- Thiết bị theo phương pháp này dùng để tách các hạt sương và mù (axit, dầu) đến các hạt vài micron với mức tách trên 90% , cả đến hơn 99%.
1 ntT T T
9.4. Cấu tạo thiết bị cô đặc.
Trong công nghiệp hoá chất và thực phẩm các loại thiết bị cô đặc đun nóng bằng hơi được dùng phổ biến, loại này gồm có 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). tuỳ theo mức độ cần thiết người ta 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. Khi cấu tạo thiết bị cần chú ý đến những yêu cầu sau:
1. Đơn giản, gọn, chắc, dễ chế tạo, sửa chữa, lắp ráp, các chi tiết phải quy chuẩn hoá, giá thành rẻ;
2. Đáp ứng yêu cầu kĩ thuật: chế độ làm việc ổn định, ít bám cặn, dễ làm sạch, dễ điều chỉnh và kiểm tra.
3. Cường độ truyền nhiệt lớn (hệ số truyền nhiệt K lớn). Về phân loại có thể phân loại theo hai cách:
- Theo sự bố trí bề mặt truyền nhiệt có loại nằm ngang, thẳng đứng, loại nghiêng; - Theo cấu tạo bề mặt truyền nhiệt có loại vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm;
- Theo chất tải nhiệt có loại đun nóng bằng dòng điện, bằng khói lò, bằng hơi nước, bằng chất tải nhiệt đặc biệt;
- Theo tính chất tuần hoàn của dung dịch: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức… Dưới đây giới thiệu một số thiết bị cô đặc:
9.4.1. Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn ở tâm:
Hình (9-10) là thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn ở tâm. Phần dưới của thiết bị là phòng đốt 1, trong đó có các ống truyền nhiệt 2 và ống tuần hoàn 3 tương đối lớn, dung dịch ở trong ống còn hơi đốt đi vào khoảng trống phía ngoài ống. Khi 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, còn 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 truyền nhiệt, sẽ bị đẩy xuống dưới. 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 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 của loại thiết bị này 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 4 trong đó có bộ phận tách bọt 5 dùng để tách các giọt lỏng do hơi thứ mang theo.
Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn ở tâm có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, dễ sử chữa và làm sạch, nhưng có nhược điểm là tốc độ tuần hoàn bị giảm vì ống tuần hoàn cũng bị đun nóng.
9.4.2. Thiết bị cô đặc phòng đốt treo:
Hình (9-11) là thiết bị cô đặc phòng đốt treo. Phòng đốt 2 đặt ở giữa thiết bị, khoảng trống vành khăn ở giữa phòng đốt và vỏ đong vai trò ống tuần hoàn, hơi đốt đi vào phòng theo ống 4. Phòng đốt có thể lấy ra ngoài khi cần sửa chữa hoặc làm sạch. Tốc độ tuần hoàn tốt hơn vì vỏ ngoài không bị đốt nóng.
Khuyết điểm của thiết bị này là cấu tạo phức tạp và kích thước lớn do có khoảng trống hình vành khăn.
9.4.3. Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài:
Hình (9-12) là thiết bị phòng đốt ngoài kiểu đứng. Dung dịch đi vào phòng đốt 1 được đun sôi tạo thành hỗn hợp lỏng đi qua ống 3 vào phòng bốc hơi, ở đây hơi thứ được tách ra đi lên phía trên, dung dịch còn lại đi về phòng đốt 1 theo ống tuần hoàn 4. 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 người ta ghép một vài phòng đốt vào một buồng bốc hơi để làm việc thay thế khi cần làm sạch và sủa chữa để đảm bảo qúa trình làm việc liên tục.
Thiết bị cô đặc có phòng ngoài nằm ngang, loại này có phòng đốt 1 là thiết bị truyền bị truyền nhiệt ống chữ U (hình 9-13). 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 4 để làm sạch và sửa chữa. Loại này 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.
Hình (9-14) mô tả thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức. Dung dịch đưa vào phòng đốt 1 bằng bơm tuần hoàn, dung dịch đặc đi ra ở phần dưới của phòng bốc hơi, còn phần chính chảy về ống 3 do bơm tuần hoàn hút và trộn lẫn với dung dịch đầu đi vào phòng đốt. Tốc độ của dung dịch trong 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 và 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.
Ngoài ra cô đặc tuần hoàn cưỡng bức cũng tránh được hiện tượng bám cặn trên bề mặt truyền nhiệt và có thể cô đặc những dung dịch có độ nhớt lớn mà tuần hoàn tự nhiên khó thực hiện.
Khuyết điểm của loại này là cần 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 (như loại phòng đốt ngoài, phòng đốt treo).
9.4.5. Thiết bị cô đặc loại màng:
Trong thiết bị cô đặc loại màng dung dịch chuyển động dọc theo bề mặt truyền nhiệt ở dạng màng mỏng từ dưới lên trên. Phòng đốt 1 (hình 9-15) là một thiết bị truyền nhiệt ống chùm dài 6-9m, hơi đốt đi vào phía ngoài ống, dung dịch vào ở đáy thiết bị chứa khoảng
1 1
4 5÷
chiều cao ống truyền nhiệt. Khi sôi, hơi thứ chiếm hầu hết tiết diện của ống đi từ dưới lên với tốc độ 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 có hệ số truyền nhiệt lớn khi 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 khô (vì dung dịch bốc hơi hết), khi đó quá trình cấp nhiệt phía trong ống sẽ là quá trình cấp nhiệt từ thành ống tới hơi chứ không phải tới lỏng do đó hiệu quả truyền nhiệt sẽ giảm đi nhanh chóng. Thường mức chất lỏng thích hợp xác định bằng thực nghiệm.
Khuyết điểm của loại này là 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.
9.4.6. Thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng:
Thiết bị này gồm phòng đốt 1, phía trên phòng đốt là phòng sôi 2 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 5, hơi thứ đi lên phía trên ra ngoài; dung dịch còn lại đi xuống phòng đốt qua ống tuần hoàn 4; phần kết tinh lắng xuống đáy 6. 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 3, 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 ở khu vực sôi.
Loại thiết bị này có tốc độ tuần hoàn lớn (đến 3m/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.
9.5.7. Thiết bị cô đặc loại roto:
Để cô đặc dung dịch không bền nhiệt hoặc dung dịch có độ nhớt cao, người ta dùng thiết bị loại roto trực tiếp (hình 9-17). Trong thân thiết bị 1 có bao hơi 2 và roto quay 3, các cánh 4 lắp vào trục thẳng đứng.
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 2. Hơi thứ bay ra được đưa lên phía trên rồi ra ngoài. Sản phẩm được tháo ra từ đáy thiết bị. Thiết bị cô đặc roto có ưu điểm là cường độ truyền nhiệt lớn, dung dịch bị hơi thứ kéo theo nhỏ. Dùng để cô đặc loại dung dịch dạng keo, đặc sệt. Nhưng có nhược điểm là cấu tạo và gia công phức tạp, giá thành cao do cần bộ phận chuyển động quay.