CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ CÔ ĐẶC
2.3. Tổng quan về cô đặc
Định nghĩa
Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịch bằng cách tách bớt một phần dung mơi qua dạng hơi. Q trình cơ đặc thƣờng tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung môi trên mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị.
Q trình cơ đặc đƣợc dùng phổ biến trong công nghiệp với mục đích làm tăng nồng độ các dung dịch lỗng, hoặc để tách các chất rắn hịa tan (trƣờng hợp này cịn kèm theo q trình kết tinh).
Q trình cơ đặc có thể tiến hành ở các áp suất khác nhau. Khi làm việc ở áp suất thƣờng (áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở; còn khi làm việc ở áp suất khác ta dùng thiết bị kín.
15
Q trình cơ đặc có thể tiến hành ở hệ thống cơ đặc một nồi hoặc hệ thống cô đặc nhiều nồi.
Các phƣơng pháp cô đặc Cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi. Cô đặc liên tục hoặc gián đoạn.
Cô đặc ở áp suất chân không, áp suất thƣờng hoặc khác áp suất thƣờng. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt
Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), 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 ngồi. Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phân tử đủ năng lƣợng thực hiện q trình này. Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong q trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lƣợng riêng các phần tử ở trên bề mặt và dƣới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cơ đặc. Tách khơng khí và lắng keo (protit) sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô đặc.
Ứng dụng của sự cô đặc
Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc các dung dịch đƣờng, mì chính, nƣớc trái cây… Trong sản xuất hố chất, ta cần cô đặc các dung dịch NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ. Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hoá chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị cô đặc nhƣ một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn. Mặc dù cô đặc chỉ là một hoạt động gián tiếp nhƣng nó rất cần thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhà máy. Cùng với sự phát triển của nhà máy, việc cải thiện hiệu quả của thiết bị cơ đặc là một tất yếu. Nó địi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao. Do đó, yêu cầu đƣợc đặt ra cho ngƣời kỹ sƣ là phải có kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới của thiết bị cô đặc.
Hệ thống cơ đặc một nồi
Hệ một nồi có thể hoạt động theo phƣơng pháp gián đoạn hay liên tục. Phƣơng pháp gián đoạn đƣợc dùng khi cần nâng cao nồng độ sản phẩm, còn phƣơng pháp liên tục đƣợc dùng khi dung dịch có nồng độ hoặc độ nhớt tƣơng đối thấp.
16
Cấu tạo nồi cô đặc: Nắp, đáy, buồng đốt, buồng bốc; bên trong buồng đốt gồm nhiều ống truyền nhiệt nhỏ và một ống tuần hồn trung tâm có đƣờng kính lớn hơn. Buồng đốt có tác dụng để gia nhiệt dung dịch, buồng bốc là để tách hỗn hợp lỏng hơi thành những giọt lỏng rơi trở lại, hơi đƣợc dẫn qua ống dẫn hơi thứ. Ống tuần hoàn đƣợc sử dụng để tạo một dịng chảy tuần hồn trong thiết bị.
Sơ đồ hệ thống cô đặc gồm: Bồn chứa dung dịch trƣớc cô đặc, bơm ly tâm, nồi cô đặc, bơm chân không, bồn chứa dung dịch sau cô đặc, thiết bị ngƣng tụ baromet, bồn chứa nƣớc ngƣng.
Nguyên lý làm việc của hệ thống cô đặc:
Dung dịch từ bồn chứa dung dịch trƣớc cô đặc đƣợc bơm ly tâm bơm vào nồi cô đặc. Khi đã nhập liệu đủ khối lƣợng thì bắt đầu cấp hơi đốt vào buồng đốt để gia nhiệt dung dịch. Buồng đốt gồm nhiều ống nhỏ truyền nhiệt và một ống tuần hồn trung tâm có đƣờng kính lớn hơn. Dung dịch chảy trong ống đƣợc gia nhiệt bằng hơi đốt đi ngồi ống. Dung dịch trong ống sẽ sơi và tuần hồn qua ống tuần hồn. Dung mơi là nƣớc bốc hơi và thốt ra ngồi qua ống dẫn hơi thứ sau khi qua buồng bốc và thiết bị thu hồi.
Hơi thứ đƣợc dẫn qua thiết bị ngƣng tụ baromet và đƣợc ngƣng tụ bằng nƣớc lạnh, sau khi ngƣng tụ thành lỏng sẽ chảy ra ngồi bồn chứa. Phần khơng ngƣng sẽ đƣợc dẫn qua thiết bị thu hồi để chỉ cịn khí khơng ngƣng đƣợc bơm chân khơng hút ra ngoài. Hơi đốt khi ngƣng tụ chảy ra ngoài qua cửa tháo nƣớc ngƣng rồi đƣợc xả ra ngồi.
Q trình cứ tiếp tục khi sản phẩm đạt nồng độ chất tan theo yêu cầu thì ngƣng cấp hơi và sẽ đƣợc bơm ly tâm bơm vào bồn chứa dung dịch sau cô đặc.
17