Cô đặc là phơng pháp gia nhiệt để một phần dung môi trong dung dịch bay hơi và loại đi. Dung dịch tannin thu đợc từ công đoạn chiết suất có nồng độ thấp, thờng từ 2- 60bé. Khi hàm lợng khô dới 10%, không thể là sản phẩm, phải cô đặc nâng cao nồng độ, sau đó chế biến thành tannin rắn.
Dùng hơi nớc bão hoà làm nguồn nhiệt để cô dặc dung dịch chiết suất, hơi nớc đợc dẫn đến thùng cô đặc có áp suất thấp hơn làm nguồn nhiệt. Phơng pháp cô đặc nhiều thùng, thờng từ 2- 3 thùng, để tránh cho tannin bị phá huỷ, thùng dùng cô dặc trong chân không.
5.1. Dây chuyền công nghệ cô đặc
Dung dịch chiết suất dùng bơm đa từ thùng đựng dung dịch(1) vào thiệt bị gia nhiệt (3) của thùng cô đặc thứ nhất, trớc khi tiến hành cô đặc đợc qua thiết bị gia nhiệt trớc (2) để nâng lên một nhiệt độ nhất định. ở thiết bị gia nhiệt trớc có thể dùng nớc ngng của thùng cô đặc thứ 1 làm nguồn nhiệt, để tiết kiệm năng lơng. Dung dịch sau khi qua thùng cô đặc thứ 1, lợi dụng chênh lệch áp suất tự động cháy vào thùng thứ 2 và thứ 3, liên tục bốc hơi, hơi nớc thứ từ thùng thứ 1 đợc dẫn vào thiệt bị gia nhiệt của thùng thứ 2, hơi nớc thứ của thùng thứ 2 đợc dẫn vào thiết bị gia nhiệt của thùng thứ 3,
nớc ngng của thùng thứ 2 và thứ 3 đợc đa vào thùng đựng nớc ngng lạnh, dùng làm n- ớc chiết suất. Dung dịch đặc đợc đa vào thùng (10). Hơi nớc của thùng thứ 3 vào thiết bị ngng lạnh bề mặt (5), hơi nớc cha ngng lạnh hoàn toàn vào thiết bị ngng lạnh hỗn hợp (6), ngng lạnh hoàn toàn. Khí không ngng của thùng thứ 1 có thể loại bỏ, khí không ngng của thùng thứ 2 và 3, qua thiết bị ngng lạnh vào thùng thu gom và do bơm chân không (12) thải ra ngoài.
5.2.Yêu cầu, điều kiện và các yếu tố ảnh hởng đến công nghệ cô đặc
a. Yêu cầu công nghệ
Chất lợng tannin sau khi cô đặc không đợc giảm xuống. Trong thực tế, một bộ phận không phải tannin (nh axit hữu cơ) bay hơi, độ tinh khiết có thể đợc nâng lên. Thiết bị tiếp xúc với dung dịch phải dùng thép không rỉ... chịu ăn mòn. áp suất hơi ở thùng cô đặc không quá cao. Cô đặc trong chân không có khả năng ngăn cản tannin bị phá huỷ. Dung dịch tannin ở trong thiết bị không nên quá lâu.
Hình 3.4.4. Sơ đồ công nghệ cô đặc tannin
1. Thùng đựng dung dịch chiết suất, 2. Thiết bị gia nhiệt cho dung dịch chiết suất, 3. Thiết bị gia nhiệt của thùng cô đặc 4. Bộ phận phân ly của thùng cô đặc, 5. Thiết bị ngng lạnh bề mặt, 6. thiết bị ngng lạnh hỗn hợp ,7.Thùng thu gom khí, 8. Thùng đựng nớc ngng, 9. Thùng đựng nớc,10.Thùng đựng dung dịch tannnin đặc,11.Bơm ly tâm,12.Bơm chân không.
Nồng độ dung dịch tannin phải đảm bảo yêu cầu, nếu thấp quá sẽ gây khó khăn cho quá trình sấy khô. Khả năng bốc hơi nớc ở thiết bị cô đặc (đặc biệt là hệ thống nhiều thùng) lớn hơn ở thiết bị sấy khô nhiều, chi phí lại thấp hơn, vì thế nên cố gắng nâng cao nồng độ của dung dịch tannin.
Thiết bị cô đặc nhiều thùng có thể tiết kiệm đợc hơi nớc và nớc ngng lạnh, giảm tiêu hao năng lợng.
Nâng áp suất hơi nớc và độ chân không ở thùng cuối một cách hợp lý, đảm bảo cho nớc ngng lạnh và khí không ngng phải đợc thải ra triệt để, làm sạch cặn kịp thời, nhằm nâng cao cờng độ bốc hơi. Độ chân không đủ sẽ làm giảm cờng độ bốc hơi, độ chân không dao động sẽ làm cho dung dịch tannin tổn thất nghiêm trọng, nên chú ý đề phòng.
b. Điều kiện công nghệ bình thờng đợc khống chế nh sau:
- áp suất hơi nớc gia nhiệt [MPa]: 0,002 - 0,1 - Độ chân không thiết bị ngng lạnh [KPa]: 80 - 88
- Nồng độ dung dịch chiết suất [0Bé]: 1,0 - 8,0 tơng đơng (2 - 10%) - Nồng độ dung dịch cô đặc [0Bé]: 17 – 22 tơng đơng (30 - 38%) - Nhiệt độ của nớc ngng lạnh [0C]: 40 - 50
Khi chọn điều kiện công nghệ cô đặc, nên chú ý tannin bị phân giải, nhiệt độ sôi của thùng thứ 1 từ 90-1100C, áp suất không vợt quá 0,1 MPa (1 KG/cm2). Ngoài ra, nếu giảm nhiệt độ sôi ở thùng cuối quá mức, sẽ làm độ nhớt của dung dịch tăng tơng đối nhanh, hệ số truyền nhiệt giảm rõ rệt, kết quả là giảm năng xuất, tiêu tốn năng l- ợng. Do đó nhiệt độ sôi của thùng cuối từ 55-650C, độ chân không khoảng 80 - 88KPa (600 – 660 mmHg).
c. Các yếu tố ảnh hởng đến hiệu suất cô đặc
Cờng độ bốc hơi liên quan chủ yếu đến chênh lệch nhiệt độ và hệ số truyền nhiệt. Chênh lệch nhiệt độ liên quan chủ yếu đến áp suất của hơi nớc gia nhiệt và độ chân không của thùng cô đặc, tăng áp suất của hơi nớc gia nhiệt và độ chân không của thùng cô đặc sẽ nâng cao đợc chênh lệch nhiệt. Nhng tannin là chất nhạy cảm với nhiệt, nếu tăng áp suất hơi nớc gia nhiệt quá mức, sẽ làm tăng nhiệt độ sôi của dung dịch, làm tăng khả năng phân giải của tannin.
Tăng độ chân không, nhiệt độ sôi của dung dịch giảm xuống, độ nhớt của dung dịch tannin tăng mạnh, sẽ làm giảm khả năng chảy và tuần hoàn của dung dịch, ngoài ra độ chân không còn bị hạn chế bởi nhiệt độ nớc ngng lạnh, do đó tăng độ chân không của thùng cô đặc cũng có giới hạn nhất định. Khi áp suất hơi nớc gia nhiệt và độ chân không đã đợc xác định, thì nhiệt độ ở các thùng cô đặc cũng đợc xác định.
Biểu 3.4. Điều kiện công nghệ cô đặc nhiều thùng Hơi nớc gia nhiệt Độ chân không
bình ngng lạnh
Nhiệt độ của các thùng cô đặc [0C] áp suất [MPa] độ [0C]Nhiệt Thùng1 Thùng2 Thùng 3 0,02 104,2 85,3 92-95 80-85 60-64 0,06 112,7 85,7 103-105 80-89 54-59 0,15 126,3 85,3 99 60 -
Ngoài ra, kết cấu của thiết bị cô đặc hợp lý, giữ nhiệt tốt, giảm đợc tổn thất nhiệt, cũng có lợi cho việc nâng cao chênh lệch nhiệt có hiệu quả.
Các yếu tố ảnh hởng đến hệ số truyền nhiệt gồm: Hệ số truyền nhiệt của hơi nớc ngng lạnh, hệ số truyền nhiệt của dung dịch sôi, nhiệt trở của thành ống gia nhiệt và lớp cặn bám.
d. Hạn chế và loại bỏ cặn trong thiết bị cô đặc
Trong quá trình cô đặc, các ion Ca++, Mg++ và các axít(chủ yếu là axits oocxalic) trong dung dịch hình thành muối không tan trong nớc không ngừng tách ra, bám vào thành ống thành cặn, chủ yếu là canxi, oocxalat(60-70%) và một số tạp chất khác.
Hình thành cặn ống có liên quan đến độ cứng của nớc dùng, loại nguyên liệu, nồng độ và nhiệt độ dung dịch. Độ cứng của nớc dùng để chiết suất càng cao, thì càng dễ kết cặn. Trong nhóm thùng cô đặc 3 thùng, thùng 1 ít cặn nhất, thùng thứ 2 tơng đối nhiều cặn, thùng thứ 3 nhiều cặn nhất, nhng tơng đối xốp. Thờng cho rằng kết cặn trong thùng cô đặc tăng theo chiều tăng của nồng độ và giảm của nhiệt độ.
Cặn ống không chỉ lầm giảm diện tích truyền nhiệt, càng rõ rệt hơn là giảm hệ số truyền nhiệt K, giảm cờng độ cô đặc, vì thế trớc tiên phải chú ý phòng tránh.
Phòng tránh cặn tạo ra trong thiết bị cô đặc, chủ yếu tập trung vào hai mặt sau đây: Một là cải tiến kết cấu của thiết bị cô đặc, thí dụ, tăng diện tich của ống tuần hoàn để giảm lực cản tuân ghoàn, nâng cao tốc độ tuần hoàn, ngoài ra làm cho mặt ống gia nhiệt nhẵn bóng, cúng có thể giảm kết cặn. Hai là dùng các giải pháp công nghệ nh chý ý xử lý nguyên liệu, làm sạch dung dịch chiết suất, đặc biệt là dùng nớc ngng tụ để chiết suất, loại bỏ iôn Ca++, Mg++, có thể làm giảm rõ rệt kết cặn, ngoài ra chọn tỷ lệ pha trộn khác nhau có thể giảm kết cặn đạt hiệu quả cao.
ở một số nớc dùng một số hoá chất chuyên dùng hoặc dùng điện tử đề phòng tránh kết cặn.
Dù đã dùng các biện pháp phòng tránh, nhng hiện nay vẫn không tránh đợc hoàn toàn hiện tợng bám cặn trong thiết bị cô đặc. Vì thế, sau một thời gian vận hành, thờng phải định kỳ tiến hành loại bỏ cặn, phơng pháp loại cặn thờng dùng là: phơng pháp cơ giới và phơng pháp hoá học.
5.3. Thiết bị cô đặc
a. Yêu cầu
Tannin không đợc tiếp xúc với thep thờng, nếu không màu sắc sẽ bị sẫm màu, cho nên vật liệu làm thiết bị cô đặc nên dùng thép không rỉ, đồng hoặc vật liệu thay thế khác.
Yêu cầu thiết bị cô đặc có kết cấu hợp lý, cờng độ bốc hơi cao, thao tác ổn định. Dung dịch chiết suất trong qúa trình cô đặc dễ tạo bọt.
Thau rửa rễ ràng.
Thiết bị cô đặc dùng trong công nghệ tannin có rất nhiều chủng loại, nh: kiểu gia nhiệt bên ngoài, kiểu màng dung dịch ống dài... Trong đó kiểu gia nhiệt bên ngoài đợc dùng khá rộng rãi.
Kết cấu của thiết bị cô đặc kiểu gia nhiệt bên ngoài đơn giản, thao tác thuận tiện, dễ kiểm tra , sửa chữa, cờng độ hoá hơi tốt.