên; sử dụng chế độ chuyển động chiều từ lên + Thiết bị màng đĩa quay: Có cấu tạo giống thiết bị đĩa quay xử lý bụi sol Chất lỏng để hấp thụ phân bố tầng đĩa, chuyển động từ xuống quay tròn liên tục suốt q trình xử lý + Tháp hấp thụ loại đệm: Được dùng phổ biến Trong tháp, người ta thường nhồi vật thể lồng cồng ốc, sành sứ, lò so kim loại vụn than cốc để làm 17 tăng diện tích tiếp xúc hai pha Khi vận hành, khí thải từ lên chất lỏng từ xuống Lưu lượng hai pha ln tính tốn trước để thiết bị đạt hiệu cao +Tháp hấp thụ kiểu đĩa chụp: Tháp hấp thụ kiểu đĩa chụp tạo chuyển động đối dòng dòng hơi, khí thải chất lỏng hấp thụ qua bậc Chất lỏng từ phía đĩa xuống, rơi vào đáy đĩa phía tiếp tục chảy xuống phía đĩa Còn khí len lỏi theo đường ngược chiều với chất lỏng + Tháp phun: Là loại thiết bị hấp thụ đơn giản Trong tháp phun, chất lỏng phun thành bụi mù (sương) từ phía xuống, khí thường từ lên nhằm làm tăng diện tích tiếp xúc để nồng độ thực tế chất cần hấp thụ pha khí giảm dần theo chiều từ lên nồng độ chất bị hấp thụ pha lỏng tăng dần theo chiều từ xuống - Ứng dụng: tách chất, xử lí nước, khí thải, … 18 13 Thiết bị hấp phụ: - Nguyên tắc hoạt động: cách sử dụng chất rắn để thu hút chất lỏng khí mơi trường lên bề mặt chất rắn Thiết bị hấp phụ thường sử dụng kèm với loại vật liệu hấp phụ Các chất hấp phụ thường dạng: hạt hình nhỏ, thanh, bùn, đá nguyên khối với hydrodynamic đường kính khoảng 0.5 đến 10 mm chúng phải chống mài mòn cao, ổn định với nhiệt đường kính lỗ nhỏ, giúp tăng diện tích bề mặt tăng khả hấp phụ Các chất hấp phụ phải có cấu trúc lỗ xốp riêng biệt với giúp cho chúng có khả khí nhanh - Ứng dụng: 19 +Silica gel hóa chất trơ, khơng độc, phân cực định hình ổn định (< 400 °C 750 °F) từ SiO2 dạng vơ định hình Được hình thành phản ứng sodium silicate acetic acid, xếp theo chuỗi sau trình ngưng kết, tẩy trơi, kết hình thành vơ số lỗ xốp nhiều kích cỡ Silica sử dụng q trình làm khơ khí (vd oxy, khí thiên nhiên) hấp phụ hydrocarbon nặng (phân cực) từ khí gas thiên nhiên + Zeolite tinh thể silica nhôm aluminosilicates) tự nhiên nhân tạo, lỗ xốp xếp liên tục thoát nước nhiệt độ cao Zeolites tự nhiên chất phân cực Zeolites sử dụng q trình làm khơ khí, loại CO2 khỏi khí thiên nhiên, loại khí CO khỏi gas tinh lọc, tách khí, xúc tác phản ứng cracking 20 + Than hoạt tính: Than hoạt tính dạng carbon xử lý để có lỗ rỗng bé thể tích nhỏ để tăng diện tích bề mặt cho dễ hấp phụ Than hoạt tính sử dụng tinh chế khí, thức uống khơng chứa caffein, tinh chế quặng vàng, chiết kim loại, làm tinh khiết nước, y tế, xử lý chất thải, lọc không khí mặt nạ phòng độc trang + Oxit nhôm: chất hấp thụ vô sủ dụng rộng rãi kĩ thuật để làm khơ mơi trường khác Nó ứng dụng làm khơ hấp thụ khí, chất làm khơ có hiệu bảo quản máy 14 Thiết bị kết tinh: - Nguyên tắc hoạt động: + Thiết bị kết tinh cách làm lạnh: hạ nhiệt độ phận làm lạnh nhỏ để cho khu vực khơng có kết tinh tự phát Dung dịch dẫn vào máy kết tinh dạng huyền phù có chứa tinh thể Trong thiết bị xảy hai trình đồng thời: tinh thể có mặt lớn lên dung dịch bão hòa bị phá hủy chuyển sang dung dịch bão hòa 21 + Thiết bị kết tinh bay hơi: người ta cho dung dịch bão hòa( cách bay dung môi) vào dung dịch huyền phù tinh thể người ta thu tinh thể lớn + Thiết bị kết tinh chân không: hút chân khơng dung dịch, đồng thời khơng có dẫn nhiệt từ bên ngồi vào dung mơi bay dung dịch bị làm lạnh nhiệt để hóa dung mơi 22 - Ứng dụng: chế biến muối khoáng, sản xuất ammonsisunfat, tách tinh chế chất không điện ly,… 15 Thiết bị phản ứng: - Nguyên tắc hoạt động: + Thiết bị phản ứng gián đoạn: thiết bị phản ứng làm việc theo mẻ, nghĩa thành phần tham gia phản ứng chất phụ gia (dung môi, chất trơ) chất xúc tác đưa tất vào thiết bị từ thời điểm đầu Sau thời gian định, phản ứng đạt độ chuyển hóa yêu cầu, người ta cho dừng thiết bị tháo sản phẩm + Thiết bị phản ứng liên tục: thiết bị mà chất tham gia phản ứng đưa liên tục vào thiết bị sản phẩm lấy liên tục Sau thời gian khởi động nhiệt độ, áp suất, lưu lượng nồng độ chất tham gia phản ứng không thay đổi theo thời gian, thiết bị làm việc trạng thái ổn định + Thiết bị phản ứng gồm IMR tích mắc nối tiếp: - Ứng dụng: Trong tổng hợp vật liệu nano Tổng hợp hữu Hố cơng nghiệp nguồn lượng Chiết hợp chất thiên nhiên Công nghiệp dược phát triển dược phẩm.Ngâm chiết POPs dư lượng thuốc trì sâu Xử lý nước thải… 16 Thiết bị tách màng: - Thẩm thấu, thẩm thấu ngược siêu lọc: 23 + Nguyên tắc hoạt động: tất trình qua màng bán thấm có nét chung tách thực qua màng, màng xem màng thấm chọn lọc tồn hai pha đồng thể + Ứng dụng: tách nước từ nước biển; làm sạch, tách hỗn hợp khác ví dụ cơng nghiệp hóa chất, thực phẩm, dệt giấy; làm đậm đặc dung dịch nhũ tương enzym; làm đậm đặc sữa,… - Thẩm tích: + Nguyên tắc hoạt động: chất tan khuếch tán từ phía màng bán thấm( phía cấp) sang phía bên 24 kia( phía chất thẩm tích hay thẩm thấu) ứng với chênh lệch nồng độ chúng Sự tách dung dịch đạt kết khác biệt tốc độ khuếch tán qua màng bán thấm theo khác biệt kích thước phân tử + Ứng dụng: thu hồi soda trình sản xuất sợi tổng hợp; màng bán thấm dùng thận nhân tạo cho bệnh nhân đau thận - Điện thẩm tích: + Nguyên tắc hoạt động: màng điện tích sử dụng để loại trừ có chọn lọc ion khỏi dung dịch lỏng làm giàu chúng Một loạt màng trao đổi cation anion xếp đặt theo kiểu phiên cực dương cực âm Khi cho dòng điện chiều vào hệ thống cation điện tích dương di chuyển đến cực âm qua màng trao đổi cation anion điện tích âm di chuyển đến cực dương qua màng trao đổi anion 25 + Ứng dụng: cô đặc bán đặc dung dịch để tích ion hòa tan - Bốc qua màng: + Nguyên tắc hoạt động: chất lỏng giữ lại áp suất thường bên phía dòng vào màng bán thấm chất thẩm thấu dạng tồn áp suất thấp phía thẩm thấu hay gọi phía dòng + Ứng dụng: tách hỗn hợp đồng phân xylen hay hỗn hợp đẳng phí etanol- nước,… 17 Thiết bị trao đổi nhiệt: - Nguyên tắc hoạt động: + Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm (shell & tube heat exchanger): Thiết bị gồm bó ống bên có chất lỏng cần làm nóng lạnh chạy qua Thiết bị thường sử dụng cho ứng dụng đòi hỏi áp suất nhiệt độ làm việc cao 26 + Thiết bị trao đổi nhiệt dạng thiết bị làm mát công nghiệp, cấu tạo với nhiều kim loại mỏng làm kín gioăng cao su (hoặc hàn kín mối hàn hợp kim) giúp ngăn hai dòng lưu chất nóng lạnh Hai dòng lưu chất nóng lạnh chảy xen kẽ với tấm, dập rãnh để tạo nên dòng chảy rối cho hai lưu chất nhằm đạt suất trao đổi nhiệt lớn - Ứng dụng:Hiện nay, thiết bị trao đổi nhiệt ứng dụng rộng rãi sống thiết bị sưởi ấm khơng gian, máy lạnh, điều hồ khơng khí, nhà máy sản xuất lượng, nhà máy hoá chất, nhà máy hố dầu, nhà máy lọc dầu, khu chế tạo khí tự nhiên, hay khu chế biến xử lý nước thải 27 ... tác đưa tất vào thiết bị từ thời điểm đầu Sau thời gian định, phản ứng đạt độ chuyển hóa yêu cầu, người ta cho dừng thiết bị tháo sản phẩm + Thiết bị phản ứng liên tục: thiết bị mà chất tham... Thiết bị trao đổi nhiệt: - Nguyên tắc hoạt động: + Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm (shell & tube heat exchanger): Thiết bị gồm bó ống bên có chất lỏng cần làm nóng lạnh chạy qua Thiết bị. .. chiết chất chống oxi hóa, tách chiết hỗn hợp hoa huplon sản xuất bia,… 12 Thiết bị hấp phụ: - Nguyên tắc hoạt động: + Thiết bị hấp thụ kiểu màng chất lỏng: Màng chất lỏng thiết bị hình tháp tạo thành