Kết tinh là quá trình liên tục kèm theo quá trình cô đặc nên nó mang nhiều nét tương tự như quá trình cô đặc nhưng đây là quá trình làm việc rất phức tạp đòi hỏi nhiều thiết bị và hệ thống phụ kèm theo. Trong điều kiện sản xuất, quá trình kết tinh bao gồm các giai đoạn: giai đoạn kết tinh bằng cách hạ nhiệt độ hay làm bay hơi một phần dung môi, tách tinh thể ra khỏi dung dịch còn lại, kết tinh lại, rửa và sấy khô tinh thể. Chúng ta sẽ tìm thể kỹ hơn về thiết bị kết tinh để thấy được sự khác nhau cơ bản của hai quá trình là quá trình kết tinh có quá trình tạo mầm và phát tiển mầm tạo thành tinh thể, còn cô đặc thì không (trừ trường hợp cô đặc đến nồng độ rất cao, có nghĩa là vừa cô đặc vừa kết tinh). Thiết bị kết tinh có thể được chia thành hai loại trong quá trình sử dụng. Một chất kết tinh loại bỏ một phần dung môi và chất kết tinh không loại bỏ dung môi có thể hoạt động hiệu quả ở áp suất bình thường hoặc dưới áp suất giảm trong quá trình hoạt động. Thiết bị kết tinh có thể được chia thành các hoạt động hàng loạt và hoạt động liên tục ở một mức độ nhất định. Khi được sử dụng, nó sẽ có hiệu quả kết tủa các tinh thể từ dung dịch chất rắn không no. Trong những trường hợp bình thường, nó sẽ đi qua dung dịch bão hòa của nó → dung dịch bão hòa → Dung dịch bão hòa → tạo mầm → tăng trưởng tinh thể và các quá trình khác. Kết tinh được ứng dụng trong công nghệ hóa chất và thực phẩm quá trình kết tinh được ứng dụng rộng rãi để nhận được các chất dưới dạng sạch, như sản xuất muối khoáng, sản xuất amônisunphat, sản xuất đường mía, đường củ cải,…
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM THIẾT BỊ KẾT TINH DÙNG TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: GVHD: Nguyễn Hữu Quyền Nhóm : 12 Nguyễn Thị Ngọc Xuyên 2005191353 Dương Thị Trúc Giang 2005190159 Huỳnh Thị Ánh Sáng 2005191244 Nguyễn Thị Xuân Thùy 2005190897 Nguyễn Hồng Phấn 2005191214 Tp.HCM, ngày…tháng…năm 2021 Danh sách thành viên nhiệm vụ giao: Tên Nguyễn Thị Ngọc Xuyên Huỳnh Thị Ánh Sáng Nguyễn Thị Xuân Thùy Nguyễn Hồng Phấn Dương Thị Trúc Giang Nội dung Thiết bị kết tinh lạnh Khái niệm cấu tạo Thiết bị kết tinh tách phần dung môi Power point kết luận Lời mở đầu word % hoàn thành 100% 100% Điểm 9 100% 100% 100% MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1.Khái niệm chung: 1.1 Định nghĩa: 2 Cấu tạo thiết bị kết tinh: 2.1 Máng kết tinh .2 2.2 Tháp kết tinh 2.3 Thiết bị kết tinh thùng quay 2.4 Kết tinh chân không 2.5 Thiết bị kết tinh có cánh khuấy 2.6 Hệ thống kết tinh chân không nhiều thiết bị làm việc liên tục Thiết bị kết tinh tách phần dung môi 3.1 Phương pháp kết tinh tách phần dung môi: 3.2 Thiết bị kết tinh tách phần dung môi Thiết bị kết tinh lạnh: .9 4.1 Thiết bị kết tinh có phịng làm lạnh ngồi .9 4.2 Thiết bị kết tinh làm lạnh khơng khí 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO 13 LỜI MỞ ĐẦU Kết tinh trình liên tục kèm theo q trình đặc nên mang nhiều nét tương tự q trình đặc q trình làm việc phức tạp địi hỏi nhiều thiết bị hệ thống phụ kèm theo Trong điều kiện sản xuất, trình kết tinh bao gồm giai đoạn: giai đoạn kết tinh cách hạ nhiệt độ hay làm bay phần dung mơi, tách tinh thể khỏi dung dịch cịn lại, kết tinh lại, rửa sấy khô tinh thể Chúng ta tìm thể kỹ thiết bị kết tinh để thấy khác hai q trình q trình kết tinh có q trình tạo mầm phát tiển mầm tạo thành tinh thể, cịn đặc khơng (trừ trường hợp đặc đến nồng độ cao, có nghĩa vừa đặc vừa kết tinh) Thiết bị kết tinh chia thành hai loại trình sử dụng Một chất kết tinh loại bỏ phần dung môi chất kết tinh không loại bỏ dung môi hoạt động hiệu áp suất bình thường áp suất giảm trình hoạt động Thiết bị kết tinh chia thành hoạt động hàng loạt hoạt động liên tục mức độ định Khi sử dụng, có hiệu kết tủa tinh thể từ dung dịch chất rắn không no Trong trường hợp bình thường, qua dung dịch bão hịa → dung dịch bão hịa → Dung dịch bão hòa → tạo mầm → tăng trưởng tinh thể trình khác Kết tinh ứng dụng cơng nghệ hóa chất thực phẩm q trình kết tinh ứng dụng rộng rãi để nhận chất dạng sạch, sản xuất muối khống, sản xuất amơnisunphat, sản xuất đường mía, đường củ cải,… 1.Khái niệm chung: 1.1 Định nghĩa: Là trình tách chất rắn hịa tan dung dịch dạng tinh thể Tinh thể vật rắn đồng có hình dạng khác nhau, giới hạn mặt phẳng Tinh thể gồm phân tử nước gọi tinh thể ngậm nước (tinh thể hydrat) Tùy theo điều kiện thực trình mà tinh thể ngậm số phân tử nước khác 1.2 Phương pháp: Vì điều kiện cần thiết trình kết tinh phải tạo dung dịch bão hòa, tức làm cân pha hệ Do công nghiệp người ta sử dụng nhiều phương pháp: kết tinh tách phần dung môi, kết tinh với thay đổi nhiệt độ, kết tinh chân khơng Trong điều kiện sản xuất, q trình kết tinh bao gồm giai đoạn: - Giai đoạn kết tinh cách hạ nhiệt độ hay làm bay phần dung môi - Tách tinh thể khỏi dung dịch lại (gọi dung dịch căn, hay nước cái) cách lắng, lọc, ly tâm - Kết tinh lại (trong trường hợp cần thiết) - Rửa sấy khô tinh thể Sự khác cô đặc kết tinh: - Cô đặc tách phần dung mơi để đạt đến trạng thái bão hịa đến q bão hịa - Kết tinh tách phần dung môi hạ nhiệt độ đến trạng thái bão hòa Điểm khác hai trình trình kết tinh có q trình tạo mầm phát tiển mầm tạo thành tinh thể, cịn đặc khơng (trừ trường hợp đặc đến nồng độ cao, có nghĩa vừa cô đặc vừa kết tinh) Cấu tạo thiết bị kết tinh: Thiết bị dùng để tiến hành kết tinh gọi thiết bị kết tinh Thiết bị kết tinh phải đáp ứng suất chất lượng sản phẩm (hình dạng, độ lớn, độ đồng đều, độc tinh thể) Nó làm việc gián đoạn (mẻ) liên tục, dễ vệ sinh, không tiêu tốn nhiều lượng vận hành, an toàn, dễ sửa chữa, giá thành phù hợp Thiết bị kết tinh đa dạng Loại làm việc gián đoạn (mẻ) phù hợp với suất thấp, chất lượng sản phẩm khơng đồng mẻ, chi phí lượng đơn vị khối lượng sản phẩm cao Trong thực tế sản xuất hàng hóa nay, đa phần sử dụng thiết bị kết tinh làm việc liên tục chúng có suất cao, chất lượng tốt, giá thành sản phẩm cạnh tranh thị trường Sau số loại thiết bị kết tinh 2.1 Máng kết tinh Máng kết tinh loại máng hở, có vít tải Vít tải vừa làm nhiệm vụ vận chuyển vừa làm nhiệm vụ khuấy Vít tải quay với vận tốc khơng lớn (~ vịng/phút) thiết bị Thơng thường vỏ máng làm hai lớp, nước lạnh dẫn vào hai lớp để làm nguội dung dịch Một phần nhiệt dung dịch bay từ bề mặt thống Tuy nhiên, q trình kết tinh thiết bị nhanh tháp kết tinh 6-7 lần 2.2 Tháp kết tinh Trong tháp kết tinh dung dịch phun thành hạt nhỏ, dung dịch làm sơ tháp Quá trình lạnh xảy bay hạt nhỏ chất lỏng khơng khí nhờ vào chênh lệch nhiệt độ khơng khí dung dịch Tinh thể tạo thành với nước lấy ra, đồng thời q trình tách dung mơi cách cho bay áp suất thường xảy chậm đòi hỏi thiết bị bay phải to 2.3 Thiết bị kết tinh thùng quay Thiết bị kết tinh thùng quay thùng hình trụ tựa lăn đỡ Thùng đặt với góc nghiêng nhỏ Để giảm mát nhiệt người ta cách nhiệt cho thùng đặt thùng vỏ Để tránh tình trạng tinh thể dính vào thành thùng người ta đặt ống phía thùng để thổi trường hợp bị dính Dung dịch đưa vào đầu thùng, tinh thể nước đầu kia, khơng khí chuyển động ngược chiều với dung dịch, chiều dày lớp chất lỏng, lượng tiêu tốn khơng khí, lượng tiêu hao phụ thuộc vào tính chất dung dịch kích thước tinh thể, kích thước thùng phụ thuộc vào tính chất trường hợp cụ thể, người ta thường xác định thực nghiệm 2.4 Kết tinh chân không Trong phương pháp kết tinh chân không, phần dung môi đượcbay nhờ vào nhiệt vật lí dung dịch Hơi bay theo đường bơm chânkhông Nhiệt độ dung dịch trạng thái bão hịa giảm đến nhiệt độ sơitương ứng với áp suất chân không thiết bị Dung dịch đạt đến trạngthái bão hòa kết tinh Dung mơi bay khơng nhiệt vật lí củadung dịch mà tỏa nhiệt kết tinh Kết tinh tiến hành đồng thờibay hút chân khơng làm lạnh tăng cường q trình xảy ratrong tồn thể tích dung dịch, tinh thể hạn chế dính vào bềmặt thiết bị thời gian rửa thiết bị rút ngắn 2.4.1 Thiết bị kết tinh chân không- Đoạn nhiệt Thiết bị dùng phương pháp bốc đoạn nhiệt chân không phần dung môi để làm lạnh để tạo độ bão hòa cho dung dịch Áp dụng hiệu cặp chất tan-dung mơi có độ hịa tan thay đổi mạnh theo nhiệt Hiệu suất lí thuyết q trình tỉ lệ thuận với độ chênh lệch nồng độ nhập liệu vầ độ hòa tan chất rắn nhiệt độ cân Ưu,nhược điểm thiết bị Ưu điểm: • Có thể làm việc gián đoạn hay liên tục • Khơng cần có bề mặt truyền nhiệt để đun nóng hay làm lạnh • Chế tạo nhiều loại vật liệu dễ tìm:nhựa,cao su,composite… Nhược điểm: Kết cấu lớn TBCK đoạn nhiệt không dùng cho trường hợp nhiệt độ kết tinh đòi hỏi thấp 2.4.2 Thiết bị kết tinh chân không liên tục Trong thiết bị tinh thể tuần hoàn với dung dịch vận tốc lắng thắng vận tốc tuần hồn tinh thể lắng xuống Vì ta điều chỉnh kích thước tinh thể cách điều chỉnh vận tốc tuần hoàn dung dịch 2.5 Thiết bị kết tinh có cánh khuấy Thiết bị kết tinh có cánh khuấy với phận làm lạnh kiểu ống xoắn Thiết bị loại làm việc liên tục hay gián đoạn Khi kết tinh gián đoạn ta cho dung dịch vào đầy thiết bị Sau kết tinh xong, nước tinh thể tháo phía Khi kết tinh liên tục, người ta lắp nhiều thiết bị nối tiếp nhau, dung dịch chảy từ thiết bị qua thiết bị khác tháo ống bên cạnh Nhờ có cấu tạo đơn giản nên loại thiết bị ứng dụng rộng rãi 2.6 Hệ thống kết tinh chân không nhiều thiết bị làm việc liên tục Hệ thống có nhiều thiết bị kết tinh chân khơng đấu nối tiếp, theo nguyên tắc độ chân không thiết bị sau sâu thiết bị phía trước Hay nói theo áp suất tuyệt đối thiết bị có áp suất cao phía trước Nhờ ta dùng bay lên từ thiết bị phía trước để gia nhiệt cho dung dịch ban đầu Sau truyền nhiệt cho dung dịch ban đầu thiết bị truyền nhiệt tương ứng ngưng lại thành thể lỏng chảy ngồi Khí khơng ngưng bơm ejector hút để trì áp suất chân khơng tương ứng thiết bị Năng lượng cấp cho bơm ejector nước nóng lấy từ nồi Hơi bay lên từ thiết bị cuối ngưng tụ tháp ngưng tụ ống thủy lực Dung dịch chảy từ thiết bị trước sang thiết bị sau nhờ chênh lệch áp suất Hệ thống có suất cao, chất lượng tốt, tốn lượng Tuy có nhược điểm phức tạp, dung dịch khó chảy nồng độ cao Thiết bị kết tinh tách phần dung môi 3.1 Phương pháp kết tinh tách phần dung môi: Phương pháp áp dụng để kết tinh từ dung dịch độ hịa tan cấu tử phụ thuộc vào nhiệt độ Để tách dung mơi thực theo phương pháp sau: - Cô đặc dung dịch (cho bay nhiệt độ sôi) Phương pháp kết tinh cho bay đặc có nhược điểm tinh thể bị dính lên bề mặt truyền nhiệt đồng thời làm tăng nồng độ tạp chất có dung dịch Để hạn chế lượng chất rắn động bề mặt truyền nhiệt phải tăng vận tốc tuần hoàn dung dịch khuấy trộn - Cho bay dung môi nhiệt độ nhỏ nhiệt độ sôi dung dịch Cho bay tự nhiên (thực thiết bị hở), hay cho bay áp suất chân không 3.2 Thiết bị kết tinh tách phần dung môi 3.2.1 Bay tự nhiên (thường tiến hành thiết bị hở): Loại thiết bị đơn giản thùng hở hình vng, bên có treo bảng sợi hạt kết tinh thể bám vào Thiết bị thuộc loại gián đoạn suất thấp Trong công nghiệp người ta thường dùng loại thiết bị khác thiết bị tháp gọi tháp kết tinh, thiết bị kết tinh loại màng, thiết bị kết tinh thùng quay - Tháp kết tinh Trong tháp kết tinh dung dịch phun thành hạt nhỏ, dung dịch làm sơ tháp Quá trình lạnh xảy bay hạt nhỏ chất lỏng khơng khí nhờ vào chênh lệch nhiệt độ khơng khí dung dịch Tinh thể tạo thành với nước lấy ra, đồng thời q trình tách dung mơi cách cho bay áp suất thường xảy chậm đòi hỏi thiết bị bay phải to - Máng kết tinh Máng kết tinh loại máng hở, có vít tải Vít tải vừa làm nhiệm vụ vận chuyển vừa làm nhiệm vụ khuấy Vít tải quay với vận tốc khơng lớn (~ vịng/phút) thiết bị Thông thường vỏ máng làm hai lớp, nước lạnh dẫn vào hai lớp để làm nguội dung dịch Một phần nhiệt dung dịch bay từ bề mặt thống Tuy nhiên, q trình kết tinh thiết bị nhanh tháp kết tinh 6-7 lần - Thiết bị kết tinh thùng quay Thiết bị kết tinh thùng quay thùng hình trụ tựa lăn đỡ Thùng đặt với góc nghiêng nhỏ Để giảm mát nhiệt người ta cách nhiệt cho thùng đặt thùng vỏ Để tránh tình trạng tinh thể dính vào thành thùng người ta đặt ống phía thùng để thổi trường hợp bị dính Dung dịch đưa vào đầu thùng, tinh thể nước đầu kia, khơng khí chuyển động ngược chiều với dung dịch, chiều dày lớp chất lỏng, lượng tiêu tốn khơng khí, lượng tiêu hao phụ thuộc vào tính chất dung dịch kích thước tinh thể, kích thước thùng phụ thuộc vào tính chất trường hợp cụ thể, người ta thường xác định thực nghiệm 3.2.2 Bay chân không Kết tinh bay chân khơng thực gián đoạn thùng có cánh khuấy Thùng nối với bơm chân không thiết bị ngưng tụ Sau kết tinh ta tăng áp suất thiết bị đến áp suất thường tháo tinh thể nước Thiết bị kết tinh có cánh khuấy với phận làm lạnh kiểu ống xoắn Thiết bị loại làm việc liên tục hay gián đoạn Khi kết tinh gián đoạn ta cho dung dịch vào đầy thiết bị Sau kết tinh xong, nước tinh thể tháo phía Khi kết tinh liên tục, người ta lắp nhiều thiết bị nối tiếp nhau, dung dịch chảy từ thiết bị qua thiết bị khác tháo ống bên cạnh Nhờ có cấu tạo đơn giản nên loại thiết bị ứng dụng rộng rãi Thiết bị kết tinh chân không liên tục thiết bị tinh thể tuần hoàn với dung dịch tạo vận tốc lắng thắng vận tốc tuần hoàn tinh thể lắng xuống Vì ta điều chỉnh kích thước tinh thể cách điều chỉnh vận tốc tuần hoàn dung dịch Thiết bị kết tinh lạnh: Việc xếp hạt trình tạo mầm để tạo nên tinh thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác Nếu yếu tố khơng tác động chắn tinh thể không tạo Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến q trình kết tinh Nhiệt độ mơi trường diễn trình kết tinh: Nhiệt độ phải mức thích hợp ngun tử, phân tử tập hợp lại với Ngồi ra, kết tinh cịn bị ảnh hưởng điều kiện môi trường xung quanh trạng thái chất Nếu dung dịch trạng thái q bão hịa q trình kết tinh diễn 4.1 Thiết bị kết tinh có phịng làm lạnh ngồi 4.1.1 Cấu tạo – thùng kết tinh 2, - ống tuần hoàn – Thiết bị làm lạnh – bơm tuần hoàn - ống dẫn dung dịch – phận thu nước phân ly hạt tinh thể nhỏ 4.1.2 Nguyên lý hoạt động: Dung dịch vào theo ống 6, sau vào ống tuần hồn nhờ bơm tuần hoàn Bơm tuần hoàn đưa dung dịch qua thiết bị làm lạnh dung dịch bị hạ nhiệt độ hệ thống phun nước lạnh để chuyển sang trạng thái bão hòa, sau xảy q trình tách chất rắn Dung dịch tiếp tục qua ống tuần hoàn vào thùng kết tinh,các tinh thể tạo thành tuần hoàn với dung dịch có kích thước lớn vận tốc lắng lớn vận tốc tuần hoàn, cách điều chỉnh vận tốc tuần hoàn, ta điều chỉnh kích thước tinh thể Những tinh thể lớn lắng xuống đáy thùng Nước lấy qua phận phân ly 7, hạt tinh thể nhỏ lẫn với nước tách Ưu điểm Làm việc liên tục Điều chỉnh kích thước tinh thể Được đặt phịng làm lạnh nên hạn chế ảnh hưởng vấn đề vệ sinh Nhược điểm Cồng kềnh Tốn chi phí cho bơm Yêu cầu phân riêng cao 4.2 Thiết bị kết tinh làm lạnh khơng khí 4.2.1 Cấu tạo 1- Thùng hình trụ 2- Vỏ cách điện 3- Quạt 4-Ống nước 4.2.2 Nguyên lý hoạt động Thùng ống trụ quay nhờ lăn Thùng đặt vỏ 2, dung dịch đưa vào đầu cao hơn, tinh thể nước lấy đầu thắp Khơng khí quạt đưa vào thùng chuyển động ngược chiều với dung dịch Khi thùng quay dung dịch trượt theo thành thùng tăng bề mặt bay Để tránh tinh thể bám vào thành thùng người ta đặt ống nước phía để đốt trường hợp cần chống dính 10 Ưu điểm Bề mặt tiếp xúc lớn Chi phí thấp Nhược điểm Tốn diện tích Khơng điều chỉnh kích thích tinh thể Hiệu xuất thấp Quá trình kết tinh dung dịch dựa phụ thuộc vào nhiệt độ hòa tan, thực thông qua truyền nhiệt gián tiếp Các phương pháp làm cho số dung dịch bay sau làm nguội đến nhiệt độ cân với áp suất giảm Về chất, lượng nhỏ dung mơi tỏa nhiệt tiềm ẩn, sau làm giảm nhiệt độ dung dịch Trong trình làm giảm dung môi, kết tinh chủ yếu thay đổi nhiệt độ dung dịch Giảm nhiệt độ làm dung dịch siêu bão hòa, phát triển hạt nhân khuyến khích phát triển tinh thể để đẩy muối khỏi dung dịch kết tinh Thiết bị thường dùng cho loại dược phẩm dung dịch có khối lượng lớn, khai thác muối từ nước biển, sản xuất sô cô la, kem, bơ bơ thực vật, sản xuất đường, ngồi cịn có nhiều loại thực phẩm khác KẾT LUẬN 11 Két tinh trình liên tục mang nhiều nét tương tự q trình đặc Nhưng trình làm việc phức tạp đòi hỏi nhiều thiết bị hệ thống phụ kèm theo Phương pháp kết tinh phương pháp thực q trình kết tinh đa dạng có vai trò khác việc sử dụng đánh giá thiết bị kết tinh phụ thuộc vào mục đích yêu cầu cụ thể loại thực phẩm 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kỹ thuật thực phẩm 3, Trường Đại học Công nghiệp thực phẩm Tp HCM năm 2019 [2]https://www.slideshare.net/mobile/lanhnguyen564/chuong6-26581669 13 ... tạo thiết bị kết tinh: 2.1 Máng kết tinh .2 2.2 Tháp kết tinh 2.3 Thiết bị kết tinh thùng quay 2.4 Kết tinh chân không 2.5 Thiết bị kết tinh. .. kết tinh thể bám vào Thiết bị thuộc loại gián đoạn suất thấp Trong công nghiệp người ta thường dùng loại thiết bị khác thiết bị tháp gọi tháp kết tinh, thiết bị kết tinh loại màng, thiết bị kết. .. Thiết bị kết tinh lạnh: .9 4.1 Thiết bị kết tinh có phịng làm lạnh .9 4.2 Thiết bị kết tinh làm lạnh khơng khí 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO 13 LỜI MỞ ĐẦU Kết tinh